1、吉 林 化 工 学 院化工原理 课 程 设 计题目 乙醇-丙醇连续筛板式精馏塔的设计 教 学 院 化工与材料工程学院 专业班级 应用化学 1002 班 学生姓名 学生学号 10250213 指导教师 计海峰 老师 2013 年 6 月 15 日 吉林化工学院化工原理课程设计化工原理课程设计任务书 一 设计题目：乙醇-丙醇连续筛板式精馏塔的设计二 任务要求 设计一连续筛板精馏塔以分离苯和甲苯（乙醇丙醇） ，具体工艺参数如下：原料加料量 F100kmol/h进料组成 xF0.433馏出液组成 xD0.933釜液组成 xw0.023塔顶压力 p100kpa单板压降 0.7 kPa2 工艺操作条件：常
2、压精馏，塔顶全凝器，塔底间接加热，泡点进料，泡点回流。 三 主要设计内容 1、设计方案的选择及流程说明2、工艺计算3、主要设备工艺尺寸设计（1）塔径及精馏和提馏段塔板结构尺寸的确定（2）塔板的流体力学校核（3）塔板的负荷性能图（4）总塔高4、设计结果汇总5、工艺流程图及精馏塔工艺条件图吉林化工学院化工原理课程设计摘 要精馏是一种最常用的分离方法，它根据多次部分冷凝、多次部分汽化的原理，以塔底的汽相回流、塔顶的液相回流为基础来实现连续的高纯度分离。本设计采用筛板式精馏塔，进行苯甲苯二元物系的分离，此设计针对二元物系的精馏问题进行分析、计算、核算、绘图，从而达到二元物系分离的目的。精馏操作在化工、
3、石油化工、轻工等工业生产中中占有重要的地位。为此，掌握汽液相平衡关系，熟悉各种塔型的操作特性，对选择、设计和分析分离过程中的各种参数是非常重要的。通过对精馏塔的工艺设计计算可知：实际塔板数为 21 块(包括再沸器)，第块板 13 进料，塔径为 1.0m，塔的实际高度为 16.8m。根据所选参数在进行校核可知：精馏段：液体在降液管停留时间为 45.7s，操作弹性为 3.27。提馏段：液体在降液管停留时间为 11.77s，操作弹性为 3.02。这些值都符合实际要求，故所选的设计参数是合理。关键字：精馏、物料衡算、塔板负荷性能图、热量衡算。吉林化工学院化工原理课程设计目录任务书2摘 要. 3 第一章
4、 前言61.1 精馏原理及其在工业生产中应用61.2 精馏操作对塔设备的要求61.3. 常用板式塔类型及本设计的选型61.4 本设计所选塔的特性. 6第 2章 流程的确定和说明72.1 设计思路72.1.1 精馏方式的选定72.1.2 操作压力的选取72.1.3 加料状态的选择72.1.4 加热方式.72.1.5 回流比的选择72.1.6 塔顶冷凝器的冷凝方式与冷却介质的选择72.2 流程说明图8第 3章 精馏塔的设计计算83.1 物料衡算83.1.1 原料液塔顶、塔底摩尔质量93.1.2 温度计算93.1.3 原料液塔顶、塔底的气液相组成及 平均摩尔质量93.1.4 密度计算103.1.5
5、表面张力计算133.1.6.黏度的求取143.1.7. 相对挥发度的求取153.2 塔板数的确定163.2.1 回流比的确定163.2.2 汽液负荷计算163.2.3 理论塔层数 NT 的 求取173.2.4 实际板数的求取 173.3. 精馏塔主要工艺尺寸的设计 计算193.3.1 气液相体积流量记算193.3.2 塔径计算与选择19吉林化工学院化工原理课程设计3.3.3 溢流装置的计算203.3.4 塔板 布置223.3.5 筛孔计算及 其开孔率223.3.6 塔总体高度计算223.4 筛板的流体力学计算233.4.1 气体通过筛板压降相当的液柱高度233.4.2 气体通过每层塔的 压降2
