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课程设计---乙醇-水溶液连续精馏塔设计

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《化工原理课程设计》报告15000吨/年乙醇~水精馏装置设计年级三年级专业精细化工设计者姓名XXX设计单位化工原理课程设计完成日期2012年 6 月28 日1化工原理课程设计任务书一、课程设计题目乙醇-水溶液连续精馏塔设计二、课程设计的内容1．设计方案的确定2．带控制点的工艺流程图的确定3．操作条件的选择（包括操作压强、进料状态、回流比等）4．塔的工艺计算（1）全塔物料衡算（2）最佳回流比的确定（3）理论板及实际板的确定（4）塔径的计算（5）降液管及溢流堰尺寸的确定（6）浮阀数及排列方式（筛板孔径及排列方式）的确定（7）塔板流动性能的校核（8）塔板负荷性能图的绘制（9）塔板设计结果汇总表5．辅助设备工艺计算（1）换热器的面积计算及选型（2）各种接管管径的计算及选型（3）泵的扬程计算及选型6．塔设备的结构设计：（包括塔盘、裙座、进出口料管）三、课程设计的要求21、撰写课程设计说明书一份2、工艺流程图一张3、设备总装图一张四、课程设计所需的主要技术参数原料：乙醇-水溶液原料温度： 30℃处理量： 1.5万吨/年原料组成（乙醇的质量分数）：50%产品要求：塔顶产品中乙醇的质量分数：90%，92%,94%；塔顶产品中乙醇的回收率：99%生产时间： 300天（7200 h）冷却水进口温度：30℃加热介质： 0.6MPa饱和水蒸汽五、课程设计的进度安排1、查找资料，初步确定设计方案及设计内容，1-2天2、根据设计要求进行设计，确定设计说明书初稿，2-3天3、撰写设计说明书，总装图，答辩，4-5天六、课程设计考核方式与评分方法指导教师根据学生的平时表现、设计说明书、绘图质量及答辩情况评定成绩，采用百分制。

其中：平时表现20%设计说明书40%绘图质量20%答辩20%3目录一、概述 (6)1.1 设计依据 (6)1.2 技术来源 (7)1.3 设计任务及要求 (7)二：计算过程 (8)1. 塔型选择 (8)2. 操作条件的确定 (8)2.1 操作压力 (8)2.2 进料状态 (8)2.3 加热方式 (9)2.4 热能利用 (9)3. 有关的工艺计算 (9)3.1 最小回流比及操作回流比的确定 (10)3.2 塔顶产品产量、釜残液量及加热蒸汽量的计算 (11)3.3 全凝器冷凝介质的消耗量 (11)3.4 热能利用 (12)3.5 理论塔板层数的确定 (13)3.6 全塔效率的估算 (14)N (15)3.7 实际塔板数P4. 精馏塔主题尺寸的计算 (15)4.1 精馏段与提馏段的体积流量 (16)4.1.1 精馏段 (16)4.1.2 提馏段 (17)4.2 塔径的计算 (18)4.3 塔高的计算 (20)5. 塔板结构尺寸的确定 (21)5.1 塔板尺寸 (21)5.2 弓形降液管 (22)5.2.1 堰高 (22)5.2.2 降液管底隙高度h0 (22)5.2.3 进口堰高和受液盘 (22)5.3 浮阀数目及排列 (23)5.3.1 浮阀数目 (23)45.3.2 排列 (23)5.3.3 校核 (24)6. 流体力学验算 (24)h (24)6.1 气体通过浮阀塔板的压力降(单板压降)ph (25)6.1.1 干板阻力ch (25)6.1.2 板上充气液层阻力16.1.3 由表面张力引起的阻力h (25)6.2 漏液验算 (25)6.3 液泛验算 (26)6.4 雾沫夹带验算 (26)7. 操作性能负荷图 (27)7.1 雾沫夹带上限线 (27)7.2 液泛线 (27)7.3 液体负荷上限线 (28)7.4 漏液线 (28)7.5 液相负荷下限线 (28)7.6 操作性能负荷图 (28)8. 各接管尺寸的确定 (30)8.1 进料管 (30)8.2 釜残液出料管 (31)8.3 回流液管 (31)8.4 塔顶上升蒸汽管 (32)8.5 水蒸汽进口管 ········································错误!未定义书签。

