化工原理课程设计

浮阀式酒精蒸馏塔工艺设计说明书。

沈阳农业大学科学技术学院。

09 生物工程4班。

杜晓旭 126745025

指导老师：张良。

完成时间：

前言。借此设计介绍蒸馏原理。蒸馏操作塔设计及蒸馏塔结构及其控制等。

蒸馏原理：蒸馏是把多种成分的液体，分离成各种成分的一种方式。

蒸馏是借液体被加热沸腾，沸腾后有气相和液相两种成分，两者因组成不同，故而可达到溶液之分离。

蒸馏原理根据：劳氏定律和道尔顿定律。

利用各物质物理变化而分离，只是根据物理变化而分离液体加热汽化或气体冷凝液化，组成并没有牵涉到化学分式(化学变化).蒸汽高压，挥发度高之物质容易被先分离；通常蒸汽压高的物质，其挥发度也高，但是沸点低，容易被加热而沸腾。

蒸馏种类：1.不用回流之蒸馏：微分蒸馏平衡蒸馏。

2.部分冷凝。

3.应用回流之蒸馏：精馏（分馏）

4.特种蒸馏法：真空蒸馏气提蒸馏共沸蒸馏萃取蒸馏。

5.学工业蒸馏（的方法）：闪急蒸馏。

将液体混合物加热后经受一次部分汽化的分离操作。简单蒸馏。使混合液逐渐汽化并使蒸汽及时冷凝以分段收集的分离操作。

精馏。借助回流来实现高纯度和高**率的分离操作，应用最广泛。对于各组分挥发度相等或相近的混合液，为了增加各组分间的相对挥发度，可以在精馏分离时添加溶剂或盐类，这类分离操作成为特殊蒸馏，其中包括恒沸蒸馏，萃取蒸馏和的，称加盐精馏；还有在精馏时混合液各组分之间发生化反应为反应精馏。

分离的方法很多，比如萃取，蒸馏，离心等等，所有的方法当然都是依据物性而选择出的必将经济的方法，还有分离的难易程度，效率等等。

蒸馏与蒸发的差异：蒸馏是被分离之溶液，其所有成分都能汽化，只是汽化程度不相同。如氨水溶液，**。

蒸发是溶液经加热，只有一组成分能成蒸汽，而其他仍留存着，如食盐溶液（海水）被加热煮沸，水分蒸发分离，而最后剩余食盐。

第一部分设计条件4

第二部分板式精馏塔的工艺计算………6

第三部分塔板和塔主体工艺尺寸设计………12

第四部分塔板的流动力学计算………18

第五部分塔板的结构设计………23

第六部分精馏塔附属设备………26

第七部分设计结果汇总………28

第八部分参考资料及体会………32

第九部分附图见图。

一设计参数。

设计题目：浮阀式精馏塔工艺设计。

设计参数：1）进料液：c2h5oh-h2o;

进料质量分率： =50％；

2）馏份液质量分率： =92％；

3）残液质量分率： =0.011％；

4）冷却水：进口温度：24℃;

出口温度：70℃；

5）蒸汽流速：u= m/s

年产量：5万吨；

年工作日：n=350d

一）操作压力：

确定操作压力必须根据所处理的物料的性质，兼顾技术上的可行性和经济上的合理性进行考虑。

减压蒸馏：用于热敏性的物料；加压蒸馏：用于低沸点物料；本次操作使用：常压蒸馏。

由于乙醇~水体系对温度的依赖性不强，常压下为液体，为降低塔德操作费用，操作压力选为常压，其中：

塔顶压力为：1.01325102；

塔底压力为：[1.01325105+n（265～530）]pa;

二）进料状态：

设计过程中可采用以下几种进料状态：泡点进料，过热进料；过冷进料。

本次设计采用泡点进料，这样精馏段与提留段塔径相同，在设计上比较方便。

三）加热方式：

在精馏操作中，有泡点进料、过热蒸汽进料、冷液进料三种形式。其中，泡点进料塔的操作比较容易控制，且不受季节气候的影响，此外，泡点进料塔，精馏段与提馏段的塔径相同，在设计和制造上比较方便。

