乙醇-水精餾塔課程設計--乙醇—水溶液連續(xù)精餾塔設計

1、<p><b>　　目錄</b></p><p>　　設計任務書··························

2、3;··················· 4</p><p>　　第一章 前言···········

3、83;································ 5</p><p>

4、;　　第二章 精餾塔過程的確定······························ 6</p><p&g

5、t;　　第三章 精餾塔設計物料計算···························· 7 </p><p>　　3.1水和

6、乙醇有關物性數(shù)據(jù)································ 7</p>&l

7、t;p>　　3.2 塔的物料衡算·································&#

8、183;······ 8</p><p>　　3.2.1料液及塔頂、塔底產品及含乙醇摩爾分率·············· 8</p><p>　　3.2.2平均分子量·

9、83;····································&

10、#183;· 8</p><p>　　3.2.3物料衡算·····························

11、;············· 8 </p><p>　　3.3塔板數(shù)的確定·················&#

12、183;························ 8</p><p>　　3.3.1理論塔板數(shù)的求取·····&#

13、183;························ 8</p><p>　　3.3.2求理論塔板數(shù)·····

14、3;···························· 9</p><p>　　3.4塔的工藝條件及物性數(shù)據(jù)計算·&

15、#183;························· 11</p><p>　　3.4.1操作壓強····

16、3;································· 12</p><

17、;p>　　3.4.2溫度··································&

18、#183;········ 12</p><p>　　3.4.3平均分子量·····················

19、83;············· 12</p><p>　　3.4.4平均密度·················

20、····················· 13</p><p>　　3.4.5液體表面張力 ·········

21、;······················· 13</p><p>　　3.4.6液體粘度·······&#

22、183;···························· 14</p><p>　　3.4.7精餾段氣液負荷計算·

23、······························ 14</p><p>　　第四章 精餾塔設計工藝

24、計算····························· 15</p><p>　　4.1塔徑··

25、;····································

26、83;······ 15</p><p>　　4.2精餾塔的有效高度計算·······················&#

27、183;······ 16</p><p>　　4.3溢流裝置························&#

28、183;················· 16</p><p>　　4.3.1堰長·············&#

29、183;························· 16</p><p>　　4.3.2出口堰高·····

30、;····························· 16</p><p>　　4.3.3降液管的寬度與降液管的面

31、積············ 16</p><p>　　4.3.4降液管底隙高度··················

32、;·········· 17</p><p>　　4.4塔板布置及浮閥數(shù)目排列···················&#

33、183;······· 17</p><p>　　4.5塔板流體力學校核······················

34、3;·········· 18</p><p>　　4.5.1氣相通過浮塔板的壓力降···················&

35、#183;··· 18</p><p>　　4.5.2淹塔···························&

36、#183;············· 18</p><p>　　4.6霧沫夾帶·················&

37、#183;······················· 18</p><p>　　4.7塔板負荷性能圖······

38、3;···························· 19</p><p>　　4.7.1霧沫夾帶線··&

39、#183;································ 19</p><p&g

40、t;　　4.7.2液泛線··································

41、3;···· 20</p><p>　　4.7.3液相負荷上限線··························

42、;····· 20</p><p>　　4.7.4漏液線（氣相負荷下限線）······················ 20</p>

43、;<p>　　4.7.5液相負荷下限線······························· 21<

44、/p><p>　　4.8塔板負荷性能圖································

45、;··· 22</p><p>　　設計計算結果總表···························

46、3;··········· 23</p><p>　　符號說明····················

47、····························· 24</p><p>　　關鍵詞··

48、3;····································&#

49、183;··········· 25</p><p>　　參考文獻····················

50、;····························· 25</p><p>　　課程設計心得··

51、····································

52、3;····· 26</p><p>　　附錄··························

53、83;·························· 27</p><p>　　附錄一、水在不同溫度下的黏度···&

54、#183;························ 27</p><p>　　附錄二、飽和水蒸氣表·····

55、3;······························ 27</p><p>　　附錄三、乙醇在不同溫度

56、下的密度·························· 27</p><p><b>　　精餾塔設計任務書</b></p

57、><p><b>　　一、設計題目</b></p><p>　　乙醇—水溶液連續(xù)精餾塔設計</p><p><b>　　二、設計條件</b></p><p>　?。?）處理量：60000（噸/年）</p><p>　?。?）料液濃度：30（wt%）</p><

