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乙醇——水筛板精馏塔工艺设计-课程设计

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化工原理课程设计任务书

专业：

班级：

姓名：

学号：

设计时间：

设计题目： 乙醇——水筛板精馏塔工艺设计

（取至南京某厂药用酒精生产现场）

设计条件： 1. 常压操作，P=1 atm（绝压）。

2. 原料来至上游的粗馏塔，为95——96℃的饱和蒸汽。因沿

程热损失，进精馏塔时原料液温度降为90℃。

3. 塔顶产品为浓度92.41%（质量分率）的药用乙醇，产量为

40吨/日。

4．塔釜排出的残液中要求乙醇的浓度不大于0.03%（质量分

率）。

5．塔釜采用饱和水蒸汽加热（加热方式自选）；塔顶采用全凝

器，泡点回流。

6．操作回流比R=（1.1——2.0）Rmin。

设计任务： 1. 完成该精馏塔工艺设计，包括辅助设备及进出口接管的计

算和选型。

2．画出带控制点的工艺流程图，t-x-y相平衡图，塔板负

荷性能图，筛孔布置图以及塔的工艺条件图。

3．写出该精流塔的设计说明书，包括设计结果汇总和对自己

设计的评价。

指导教师： 时间

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1设计任务

1.1 任 务

1.1.1 设计题目 乙醇—水筛板精馏塔工艺设计（取至南京某厂药用酒精生产现场）

1.1.2 设计条件 1.常压操作，P＝1 atm（绝压）。

2．原料来至上游的粗馏塔，为95－96℃的饱和蒸气。因沿程热损失，进精馏塔时原料液温度降为90℃。

3．塔顶产品为浓度92.41%（质量分率）的药用乙醇，产量为40吨/日。

4．塔釜排出的残液中要求乙醇的浓度不大于0.03％(质量分率)。

5．塔釜采用饱和水蒸气加热（加热方式自选）；塔顶采用全凝器，泡点回流。

6．操作回流比R=(1.1—2.0)minR 。

1.1.3 设计任务

1.完成该精馏塔工艺设计，包括辅助设备及进出口接管的计算和选型。

2．画出带控制点的工艺流程示意图，t-x-y相平衡图，塔板负荷性能图，筛孔布置图以及塔的工艺条件图。

3．写出该精馏塔的设计说明书，包括设计结果汇总和对自己设计的评价。

1.2 设计方案论证及确定

1.2.1 生产时日

设计要求塔日产40吨92.41%乙醇，工厂实行三班制，每班工作8小时，每

天24小时连续正常工作。

1.2.2 选择塔型

精馏塔属气—液传质设备。气—液传质设备主要分为板式塔和填料塔两大类。该塔设计生产时日要求较大，由板式塔与填料塔比较[1]知：板式塔直径放大

word文档 可自由复制编辑 时，塔板效率较稳定,且持液量较大，液气比适应范围大，因此本次精馏塔设备选择板式塔。筛板塔是降液管塔板中结构最简单的，它与泡罩塔相比较具有下列优点：生产能力大10-15%，板效率提高15%左右，而压降可降低30%左右，另外筛板塔结构简单，消耗金属少，塔板的造价可减少40%左右，安装容易，也便于清洗检修[2]。因此，本设计采用筛板塔比较合适。

1.2.3 精馏方式

由设计要求知，本精馏塔为连续精馏方式。

1.2.4 操作压力

常压操作可减少因加压或减压操作所增加的增、减压设备费用和操作费用，提高经济效益, 在条件允许下常采用常压操作，因此本精馏设计选择在常压下操作。

1.2.5加热方式

在本物系中，水为难挥发液体，选用直接蒸汽加热，可节省再沸器。

1.2.6 工艺流程

原料槽中的原料液先由离心泵送到预热器预热，再进精馏塔，精馏塔塔顶蒸汽经全凝器冷凝，泡点回流，塔顶产品输送进乙醇贮存罐，而再沸器则加热釜液，塔釜产品流入釜液贮存罐。

2 筛板式精馏塔的工艺设计

2.1 精馏塔的工艺计算

2.1.1 乙醇和水的汽液平衡组成

相对挥发度的计算：

塔顶产品浓度为92.4%，因此，可近似看成纯乙醇溶液；同理，塔底浓度为0.02%可近似看成纯水溶液。所以，塔顶温度为乙醇沸点为78.3oC，塔底温度为水的沸点96.0oC

