酒精生产过程精馏塔的设计 -板式塔(2013)

数、回流比、塔高、塔径塔板设计、进出管径等)；
– 6、设计结果概要(主要设备尺寸、衡算结果等);
– 7、主体设备设计计算及说明；
– 8、主要附属设备的选择（换热器等）；
– 9、参考文献 ；
– 10、自我总结及有关问题的讨论。 – 说明书书写格式：每页的右边留30mm，用来标 注参考文献及简单备注。
及辅助设备的选型，编写设计说明书。
2、绘制工艺流程图一张。 3、绘制精馏塔的装配图（一号图纸）。 4、说明书编写。
二、设计说明书的内容
– 1、目录；
– 2、设计题目及原始数据(任务书)；
– 3、简述酒精精馏过程的生产方法及特点； – 4、论述精馏总体结构(塔型、主要结构)及流程的安排、 材料选择； – 5、精馏过程有关计算(物料衡算、热量衡算、理论塔板
须首先进行。
精馏方案选定涉及的内容大致包括：
a．精馏方式的选定： 根据生产规模和产品质量要求，可选用简单蒸馏、水蒸汽蒸 馏、间歇精馏、连续精馏或特殊精馏等。 b．操作压力的选取： 根据精馏物系的特点，可以是常压精馏、减压精馏或加压精馏。 c. 塔型的选择： 通过技术经济综合评价，可以选用不同塔型（板式塔、填料塔〕 和不同板型（如浮阀搭、筛板塔等）或填料塔。 d. 进料状态 一般，一切热量尽可能从塔底加入，但应考虑工艺条件。 e. 加热方式：直接蒸汽加热、间接加热，综合各组的计算结果， 比较它们的优缺点。
时间安排
• 所有工作必须独立完成。
• 时间：6月7日 —— 6月18日。
• 6月11日之前完成理论计算， 6月12日开始绘图。
• 6月16日之前完成主体设备图和流程图。
• 6月17日之前完成说明书撰写。
一、 化工原理课程设计任务
• 设计题目：酒精生产过程板式精馏塔的设计 • 设计任务：
在酒精生产工艺中，将粗产品中的大部分杂质除去
• 乙醇蒸气与空气混合能引起爆炸，爆炸极限浓度3.518.0％(W)。酒精在70％(V)时，对于细菌具有强列的杀 伤作用．也可以作防腐剂，溶剂等。处于临界状态（243℃、 60kg／CM・CM）时的乙醇，有极强烈的溶解能力，可实 现超临界淬取。由于它的溶液凝固点下降，因此，一定浓度 的 酒精溶液，可以作防冻剂和冷媒。酒精可以代替汽油作燃料， 是一种可再生能源。
设备的年运行时间平均为300天。
• 设计条件：
1、加热方式： 直接蒸汽加热，蒸汽压力为 1.0~2.0kg/cm2。 间接加热。 2、操作压力： 常压。 3、进料状况： 饱和液体。 30℃冷液进料。 4、冷却水进口温度：30℃，出口温度自定。 5、塔板形式：浮阀塔板。
• 应完成的工作量：
1、乙醇精馏塔的工艺设计，塔板的结构设计
五、设计原理和方法
• 1、关于精馏方案的选定
• 选定精馏方案是完成设计的先决条件，因为精馏塔工 艺尺寸的确定不仅与所处理物系的性质、给定的生产能力、 组成要求有关，还与操作压力、回流液状态、加热方式以 及所选用设备的型式等一系列因素有关，所以在进行精馏
塔设计过程中，选定精馏方案和拟定精馏装置流程的工作必
塔径的计算方法：
• 板式塔的塔径依据流量公式计算，即
4Vs D u
• 空塔气速u的计算方法是，先求得最大空塔气速umax， 然后根据设计经验，乘以一定的安全系数，即
后，还存在着大量的水分，为了达到产品的质量要求，
需要将水分分离出去。本设计结合乙醇生产工艺，要 求设计一浮阀精馏塔，用于乙醇水溶液的分离。
• 下面是乙醇精馏塔的设计任务：
1、生产能力：年产 吨乙醇产品。
2、原料液中含乙醇
3、馏出液中的乙醇含量为
%（质量），其余为水。