摘要：乙醇~水是化工业最常见的溶剂之一,也是非常重要的化工原料之5一。

因此对乙醇的制备研究尤其重要。

蒸馏操作是常见的分离提纯操作之一，乙醇~水溶液的提纯也往往采取此法。

本次的生产任务是1.5万吨/年,原料乙醇的含量为50%，设计要求塔顶乙醇产品浓度不低于90%，塔顶回收率大于99%。

操作中原料液温度为30℃，最终设计塔径为800mm，单溢流型弓形降液管的筛板塔，使乙醇和水达到高度分离。

关键词：乙醇~水、筛板塔、回流比一、概述乙醇的结构简式为C2H5OH，俗称酒精，它在常温、常压下是一种易燃、易挥发的无色透明液体，它的水溶液具有特殊的、令人愉快的香味，并略带刺激性。

乙醇的用途很广，可用乙醇来制造醋酸、饮料、香精、染料、燃料等。

医疗上也常用体积分数为70%——75%的乙醇作消毒剂等。

在我国现在的工业体系中，乙醇~水的混溶溶液多以蒸馏法提浓，但是由于乙醇~水体系有共沸现象，需要提供较多的能量才能对乙醇水溶液提纯到需要的浓度,且通过普通的精馏方法根本无法满足使用的纯度要求。

但是因为工业生产和日常使用的乙醇多为其水溶液，因此，研究和改进乙醇~水体系的精馏设备是非常有意义和有价值的。

在对乙醇~水体系的精馏时,塔设备是最常采用的装置。

尤其是填料塔和板式塔，都在化工生产过程中发挥了巨大的作用。

在本次研究课题中，我们将作板式塔的设计以熟悉单元操作设备的设计流程。

1.1 设计依据6本设计依据《化工原理》的精馏设计实例，对所提出的题目进行分析并做出适当的设计方案和完成理论计算。

1.2 技术来源目前，精馏塔的设计方法以严格计算为主，也有一些简化的模型，但是严格计算法对于连续精馏塔是最常采用的，我们此次所做的计算也采用严格计算法。

1.3 设计任务及要求原料：乙醇~水溶液，年产量15000吨乙醇含量：50%(质量分数)，原料液温度：30℃设计要求：塔顶的乙醇含量90%(质量分数)塔顶产品中乙醇回收率99%表1 乙醇~水溶液体系的平衡数据液相中乙醇的含量(摩尔分数) 汽相中乙醇的含量(摩尔分数)液相中乙醇的含量(摩尔分数)汽相中乙醇的含量(摩尔分数)0.0 0.0 0.40 0.614 0.004 0.053 0.45 0.635 0.01 0.11 0.50 0.657 0.02 0.175 0.55 0.678 0.04 0.273 0.60 0.698 0.06 0.34 0.65 0.725 0.08 0.392 0.70 0.755 0.10 0.43 0.75 0.785 0. 0.482 0.80 0.8278 0.180.513 0.85 0.855 0.200.525 0.894 0.894 0.250.551 0.90 0.898 0.300.575 0.95 0.942 0.350.595 1.0 1.0二：计算过程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6667/kg 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，选用浮阀塔。

2. 操作条件的确定2.1 操作压力由于乙醇~水体系对温度的依赖性不强，常压下为液态，为降低塔的操作费用，操作压力选为常压其中塔顶压力为51.0132510Pa ⨯塔底压力5[1.0132510(265~530)]N Pa ⨯+2.2 进料状态虽然进料方式有多种，但是饱和液体进料时进料温度不受季节、气温变化和前段工序波动的影响，塔的操作比较容易控制；此外，饱和液9 体进料时精馏段和提馏段的塔径相同，无论是设计计算还是实际加工制造这样的精馏塔都比较容易，为此，本次设计中采取饱和液体进料2.3 加热方式精馏塔的设计中多在塔底加一个再沸器以采用间接蒸汽加热以保证塔内有足够的热量供应；由于乙醇~水体系中，乙醇是轻组分，水由塔底排出，且水的比热较大，故可采用直接水蒸气加热，这时只需在塔底安装一个鼓泡管，于是可省去一个再沸器，并且可以利用压力较底的蒸汽进行加热，无论是设备费用还是操作费用都可以降低。

