乙醇-水溶液连续精馏塔设计 精品

《化工原理》课程设计任务书 一、设计题目 乙醇-水溶液连续板式精馏塔设计。 二、任务要求 1、设计一连续板式精馏塔一分离乙醇和水,具体工艺参数如下: (1)原料乙醇含量:质量分率=29% (2)原料处理量:质量流量=10.8t/h (3)摩尔分率 Xd=0.82;Xw=0.02 2、工艺操作条件:常压精馏,塔顶全凝,泡点进料,泡点回流,R=(1.2~2)Rmin。 三、设备形式 筛板塔 四、设计工作日 每年 330 天,每天 24 小时连续运行 六、主要内容 1. 确定全套精馏装置的流程,汇出流程示意图,标明所需的设备、管线及有关控 制或观测所需的主要仪表与装置。 2. 精馏塔的工艺计算与结构设计: (1).物料衡算确定理论板数和实际板数; (2).计算塔径并圆整; (3).确定塔板和降液管结构; (4).流体力学校核,并对特定板的结构进行个别调整; (5).全塔优化,要求操作弹性大于 2。 3. 计算塔高。 4. 估算冷却水用量和冷凝器的换热面积、水蒸气用量和再沸器换热面积。 5. 绘制塔板结构图。 6. 列出设计参数表。 第 1 页,共 33 页 化工原理课程设计 第一章 设计概述 1.1 塔设备在化工生产中的作用与地位 塔设备是是化工、石油化工和炼油等生产中最重要的设备之一。它可使气液 或液液两相间进行紧密接触,达到相际传质及传热的目的。可在塔设备中完成常见 的单元操作有:精馏、吸收、解吸和萃取等。此外,工业气体的冷却与回收、气体 的湿法净制和干燥以及兼有气液两相传质和传热的增湿、减湿等。 在化工、石油化工、炼油厂中,塔设备的性能对于整个装置的产品质量和环 境保护等各个方面都有重大影响。塔设备的设计和研究受到化工炼油等行业的极大 重视。 1.2 塔设备的分类 塔设备经过长期的发展,形成了形式繁多的结构,以满足各方面的特殊需要, 为研究和比较的方便,人们从不同的角度对塔设备进行分类,按操作压力分为加压 塔、常压塔和减压塔;按单元操作分为精馏塔、吸收塔、解吸塔、萃取塔、反应塔 和干燥塔;按形成相际界面的方式分为具有固定相界面的塔和流动过程中形成相界 面的塔,长期以来,人们最长用的分类按塔的内件结构分为板式塔、填料塔两大类。 1.3 板式塔 板式塔是分级接触型气液传质设备,种类繁多,根据目前国内外的现状,主 要的塔型是浮阀塔、筛板塔和泡罩塔。 1.3.1 泡罩塔 泡罩塔是历史悠久的板式塔,长期以来,在蒸馏、吸收等单元操作使用的设 备中曾占有主要的地位,泡罩塔具有一下优点: (1).操作弹性大 (2).无泄漏 (3).液气比范围大 第 2 页 共 33 页 化工原理课程设计 (4).不易堵塞,能适应多种介质 泡罩塔的不足之处在于结构复杂、造价高、安装维修方便以及气相压力降较大。 1.3.2 筛板塔 筛板塔液是很早就出现的板式塔,20 世纪 50 年代起对筛板塔进行了大量工 业规模的研究,形成了较完善的设计方法,与泡罩塔相比,具有以下的优点: (1).生产能力大(提高 20%-40%) (2).塔板效率高(提高 10%-15%) (3).压力降低(降低 30%-50%),而且结构简单,塔盘造价减少 40%左 右,安装维修都比较容易[1]。 1.3.3 浮阀塔 20 世纪 50 年代起,浮阀塔板已大量的用于工业生产,以完成加压、常压、 减压下的蒸馏、脱吸等传质过程。 浮阀式之所以广泛的应用,是由于它具有以下优点: (1).处理能力大 (2).操作弹性大 (3).塔板效率高 (4).压力降小 其缺点是阀孔易磨损,阀片易脱落。 浮阀的形式有很多,目前常用的浮阀形式有 F1 型和 V-4 型,F1 型浮阀的结 构简单,制造方便,节省材料,性能良好。F1 型浮阀又分为轻阀和重阀两种。V-4 型浮阀其特点是阀孔冲成向下弯曲的文丘里型,以减小气体通过塔板的压强降,阀 片除腿部相应加长外,其余结构尺寸与 F1 型轻阀无异,V-4 型阀适用于减压系统。 第 3 页 共 33 页 化工原理课程设计 第二章 设计方案的确定及流程说明 2.1 塔型选择 根据生产任务,若按年工作日 300 天,每天开动设备 24 小时计算,产品流量 为 10.8t/h,由于产品粘度较小,流量较大,为减少造价,降低生产过程中压降和 塔板液面落差的影响,提高生产效率,选用筛板塔。 2.2 操作流程 乙醇——水溶液经预热至泡点后,用泵送入精馏塔。塔顶上升蒸气采用全冷 凝后,部分回流,其余作为塔顶产品经冷却器冷却后送至贮槽。塔釜采用间接蒸汽 再沸器供热,塔底产品经冷却后送入贮槽。 精馏装置有精馏塔、原料预热器、再沸器、冷凝器、釜液冷却器和产品冷却 器等设备。热量自塔釜输入,物料在塔内经多次部分气化与部分冷凝进行精馏分离, 由冷凝器和冷却器中的冷却介质将余热带走。 乙醇—水混合液原料经预热器加热到泡点温度后送入精馏塔进料板,在进料 板上与自塔上部下降的的回流液体汇合后,逐板溢流,最后流入塔底。在每层板上, 回流液体与上升蒸汽互相接触,进行热和质的传递过程。 流程示意图如下图 图 1:精馏装置流程示意图 第 4 页 共 33 页 化工原理课程设计 第三章 塔的工艺计算 3.1 查阅文献,整理有关物性数据 (1)水和乙醇的物理性质 表 3—1:水和乙醇的物理性质 名称 分子式 相对分子 质量 密度 20℃ kg / m3 沸点 101.33kPa ℃ 比热容 (20℃) Kg/(kg. ℃) 黏度 (20 ℃ ) mPa.s 导热系 数 (20℃) ? /(m. ℃) 表面 张力 ? ???? (20 ℃ ) N/m 水 H2O 18.02 998 100 4.183 1.005 0.599 72.8 乙醇 C2H5OH 46.07 789 78.3 2.39 1.15 0.172 22.8 (2)常压下乙醇和水的气液平衡数据,见表 3—2 表 3—2 乙醇—水系统 t—x—y 数据 沸点 t/℃ 乙醇

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