6、43.4.3 液沫夹带量的验算243.4.4 漏液的盐验算243.4.5 液泛的验算25 3.5 塔板 负荷性能图253.5.1 液沫夹带线253.5.2 液 泛 线263.5.3 液体负荷 上限线283.5.4 液相负荷 下限线283.5.5 漏液线293.6 塔的接管303.6.1 进料管303.6.2 回流管313.6.3 塔底 出料罐31第四章 精馏塔热量衡算314.1 精馏塔热量衡算31 4.1.1 热量衡算示意图314.1.2 加热剂的选择314.1.3 冷却剂的选择314.2 比热容及汽化潜热的 计算314.2.1 塔顶、塔底及进料口比热容及汽化潜热的计算314.2.2 热量 衡
7、算31参考文献34附录 （A）35附录 （B）36附录 （C）38结束语39化工原理课程设计教师评分表40吉林化工学院化工原理课程设计第一章 前言1.1精馏原理及其在工业生产中的应用 精馏是分离液体混合物（含可液化的气体混合物）最常用的一种单元操作，在化工、炼油、石油化工等工业中得到广泛应用。精馏过程在能量剂驱动下（有时加质量剂） ，使气、液两相多次直接接触和分离，利用液相混合物中各组分挥发度的不同，使易挥发组分由液相向气相转移，难挥发组分由气相向液相转移，实现原料混合物中各组分的分离。该过程是同时进行传热、传质的过程。1.2.精馏操作对塔设备的要求 为实现精馏过程，必须为该过程提供物流的贮存
8、、输送、传热、分离、控制等的设备、仪表。由这些设备、仪表等构成精馏过程的生产系统，即本次所设计的精馏装置。1.3.常用板式塔类型及本设计的选型 塔板为主要构件，分为错流式塔板和逆流式塔板两类，工业应用错流式塔板为主，常用的错流式塔板主要有：（1）泡罩塔板（2）筛孔塔板（3）浮阀塔板。本设计采用筛孔塔板。1.4本设计所选塔的特性筛孔塔板简称筛板，其结构简单，历史悠久，至今仍是应用最为广泛的一种传质分离设备。近百年来，对筛板的流体力学和传质性能的研究已取得很大进展，因而筛板的设计法已渐趋成熟。至今，许多新型塔板都采用筛板的水力学模型作为研究基础和工程设计参照模型。据不完全统计，目前欧美许多国家工业
9、应用的板式塔中，60以上的内件都是筛板式及其改进型，国内在运行的板式塔中筛板型也占很大比例。单溢流液体流过整个塔面塔板上返混少，塔板效率较高，结构也最简单。但单溢流不能承受大液量，也不适用于大塔径。在工业生产中采用多降液管。最早出现的是 MD 筛板，四十多年来，MD 筛板已在工业生产中得到广泛推广应用，近二十年来，多降液管筛板的型式又出现了很多种，如我国浙江工业大学开发的 DJ 塔板系列。筛板虽然结构简单，但气液两相流动的规律仍有一些未被认识清楚。在工程设计中还要依赖于实验数据关联和经验判别。本次课程设计主要介绍筛板的结构、性能和工程界已公认的设计方法。从总体上看，筛板塔的液相流动是呈逆流的，
10、气体从下而上，液体从上而下。对于常规带有降液管的筛板，筛板上的气液流动则是呈错流型的，即液体水平流过筛板板面，气体从下而上穿过塔板。液体通过降液管从一层筛板流入下一层筛板。气体穿过塔板上的筛孔鼓入液层，形成泡沫层，进行气液传质，然后离开泡沫层，上升到上一层筛板。吉林化工学院化工原理课程设计第 2 章 流程的确定和说明2.1 设计思路2.1.1 精馏方式的选定本设计采用连续精馏操作方式，其特点是：连续精馏过程是一个连续定态过程，耗能小于间歇精馏过程，易得纯度高的产品。2.1.2 操作压力的选取本设计采用常压操作，一般，除了敏性物料以外，凡通过常压蒸馏不难实现分离要求，并能用江河水或循环水将馏出物