2.4 热能利用精馏过程的原理是多次部分冷凝和多次部分汽化。

因此热效率较低，通常进入再沸器的能量只有5%左右可以被有效利用。

虽然塔顶蒸汽冷凝可以放出大量热量，但是由于其位能较低，不可能直接用作为塔底的热源。

为此，我们拟采用塔釜残液对原料液进行加热。

3. 有关的工艺计算由于精馏过程的计算均以摩尔分数为准，需先把设计要求中的质量分数转化为摩尔分数。

原料液的摩尔组成：3232250/460.281350/4650/18CH CH OHf CH CH OH H O n x n n ===++ 同理可求得：0.7788,0.0044D W x x ==原料液的平均摩尔质量：10 322(1)0.2813460.71871825.88/f f CH CH OH f H O M x M x M kg kmol =+-=⨯+⨯= 同理可求得：39.81/,18.1/D W M kg kmol M kg kmol == 30℃下，原料液中23233971.1/,735/H O CH CH OH kg m kg m ρρ==由此可查得原料液，塔顶和塔底混合物的沸点，以上计算结果见表2。

表2 原料液、馏出液与釜残液的流量与温度名称 原料液馏出液 釜残液 /%f x 5090 1.1 f x (摩尔分数) 0.28130.7788 0.0044 摩尔质量/kg kmol 25.8839.81 18.1 沸点温度t /℃83.83 78.62 99.38 3.1 最小回流比及操作回流比的确定由于是泡点进料，0.2813q f x x ==，过点(0.2183,0.2183)e 做直线0.2813x =交平衡线于点d ，由点d 可读得0.516q y =，因此：min(1)0.7790.5160.7690.5160.174d qq q x y R y x --===-- 又过点(0.779,0.779)a 作平衡线的切线，切点为g ，读得其坐标为'0.55,'0.678q q x y ==，因此：min(2)'0.7790.6780.789''0.6780.55D q q q x y R y x --===--所以，min min(2)0.854R R ==可取操作回流比min 1.2(/ 1.4)R R R ==3.2 塔顶产品产量、釜残液量的计算以年工作日为300天，每天开车24小时计，进料量为：3150001080.5/3002425.88F kmol h ⨯==⨯⨯由全塔的物料衡算方程可写出：F D W =+ 28.79/D kmol h =f D W Fx Dx Wx =+ 51.71/W kmol h ='W L L qF RD qF ==+=+ 1q =(泡点)3.3 全凝器冷凝介质的消耗量塔顶全凝器的热负荷：(1)()C VD LD Q R D I I =+- 可以查得1266/,253.9/VD LD I kJ kg I kJ kg ==，所以(1.21)28.7939.81(1266253.9)2552000/C Q kJ h =+⨯⨯-=取水为冷凝介质，其进出冷凝器的温度分别为30℃和40℃则 平均温度下的比热 4.174/pc c kJ kg C =⋅º，于是冷凝水用量可求：21255200061140/() 4.174(4030)C C pc Q W kg h c t t ===-⨯-3.4 热能利用以釜残液对预热原料液，则将原料加热至泡点所需的热量f Q 可记为：21()f f pf f f Q W c t t =-其中83.833056.922fm t C +==º 在进出预热器的平均温度以及64.4fm t C =º的情况下可以查得比热4.275/pf c kJ kg C =⋅º，所以，31500010 4.275(83.8330479000/30024f Q kJ h ⨯=⨯⨯-=⨯）釜残液放出的热量12()w w pw w w Q W c t t =- 若将釜残液温度降至255w t C =º 那么平均温度99.38+5577.192wm t ==其比热为 4.191/pw c kJ kg C =⋅º，因此，51.71*18.1 4.191(99.3855174083w Q =⨯⨯-=）可知，<w f Q Q ，于是理论上不可以用釜残液加热原料液至泡点，还需要额外加热。