表2-1查[2]书得：不同温度下乙醇和水的汽液平衡组成如下表所示：

液相摩尔

分数x 气相摩尔分数y 温度/℃ 液相摩尔

分数x 气相摩尔分数y 温度/℃

0.00 0.00 100 0.3273 0.5826 81.5

0.0190 0.1700 95.5 0.3965 0.6122 80.7

0.0721 0.3891 89.0 0.5079 0.6564 79.8

0.0966 0.4375 86.7 0.5198 0.6599 79.7

0.1238 0.4704 85.3 0.5732 0.6841 79.3

0.1661 0.5089 84.1 0.6763 0.7385 78.74

0.2337 0.5445 82.7 0.7472 0.7815 78.41

word文档 可自由复制编辑 0.2608 0.5580 82.3 0.8943 0.8943 78.15

根据以上数据画出以下乙醇-水的t-x（y）相平衡图，以及乙醇-水的x-y图

② 通过试差法求出塔顶、塔底、进料处、加料板的乙醇气相组成 0510152025303540455055606570758085909510010500.10.20.30.40.50.60.70.80.91温度t(℃)x(y)乙醇--水t-x(y)图乙醇-水x-y相平衡图00.10.20.30.40.50.60.70.800.10.20.30.40.50.60.70.8xy

word文档 可自由复制编辑 17.05.95903891.017.00.895.95进料板Y

0190.05.95900721.00190.00.895.95进料板X

解得 X进料板=0.0639

Y进料板=0.355

③计算塔顶、塔底、进料处相对挥发度

计算公式为：XaYa1Xa1Ya）（）（α

顶Y8943.03.7815.788943.07815.015.7841.78

Y顶=0.8292

8943.015.783.788943.07472.015.7841.78顶X

X顶=0.8094

17.05.959617.005.95100顶Y

0190.05.9596019.005.95100底X

塔顶：α顶=1.123

塔底：α底=8.957

加料板：α加料板=8.063

④计算乙醇－水的平均相对挥发度：

乙醇－水的相对挥发度一般应用各温度下的挥发度的几何平均值或者算术平均值表示，本设计中使用各温度下的几何平均值来表示。

α底顶=2.32

2.1.2全塔物料衡算

原料液中：设 A组分－乙醇; B组分－水

查[6]书和[7]书得:

word文档 可自由复制编辑 乙醇的摩尔质量：M乙=46.07 kg/kmol

水的摩尔质量： M水=18.02 kg/kmol

826.002.18/0759.007.46/9241.007.46/9241.0Dx

0000782.002.18/98.007.46/02.007.46/02.0Wx

因为入口的原料液是上游为95——96℃的饱和蒸汽冷却至90oC所得，因此，x F的液相组成就是95.5 oC的气相组成。经查表得，95.5 oC的饱和蒸汽进料液的摩尔组成为：

