乙醇水溶液提纯精馏塔设计毕业设计

乙醇水溶液提纯精馏塔设计毕业设计

目录

1.绪论 (1)

1.1.设计背景 (1)

1.2.设计意义 (1)

1.3.设计步骤 (1)

2.精馏塔设计计算 (2)

2.1.精馏流程的确定 (2)

2.2.塔的物料衡算 (2)

2.2.1.查阅文献，整理有关物性数据 (2)

2.2.2.料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数 (3)

2.2.3. 平均摩尔质量 (3)

2.2.4. 物料衡算 (3)

2.3. 塔板数的确定 (3)

2.3.1. 乙醇—水物系的气液平衡数据 (4)

2.3.2. 求最小回流比及操作回流比 (4)

2.3.3. 求精馏塔的气液相负荷 (4)

2.3.4. 求操作线方程 (4)

2.3.5. 图解法求理论塔板层数 (4)

2.3.6. 求实际塔板数 (5)

2.4 塔的工艺条件及物性数据计算 (6)

2.4.1. 操作压力 (6)

2.4.2. 平均摩尔质量 (7)

2.4.3. 平均密度 (7)

2.4.

3.1 .....................................................气相密度7

2.4.

3.2 ................................................. 液相平均密度7

2.4.4. 液体表面力 (8)

2.5 精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (9)

2.5.1. 塔径的计算 (9)

2.5.2. 精馏塔有效高度的计算 (9)

2.6 塔板主要工艺尺寸的计算 (9)

2.6.1. 堰长 (9)

2.6.2. 溢流堰高度 (10)

2.6.3. 弓形降液管宽度和截面积 (10)

2.6.4. 降液管底隙高度 (11)

2.7 塔板布置 (11)

2.7.1. 塔板的分块 (12)

2.7.2. 边缘区宽度确定 (12)

2.7.3. 开孔区面积计算 (13)

2.8 塔版流体力学验算 (13)

2.8.1. 气相通过浮阀塔板的压强降 (13)

2.8.2. 液沫夹带 (14)

2.8.3. 漏液 (14)

2.8.4. 液泛 (14)

2.9 塔板负荷性能图 (14)

2.9.1. 漏液线 (15)

2.9.2. 液沫夹带线 (15)

2.9.3. 液相负荷下限线 (16)

2.9.4. 液相负荷上限线 (16)

2.9.5. 液泛线 (16)

2.9.6. 漏液线 (16)

3. 塔盘的结构设计 (19)

3.1 塔板结构 (19)

3.1.1. 矩形板 (19)

3.1.2. 通道板 (22)

3.1.3. 弧形板 (22)

3.2 受液盘 (23)

3.2.1. 凹形受液盘 (23)

3.2.2. 液封盘 (24)

3.3 降液板 (24)

3.4 支持板和支持圈 (25)

3.5 紧固件结构 (25)

3.6 塔盘机械计算 (26)

3.6.1. 塔盘的载荷 (26)

3.6.2. 塔盘板的允许挠度 (27)

3.6.3. 矩形板稳定性校核 (27)

3.6.1. .................................................. 塔盘重量估算27

3.6.2. ........................................ 不同载荷下的稳定性校核27

3.7 本章小结 (30)

4 辅助装置及附件设计 (30)

4.1 接管设计 (30)

4.1.1. 进料管 (31)

4.1.2. 回流管 (31)

4.1.3. 塔釜出料管 (31)

4.1.4. 塔顶蒸气出料管 (33)

4.1.5. 塔釜进气管 (33)

4.1.6. 法兰 (33)

4.2 塔顶回流冷凝器 (34)

4.2.1. 整体式 (34)

4.2.2. 强制循环式 (34)

4.3 塔底再沸器 (34)

4.4.1. 设计气速的选取 (35)

4.4.2. 除沫器直径计算 (36)

4.5 吊柱 (36)

4.5.1 吊柱的选型 (36)

4.5.2 吊柱的结构 (36)

4.6 人孔 (37)

4.7 裙座 (38)

4.7.1 裙座选材 (38)

4.7.2 裙座的结构 (38)

4.7.2.1 .........................................................座体38

4.7.2.2 ..................................................... 座体厚度38

4.7.2.3 ............................................. 裙座与塔体的连接38

4.7.2.4 ..................................................... 裙座缺口40

4.7.2.5 .......................................................检查孔40

4.7.2.6 .......................................................排气管40

4.7.2.7 ................................................... 引出管通道40

4.7.2.8 ............................................... 防火层与保温层40

4.8操作平台和扶梯 (40)

