化工原理课程设计

题目乙醇-水溶液连续精馏塔优化设计

目录。1. 设计任务书3

2. 英文摘要前言4

3. 前言4

4. 精馏塔优化设计5

5. 精馏塔优化设计计算5

6. 设计计算结果总表22

7. 参考文献23

8. 课程设计心得23

精馏塔优化设计任务书。

一、设计题目。

乙醇—水溶液连续精馏塔优化设计。

二、设计条件。

1．处理量： 6000 （吨/年）

2．料液浓度： 30 （wt%）

3．产品浓度： 92 （wt%）

4．易挥发组分**率： 99%

5．每年实际生产时间：7200小时/年。

6. 操作条件：

间接蒸汽加热；

塔顶压强：1.03 atm（绝对压强）

进料热状况：泡点进料；

三、设计任务。

a) 流程的确定与说明；

b) 塔板和塔径计算；

c) 塔盘结构设计

i. 浮阀塔盘工艺尺寸及布置简图；

ii. 流体力学验算；

iii. 塔板负荷性能图。

d) 其它

i. 加热蒸汽消耗量；

ii. 冷凝器的传热面积及冷却水的消耗量。

e) 有关附属设备的设计和选型，绘制精馏塔系统工艺流程图和精馏塔装配图，编写设计说明书。

乙醇——水溶液连续精馏塔优化设计。

南华大学化学化工学院，湖南衡阳 421001）

摘要：设计一座连续浮阀塔，通过对原料，产品的要求和物性参数的确定及对主要尺寸的计算，工艺设计和附属设备结果选型设计，完成对乙醇-水精馏工艺流程和主题设备设计。

关键词：精馏塔，浮阀塔，精馏塔的附属设备。

department of chemistry,university of south china,hengyang 421001）

abstract: the design of a continuous distillation valve column, in the material, product requirements and the main physical parameters and to determine the size, process design and selection of equipment and design results, completion of the ethanol-water distillation process and equipment design theme.

keywords: rectification column, valve tower, accessory equipment of the rectification column.

前言。乙醇在工业、医药、民用等方面，都有很广泛的应用，是很重要的一种原料。在很多方面，要求乙醇有不同的纯度，有时要求纯度很高，甚至是无水乙醇，这是很有困难的，因为乙醇极具挥发性，也极具溶解性，所以，想要得到高纯度的乙醇很困难。

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。

浮阀塔与20世纪50年代初期在工业上开始推广使用，由于它兼有泡罩塔和筛板塔的优点，已成为国内应用最广泛的塔型，特别是在石油、化学工业中使用最普遍。浮阀有很多种形式，但最常用的形式是f1型和v-4型。f1型浮阀的结果简单、制造方便、节省材料、性能良好，广泛应用在化工及炼油生产中，现已列入部颁标准（jb168-68）内，f1型浮阀又分轻阀和重阀两种，但一般情况下都采用重阀，只有处理量大且要求压强降很低的系统中，才用轻阀。

浮阀塔具有下列优点：1、生产能力大。2、操作弹性大。

3、塔板效率高。4、气体压强降及液面落差较小。5、塔的造价低。

浮阀塔不宜处理易结焦或黏度大的系统，但对于黏度稍大及有一般聚合现象的系统，浮阀塔也能正常操作。

精馏塔优化设计计算。

在常压连续浮阀精馏塔中精馏乙醇——水溶液，要求料液浓度为35%，产品浓度为93%，易挥发组分**率99%。年生产能力15000吨/年。

操作条件：①间接蒸汽加热。

塔顶压强：1.03atm（绝对压强）

进料热状况：泡点进料。

一精馏流程的确定。

乙醇——水溶液经预热至泡点后，用泵送入精馏塔。塔顶上升蒸气采用全冷凝后，部分回流，其余作为塔顶产品经冷却器冷却后送至贮槽。塔釜采用间接蒸汽再沸器供热，塔底产品经冷却后送入贮槽。

工艺流程图见图。

二塔的物料衡算。

1. 查阅文献，整理有关物性数据。

水和乙醇的物理性质。

常压下乙醇和水的气液平衡数据，见表。

常压下乙醇—水系统t—x—y数据如表1—6所示。

表1—6 乙醇—水系统t—x—y数据。

乙醇相对分子质量：46；水相对分子质量：18

25℃时的乙醇和水的混合液的表面张力与乙醇浓度之间的关系为：

式中 σ—25℃时的乙醇和水的混合液的表面张力，n／m；

x——乙醇质量分数，％。

其他温度下的表面张力可利用下式求得。

式中 σ1——温度为t1时的表面张力；n／m；

2——温度为t2时的表面张力；n／m；

tc——混合物的临界温度，tc＝∑xitci ，k；

xi——组分i的摩尔分数；

tci——组分i的临界温度， k。

2. 料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数。

x=(0.30/46.07)/(0.30/46.07+0.65/18.02)=0.144

x=(0.92/46.07)/(0.92/46.07+0.08/18.02)=0.818

x=(0.0001/46.07)/(0.0001/46.07+0.9999/18.02)=0.00391

3/平均摩尔质量。

m=0.14446.07+（1-0.144）18.02=22.06 kg/kmol

m= 0.81846.07+ (1-0.818) 18.02=40.96kg/kmol

m=0.0039146.07+（1-0.00391）18.02=18.02kg/kmol

3. 物料衡算。

已知：f=(6000×103)/×7200×22.06)=37.78

总物料衡算 f=d+w=37.78

易挥发组分物料衡算 0.818d+0.00391w=37.780.144

联立以上二式得：

d=6.50kg/kmol

w=31.28kg/kmol

三塔板数的确定。

1、全塔效率。

因为=0.17-0.616lg

根据塔顶、塔釜液组成，求塔的平均温度为，在该温度下进料液相平均粘计划经济为。

0.17-0.616lg0.333=0.464

2、实际塔板数

精馏段塔板数： n精=8/et=17

提馏段塔板数： n提=2/et=4

四、塔的工艺条件及物性数据计算。

以精馏段为例：

1、操作压力为。

塔顶压力： =1.04+103.3=104.34

若取每层塔板压强 =0.7

则进料板压力： =104.34+170.7=116.24kpa

精馏段平均操作压力=(116.24+104.34)/2=110.29kpa

2、温度根据操作压力，通过泡点方程及安托因方程可得。

塔顶 =78.36

进料板=95.5

3、平均摩尔质量。

塔顶==0.8180.825

0.81846.07+（1-0.818）18.02=40.96 kg/kmol

=0.82546.07+（1-0.825）18.02=41.15 kg/kmol

进料板： =0.470.125

0.4746.07+（1-0.53）18.02=31.2 kg/kmol

0.12546.07+（1-0.875）18.02=21.53 kg/kmol

精馏段的平均摩尔质量。

(41.5+31.2)/2=36.35 kg/kmol

(41.15+20.88)/2=31.34 kg/kmol

4、平均密度。

液相密度。塔顶： =0.92/789+0.08/972.5 =801.1

进料板上由进料板液相组成=0.102

故精馏段平均液相密度=(801.1+924.2)/2=862.95气相密度

5、液体表面张力

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