x F = 0.17

根据产量和所定工作时间，即日产40吨92.41%乙醇，每天24小时连续正常工作，则

原料处理量：D=3401040.51(/)24(0.826546.070.1718.02)kmolh

206.000000782.0826.00000782.017.0WDWFXXXXFD

hkmol/196.650F

hkmolDFW/156.14040.51196.650

求q值

由表2-1乙醇-水的平衡数据用内差法求得原料进入塔时{90℃时}的气液相组成为：xA=0.0639 yA=0.3554

由 FFx= LxA + VyA 和 F = L + V 得 L = 125.26（kmol/h），

∴q = L /F = 0.6360

则：q线方程为 y = 11Fxqxqq= -1.747x+0.467

塔顶和塔釜温度的确定

由t-x-y图可知: 塔顶温度tD=78.30℃，塔底温度tw= 96.00℃，

△t=1/2(tD+tw)=87.15℃

回流比和理论塔板的确定

word文档 可自由复制编辑 用内差法求得进料板的气液相组成（90℃进料）

进料板位于平衡线上,则：355.00639.0进料板进料板YyXxqq

618.10639.0355.0355.0826.0minqqqDxyyxR

R=1.5*Rmin=1.5*1.618=2.427

操作方程的确定

精馏段：hkmolDRL/318.9851.40427.2

hkmolDRV/828.13851.40)1427.2()1(

提馏段：hkmolqFLL/387.223650.196*636.0318.98

hkmolFqVV/247.67650.196*)636.01(828.138)1(

、精镏段操作方程：b

292.0708.0826.0*828.13851.40828.138318.981nDnnxXnxVDxVLy

提镏段操作线方程：

000182.0322.30000782.0*247.67140.156247.67387.2231nwnnxXnxVWxVLy

相平衡方程为：

nnnnnnnyyyyXnxxy32.132.2)1()1(1

板效率及实际塔板数的确定

（1）求αμL

平均温度 t=87.15 (0C)下

μA= 0.449mpas μB=0.3281 mpas

则μL=xFμA＋（1－xF）μB

=0.17×0.449＋（1－0.17）×0.3281

=0.3487mpas

αμL=2.35×0.3487=0.8194

（2）求板效率ET

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乙醇水连续浮阀式精馏塔的设计.doc

乙醇水连续浮阀式精馏塔的设计.doc

I 化工原理课程设计任务书

一 设计题目： 乙醇－水连续浮阀式精馏塔的设计

二 任务要求

设计一连续筛板浮阀精馏塔以分乙醇和水

具体工艺参数如下：

原料加料量 F＝100kmol/h

进料组成 xF＝273

馏出液组成 xD＝0.831

釜液组成 xw＝0.012

塔顶压力 p＝100kpa

单板压降 ≤0.7 kPa

2 工艺操作条件：常压精馏，塔顶全凝器，塔底间接加热，泡点进料，泡点回流。

三 主要设计内容

1、设计方案的选择及流程说明

2、工艺计算

3、主要设备工艺尺寸设计

（1）塔径及 提 馏段塔板结构尺寸的确定

（2）塔板的流体力学校核

（3）塔板的负荷性能图

（4）总塔高

4、设计结果汇总

5、工艺流程图及精馏塔工艺条件图

II 目 录

3.

3.

3.

III 20

4

参考文献 ....................................................... 30

IV

摘 要

本设计是以乙醇――水物系为设计物系，以浮阀塔为精馏设备分离乙醇和水。浮阀塔是化工生产中主要的气液传质设备，此设计针对二元物系乙醇－－水的精馏问题进行分析，选取，计算，核算，绘图等，是较完整的精馏设计过程。

通过逐板计算得出理论板数为16块，回流比为3.531,算出塔效率为0.518，实际板数为32块，进料位置为第11块，在板式塔主要工艺尺寸的设计计算中得出塔径为1米，有效塔高13.6米，浮阀数（提馏段每块76）。通过浮阀塔的流体力学验算，证明各指标数据均符合标准。本次设计过程正常，操作合适。

关键词：乙醇、水、二元精馏、浮阀连续精馏精馏塔、提馏段

1

第1章 前言

1.1精馏原理及其在化工生产上的应用

实际生产中，在精馏柱及精馏塔中精馏时，上述部分气化和部分冷凝是同时进行的。对理想液态混合物精馏时，最后得到的馏液(气相冷却而成)是沸点低的B物质，而残液是沸点高的A物质，精馏是多次简单蒸馏的组合。精馏塔底部是加热区，温度最高；塔顶温度最低。精馏结果，塔顶冷凝收集的是纯低沸点组分，纯高沸点组分则留在塔底。

