1、封面前言精馏塔是进行精馏的一种塔式汽液接触装置，又称为蒸馏塔。有板式塔与填料塔两种主要类型。根据操作方式又可分为连续精馏塔与间歇精馏塔。蒸气由塔底进入，与下降液进行逆流接触，两相接触中，下降液中的易挥发(低沸点)组分不断地向蒸气中转移，蒸气中的难挥发(高沸点)组分不断地向下降液中转移，蒸气愈接近塔顶，其易挥发组分浓度愈高，而下降液愈接近塔底，其难挥发组分则愈富集，达到组分分离的目的。由塔顶上升的蒸气进入冷凝器，冷凝的液体的一部分作为回流液返回塔顶进入精馏塔中，其余的部分则作为馏出液取出。塔底流出的液体，其中的一部分送入再沸器，热蒸发后，蒸气返回塔中，另一部分液体作为釜残液取出。精馏塔的工作原理
2、是根据各混合气体的汽化点（或沸点）的不同，控制塔各节的不同温度，达到分离提纯的目的。化工生产常需进行液体混合物的分离以达到提纯或回收有用组分的目的，精馏操作在化工、石油化工、轻工等工业生产中中占有重要的地位。要想把低纯度的乙醇水溶液提升到高纯度，要用连续精馏的方法，因为乙醇和水的挥发度相差不大。精馏是多数分离过程，即同时进行多次部分汽化和部分冷凝的过程，因此可使混合液得到几乎完全的分离。化工厂中精馏操作是在直立圆形的精馏塔内进行的，塔内装有若干层塔板或充填一定高度的填料。为实现精馏分离操作，除精馏塔外，还必须从塔底引入上升蒸汽流和从塔顶引入下降液。可知，单有精馏塔还不能完成精馏操作，还必须有塔
3、底再沸器和塔顶冷凝器，有时还要配原料液预热器、回流液泵等附属设备，才能实现整个操作。本次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、热量衡算、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，主要设备的工艺条件图等内容。通过对精馏塔的运算，调试出塔的工艺流程、生产操作条件及物性参数，以保证精馏过程的顺利进行并使效率尽可能的提高。目录目录 .3绪论 .51.1 项目设计的目的 .51.2 设计根据 .51.3 设计内容及任务 .71.3.1 设计题目 .71.3.2 设计任务及条件 .71.4 设计内容： .71.5 设计成果： .7第 2 章 塔的工艺
4、计算 .82.1 工艺过程 .82.1.1 物料衡算 .82.1.2 理论及实际塔板数的确定 .92.2 塔的结构设计 .112.2.1 精馏塔塔径的计算 .112.2.2 塔的实际高度和实际进料高度的计算 .18第 3 章 换热器设备计算 .193.1 全凝器负荷计算 .193.2 塔釜饱和蒸汽直接加热流量计算 .203.3 冷凝器二负荷计算 .203.4 冷凝器三负荷计算 .213.5 换热器负荷计算 .22第 4 章 管材的计算 .244.1 进料管直径的计算 .244.2 溜出夜管道直径的计算 .244.3 全凝器冷凝水管材直径的计算 .254.4 冷凝器冷却水管材直径的计算 .264
5、.4.1 冷凝器二的计算： .264.4.2 冷凝器三的实际流速计算 .274.5 换热器沸腾水进水管道直径 .27第 5 章 离心泵的选型与计算 .285.1 进料离心泵的计算选型 .285.2 循环泵一的计算及选型 .295.3 循环泵二的计算和选型 .305.4 沸腾水进塔离心泵 .31表索引表 2-1 物料衡算数据记录 .8表 2-2 平均摩尔质量 .13表 2-3 液相平均密度 .14表 2-4 液体平均张力 .16表 2-5 汽液相体积流量计算 .17绪论1.1 项目设计的目的培养学生综合运用所学知识，特别是本课程的有关知识解决化工实际问题的工作能力，使学生得到一次学习化工设计能力
6、的初步训练，为今后从事化工设计工作打下基础。1) 通过设计学生还应特别注意如下几个“能力”的训练和培养，即搜集资料和正确选用公式、数据的能力。2) 从技术上的可行性、先进性与经济上的合理性等方面树立正确的设计思想，分析和解决工程实际问题的能力。3) 精馏塔正常生产和开停车操作程序；迅速正确地进行计算的能力以及以简洁的文字、图表表达自己设计思想的能力。1.2 设计根据课程设计方案选定所涉及的主要内容有：操作压力、进料状况、加热方式及其热能的利用。1) 操作压力精馏常在常压，加压或减压下进行，确定操作压力主要是根据处理物料的性质，技术上的可行性和经济上的合理性来考虑的。一般来说，常压精馏最为简单经