58、p>　?。?）產品濃度：92.5（wt%）</p><p>　?。?）易揮發(fā)組分：99.9%</p><p>　　（5）每年實際生產時間：7200小時/年</p><p><b>　?。?）操作條件：</b></p><p>　　精餾塔塔頂壓力 常壓</p><p>　　進料熱狀態(tài)

59、自選</p><p>　　回流比 自選</p><p>　　加熱蒸汽壓力 低壓蒸汽</p><p>　　單板壓降 不大于0.7kPa</p><p>　　乙醇-水平衡數(shù)據(jù)自查</p><p><b>　　設備類型為浮閥塔</b></p><p&g

60、t;<b>　　三、設計任務</b></p><p>　　1、精餾塔的物料衡算</p><p><b>　　2、塔板數(shù)的確定</b></p><p>　　3、精餾塔的工藝條件及有關數(shù)據(jù)的計算</p><p>　　4、精餾塔的塔體工藝尺寸計算</p><p>　　5、塔板主要工

61、藝尺寸的計算</p><p>　　6、塔板的流體力學驗算</p><p>　　7、塔板負荷性能圖（可以不畫）</p><p>　　8、精餾塔接管尺寸計算</p><p><b>　　9、繪制工藝流程圖</b></p><p>　　10、對設計過程的評述和有關問題的討論</p><

62、;p>　　乙醇——水溶液連續(xù)精餾塔優(yōu)化設計</p><p><b>　　第一章 前 言</b></p><p>　　乙醇在工業(yè)、醫(yī)藥、民用等方面，都有很廣泛的應用，是很重要的一種原料。在很多方面，要求乙醇有不同的純度，有時要求純度很高，甚至是無水乙醇，這是很有困難的，因為乙醇極具揮發(fā)性，也極具溶解性，所以，想要得到高純度的乙醇很困難。</p>&

63、lt;p>　　要想把低純度的乙醇水溶液提升到高純度，要用連續(xù)精餾的方法，因為乙醇和水的揮發(fā)度相差不大。精餾是多數(shù)分離過程，即同時進行多次部分汽化和部分冷凝的過程，因此可使混合液得到幾乎完全的分離?；S中精餾操作是在直立圓形的精餾塔內進行的，塔內裝有若干層塔板或充填一定高度的填料。為實現(xiàn)精餾分離操作，除精餾塔外，還必須從塔底引入上升蒸汽流和從塔頂引入下降液。可知，單有精餾塔還不能完成精餾操作，還必須有塔底再沸器和塔頂冷凝器，有時還

64、要配原料液預熱器、回流液泵等附屬設備，才能實現(xiàn)整個操作。</p><p>　　浮閥塔與20世紀50年代初期在工業(yè)上開始推廣使用，由于它兼有泡罩塔和篩板塔的優(yōu)點，已成為國內應用最廣泛的塔型，特別是在石油、化學工業(yè)中使用最普遍。浮閥有很多種形式，但最常用的形式是F1型和V-4型。F1型浮閥的結果簡單、制造方便、節(jié)省材料、性能良好，廣泛應用在化工及煉油生產中，現(xiàn)已列入部頒標準（JB168-68）內，F(xiàn)1型浮閥又分輕閥和

65、重閥兩種，但一般情況下都采用重閥，只有處理量大且要求壓強降很低的系統(tǒng)中，才用輕閥。浮閥塔具有下列優(yōu)點：1、生產能力大。2、操作彈性大。3、塔板效率高。4、氣體壓強降及液面落差較小。5、塔的造價低。浮閥塔不宜處理易結焦或黏度大的系統(tǒng)，但對于黏度稍大及有一般聚合現(xiàn)象的系統(tǒng)，浮閥塔也能正常操作。</p><p>　　第二章 精餾流程的確定</p><p>　　乙醇——水溶液經預熱至泡點后，用泵

