应化1201万大苟

北京化工大学北方学院

乙醇-水溶液连续精馏设计说明书

课题名称： 乙醇-水溶液连续精馏设计 专 业：

学 号：姓 名：

指导教师：

时 间： 应化1201 120130013 万大苟 顾明广 2012年9月

1

设计题目: 筛板精馏塔

设计者: 班级 应化1201班 姓名 ： 万大苟

日期 2015 年9月

附: 筛板精馏塔设计任务书

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一、

二、 设计名称：乙醇-水溶液连续精馏塔设计 设计条件

1． 进精馏塔的料液含乙醇45%（质量），其余为水；

2． 产品乙醇含量不得低于93%（质量）；

3． 残液中乙醇含量不得高于1%（质量）；

4． 生产能力为日产93%（质量）乙醇产品（013x2000吨/年）86.67吨/天；

5． 操作条件 （1）塔顶操作压力1.03kPa（绝压）；

（2）进料热状况（自选）；

（3）回流比（自选）；

（4）加热蒸气为低压蒸汽；

（5）全塔效率54.27% 。

（6）单板压力降 ≤ 0.7 kPa

6．工作日：每年300天，每天24小时连续运行。

三、 设计要求：

1．

2． 设计方案的确定及流程说明； 塔的工艺计算：

（1）物料衡算；

（2）计算塔顶 、塔底及加料板温度；

（3）计算平衡数据；

（4）计算塔板数：作X-Y图；求最小回流比及适宜回流比；求理论塔板数和实际

塔板数。

3． 塔 和塔板的主要工艺尺寸计算 ：

（1） 塔体和塔板主要尺寸的确定 ：塔径；溢流装置（溢流堰长 、出口堰高 、降

液管的宽度及面积 、降液管下端与塔板间距离）；塔板设计（塔板布置：包

2

括开孔区 、溢 流区 、安定区 、无效区；筛孔数或浮阀数：包括孔径 、塔板厚度 、开孔面积 、开孔率 、孔数或浮阀数 、浮阀的选型；排列方式及孔心距）。

（2） 塔板的液体力学验算：塔板压力降；雾沫夹带；漏液点气速；液泛（即淹塔）。

（3） 塔板负荷性能图。

4．

5． 设计结果一览表 板式塔的结构：

塔体结构：塔顶空间；塔底空间；人孔；视镜；支座；塔高；封头及容器（1）

法兰。

（2）

6． 塔板结构及安装方式。 附属设备的计算及选型

再沸器（即蒸馏釜）；

塔顶回流冷凝器；

料液预热器；

塔顶 、塔底产品冷凝器； （1） （2） （3） （4）

（5） 主要接管尺寸及法兰：包括塔顶蒸气出口 管、回流液管 、料液排出管、加

料管 、饱和水蒸气管的管径 及各接管的法兰。

（6）

7．

8．

蒸气喷出器。 绘图：生产工艺流程图 、精馏塔的工艺图。 对本设计的评述和有关问题的分析讨论。

3

目录

第一章 设计方案简介 …………………………………………………...........1

第二章 工艺流程草图及说明 ……………………………………………….2

第三章 塔板的工艺计算 ……………………………………………………3

3.1精馏塔全塔物料衡算 ……………………………………………………3

3.2乙醇和水的物性参数计算 ……………………………………………….3

3.2.1温度 ………………………………………………………………….3

3.2.2密度 ………………………………………………………………….4

3.2.3混合液体表面张力…………………………………………………….6

3.2.4相对挥发度…………………………………………………………….7

3.2.5混合物黏度…………………………………………………………….8

3.3理论板数和实际板数的计算 …………………………………………...8

第四章 塔体的主要工艺尺寸计算…………………………………………………11

4.1塔体的主要工艺尺寸计算 …………………………………………..............11

4.1.1塔体主要尺寸确定 ……………………………………………………….11

4.1.2溢流装置计算 ……………………………………………………………13

4.1.3塔板设计………………………………………………………………………………14

4.2筛板的流体力学验算………………………………………………………………………16

4.2.1气相通过浮阀塔板的压降……………………………………………………………16

4.2.2淹塔……………………………………………………………………………………18

4.2.3物沫夹带………………………………………………………………………………19

4.2.4漏液点气速……………………………………………………………………………19

4.3塔板负荷性能曲线…………………………………………………………………………20

4.3.1物沫夹带线……………………………………………………………………………20

4.3.2液泛线…………………………………………………………………………………21

4.3.3液相负荷上限…………………………………………………………………………22

4.3.4漏液线…………………………………………………………………………………22

