浮阀板酒精连续精馏塔设计说明书.doc

目录第一部分：设计任务书 ……………………………………………………………3第二部分：工艺流程图 ……………………………………………………………3第三部分：设计方案的确定与说明 …………………………………………4第四部分：设计计算与论证 ……………………………………………………4一．板式塔的工艺计算 ……………………………………………………………4二．板式塔的工艺条件及物性资料计算 …………………………………7三．板式塔的主要工艺尺寸计算………………………………………………10四．塔板的流体力学验算…………………………………………………………13五．塔板的负荷性能图……………………………………………………………14六．主要接管尺寸计算……………………………………………………………17七．辅助设备设计定型……………………………………………………………19八．塔的总体结构 …………………………………………………………………23九．塔的具体结构设计 …………………………………………………………23第五部分：设计结果概要 ………………………………………………………25第六部分：参考资料 ……………………………………………………………25第七部分：心得体会 ………………………………………………………………26第一部分：设计任务书 一、 题目：酒精连续精馏板式塔的设计。

二、 原始数据：1．原料：乙醇—水混合物，含乙醇29%（质量），温度27℃；2．产品：馏出液含乙醇94%（质量），温度38℃，残液中含酒精浓度≤0.07%3．生产能力：日产酒精（指馏出液）12000 Kg ；4．热源条件：加热蒸汽为饱和蒸汽，其绝对压强为2.5 Kg f /c㎡ 三、 任 务：1.确定精馏的流程，绘出流程图，标明所需的设备、管线及其有关观测或控制所必需的仪表和装置2.精馏塔的工艺设计和结构设计：选定塔板型，确定塔径、塔高及进料板的位置；选择塔板的结构型式、确定塔板的结构尺寸；进行塔板流体力学的计算（包括塔板压降、淹塔的校核及雾沫夹带量的校核等）3.作出塔的操作性能图，计算塔的操作弹性4.确定与塔身相连的各种管路的直径5.计算全塔装置所用蒸汽量和冷却水用量，确定每个换热器的传热面积并进行选型，若采用直接蒸汽加热，需确定蒸汽鼓泡管的形式和尺寸6.其它四、 作业份量：1.设计说明书一份，说明书内容见《化工过程及设备设计》的绪论，其中设计结果概要一项具体内容包括：塔板数、塔高、塔径、板间距、回流比、蒸汽上升速度、热交换面积、单位产品热交换面积、蒸汽用量、单位产品蒸汽用量、冷却用水量、单位产品冷却用水量、操作压强、附属设备的规格、型号及数量等。

2.塔装配图（1号图纸）;塔板结构草图（35X35计算纸）;工艺流程图 (35X50计算纸)第二部分：工艺流程图(见附图1)流程概要：乙醇－水混合原料经预热器加热到泡点后，送进精馏塔，塔顶上升的蒸汽采用全凝器冷凝后，一部分采用回流，其余为塔顶产物，塔釜采用间接蒸汽加热供热，塔底产物冷却后送人贮槽第三部分：设计方案的确定与说明一． 设计方案的确定1．塔板类型：选用F1型重浮阀塔.浮阀塔兼有泡罩塔和筛板塔的优点，而且操作弹性大，操作灵活，板间压降小，液面落差小, 浮阀的运动具有去污作用，不容易积垢堵塞，操作周期长，结构简单，容易安装，操作费用较小，其制造费用仅为泡罩塔的60%～80%；又由于F1型浮阀塔结构简单，制造方便，节省材料，性能良好；另外轻阀压降虽小，但操作稳定性差，低气速时易漏液综上所述，选择F1型重阀浮阀塔2．操作压力：常压精馏对于乙醇－水体系，在常压下已经是液态，且乙醇－水不是热敏性材料，在常压下也可成功分离，所以选用常压精馏因为高压或者真空操作会引起操作上的其他问题以及设备费用的增加，尤其是真空操作不仅需要增加真空设备的投资和操作费用，而且由于真空下气体体积增大，需要的塔径增加，因此塔设备费用增加。

综上所述，选择常压操作3．进料状态：泡点进料进料状态有五种，如果选择泡点进料，即q=1时，操作比较容易控制，且不受季节气温的影响，此外，泡点进料时精馏段和提馏段的塔径相同，设计和制造时比较方便4．加热方式：间接蒸汽加热蒸馏釜的加热方式通常采用间接蒸汽加热，设置再沸器直接蒸汽加热只能用于塔底产物基本是水，由于蒸汽的不断通入，对塔底溶液起了稀释作用，在塔底易挥发物损失量相同的情况下，塔底残液中易挥发组分的浓度应较低，因而塔板数稍有增加，成本增加，故采用间接加热5．热能利用方式：选择适宜回流比，塔釜残液作为原料预热热源适宜的回流比应该通过经济核算来确定，即操作费用和设备折旧费用之和为最低时的回流比为最适宜的回流比确定回流比的方法为：先求出最小回流比R，根据经验取操作回流比为最小回流比的1.1－2.0倍，考虑到原始数据和设计任务，本方案取1.5，即：R＝1.5R；采用釜液产品去预热原料，可以充分利用釜液产品的余热，节约能源5．回流方式：泡点回流泡点回流易于控制,设计和控制时比较方便,而且可以节约能源二. 设计方案的说明 1本精馏装置利用高温的釜液与进料液作热交换，同时完成进料液的预热和釜液的冷却，经过热量与物料衡算，设想合理。

