1、化学与环境工程学院化工原理课程设计设计题目：年产量 1.5 万吨乙醇-正丙醇精馏塔设计 专业班级： 指导教师： 学生姓名： 学 号： 起止日期 2011.06.13-2011.06.24 目录1设计任务 32设计方案 43.1 物料衡算 73.2 摩尔衡算 74塔体主要工艺尺寸 84.1 塔板数的确定 84.1.1 塔板压力设计 84.1.2 塔板温度计算 84.1.3 物料相对挥发度计算 104.1.4 回流比计算 104.1.5 塔板物料衡算 114.1.6 实际塔板数的计算 124.1.7 实际塔板数计算 134.2 塔径计算 134.2.1 平均摩尔质量计算 134.2.2 平均密度计
2、算 1414.2.3 液相表面张力计算 154.2.4 塔径计算 154.3 塔截面积 .164.4 精馏塔有效高度计算 164.5 精馏塔热量衡算 174.5.1 塔顶冷凝器的热量衡算 174.5.2 全塔的热量衡算 195板主要工艺尺寸计算 225.1 溢流装置计算 225.1.1 堰长 .22wl5.1.2 溢流堰高度 .22Wh5.1.3 弓形降液管宽度 Wd 和截面积 Af.235.1.4 降液管底隙高度 h0235.2 塔板布置 235.2.1 塔板的选用 235.2.2 边缘宽度和破沫区宽度的确定 245.2.3 鼓泡区面积的计算 245.2.4 浮阀的数目与排列 245.3 阀
3、孔的流体力学验算 .265.3.1 塔板压降 265.3.2 液泛 275.3.3 液沫夹带 285.3.4 漏液 306设计筛板的主要结果汇总表 3121设计任务物料组成：为乙醇 45%、正丙醇 55%（质量分数） ；产品组成:塔顶乙醇含量 98%，塔顶易挥发组分回收率 99%；操作压力：101.325kPa(塔顶绝对压力)；加热体系：间接蒸汽加热，加热蒸汽压力为 5kgf/cm2（绝压） ；冷凝体系：冷却水进口温度 25，出口温度 45；热量损失：设备热损失为加热蒸汽供热量的 5；料液定性：料液可视为理想物系；年产量（乙醇）：1.5 万吨；3每年实际生产时间：7200h；进料方式：饱和液体
4、进料，q 值为 1；塔板类型: 浮阀塔板。厂址选地：北京地区2设计方案蒸馏装置包括精馏塔、原料预热器、蒸馏釜（再沸器） 、冷凝器、釜液冷却器和产品冷却器等设备。蒸馏过程按操作方式的不同，分为连续蒸馏和间歇蒸馏两种流程。连续蒸馏具有生产能力大，产品质量稳定等优点，本课程设计中年产量大（15000 吨/年） ，所以采用连续蒸馏的方式。蒸馏过程根据操作压力的不同，可分为常压、减压和加压蒸馏。本设计中，由于物料乙醇、正丙醇都是易挥发有机物，所以常压操作，塔顶蒸汽压力为大气压，全塔的压力降很小。4由任务书给定，进料热状况为泡点进料，加热方式采用间接蒸气加热，设置再沸器。塔底设冷凝回流装置。工艺流程设计：
5、原料液的走向分配器产品贮罐再沸器釜液贮罐冷却器精馏塔原料预热器原料贮罐产品 DL冷却器全凝器釜液 WL5考虑到蒸气压力对设备要求等各方面的影响，选用的蒸气压力为5kgf/cm2冷凝水的走向换热器内物料走壳程，冷却水走管程冷凝水 WC再沸器 E-102低压蒸气 LM冷却水 CWR冷却器 E-105 冷却器 E-104全凝器 E-103冷却水 CW63精馏塔物料衡算3.1 物料衡算已知数据：乙醇的摩尔质量 MA=46.07kg/kmol,正丙醇摩尔质量MB=60.1kg/kmol， 9846.0298BADMx5163.045BAFMx7塔顶易挥发组分回收率=DX D/FXF=99%FXF=DXD
6、+WXW （1） F=D+W（2）料液的平均摩尔质量 MF=MAXF+MB(1-XF)=52.86 kg/kmol，F=150001000/72000/MF=39.41 Kmol/h，则：D= Kmol/h46.209846.05133W=18.95Kmol/h，X W=1.074%，3.2 摩尔衡算原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量=52.86 kg/kmolBFAFMxM1x=46.29 kg/kmolDDV=59.95kg/kmolBWAW4塔体主要工艺尺寸4.1 塔板数的确定4.1.1 塔板压力设计常压操作，即塔顶气相绝对压力 p= kPa10.925预设塔板压力降： kPa6.0估
7、计理论塔板数：18 估计进料板位置：12 8塔底压力：Pw=101.325+0.618 =112.125 kPa进料板压力： 101.325+0.612 =108.525 kPa进P精馏段平均压力： 104.925kPam4.1.2 塔板温度计算温度（泡点）-液相组成关系式： AAxpB100BAApx又 ，Axy则温度（泡点）-气相组成关系式：(1)00BApy温度-饱和蒸汽压关系式（安托因方程）：乙醇：(2)918.23064375.lgtpA丙醇：(3)807.25491.6lgtpB各层塔板压力计算公式：(4)ABAxx塔顶：已知乙醇的气相组成 y 为产品组成 0.9846，操作压力为
8、9常压，则通过联立（1） 、 （2） 、(3)由计算机绘图可求得操作温度及组分饱和蒸汽压；塔底：已知乙醇组成 0.01074，通过联立（2） 、 （3） 、(4)并由计算机绘图可得实际操作温度及组分饱和蒸汽压。结果如下：塔顶：P A=103.1102 kPa PB=48.09452 kPa tD=78.6971塔底：P A=222.41892k Pa PB=110.42089 kPa tD=99.4145进料板：P A=162.15676 kPa PB=78.55308 kPa tD=90.20084.1.3 物料相对挥发度计算，根据上文求出的数据可得：BAp塔顶： 2.1439 D塔底： =
9、2.01428 W进料板： =2.0643F平均相对挥发度： =2.078WD4.1.4 回流比计算最小回流比 (5)qDxyRminq 线方程：采用饱和液体进料时 q=1,故 q 线方程为：xq=xF=0.5163， (6) 相平衡方程：10qqq xxy078.121（6） ， （7）联立得： =0.5163, =0.68925，qy代入式（5）可以求得： 70.156306892.4min qDxyR最小理论板数 =11.8687（包括再沸器）lg1lmin WDxN最适回流比 2.497 min023.in0917.min56.348. RNRopt4.1.5 塔板物料衡算精馏段操作线
10、方程：，代入数据得：DxRxRy11y =0.714x +0.286提馏段操作线， （ ） ，代入数据得：WqFLxxWqFLy RDLy = 1.265x -0.0028相平衡方程: xy078.12用图解法求求理论板层数11板 层 数 y x 注 释1 0.9846 0.9685212 0.977524 0.95443 0.967442 0.9346384 0.953332 0.9076685 0.934075 0.8720986 0.908678 0.827247 0.876649 0.773768 0.838465 0.7141139 0.795877 0.65233410 0.751766 0.59306511 0.709448 0.54023812 0.67173 0.496153Xn-1oinou稳定系数 035.28473min0uK