4.3.5液相负荷下限…………………………………………………………………………22

第五章 板式塔的结构................................................................................................ 25

5.1塔高的计算 ……………………………………………………………….........................15

5.1.1塔的顶部空间高度……………………………………………………………………25

5.1.2塔的底部空间高度……………………………………………………………………25

5.1.3人孔……………………………………………………………………………………25

5.1.4裙座……………………………………………………………………………………25

5.1.5筒体与封头……………………………………………………………………………26

5.2接管 ………………………………………………………………………….16

5.2.1进料管…………………………………………………………………………………26

5.2.2回流管…………………………………………………………………………………27

5.2.3塔底出料管……………………………………………………………………………27

5.2.4塔顶蒸汽出料管………………………………………………………………………28

5.2.5塔底进气管……………………………………………………………………………28

5.3法兰 ………………………………………………………………………….29

第六章 附属设备的计算……………………………………………………………30

6.1热量衡算………………………………………………………………………30

4

6.2附属设备的选型................................................................................................32

6.2.1再沸器…………………………………………………………………………………32

6.2.2塔顶回流冷凝器………………………………………………………………………32

6.2.3塔顶产品冷凝器………………………………………………………………………33

6.2.4塔底产品冷凝器………………………………………………………………………33

6.2.5原料预热器……………………………………………………………………………33

6.2.6蒸汽喷出器……………………………………………………………………………34

第七章 设计评述........................................................................................................35

浮阀塔工艺设计计算结果列表……………………………………………………..36

主要符号说明………………………………………………………………………..38

参考文献……………………………………………………………………………..40

5

第一章 设计方案简介

精馏的基本原理是根据各液体在混合液中的挥发度不同，采用多次部分汽化和多次部分冷凝的原理来实现连续的高纯度分离。在现代的工业生产中已经广泛地应用于物系的分离、提纯、制备等领域，并取得了良好的效益。其中主要包括板式塔和填料塔，而板式塔的塔板类型主要有泡罩塔板、浮阀塔板、筛板塔板、舌形塔板、网孔塔板、垂直塔板等等,本次课程设计是筛板塔。

精馏过程与其他蒸馏过程最大的区别，是在塔两端同时提供纯度较高的液相和气相回流，为精馏过程提供了传质的必要条件。提供高纯度的回流，使在相同理论板的条件下，为精馏实现高纯度的分离时，始终能保证一定的传质推动力。所以，只要理论板足够多，回流足够大时，在塔顶可能得到高纯度的轻组分产品，而在塔底获得高纯度的重组分产品。精馏广泛应用于石油,化工,轻工等工业生产中,是液体混合物分离中首选分离方法

本次课程设计是分离乙醇——水二元物系。在此我选用连续精馏筛板塔。具有以下特点：

(1) 筛板塔的操作弹性小，对物料的流量要求非常平稳精确，不利于实际生产中使用

(2) 筛板塔盘较浮阀塔盘的优点是结构简单抗堵，压降较小，造价便宜。

(3) 筛板塔盘现在很少用了，比浮阀塔的效率低，操作弹性小。

(4) 筛板塔盘也有溢流堰和降液管。优点是结构简单，压降较小，造价便宜，抗堵性强。

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——物料衡算、工艺参数的选定、设备的结构设计和工艺尺寸的设计计算、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。通过对精馏塔的运算，可以得出精馏塔的各种设计如塔的工艺流程、生产操作条件、物性参数及接管尺寸是合理的，以保证精馏过程的顺利进行并使效率尽可能的提高。

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