乙醇-水连续精馏浮阀塔的设计课程
化工原理课程设计 课 程 设 计 设计题目 乙醇-水连续精馏浮阀塔的设计学生姓名 学 号 专业班级 指导教师 2014年 1 月 11 日 .乙醇水浮连续精馏阀塔工艺设计 目 录 化工原理课程设计任务书3摘要4一、设计任务及方案简介101.1 设计任务101.2 设计方案论证及确定10二、工艺流程草图及说明122.1.1 工艺草图122.2 工艺流程说明12三、精馏塔工艺的设计及计算133.1 塔的物料衡算：133.1.1 液料及塔顶，塔底产品含乙醇摩尔分数133.1.2平均摩尔质量133.1.3 物料衡算133.2 塔板数的确定：143.2.1 理论塔板数的求取153.2.2求最小回流比及操作回流比R163.2.3 求理论塔板数163.3 塔的平均温度:173.4 密度173.4.1 精馏段173.4.2 提馏段183.4.3 不同温度下乙醇和水的密度183.5 混合物的粘度193.6 相对挥发度193.6.1 精馏段挥发度193.6.2 提馏段挥发度193.7 气液相体积流量计算203.7.1 精馏段203.7.2 提馏段203.8 混合溶液表面张力20v3.8.1 精馏段213.8.2 提馏段223.9 全塔效率及实际塔板数22四、工艺计算及主体设备的设计234.1 管径的初步设计234.1.1精馏段244.1.2 提馏段254.2 溢流装置254.2.1 堰长254.2.2 方形降液管的宽度和横截面264.2.3 降液管底隙高度264.3 塔板分布及浮阀数目及排列264.3.1 塔板分布264.3.2 浮阀数目与排列264.4 塔板的流体力学计算294.4.1 气相通过浮阀塔板的压降294.5 淹塔304.5.1 精馏度304.5.2 提馏段304.6 物沫夹带314.6.1 精馏段314.6.2 提馏段314.7塔板负荷性能图324.7.1 物沫夹带线324.7.2 液泛线324.8 液相负荷上限334.9 液漏线334.10 液相负荷下限性34五、塔的附属设备选型及校核355.1 接管355.1.1 进料管355.1.2 回流管365.1.3 塔釜出料管365.1.4 塔顶蒸汽出料管375.1.5 塔釜进气管375.1.6 法兰375.2 筒体与封头385.2.1 筒体385.2.2 封头395.3 除沫器395.4 裙座395.5吊柱405.6人孔405.7 塔总体高度的计算405.7.1 塔的顶部空间高度405.7.2 塔的底部空间高度405.7.3 塔立体高度405.8 附属设备设计415.8.1 冷凝器的选择415.8.2 再沸器的选择41六、 塔的各项指标校验426.1 风载荷及风弯矩426.1.1 风载荷426.2 风弯矩426.3 离心泵选型436.4 塔体的强度和稳定性校核446.4.1 塔底危险截面1-1轴向应力计算446.5 质量载荷446.6 塔底抗压强度校核456.6.1 塔底1-1截面抗压强度及轴向稳定性校核456.7 裙座的强度及稳定性校核45裙座底部0-0截面的轴向应力计算456.8 焊缝强度466.9.1 水压试验时，塔体1-1截面的强度条件466.9.2水压试验时裙裾底部1-1截面的强度和稳定性验算47七、设计结果概要及汇总477.1 全塔工艺设计结果总汇477.2 主要符号说明50八、总结528.1 总结528.2 心得53九、主要参考文献54绪论本设计书介绍的是浮阀塔精馏的设计，其中包括设计方案的确定、塔主要设备的工艺设计计算、辅助设备的选型、工艺流程图及草图及说明、设计结果概要及一览表等几大内容。本设计主要用于分离酒精和水的混合物，利用浮阀塔将其进行精馏分离。精馏所进行的是精馏所进行的是气、液两相之间的传质，而作为气、液两相传质所用的塔设备，首先必须要能使气、液两相得到充分的接触，以达到较高的传质效率。在本设计过程中，严格按照常用数据算图，化工设备常用材料性能以及化工图例国标规定进行设计，同时查阅了大量的有关资料。每一步的计算都严格按照化工原理课程设计一书中的公式进行计算，并经过核对与验算，总体来说有一定的合理性。一、 设计方案论证及确定 1.1.1 生产时日及处理量的选择：设计要求塔年处理11.5万吨乙醇水溶液系统，年工作日300d，每天工作24h。 1.1.2 选择用板式塔不用填料塔的原因：因为精馏塔精馏塔对塔设备的要求大致如下： （1）生产能力大：即单位塔截面大的气液相流率，不会产生液泛等不正常流动。 （2）效率高：气液两相在塔内保持充分的密切接触，具有较高的塔板效率或传质效率。 （3）流体阻力小：流体通过塔设备时阻力降小，可以节省动力费用，在减压操作是时，易于达到所要求的真空度。 （4）有一定的操作弹性：当气液相流率有一定波动时，两相均能维持正常的流动，而且不会使效率发生较大的变化。 （5）结构简单，造价低，安装检修方便。 （6）能满足某些工艺的特性：腐蚀性，热敏性，起泡性等。 故选用板式塔。1.1.3 板式精馏塔选择浮阀塔的原因：（1）生产能力大，由于塔板上浮阀安排比较紧凑，其开孔面积大于泡罩塔板，生产能力比泡罩塔板大 20%40%，与筛板塔接近。 （2）操作弹性大，由于阀片可以自由升降以适应气量的变化，因此维持正常操作而允许的负荷波动范围比筛板塔，泡罩塔都大。 （3）塔板效率高，由于上升气体从水平方向吹入液层，故气液接触时间较长，而雾沫夹带量小，塔板效率高。 （4）气体压降及液面落差小，因气液流过浮阀塔板时阻力较小，使气体压降及液面落差比泡罩塔小。 （5）塔的造价较低，浮阀塔的造价是同等生产能力的泡罩塔的 50%80%，但是比筛板塔高 20%30。 1.1.4 选择泡点进料的原因：在供热量一定的情况下，热量应尽可能从塔底输入，使产生的气相回流在全塔发挥作用。为使塔的操作稳定，免受季节气温影响，精、提馏段采用相同塔径以便于制造，则常采用泡点进料。1.1.5 操作压力的选择：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。1.1.6 加热方式的选择：采用间接蒸汽加热，设置再沸器。1.2.7 回流比的选择：主要从经济观点出发，力求使设备费用和操作费用之和最低，该设计选择为。二、工艺流程草图及说明2.1.1 工艺草图2.1 工艺流程草图 图 2-1 工艺流程简图2.2 工艺流程说明一整套精馏装置应该包括精馏塔、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。操作时，连续地从再沸器取出部分液体作为塔底产品，部分液体气化，产生上升蒸汽，一起通过各层塔板。塔顶蒸汽进入冷凝器中被冷凝，并将部分冷凝液送回塔顶作为回流液，其余部分经冷凝器冷凝后送出作为塔顶产品，经冷凝器冷却后送入贮槽。塔釜采用再沸器加热。塔底产品经冷却后送入贮槽。三、精馏塔工艺的设计及计算3.1 塔的物料衡算：3.1.1 液料及塔顶，塔底产品含乙醇摩尔分数 =0.8597=0.3.1.2平均摩尔质量 =0.11546.07+(1-0.115)18.02=21.25 Kg/Kmol =0.07+（1-0.8597）18.02=42.13 Kg/Kmol =0.07+（1-0.）18.02=18.03 Kg/Kmol3.1.3 物料衡算总物料衡算 += =/24=15416.67Kg/h 易挥发组份物料衡算 0.94+0.001=0.25联立以上式，得： =58137.56Kg/h =58137.56/21.25=2735.89 Kmol/h=15416.67Kg/h D=15416.67/42.12=366.02 Kmol/h =42720.89Kg/h W=42720.89/18.03=2369.43 Kmol/h 3.2 塔板数的确定： 表3-1 不同温度下乙醇和水的汽液平衡组成如下表所示温度°F乙醇气相摩尔分数乙醇液相摩尔分数温度°F乙醇气相摩尔分数乙醇液相摩尔分数温度°F乙醇气相摩尔分数乙醇液相摩尔分数F 212.031900180.21790.0.175.99860.0.206.820.0.179.93790.0.175.86530.647980.202.72810.0.179.67480.0.175.73420.651860.199.43230.0.179.42670.0.175.60520.65580.49495196.72320.0.179.19180.0.175.47840.0.194.46120.0.178.96860.0.175.35040.0.192.54880.0.178.75570.0.175.22790.0.190.91480.0.178.5520.0.30303175.10750.0.189.50620.411770.178.35650.0.174.98920.676560.188.28580.0.178.16820.0.174.87310.0.187.21610.0.10101177.98630.597280.174.75910.0.186.27470.0.177.81030.0.174.64740.0.185.44130.0.1