4.9本章小结 (40)

5塔的强度设计和稳定性校核 (41)

5.1设计条件 (41)

5.1.1 塔总体高度 (41)

5.1.11 ................................................. 塔顶空间高度41

5.1.12塔底部空间高度 (41)

5.1.13开有人孔的板间距 (41)

5.1.14 裙座高度 (41)

5.1.1. ................................................. 塔进料板高度41

5.1.1. ................................................... 塔总体高度41

5.1.2 按计算压力计算塔体和封头的厚度 (41)

5.111 .................................................. 塔体厚度计算41

5.112 .................................................. 封头厚度计算41

5.2 已知条件 (42)

5.3 塔设备质量载荷计算 (42)

5.4 自振周期计算 (44)

5.5 地震载荷与地震弯矩计算 (44)

5.6 风载荷与风弯矩计算 (46)

5.7 偏心弯矩及最大弯矩 (49)

5.8 圆筒轴向应力校核和圆筒稳定校核 (49)

5.9 塔设备压力实验时的应力校核 (50)

5.10 裙座轴向应力校核 (51)

5.11 基础环设计 (53)

5.12 地脚螺栓计算 (54)

5.15 塔设备质量载荷计算 (54)

5.14 本章小结 (55)

6塔设备的制造、安装及运输 (55)

6.1 塔设备制造要求 (55)

6.1.1 制造上的要求 (55)

6.1.1.1 ..................................................... 材料检验55

6.1.1.2 ..................................................... 冷热成形55

6.1.2 制造与组装 (55)

6.1.3 焊接及其特点 (56)

6.1.4 热处理 (56)

6.2 大型塔设备的安装 (57)

6.2.1 安装上的考虑 (57)

6.2.2 塔盘的安装 (57)

6.3 塔设备的运输 (57)

6.3.1 运输上的考虑 (57)

6.3.2 铁路运输 (58)

7 总结 (58)

参考文献 (61)

附录1：专题论文 (62)

附录2：翻译部分 (69)

英文原文 (70)

中文译文 (76)

致谢 (84)

1 绪论

1.1设计背景

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。

1.2设计意义

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进行的，塔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。

1.3设计步骤

塔设备的设计一般主要包括两个部分：工艺设计和机械设计。工艺设计中要初步确定各阶段混合物的物理特性，由计算得出的具体数据再进行塔板的最基本设计。机械部分要解决的问题，除了确定塔设备的各细节结构外，更重要的就是要做各种校核工作，以保证设计完成的塔设备不仅能够正常运转，而且必须符合国家安全生产的标准。然后是画图阶段。图纸包括一装配图和若干零件图，均采用计算机绘图，并严格按照设计尺寸进行绘制。

本设计的研究的步骤：

一、工艺设计计算

（1）计算理论塔板数，塔板效率，确定实际塔板数；

（2）计算塔径（空塔气速）；

（3）塔盘设计，溢流装置设计，进行流体力学计算，绘制塔板负荷性能图；

（4）选择塔板间距，初步确定塔高。

2.精馏塔设计计算

2.1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。在本设计中，由于流量太大，设计两个精馏塔. 2.2 塔的物料衡算

2.2.1查阅文献，整理有关物性数据

2.2.1.1水和乙醇的物理性质

表1—1

2.2.1.2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—2所示。

表1—2 乙醇—水系统t

—x—y数据

乙醇相对分子质量：46.07；水相对分子质量：18.02 2.2.2料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数

X

F =

0.15

46

0.150.85

4618

+

=0.064

X

D =

0.90

46

0.900.10

4618

+

=0.0.779

X

W =

0.005

46

0.0050.995

4618

+

=0.002

2.2.3平均摩尔质量

进料板：M

F

=0.064?46.07+（1-0.064）?18.02=19.79 kg/kmol

塔顶：M

D

= 0.779?46.07+ (1-0.779) ?18.02=39.81kg/kmol

塔底：M

W

=0.002?46.07+（1-0.002）?18.02=18.06kg/kmol 2.2.4物料衡算

已知：D=

600001000

39.8133024

?

??

=190.01/

kmol h