7、济，若无聊无特殊要求，应尽量在常压下操作。加压操作可提高平衡温度，有利于塔顶蒸汽冷凝热的利用，或可以使用较便宜的冷却剂，减少冷凝，冷却费用。在相同的塔径下，适当提操作压力还可以提高塔德处理能力。所以我们采用塔顶压力为常压（101.33kPa）进行操作。2) 进料状况进料状态有多种，但一般都是将料液预热到泡点或接近泡点才送入塔中，这样，进料温度不受季节，气温变化和前道工序波动的影响，塔的操作也比较好控制。此外，泡点进料时，精馏段和提馏的塔径相同，设计制造比较方便。3) 加热方式精馏塔通常设置再沸器，采用间接蒸汽加热，以提供足够的能量，若待分离的物系为某种轻组分和水的混合物，往往可采用直接蒸汽加热
8、方式，但在塔顶轻组分回收率一定时，由于蒸汽冷凝水的稀释作用，使残液轻组分浓度降低，所需塔板数略有增加。4) 热能的利用精馏过程的原理是多次进行部分汽化和冷凝，因此热效率很低，通常进入再沸器的能量仅有 5%左右被利用。塔顶蒸汽冷凝放出的热量是大量的。但其位能较低，不可能直接用来做塔釜的热源，但可用作低温热源，供别处使用。或可采用热泵技术，提高温度后在用于加热釜液。1.3 设计内容及任务1.3.1 设计题目乙醇精馏塔1.3.2 设计任务及条件1. 原料中含乙醇 40%，其余均为水（均为质量分数，下同） 。2. 塔顶溜出液中含乙醇 91%。3. 、生产能力 120t/day。4. 操作条件：a、直接
9、蒸汽加热法；b、塔顶压力： 100kPa；c、进料热状态：泡点进料；d、回流比 R=2.21.4 设计内容：（1） 、流程的设计与说明。（2） 、塔板和塔径的计算。（3） 、其它：a、加热蒸汽消耗量； b、冷凝器的传热面积及冷却水的消耗量。1.5 设计成果：（1） 、设计书一份。（2） 、PPT 一份。（3） 、流程图、设备图各一份。第 2 章塔的工艺计算2.1 工艺过程2.1.1 物料衡算120 0.4 流出液乙醇组分 0.91 dayTF/AFADa0.98 5000 46 18 Dhkg/MB(40/46)/(40/46+60/18)=0.21X(91/46)/(91/46+9/18)=
10、0.7980.21*46+0.79*18=23.88FM5000/23.88=209.4 hkmol/=209.4 WD0.98FX(0.98*209.4*0.21)/0.798=54 hkmol/209.4-54=155.4l/（209.4*0.21-54*0.798）/155.4=0.00568WX表 2-1 物料衡算数据记录F 209.4 hkol/FX0.21D 54 mD0.798W 155.4 l/W0.005682.1.2 理论及实际塔板数的确定乙 醇 水 溶 液 的 t-x-y图7075808590951001050 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.
11、8 0.9 1x,(y)t/乙 醇 水 溶 液 的 y-x图00.10.20.30.40.50.60.70.80.910 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1xy取 X= ，连接到对角线，交于 a 点，做曲线的切点，切点与 a 点连接得到DX截距，根据 （0.798-0.49）/(0,798-0.21)得 1.1 1minRminRR=1.1*2=2.2根据作图法求理论板数得 11，第 8 块理论进料板，精馏段理论板层TN数为 7 块。提馏段理论板层数为 4 块。根据乙醇-水体系的相平衡数据可以查得塔顶： 0.798 0.8 78DXYDt塔底： 0.00
12、568 0.03 100Ww进料板 0.21 0.53 F83tF塔顶和塔釜的算数平均温度： （78+100）/2=892m在 78下 0.38 0.31 1 AsapBsap根据公式 2 解得 0.3239176373/1/inxc又根据 计算和验证计算得出数据与 数据相差很loglogXm小。综上所述取 0.323917637 。mcp根据 Drickaner-Bradford 公式 ，解得 0.47log61.07EOE23，实际的精馏段板层数为 15。OpN1N所以进料板层为第 16 块。根据实际经验总结塔顶和塔釜再各加 3 块板。综上所述实际板层数为 29 块，进料板为第 19 块，精馏段板层数为 18 块，提馏段为 11 块。1 化工原理 （第三版，天津大学出版社，姚玉英等）书中附录十四液体的粘度和密度2 化工原理 （第三版，天津大学出版社，姚玉英等）书中组分互溶的混合液体的粘度计算式