%（质量）。
4、残液中的乙醇含量不高于0.2%（质量）。
• 在塔型的选择中固然要尽量设法选用性能优良的塔型，但
因每种塔型绝非十全十美，故选型时还必须从产量、质量和
能耗等实际需要出发，努力做到兼顾技术上的可行性和经济 上的合理性两个方面． • 在确定进料状态和加料方式时既要考虑便于平稳操作，还 要考虑相关工序的实际情况等因素。如精馏塔的加料方式用
高位槽就比用加料泵直接加料较易平稳操作。但必须注意，
课程设计不同于平时的作业，在设计中需要学生自己 做出决策，即自己确定方案，选择流程，查取资料， 进行过程和设备计算，并要对自己的选择做出论证和 核算，经过反复的分析比较，择优选定最理想的方案
和合理的设计。所以，课程设计是培养学生独立工作
能力的有益实践。
“能力”的训练和培养：
① 查阅资料、选用公式和数据的能力； ② 从技术上的可行性与经济上的合理性两方面树立正确 的设计思想、分析和解决工程实际问题的能力； ③ 准确、快速的计算能力； ④ 熟练应用计算机（包括编程计算和使用工程设计软件） 的能力以及用简洁文字、图表表达设计思想的能力．
表5
精馏塔工艺参数汇总
Rmin
R
N1
N2
ห้องสมุดไป่ตู้
NT
ET
Np
3、关于塔板和塔体主要工艺尺寸的设计计算
• 主要内容包括：板间距、塔径、塔板型式、溢流装置、塔
板布置、流体力学性能校核、负荷性能图以及塔高等。
• 着重应注意的是：塔板设计的任务是以流经塔内气液的物 流量、操作条件和系统物性为依据，确定具有良好性能（压
是现代化生产应优先考虑的原则，不得采用缺乏可靠性的、不成
熟的技术和设备，不得采用难以控制或难以保证安全生产的技和 设备。
4、可行性：流程布置和设备结构不应超出一般土建要求和
机
本设计的基本内容和要求
• 设计内容包括：
• 选定精馏方案及流程；
• 进行精馏塔的工艺计算；
• 结构和附属设备的选型设计； • 绘制精馏塔的装配图； • 将设计结果编写成设计说明书。
• 第五、食品饮料工业中，用来生产汽酒、果酒、白酒等。
• 总之，酒精在国防工业、医疗卫生、有机合成、食品工业、 工农业生产中都有广泛的用途。
课程设计目的和要求
• 目的： – 锻炼学生的综合能力：资料查阅、知识综合应用、 理论计算、设备选型、绘制图形、编写说明书。 – 培养工程观念：理论→小试→放大。 • 要求： – 设定大致框架，绘制工艺流程图； – 进行有关计算，得出设备主要尺寸和参数（塔高， 直径，塔板数等）； – 选择附属设备； – 根据计算结果绘制主体设备图形； – 编写设计说明书。
a、对任务书中根据规定的操作条件所选用的塔型、板型、 填料类型等必须进行简要论证．对流程安排中合理利用热能
的可能性必须作简要分析，并绘制精馏装置流程图。
b、设计开始通常只能对方案，流程作初步安排，待整个 计算完成后再对方案流程进行修正并作较全面的论证讨论。
• 2、关于工艺计算
工艺计算的主要内容是： 物料衡算确定产品的质量、收率和流率。 确定操作条件指塔主要部位的压力和温度。 精馏计算根据相平衡数据和分离要求，根据经济核算，确定适 宜回流比；计算精馏塔的理论板数；计算板式塔的实际板数， 并确定进料位置。
f．再沸器、冷凝器、冷却器等换热设备的配置:
再沸器配置与所采用的加热方式有关，通常采用间接蒸
汽加热，有时也可采用直接蒸汽加热；
冷凝器的型式多采用列管式换热器，冷凝器的安装位置
从技术和经济上考虑，对于小塔，当传热面积较小时常将冷 凝器直接安装在塔顶，而当处理量较大或搭较高时，则常将 冷凝器移至地面，然后再用回流泵强制回流入塔.