11、冷凝下来的系统都应采用常压蒸馏。2.1.3 加料状态的选择为气液混合物泡点进料2.1.4 加热方式本设计采用直接蒸汽加热。因为直接蒸汽的加入，对釜内溶液起一定稀释作用，在进料条件和产品纯度，轻组分收率一定前提下，釜液浓度相应降低，故需在提馏段增加塔板以达到生产要求，从而又增加了生产的费用，但也减少了间接加热设备费用。2.1.5 回流比的选择选择回流比，主要从经济观点出发，力求使设备费用和操作费用之和最低。一般经验值为 R=(1.1-2.0)Rmin.2.1.6 塔顶冷凝器的冷凝方式与冷却介质的选择塔顶选用全凝器，因为后继工段产品以液相出料，但所得产品的纯度低于分凝器，因为分凝器的第一个分凝器相
12、当于一块理论板。塔顶冷却介质采用自来水，方便、实惠、经济。在本设计中我们使用筛板塔，筛板塔的突出优点是结构简单造价低。合理的设计和适当的操作筛板塔能满足要求的操作弹性，而且效率高，采用筛板可解决堵塞问题，且能适当控制漏夜及液泛现象。筛板塔是最早应用于工业生产的设备之一，近百年来通过大量的工业实践逐步改进了设计方法和结构。对于小流量、小塔径的实验操作，多采用单溢流筛板塔。实际操作表明，设计良好的塔，其操作弹性将大于 3。吉林化工学院化工原理课程设计2.2 流程说明图塔顶出料 D 组成 xD回流 L进料 F 组成 xF塔釜出料 W 组成 xW乙醇-丙醇连续筛板式精馏塔的设计图第三章 精馏塔的设计计
13、算设计一连续式筛板式精馏塔以分离乙醇丙醇具体工艺参数如下：原料加料量 F100kmol/h进料组成 xF0.433馏出液组成 xD0.933釜液组成 xw0.023塔顶压力 p100kpa单板压降 0.7 kPa3.1 精馏段全塔物料衡算原料液及塔顶塔底产品的摩尔分率及质量分数吉林化工学院化工原理课程设计乙醇的摩尔质量 MA=46kg/kmol丙醇的摩尔质量 MA=60kg/kmolxF0.433 xD0.933 xw0.0233.1.1 原料液及塔顶、塔底的摩尔流量(1)摩尔衡算：F=100kmol/h总物料衡算： F=D+W 即 100= D+W 轻组分物料衡算： 即 1000.433=D
14、0.933+W0.023 由得： D=55.1mol/h; W=44.9kmol/h3.1.2.温度计算利用表中数据由插值法可求的 tF，tD，tW。查表 1-1 tF: 81.635.04.2861.0358.2tFttD： 3.79.9.74.79tDttW： 25.023.8516.085tWt 精馏段平均温度 ：t1=（tF+ tD）/2 =83.07 提留段平均温度 ：t2=（tF+ tW）/2 =90.033.1.3 原料液塔顶、塔底的气液相组成及平均摩尔流量 进料温度 tF =93.25 吉林化工学院化工原理课程设计气相组成 yF ： 91.608.3291.60.4=5-yFy
15、F=44.161%塔顶温度 tD =79.33气相组成 yD： 79068.30.978.3=1y14DyD=94.485%塔底温度 tW =93.25气相组成 yW: 97.60.97.603.85=-1y24wyW=0.384%精馏段液相组成 ： =59.2%1xFD1x+0.9.821x气相组成 : =69.3%1yF1y.4.21y所以 ML1 =46 0.592+60 (1-0.592)=51.712 kg/kmolML2 =46 0.693+60 (1-0.693)=50.298Kg/kmol提留段液相组成 ： =14.2%2x(+x)2wF2x气相组成 ： =22.27%2y(y)F2y所以 ML1 =46 0.142+60 (1-0.142)=58.012 kg/kmolML2=46 0.223+60 (1-0.223)=56.882Kg/koml3.1.4 密度计算求在 tF，tD，tW。下的乙醇和丙醇的密度（单位：kg/m3） 查表 1-3进料温度 tF=86.81 629.05.0328165.0.283yFy