66、送入精餾塔。塔頂上升蒸氣采用全冷凝后，部分回流，其余作為塔頂產品經冷卻器冷卻后送至貯槽。塔釜采用間接蒸汽再沸器供熱，塔底產品經冷卻后送入貯槽。其中工藝流程圖見圖。其中精餾塔選用F1型重閥浮閥塔。</p><p>　　圖2-1乙醇-水精餾塔工藝流程簡圖</p><p>　　第三章 精餾塔設計物料計算</p><p>　　在常壓連續(xù)浮閥精餾塔中精餾乙醇——水溶液，要求

67、料液濃度為30%，產品濃度為92.5%，易揮發(fā)組分回收率99.9%。年生產能力20000噸/年</p><p>　　操作條件：①間接蒸汽加熱</p><p>　　②塔頂壓強：4atm（絕對壓強）</p><p>　?、圻M料熱狀況：泡點進料</p><p>　　3.1查閱文獻，整理有關物性數(shù)據(jù)</p><p>　?、潘?/p>

68、乙醇的物理性質</p><p>　?、瞥合乱掖己退臍庖浩胶鈹?shù)據(jù)，見表</p><p>　　常壓下乙醇—水系統(tǒng)t—x—y數(shù)據(jù)如表3—1所示。</p><p>　　表3—1 乙醇—水系統(tǒng)t—x—y數(shù)據(jù)</p><p>　　3.2 塔的物料衡算</p><p>　　3.2.1料液及塔頂、塔底產品及含乙醇摩爾分率<

69、;/p><p><b>　　0.144</b></p><p><b>　　0.828</b></p><p><b>　　0.00039</b></p><p>　　3.2.2平均分子量</p><p><b>　　=22.03</b>

70、;</p><p><b>　　41.18</b></p><p><b>　　=18.01</b></p><p><b>　　3.2.3物料衡算</b></p><p>　　總物料衡算 </p><p>　　易揮發(fā)組分的物料衡算 <

71、;/p><p><b>　　聯(lián)立以上二式得</b></p><p><b>　　3.3塔板數(shù)的確定</b></p><p>　　3.3.1理論塔板數(shù)的求取</p><p>　　（1）根據(jù)乙醇—水氣液平衡表</p><p>　?。?）求取最小回流比Rmin和操作回流比R</p

72、><p>　　因為乙醇—水不是理想體系，當操作線與q線的交點尚未落到平衡線上之前，操作線已經于平衡線相切，如圖2-2點g所示，此時恒濃區(qū)出現(xiàn)在g點附近，對應回流比為最小回流比。由點（xD，xD）向平衡線做切線，切線斜率為。</p><p>　　圖3-2 </p><p>　　Rmin=1..58，由工藝條件決定R=1.6Rmin</p>&

73、lt;p><b>　　故取R=2.258</b></p><p>　　由于采用泡點進料，所以q=1</p><p>　　3.3.2求理論塔板數(shù)</p><p><b>　　回收率</b></p><p><b>　　乙醇的回收率為：</b></p><

74、p><b>　　水的回收率為：</b></p><p><b>　　精餾段操作線方程為</b></p><p><b>　　提餾段操作線方程為</b></p><p>　　采用直角梯級法求理論板層數(shù)，如圖3-3所示，在塔底或恒沸點附近作圖時需要將圖局部放大，如圖3-4和3-5。</p>

75、;<p><b>　　圖3-3</b></p><p><b>　　圖3-4</b></p><p><b>　　圖3-5</b></p><p><b>　　圖3-6</b></p><p>　　求解結果為：總理論板數(shù)NT=15.7<

76、/p><p>　　精餾段理論板數(shù)為12層</p><p><b>　　進料板為第13層</b></p><p>　　提餾段理論板數(shù)為3.7層</p><p><b>　　實際塔板數(shù)的確定</b></p><p><b>　　全塔效率 </b></