• 1、天津大学，《化工原理》，天津，天津科学技术出版社， 1990年。 • 2、李功样等《常用化工单元设备设计》，广州，华南理工大学 出版社，2003年。 • 3、 魏崇关，郑晓梅，《化工工程制图》，北京，化学工业出版 社，1992年。 • 4、 刁玉玮，王立业 编，《化工设备机械基础》，大连，大连 理工大学出版社，1989年。 • 5、章克昌，吴佩琮，《酒精工业手册》，北京，轻工业出版社， 1995年。 • 化工设备设计手册《金属设备》 • 化工设备设计手册《材料与零部件》
表3（全塔参数）
乙醇(kmol/h) 进料 F 馏出液 D 釜液 W 加热蒸气V0 物性数 据… … 水(kmol/h) 总量(kmol/h)
表4：单位换算表： t℃ F D W L V L’ V’ (or Vo ) MS x mol% kmol/h kg/h m3/h
4）确定回流比 先计算最小回流比，然后取操作的实际回流比 5）理论塔板数的计算（用图解法） 6） 实际塔板数
1、经济性：应符合能量充分合理利用和节能原则，符合经 常 生产费和设备投资费的综合核算最经济的原则；符合有用物质高 回收率、低损耗率原则． 2、先进性：应对目前工厂生产过程和设备上存在的问题提 出
改进方案和改进措施，并尽量采用国内外最新技术成果。
3、可靠性和稳定性：保证运行的安全可靠和操作的稳定易 控
降小、弹性大、效率高）的塔板结构与尺寸。
• 塔板设计的基本思路是：以通过某一块板的气液处理量和 板上气液组成，温度、压力等条件为依据，首先参考设计手
册上推荐数据初步确定有关的独立变量，然后进行流体力学
计算，校核其是否符合所规定的范围，如不符合要求就必须 修改结构参数，重复上述设计步骤直到满意为止。最后给制 出负荷性能图，以确定适宜操作区和操作弹性。
• 酒精有哪些用途
• 第一、酒精可以为工业生产提供能源，如作为汽 车的燃 料或与汽油组成混合燃料。幻灯片 28 • 第二、酒精是一种很好的有机溶剂，许多有机制剂的生产 中都要使用，如利用酒精脱水成为乙烯，用以生产合成橡胶、 聚乙烯、聚氯乙烯等。 • 第三、酒精具有杀菌作用，被医疗卫生部门广泛用作消毒剂、 防腐剂。 • 第四、制造农药。
• 选定方案必须考虑的问题:
a、必须考虑工艺要求与平稳操作问题； b、必须考虑经济上的合理性; 如在精馏方式的选定中必须考虑生产规模、产品质量、 产量的要求以及投资费用等，如用水蒸汽蒸馏或简单蒸馏虽 投资省，但所获得的产品质量不高，欲要得到高纯度产品则
必须采用连续精馏等方式。
在确定操作压力时则必须考虑所处理的液体混合物的性 质等因素；如热敏性物料采用真空蒸馏，而对于沸点低常压 下呈气态的物料则应在加压下进行蒸馏。
• 工艺计算内容 1）平衡关系（略） 2）物性计算（气、液相）（略） 3）物料衡算（略） • 将所计算结果列入表中，但应列出详细的计算过程。 表1、表2（液相、气相）
进料
质量分率(wt%) 摩尔分率(mol%)
塔顶
塔底
平均分子量 （kg/mol）
温度(℃) 密度(kg/m3) 粘度（Pa.s） 相对挥发度 表面张力mN/m
化工原理课程设计
(2010年)
化工原理课程设计
• 酒精生产过程精馏塔的设计
• 什么是酒精
酒精是一种无色透明、易挥发，易燃烧的液体。有酒的气
味和刺激的辛辣滋味，微甘。学名是乙醇， 分子式C2H5OH，
因为它的化学分子式中含有羟基，所以叫做乙醇，比重 0.7893(20／4°)。凝固点-117.3℃。沸点78.2℃。能与 水、甲醇、乙醚和氯仿等以任何比例混溶。有吸湿性。与水能 形 成共沸混合物，共沸点78.15℃。
无论进料状态还是加料方式均与前道工序以至整个车间的流 程安排有关。
在考虑精馏塔附属的换热设备的配置中，必须注意到精 馏过程如何合理利用热能的问题，可以用定性或定量的方法 论述塔底釜液与塔顶蒸汽热能利用的可能性（可以从传热温 差的大小以及回收热量的多少进行可行性比较），考虑它们 能否用于预热料液或有别的用处。此外，在考虑回收热能的 方案时还要以精馏塔可能实现平稳操作为前题。 • 必须注意：
结构计算主要内容
板式塔的结构设计内容包括塔的总体结构，塔盘结构 和接管结构，可参见有关资料。 （1）塔的主体尺寸 b.塔径 c.塔高 （2）塔板与降液管结构尺寸设计 a.塔板 D＜800mm ，整块式 D≥900mm ，分块式
b.堰长 c.堰高 d.降液管 e.塔板布置与阀孔排列：计算阀孔数目，然后再在坐标 纸上实际排孔，以实际排孔数为准。 （3）流体力学验算 a.气体通过塔板的压力降 b.泄露计算 c.液泛 d.雾沫夹带 e.负荷性能图 f.接管尺寸
三、绘图要求
1、用坐标纸绘制乙醇—水溶液的y-x图， 并用图解法求理论塔板数；
2、用坐标纸绘浮阀的排孔图；
3、用A4图纸绘制设备流程图一张； 4、用594×841图纸绘制装置图一张：一主视图， 一俯视图，一剖面图，若干个局部放大图。 设备技术要求、主要参数、接管表、
部件明细表、 标题栏等。
四、参考书