化工原理课程设计——精馏塔设计

化工原理课程设计——精馏塔设计

南京工程学院

课程设计说明书（论文）

题目 乙醇—水连续精馏塔的设计

课 程 名 称 化工原理

院 (系、部、中心) 康尼学院

专 业 环境工程

班 级 K环境091

学 生 姓 名 朱盟翔

学 号 240094410

设 计 地 点 文理楼A404

指 导 教 师 李乾军 张东平

设计起止时间：2011年12月5日至 2011 年12月16日

符号说明

英文字母

Aa——塔板开孔区面积，m2；

Af——降液管截面积，m2；

A0——筛孔面积；

AT——塔截面积；

c0——流量系数，无因此；

C——计算umax时的负荷系数，m/s；

CS——气相负荷因子，m/s；

d0——筛孔直径，m；

D——塔径，m；

DL——液体扩散系数，m2/s；

DV——气体扩散系数，m2/s；

eV——液沫夹带线量，kg(液)/kg(气)；

E——液流收缩系数，无因次；

ET——总板效率，无因次；

F——气相动能因子，kg1/2/（s·m1/2）；

F0——筛孔气相动能因子，kg1/2/（s·m1/2）；

g——重力加速度，9.81m/s2；

h1——进口堰与降液管间的距离，m；

hC——与干板压降相当的液柱高度，m液柱；

hd——与液体流过降液管相当的液柱高度，m；

hf——塔板上鼓泡层液高度，m；

h1——与板上液层阻力相当的高度，m液柱；

hL——板上清夜层高度，m；

h0——降液管底隙高度，m；

hOW——堰上液层高度，m；

hW——出口堰高度，m；

h'W——进口堰高度，m；

Hσ——与克服表面张力的压降相当的液柱高

度，m液柱；

H——板式塔高度，m；

化工原理课程设计-精馏塔

化工原理课程设计-精馏塔

I 化工原理课程设计任务书

1.设计题目：分离乙醇—正丙醇二元物系的浮阀式精馏塔

2.原始数据及条件：

进 料：乙醇含量45%（质量分数，下同），其余为正丙醇

分离要求：塔顶乙醇含量93%；塔底乙醇含量0.01%

生产能力：年处理乙醇-正丙醇混合液25000吨，年开工7200小时

操作条件：间接蒸汽加热；塔顶压强1.03atm(绝压)；泡点进料； R=5

3.设计任务：

⑴完成该精馏塔的各工艺设计，包括设备设计及辅助设备选型。

⑵画出带控制点的工艺流程图、塔板版面布置图、精馏塔设计条件图。

⑶写出该精馏塔的设计说明书，包括设计结果汇总和设计评价。

概述

本次设计针对二元物系的精馏问题进行分析、计算、核算、绘图，是较完整的精馏设计过程。精馏设计包括设计方案的选取，主要设备的工艺设计计算、辅助设备的选型、工艺流程图的制作、主要设备的工艺条件图等内容。通过对精馏塔的核算，以保证精馏过程的顺利进行并使效率尽可能的提高。

本次设计结果为：理论板数为20块，塔效率为42.2%，精馏段实际板数为40块，提馏段实际板数为5块，实际板数45块。进料位置为第17块板，在板式塔主要工艺尺寸的设计计算中得出塔径为0.8米，设置了四个人孔，塔高22.19米，通过浮阀板的流体力学验算，证明各指标数据均符合标准。

关键词：二元精馏、浮阀精馏塔、物料衡算、流体力学验算。

目录

第一章 绪论................................................................................................................ 1

第二章 塔板的工艺设计............................................................................................ 2

分离乙醇水精馏塔设计含工艺流程图和塔设备图

分离乙醇水精馏塔设计含工艺流程图和塔设备图

分离乙醇水精馏塔设计含工艺流程图和塔设备图

集团标准化工作小组 [Q8QX9QT-X8QQB8Q8-NQ8QJ8-M8QMN]

分离乙醇-水的精馏塔设计

设计人员：

所在班级： 化学工程与工艺 成绩：

指导老师： 日期：

化工原理课程设计任务书

一、 设计题目：乙醇---水连续精馏塔的设计

二、 设计任务及操作条件

（1） 进精馏塔的料液含乙醇35％（质量分数，下同），其余为水；

（2） 产品的乙醇含量不得低于90％；

（3） 塔顶易挥发组分回收率为99％；

（4） 生产能力为50000吨/年90％的乙醇产品；

（5） 每年按330天计，每天24小时连续运行。

（6） 操作条件

a） 塔顶压强 4kPa （表压）

b） 进料热状态 自选

c） 回流比 自选

d） 加热蒸汽压力 低压蒸汽（或自选）

e） 单板压降 kPa。

三、 设备形式：筛板塔或浮阀塔

四、 设计内容：

1、 设计说明书的内容

1） 精馏塔的物料衡算；

2） 塔板数的确定；

3） 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算；

4） 精馏塔的塔体工艺尺寸计算；

5） 塔板主要工艺尺寸的计算；

6） 塔板的流体力学验算；

7） 塔板负荷性能图；

8） 精馏塔接管尺寸计算；

9） 对设计过程的评述和有关问题的讨论；

2、 设计图纸要求；

1） 绘制生产工艺流程图（A2 号图纸）；

2） 绘制精馏塔设计条件图 （A2 号图纸）；

五、 设计基础数据：

1. 常压下乙醇---水体系的t-x-y 数据；

2. 乙醇的密度、粘度、表面张力等物性参数。

一、 设计题目：乙醇---水连续精馏塔的设计

二、 设计任务及操作条件：进精馏塔的料液含乙醇35％（质量分数，下同），其余为水；产品的乙醇含量不得低于90％；塔顶易挥发组分回收率为99％，生产能力为50000吨/年90％的乙醇产品；每年按330天计，每天24小时连续运行。塔顶压强 4kPa （表压）进料热状态 自选回流比 自选