釜液完全可以把进料液加热到泡点，且低温的釜液直接排放也不会造成热污染原料液经预热器加热后先通过离心泵送往高位槽，再通过阀门和转子流量计控制流量使其满足工艺要求本流程采用间接蒸汽加热，使用25℃水作为冷却剂，通入全凝器和冷却器对塔顶蒸汽进行冷凝和冷却从预热器、全凝器、冷却器出来的液体温度分别在50-60℃、40℃和35℃左右，可以用于民用热澡水系统或输往锅炉制备热蒸汽的重复利用4．本设计的多数接管管径取大，为了能使塔有一定操作弹性，允许气体液体流量增大，所以采取大于工艺尺寸所需的管径 设计方案确定原则参考《化工原理课程设计指导书》P7至P9 第四部分：设计计算与论证一. 板式塔的工艺计算（一） 物料衡算1将质量分数转换成摩尔分数2物料衡算（1）摩尔流量计算 kmol（2）质量流量计算 （二） 理论塔板数的求取（图解法）由常压下沸腾的水-酒精溶液和由它产生的气体组成及沸点表描点作图，可得X=0.272最小回流比取经验值1.5，理论塔板数为30块：精馏段26块，提馏段4块加料板为第27块（三） 操作线方程1． 精馏段方程: 精馏段方程:物料衡算公式按《化工原理课程设计指导书》P10至P11理论塔板数根据VB程序得出2． 提馏段方程： 提馏段方程:（四） 全塔效率和实际板数 1．塔顶：=0.8597时，0.8640 ＝78.2 挥发度＝1.0368 进料：=0.1377时，＝0.4868 = 84.8 挥发度＝5.9400 塔釜：=0.时，＝0.00369（由于考虑到实际情况常用103）挥发度＝13.5133平均挥发度：2．塔顶查得 进料查得 塔釜 查得平均粘度3．全塔效率：4．实际板数： 取总板数 查《化工原理实验》P144根据X，用内差法求得Y，t用公式求算挥发度粘度查《化工原理》上册P344附录十四及液体的粘度和密度图二．板式塔的工艺条件及物料计算（一）平均温度计算塔顶：，塔釜：，进料：全塔平均温度：，精馏段平均温度：提馏段平均温度：(二)操作压强计算因为常压下乙醇－水是液态混合物，其沸点较低（小于100℃），故采用常压精馏就可以分离。

故塔顶压强：PD=101.3KPa，取每层压强降为塔底压强：进料板压强：全塔平均操作压强：精馏段平均操作压强：提馏段平均操作压强：（三）平均分子量计算1．塔顶：=0.8597 0.8640气相0.8640×46＋（1－0.8640）×18＝42.27液相0.8597×46＋（1－0.8597）×18＝42.072．进料：＝0.1377，= 0.4868气相0.4868×46＋（1－0.4868）×18＝31.63液相0.1377×46＋（1－0.1377）×18＝21.863．塔釜：＝0.，＝0.00369气相0.00369×46＋（1－0.00369）×18＝18.10液相0.×46＋（1－0.）×18＝18.014．精馏段平均分子量 (42.27+31.63)/2=36.95(42.07+21.86)/2=31.975．提馏段平均分子量 （31.63+18.10）/2＝24.87 (21.86+18.01)/2=19.94（四）平均密度计算1．液相塔顶查得(液)＝0.9728(液)＝0.7460.8597×0.746＋（1－0.8597）×0.9728＝0.7778＝778进料查得(液)＝0.9687 (液)＝0.7710.1377×0.771＋（1－0.1377）×0.9687＝0.9415 ＝942塔釜 查得(液)＝958.40.×0＋（1－0.）×958.4＝958精馏段液相平均密度：（778+958）/2=868提馏段液相平均密度：（942+958）/2=9502．气相塔顶查得(气)＝0.2743 (气)＝1.43080.8640×1.4308＋（1－0.8640）×0.2743＝1.2735进料查得(气)＝0.3517 (气)＝1.425《物理化学实验》P162表6用内差法查纯液体密度查《化工原理》上册P335查水的密度《化工原理》上册P337查饱和水蒸汽密度《化工原理实验》P144表2查乙醇蒸汽的密度0.4868×1.425＋（1－0.4868）×0.3517＝0.8742塔釜查得(气)＝0.6620.×0＋（1－0.）×0.662＝0.662精馏段气相平均密度：（1.2735+0.8742）/2=1.074提馏段气相平均密度：（0.8742+0.662）/2=0.7679（五）表面张力1．塔顶查得mN/m 17.8 mN/m0.8597×17.8＋（1－0.8597）×62.85＝24.96mN/m2．。