77、p><p>　　根據(jù)塔頂、塔底液相組成查圖3-6，求得塔平均溫度為89.18℃，該溫度下的進料液相平均粘度為：</p><p>　　實際塔板數(shù) 精餾段塔板數(shù)：</p><p><b>　　提餾段塔板數(shù)：</b></p><p><b>　　總塔板數(shù)為36層 </b></p><p&

78、gt;　　3.4塔的工藝條件及物性數(shù)據(jù)計算</p><p>　　以精餾段為例進行計算：</p><p><b>　　3.4.1操作壓強</b></p><p>　　塔頂壓強，取每層塔板壓降</p><p><b>　　進料板壓強</b></p><p><b>　　

79、精餾段平均操作壓強</b></p><p><b>　　3.4.2溫度</b></p><p>　　根據(jù)操作壓強，依據(jù)安托因方程及泡點方程</p><p>　　試差計算得：塔頂，進料板 則精餾段平均溫度</p><p>　　3.4.3平均分子量</p><p><b>　　

80、求平均相對揮發(fā)度</b></p><p>　　塔頂、進料板、塔底操作溫度下純組分的飽和蒸汽壓</p><p><b>　　表3-2</b></p><p><b>　　塔頂 </b></p><p><b>　　進料板 </b></p><

81、;p><b>　　塔底 </b></p><p>　　全塔平均相對揮發(fā)度為</p><p><b>　　相平衡方程</b></p><p><b>　　塔頂 </b></p><p><b>　　進料板 </b></p>

82、;<p>　　精餾段的平均摩爾質量 </p><p><b>　　3.4.4平均密度</b></p><p><b>　　液相密度</b></p><p>　　塔頂： kg/m3</p><p>　　進料板上由進料板液相組成 </p><p><

83、;b>　　kg/m3</b></p><p>　　故精餾段平均液相密度kg/m3</p><p><b>　　（2）氣相密度</b></p><p><b>　　kg/m3</b></p><p>　　3.4.5液體表面張力 </p><p><b&

84、gt;　　3.4.6液體粘度</b></p><p>　　3.4.7精餾段氣液負荷計算</p><p><b>　　m3/s</b></p><p><b>　　m3/s</b></p><p>　　第四章 塔和塔板主要工藝尺寸計算</p><p><b

85、>　　4.1塔徑</b></p><p>　　氣體負荷系數(shù),由圖4-1史密斯關聯(lián)圖,查得，圖中的橫坐標為</p><p>　　初取板間距離，取板上液層高度</p><p><b>　　故</b></p><p><b>　　查圖4-1可得，故</b></p><

86、p>　　可取安全系數(shù)0.7，則</p><p>　　取標準塔徑圓整為0.8m</p><p>　　塔截面積為 </p><p><b>　　實際空塔氣速為</b></p><p>　　4.2精餾塔的有效高度計算</p><p><b>　　精餾段有效高度為</b

87、></p><p><b>　　提餾段有效高度為</b></p><p>　　在進料板上設一個人孔，高為0.6m，提餾段設三個人孔，高為0.6m</p><p>　　故精餾段有效高度為11.7+3.6+0.84=19.1m</p><p><b>　　4.3溢流裝置</b></p>

88、<p>　　采用單溢流、弓形降液管、平行受液盤及平行溢流堰，不設進口堰</p><p><b>　　4.3.1堰長</b></p><p><b>　　取堰長</b></p><p><b>　　4.3.2出口堰高</b></p><p>　　由，，查圖4-1知E

89、為1.02，根據(jù)下式計算</p><p><b>　　故</b></p><p>　　4.3.3降液管的寬度與降液管的面積</p><p><b>　　由查圖4-2得</b></p><p><b>　　故 m2</b></p><p>　　液體在降液

90、管中停留時間</p><p><b>　　（5s符合要求）</b></p><p>　　4.3.4降液管底隙高度</p><p>　　取液體通過降液管底隙的流速為0.08m/s</p><p><b>　　則 </b></p><p><b>　?。?.006m）&

