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课程设计说明书
课程名称：化工原理课程设计
题目：乙醇-水分离过程板式连续精馏塔设计
学生姓名：*** 学号： ************ 系别：环境与建筑工程系
专业班级：
指导老师：
2012年5月
目录
1.设计方案确定 (1)
2 操作条件和基础数据 (2)
3 精馏塔的物料衡算 (2)
3.1 原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 (2)
3.2 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 (2)
3.3 料液及塔顶、塔底产品的摩尔流率 (2)
3.4热量衡算 (3)
4 塔板数的确定 (7)
4.1 理论板层数NT的求取 (7)
4.1.1求最小回流比及操作回流比 (7)
5 精馏塔的工艺条件及相关物性数据的计算： (10)
5.1填料的选择 (15)
6 塔径设计计算 (16)
7填料层高度的计算 (18)
8附属设备及主要附件的选项计算 (19)
8.1 冷凝器 (19)
8.2 加热器 (20)
8.3 塔管径的计算及选择 (20)
8.4 液体分布器 (21)
8.5 填料及支撑板的选择 (23)
8.6 塔釜设计 (23)
8.7塔的顶部空间高度 (24)
8.8人孔的设计 (24)
8.9裙座的设计 (24)
9 对设计过程的评述和有关问题的讨论 (25)
9.1 进料热状况的选取 (25)
9.2 回流比的选取 (26)
9.3 理论塔板数的确定 (26)
10设计结果的自我总结与评价 (26)
参考文献 (28)
1 设计方案确定
泡点进料，将原料液通过预热器加热至泡点后送入精馏塔内。塔顶上升蒸气采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，其余部分经产品冷却器冷却后送至储罐。该物系属易分离物系，回流比较大，故操作回流比取最小回流比的1.1倍。塔釜采用直接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。
规整填料塔与筛板塔相比，有以下优点
1)压降非常小。气相在填料中的液相膜表面进行对流传热、传质
不存在塔板上清液层及筛孔的阻力。在正常情况下规整填料的阻力只有相应筛板塔阻力的1/5~1/6
2)热、质交换充分分离效率高使产品的提取率提高
3)操作弹性大不产生液泛或漏液所以负荷调节范围大适应性强。负荷调节范围可以在30%110%筛板塔的调节范围在70%~100%
4)液体滞留量少启动和负荷调节速度快
5)可节约能源。由于阻力小空气进塔压力可降低0.07MPa左右
因而使空气压缩能耗减少6.5%左右
6)塔径可以减小。此外，应用规整填料后由于当量理论塔板的压差减小全精馏制氩可能实现氩提取率提高10%~15%
2 操作条件和基础数据
进料中乙醇含量（质量分数） wf=0.35； 产品中乙醇含量（质量分数） wd=0.9； 塔釜中乙醇含量（质量分数） ww<0.005； 生产能力 D´=48000吨/年； 塔顶操作压力 101.3kPa (表压)操作； 进料热状况 泡点进料； 根据上述工艺条件作出筛板塔的设计计算如下。
3 精馏塔的物料衡算
3.1 原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率
乙醇的摩尔质量 kmol kg M A /07.46= 水的摩尔质量 kmol kg M B /02.18= x F =0.35/46.07
0.35/46.07+0.65/18.02 =0.174 x D =0.9/46.07
0.9/46.07+0.1/18.02 =0.779 x W =0.05/46.07
0.05/46.07+0.95/18.02 =1.693×10-3
3.2 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量
M F =0.174×46.07+（1-0.174）×18.02=22.9007 M D =0.779×46.07+（1-0.779）×18.02=39.871 M W =0.001963×46.07+（1-0.001963）×18..02=18.075
3.3 料液及塔顶、塔底产品的摩尔流率
依给定条件：一年以300天、一天以24小时计，有W’=48000t/年=6666.67kg/h
全塔物料衡算
F’=D’+W’
0.35F’=0.90D’+0.005
3.4 热量衡算
a．加热介质和冷却剂的选择
(a)加热介质的选择。常用的加热介质有饱和水蒸气和烟道气，饱和水蒸气是一种应用最广的加热剂。由于饱和水蒸气冷凝时的传热膜系数很高，可以通过改变蒸汽的压力准确的控制加热温度。燃料燃烧所排放的烟道气温度可达到100~1000℃，适用于高温加热。缺点是烟道气比热容及传热膜系数很低，加热温度控制困难。本设计选用300kPa的饱和水蒸气作加热器介质，水蒸气易获得、清洁、不易腐蚀加热管，不但成本会相应降低。塔结构也不复杂。
（b）冷却剂的选择。常用的冷却剂是水和空气，应因地制宜加以选用。受当地气温限制。冷却水一般为10~25℃。如需冷却到较低温度，则需采用低温介质，如冷冻盐水、氟利昂等。
b.冷凝器的热负荷。
冷凝器的热负荷：Q C=(R+1)D(I VD-I LD)
其中I VD—塔顶上升蒸汽的焓，kcal/kmol；
I LD—塔顶镏出液的焓，kcal/kmol。
I VD-I LD=x DΔH V乙+（1-x D）ΔH V水
其中ΔH V
乙—乙醇的蒸发热，kcal/lmol
ΔH V水—水的蒸发热，kcal/lmol
表 1 沸点下的蒸发潜热数据
蒸发潜热与温度的关系：