四）热能的**利用：

蒸馏过程的特点是重复的进行气化和冷凝，因此热效率较低。

塔顶蒸汽和塔底残液都有余热可以利用，但是在利用过程中要分别考虑这些热量的特点。

热泵系统的利用：

三确定设计方案的原则：

总原则是在尽可能的条件下，采用科学技术的最新成就，使生产达到技术上最先进，经济上最合理的要求，符合优质、高产、低耗能、安全的原则。

一）满足工艺和操作要求：

流程和设备：首先必须保证产品达到要求，质量要稳定；其次：设计方案要有一定的操作弹性；再次：要考虑必需装置的仪表及其装置位置。

2）满足经济上的要求，保证安全生产。

一回流比的确定：

一）绘制相平衡曲线。（见附图1）

二）各种组成的确定：

ma=46g/mol; mb=18g/mol;

xf28.13%

xd===81.8%

xw==xi---摩尔分数。

---质量分数。

m---摩尔质量。

三）温度的确定。

由进料温度查表得：tf=81.9℃

塔顶温度的查表得：td=78.3℃ tw=99.9℃

确定最小回流比：rmin在附图1过（xd,xd）点相平衡曲线的切线，得截距b：

b=xd/(rmin+1)=35.51%

rmin=xd/b-1=1.304

以r为横坐标、n为纵坐标，在图纸上根据图表所得的数据，描点并连接成曲线，做出附图2，如图，取曲线的斜线部分作为r。r=1.8～2.3,取r=2.2。

二实际塔板数的确定。

（一）理论塔板数的确定nt

首先根据基础数据求出单位时间内的产量。

d、=p104103/(n24) =6127.451kg/h （n=350）

其中：d、--馏出液质量流量 kg/h

p---年生产质量流量 /万吨。

塔顶馏出液的平均分子量mld---g/mol

mld=maxd+mb(1-xd)=460.92+18 (1-0.92)=40.904 g/mol

塔顶馏出液的摩尔流量：

d=149.801kg/h

l=dr=327.56kmol/h

v=d (r+1)=149.801 (1+2.2)=479.36kmol/h v\=v=v0

fxf=dxd+wxw

f=435.72kmol/h

l\=w=l+f=327.56+435.72=763.3 kmol/h

其中：d\--馏出液的质量流量 kg/h

ml---馏出液的平均分子量 kg/kmol

d---馏出液的摩尔流量 kmol/h

精馏段操作线方程：yn+1=xnr/(r+1)+xd/(r+1)=0.714xn+0.234

在附图1中过点（xd,xd）和点（0，0.234）连线做精馏段操作线，再做q线与精馏线的交点，连接交点与（0，0.234）为提留段操作线。（二）实际塔板数np

确定全塔效率et

平均温度：tm=(td+tw)/2=(78.3+99.9)/2=89.1℃

在表中查的 xm =6.22 ym =36.41

xm --液相易挥发组分平均摩尔分率

ym --气相易挥发组分平均摩尔分率

全塔挥发度：

ym(1-xm)/xm(1-ym)

在tm下由表查得粘度

0.4625 mpa·s =0.3478 mpa·s

平均粘度：xm+ (1- xm)

0.46256.22+0.3478 (1-6.22)=1.06mpa·s

et,=0.49 ()0.245=0.49 (0.8631.06)-0.245=0.5

et=1.2 et\=1.20.5=0.6

et,--全塔效率（奥康内尔法）

et---全塔效率（1.2安全系数）

实际塔板数np:

np==15/0.6=25

液相：馏分、进料、釜液中液相成分平。

（ma =46 g/mol mb=18g/mol）

mld=maxd+mb(1-xd)=460.818+18 (1-0.818)=40.904 g/mol

mfl=maxf+mb(1-xf)=460.2813+18（1-0.2813）=25.8764 g/mol

mwl=maxw+mb(1-xw)=46410-5+18 (1-410-5)=18.0 g/mol

汽相：mdv、mdw---馏分、釜液中汽相成分平均分子量；

mdv=mayd+mb(1- yd)=460.8326+18 (1-0.8326)=41.3218 g/mol

mdw=mayw+mb(1-yw)=465.310-4+18 (1-5.310-4)=18.01 g/mol

密度计算：1进料：

806-0.847tf=736.63kg/m3

=847.624 kg/m3

塔顶：806-0.847td=739.68 kg/m3

dv=pmdv/(rtd)=101.32541.3/[8.314 (273+78.3)]=1.43 kg/m3

kg/m3塔底：

乙醇=806-0.847tw=721.385 kg/m3

wv=pmwv/(rtw)=101.32518.01/[8.314 (273+99.9)]

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