91、lt;/b></p><p><b>　　符合要求。</b></p><p>　　4.4塔板布置及浮閥數(shù)目排列</p><p><b>　　取閥孔動能因子</b></p><p><b>　　孔速</b></p><p><b>　　浮閥

92、數(shù)</b></p><p>　　取無效區(qū)寬度 =0.06m</p><p>　　安定區(qū)寬度 =0.07m</p><p><b>　　開孔去面積</b></p><p><b>　　故 </b></p><p>　　浮閥排列方式采用等腰三角形

93、叉排</p><p><b>　　取同一橫排的孔心距</b></p><p><b>　　估算排間距</b></p><p>　　閥孔數(shù)變化不大，仍在9～12之間。</p><p><b>　　塔板開孔率=</b></p><p>　　4.5塔板流體力學

94、校核</p><p>　　4.5.1氣相通過浮塔板的壓力降</p><p><b>　　由下式</b></p><p><b>　　干板阻力 </b></p><p>　?。?）液層阻力 取充氣系數(shù)，有</p><p>　　液體表面張力所造成的阻力此項可以忽略不計。

95、</p><p>　　故氣體流經一層浮閥塔塔板的壓力降的液柱高度為：</p><p>　　常板壓降 （<0.7KPa，符合設計要求）</p><p><b>　　4.5.2淹塔</b></p><p>　　為了防止淹塔現(xiàn)象發(fā)生，要求控制降液管中清液層高度符合下式</p><p><b&

96、gt;　　其中 </b></p><p><b>　　已知，按下式計算</b></p><p><b>　　板上層液，得 </b></p><p><b>　　取，板間距，，則有</b></p><p>　　由此可見：，符合要求。</p><

97、p><b>　　4.6霧沫夾帶</b></p><p>　　板上液體流經長度 </p><p>　　板上液流面積 </p><p>　　水和乙醇可按正常系統(tǒng)取物性系數(shù),又由圖4-3查的泛點負荷系數(shù)，所以：</p><p>　　由兩種方法計算出的泛點率都在80%以下，故可知霧沫夾帶量能滿足汽的要求。&

98、lt;/p><p>　　4.7塔板負荷性能圖</p><p>　　4.7.1霧沫夾帶線</p><p><b>　　按式</b></p><p>　　作出。對于一定物性及一定的塔結構，式中均為已知值，相應于的泛點率上限值亦可確定，將各已知數(shù)代入上式，便得出，可作出負荷性能圖中的霧沫夾帶線。</p><p&

99、gt;　　按泛點率=80%計算 </p><p>　　將上式整理得 （1）</p><p>　　在操作范圍內，任取幾個值，依（1）式算出相應的列于表4-4中。</p><p>　　依表中數(shù)據(jù)在-圖中作出霧沫夾帶線（1），如圖所示。</p><p>　　圖4-4霧沫夾帶線數(shù)據(jù) </p>&

100、lt;p><b>　　4.7.2液泛線</b></p><p>　　由確定液泛線。忽略項，</p><p><b>　　所以+</b></p><p>　　因物系一定，塔板結構尺寸一定，則等均為定值，而與又有如下關系，即</p><p>　　式中閥孔數(shù)與孔徑d0亦為定值。因此，可將上式簡化得&

101、lt;/p><p>　　在造作范圍內任取若干個值，依上式都可算出一個相應的值列于附表4-5中。依表中數(shù)據(jù)作出液泛線（2）。</p><p><b>　　圖4-5液泛線數(shù)據(jù)</b></p><p>　　4.7.3液相負荷上限線</p><p>　　取液體在降液管中停留時間</p><p><b&g

102、t;　　則 m3/s</b></p><p>　　4.7.4漏液線（氣相負荷下限線）</p><p>　　對于型重閥，由，計算得</p><p><b>　　則m3/s</b></p><p>　　4.7.5液相負荷下限線</p><p>　　去堰上液層高度，根據(jù)計算式</p&

103、gt;<p><b>　　取E為1.02 </b></p><p><b>　　m3/s</b></p><p>　　4.8塔板負荷性能圖</p><p><b>　　圖4-4</b></p><p>　　由塔板負荷性能圖可以看出</p><