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乙醇—水连续精馏塔(筛板塔

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Hefei University化工原理课程设计题目: 乙醇—水连续精馏塔（筛板塔）系别: 生物与环境工程系专业:_生物工程学号:姓名: jiami指导教师:2011年 5月 24 日目录设计任务书一．概述1.1 乙醇-水系简介---------------------------------------------------4 1.2筛板塔介绍 --------------------------------------------------41.3设计依据-------------------------------------------------------41.4技术来源--------------------------------------------------------5二.设计任务和要求2.1设计题目---------------------------------------------62.2设计任务及操作条件--------------------------------62.3设备形式------------------------------------------62,4厂址------------------------------------------62.5设计内容-------------------------------------------6三．设计方案3.1塔的工艺的计算-------------------------------------------73.1.1精馏塔的物料衡算---------------------------------------73.2.2塔板数的确定-------------------------------------73.3.1压强温度的计算-----------------------113.3.2平均摩尔质量的计算------------------123.3.3平均密度的计算--------------133.3.4液体平均表面张力计算------------143.3.5液体平均黏度计算：-----------153.3.6气液相体积流率计算：---------163.4塔体工艺尺寸的计算--------------------163.4.1塔径的确定--------------------163.4.2精馏塔有效高度的计算-------------------183.5塔板主要工艺尺寸的计算--------------------------------193.5.1溢流装置计算--------------------------------193.5.2降液管------------------------------193.5.3塔板布置---------------------------203.6塔板流体力学验算-------------------------223.6.1塔板阻力h-------------------------------------22p3.6.2单板压降------------------------------233.6.3降液管泡沫层高度----------------------------233.6.4液体在降液管内的停留时间--------------------------------253.6.5雾沫夹带量校核-------------------------------253.6.6漏液点--------------------------263.7塔板性能负荷图-------------------------273.7.1气相负荷下限线----------------------273.7.2过量雾沫夹带线---------------------293.8精馏塔各接管尺寸的确定---------------------313.8.1进料管---------------------313.8.2回流液管-----------------------------313.8.3塔顶上升蒸汽管---------------------------313.9辅助设备的计算及选型--------------------------323.9.1主要辅助设备的选型-------------------------323.10设计结果一览表------------------------353.11．泵的选用-----------------------------------------------363.11.2、料液泵的计算------------------------------------------363.11.3、原料预热器------------------------------------------363.11.4、塔顶回流冷凝器------------------------------------------36 四．符号说明----------------------------------------------------37 五．总结和设计评述------------------------------------------------40 六．参考文献------------------------------------------------41化工原理课程设计任务书一、概述1.1乙醇-水体系乙醇在工业，医药，民用等方面，都有很广泛的应用，是一种很重要的原料。

化工原理课程设计-分离乙醇-水连续板式精馏塔的设计

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丽水学院化工专业课程设计题目专业化学工程与工艺班级化工071本组员指导教师2010 年 5 月17 日至2010 年 5 月30 日任务分配项目综述：工艺流程设计：工艺流程的计算：设备计算与选型：周项目选址与产房布置：编写设计说明书：化工原理课程设计任务书（化工071本组长：）一设计题目：分离乙醇－水连续板式精馏塔的设计二原始数据及条件生产能力：年处理乙醇-水混合液4.5万吨（开工率8000小时/年）原料：乙醇含量为95%（质量百分比，下同）的常温液体分离要求：塔顶乙醇含量不低于99.9%建厂地址：金华市区一设计题目乙醇—水二元物系板式精馏塔的设计二设计条件(1)原料来自原料罐，温度20℃，乙醇含量52%（质量分率）；原料处理量为1100kg/h。

(2)产品组成：乙醇含量 99.9%（质量分率）。

(3)釜液组成：乙醇浓度﹤0.2%（质量分率）。

(4)塔顶压力：。

(5)精馏塔进料状态为泡点进料。

(6)塔釜为饱和蒸汽直接加热。

三设计内容(1)确定工艺流程。

(2)精馏塔的物料衡算。

(3)塔板数的确定。

(4)精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算。

(5)精馏塔塔体工艺尺寸的计算。

(6)塔板板面布置设计。

(7)塔板的流体力学验算与负荷性能图。

(8)精馏塔接管尺寸计算。

(9)塔顶全凝器工艺设计计算和选型。

(10)进料泵的工艺设计计算和选型。

(11)带控制点的工艺流程图、塔板板面布置图、精馏塔设计条件图。

(12)设计说明书。

摘要化工生产常需进行液体混合物的分离以达到提纯或回收有用组分的目的，精馏是利用液体混合物中各组分挥发度的不同并借助于多次部分汽化和部分冷凝达到轻重组分分离的方法。

精馏操作在化工、石油化工、轻工等工业生产中中占有重要的地位。

为此，掌握气液相平衡关系，熟悉各种塔型的操作特性，对选择、设计和分析分离过程中的各种参数是非常重要的。

塔设备是化工、炼油生产中最重要的设备类型之一。

本次设计的筛板塔是化工生产中主要的气液传质设备。

乙醇-水溶液连续精馏塔(浮阀塔)优化设计(内含主体设备装配图和带控制点工艺流程图)