104、p>　　在任務規(guī)定的氣液負荷下的操作點P（0.00052,0.55）處在適宜操作區(qū)內。</p><p>　　塔板的氣相負荷上限完全有霧沫夾帶控制，操作下限由漏液控制。</p><p>　　按照固定氣液比，即氣相上限m3/s，氣相下限m3/s，則操作彈性</p><p><b>　　設計計算結果總表</b></p><p

105、><b>　　符號說明</b></p><p>　　關鍵詞key words</p><p>　　連續(xù)精餾continuous distillation</p><p>　　連續(xù)精餾塔continuous distillation column</p><p>　　餾出液distillate </p>

106、<p>　　殘液 residue </p><p>　　精餾 rectification</p><p>　　精餾段 rectification section </p><p>　　提餾段 stripping section</p><p>　　理論板 theoretical stage</p><p&g

107、t;　　實際板 actual stage</p><p>　　操作線 operating line</p><p>　　塔板效率 plate efficiency</p><p>　　總塔效率 column efficiency</p><p>　　溢流裝置 overflow device</p><p><b&

108、gt;　　參考文獻</b></p><p>　　[1]陳英男、劉玉蘭.常用華工單元設備的設計[M].上海：華東理工大學出版社，2005、4</p><p>　　[2]劉雪暖、湯景凝.化工原理課程設計[M].山東：石油大學出版社，2001、5</p><p>　　[3]賈紹義、柴誠敬.化工原理課程設計[M].天津：天津大學出版社，2002、8</p&

109、gt;<p>　　[4]路秀林、王者相.塔設備[M].北京：化學工業(yè)出版社，2004、1</p><p>　　[5]王明輝.化工單元過程課程設計[M].北京：化學工業(yè)出版社，2002、6</p><p>　　[6]夏清、陳常貴.化工原理（上冊）[M].天津：天津大學出版社，2005、1</p><p>　　[7]夏清、陳常貴.化工原理（下冊）[M].天

110、津：天津大學出版社，2005、1</p><p>　　[8]《化學工程手冊》編輯委員會.化學工程手冊—氣液傳質設備[M]。北京：化學工業(yè)出版社，1989、7</p><p>　　[9]劉光啟、馬連湘.化學化工物性參數(shù)手冊[M].北京：化學工業(yè)出版社，2002</p><p>　　[10]賀匡國.化工容器及設備簡明設計手冊[M].北京：化學工業(yè)出版社，2002<

111、/p><p><b>　　課程設計心得</b></p><p>　　通過這次課程設計使我充分理解到化工原理課程的重要性和實用性，更特別是對精餾原理及其操作各方面的了解和設計，對實際單元操作設計中所涉及的個方面要注意問題都有所了解。通過這次對精餾塔的設計，不僅讓我將所學的知識應用到實際中，而且對知識也是一種鞏固和提升充實。雖然很累很辛苦，期間也有許多的困難和障礙，在老師和同

112、學的幫助下，問題得到了解決及時的按要求完成了設計任務，通過這次課程設計，使我獲得了很多重要的知識，同時也提高了自己的實際動手和知識的靈活運用能力。課程設計是我們專業(yè)課程知識綜合應用的實踐訓練，著是我們邁向社會，從事職業(yè)工作前一個必不少的過程．”千里之行始于足下”，通過這次課程設計，我深深體會到這句千古名言的真正含義．我今天認真的進行課程設計，學會腳踏實地邁開這一步，就是為明天能穩(wěn)健地在社會大潮中奔跑打下堅實的基礎． 說實話，課程設計

113、真的有點累．然而，當我一著手清理自己的設計成果，漫漫回味這幾周的心路歷程，一種少有的成功喜悅即刻使倦意頓消．雖然這是我剛學會走完的第一步，也是人生的一點小小的勝利，然而它令我感到自己成熟的許多，另我有了一中”春眠不知曉”的感悟． 通過課程設計，使我深深</p><p><b>　　附錄</b></p><p>　　附錄1、水在不同溫度下的黏度</p>