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目录精馏塔优化设计任务书 (1)正文前言 (2)1、乙醇—水溶液连续精馏塔优化设计 (3)1.1 操作条件 (3)1.2精馏流程的确定32、乙醇—水溶液连续精馏塔优化设计计算 (3)2.1 精馏塔全塔物料衡算 (3)2.2 物性参数计算 (4)2.2.1 温度的确定2.2.3 密度的计算2.2.4 混合液体表面张力的计算2.2.5 混合物的粘度2.2.6 相对挥发度2.3理论塔板数及实际塔板数的计算 (11)2.3.1 理论塔板数确定2.3.2 实际塔板数的确定2.4 热量衡算 (13)2.4.1 加热介质的选择2.4.2 冷却剂的选择2.4.3 比热容及汽化潜热的计算2.4.4 热量衡算2.5 塔径的初步设计 (16)2.5.1 汽液相体积流量的计算2.5.2 塔径的计算与选择2.6 溢流装置 (18)2.6.1 堰长2.6.2 弓形降液管的宽度和横截面2.6.3 移液管底隙高度2.7 塔板分布、浮阀数目与排列 (19)2.7.1 塔板分布2.7.2 浮阀数目与排列2.8 塔板的流体力学计算 (21)2.8.1 汽相通过浮阀塔板的压降2.9 淹塔 (22)2.10 雾沫夹带 (23)3、塔板负荷性能图 (24)3.1 雾沫夹带线 (24)3.2 液泛线 (24)3.3 液相负荷上限线 (25)3.4 漏液线 (25)3.5 液相负荷下限 (25)4、塔总体高度利用下式计算 (27)4.1 塔顶封头 (27)4.2 塔顶空间 (28)4.3 塔底空间 (28)4.4人孔 (28)4.5 进料板处板间距 (28)4.6 裙座 (28)5、塔的接管 (29)5.1 进料管 (29)5.2 回流管 (29)5.3 塔底出料管 (29)5.4 塔顶蒸汽出料管 (29)5.5 塔底蒸汽进气管 (29)6、塔的附属设计 (30)6.1 冷凝器的选择 (30)6.2 再沸器的选择 (30)7、参考文献 (31)8、课设心得 (31)9、附图 (32)精馏塔优化任务书一、设计题目乙醇—水溶液连续精馏塔优化设计二、设计任务及操作条件1．设计任务处理量：55300吨/年料液浓度：30（wt%）产品浓度：95（wt%）易挥发组分回收率：99%2. 操作条件：①间接蒸汽加热；②塔顶压强：1.03 atm（绝对压强）③进料热状况：泡点进料；3. 设备型式: 精馏塔4. 工作日:每年300天,每天24小时连续进行三、设计内容a) 流程的确定与说明；b) 塔板和塔径计算；c) 塔盘结构设计i. 浮阀塔盘工艺尺寸及布置简图；ii. 流体力学验算；iii. 塔板负荷性能图。

化工原理课程设计——精馏塔设计

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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A a——塔板开孔区面积，m2；A f——降液管截面积，m2；A0——筛孔面积；A T——塔截面积；c0——流量系数，无因此；C——计算u max时的负荷系数，m/s；C S——气相负荷因子，m/s；d0——筛孔直径，m；D——塔径，m；D L——液体扩散系数，m2/s；D V——气体扩散系数，m2/s；e V——液沫夹带线量，kg(液)/kg(气)；E——液流收缩系数，无因次；E T——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；h C——与干板压降相当的液柱高度，m液柱；h d——与液体流过降液管相当的液柱高度，m；h f——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；h L——板上清夜层高度，m；h0——降液管底隙高度，m；h OW——堰上液层高度，m；h W——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；溶解系数，kmol/(m3·kPa)；H B——塔底空间高度，m；H d——降液管内清夜层高度，m；H D——塔顶空间高度，m；H F——进料板处塔板间距，m；H P——人孔处塔板间距，m；H T——塔板间距，m；K——稳定系数，无因次；l W——堰长，m；L h——液体体积流量，m3/h；L S——液体体积流量，m3/h；n——筛孔数目；P——操作压力，Pa；△P——压力降，Pa；△P P——气体通过每层筛板的压降，Pa；r——鼓泡区半径，m，t——筛板的中心距，m；u——空塔气速，m/s；u0——气体通过筛孔的速度，m/s；u0，min——漏气点速度，m/s；u'0——液体通过降液管底隙的速度，m/s；V h——气体体积流量，m3/h；V s——气体体积流量，m3/h；W c——边缘无效区宽度，m；W d——弓形降液管宽度，m；W s——破沫区宽度，m；x——液相摩尔分数；X——液相摩尔比；y——气相摩尔分数；Y——气相摩尔比；Z——板式塔的有效高度，m。