设计方案说明书封皮及格式

中原工学院

材料与化工学院化工原理课程设计说明书

设计名称：年产3000吨酒精浮法塔式精馏塔设计

班级：应用化学112班

组别：第六大组

组员：范大兵

指导老师：王红芳

日期：2018 年 12月28日

设计任务书

一、设计题目

3000吨酒精连续填料精馏塔设计

二、设计任务及操作条件

1、设计任务：

生产能力<塔顶产品） 3000 吨／年

操作周期 300 天／年

进料组成 35 <质量分数，下同）

塔顶产品组成≥94％

塔底产品组成≤0.1％

2、操作条件

操作压力常压 <塔顶）

进料热状态35℃

3、设备型式自选

4、厂址郑州地区

三、设计内容：

(1> 精馏塔的物料衡算；

(2> 塔板数的确定；

(3> 精馏塔的工艺条件及有关物件数据的计算；

(4> 精馏塔的塔体工艺尺寸计算；

(5> 塔板主要工艺尺寸的计算；

(6> 塔板的流体力学验算；

(7> 塔板负荷性能图；

(8> 精馏塔接管尺寸计算；

(9> 绘制生产工艺流程图；

(10> 绘制精馏塔设计条件图；

(11> 对设计过程的评述和有关问题的讨论。

四、参考资料

1.陈英南，刘玉兰. 常用化工单元设备的设计. 上海：华东理工大学出版社，2005

2.黄璐，王保国. 化工设计. 北京：化学工业出版社，2001

3.贾绍义，柴诚敬. 化工原理课程设计<化工传递与单元操作课程设计）. 天津：天津大学出版社，2002

4.陈敏恒，丛德兹等. 化工原理(上、下册>(第二版>. 北京：化学工业出版社，2000

5.柴诚敬，刘国维，李阿娜. 化工原理课程设计. 天津：天津科学技术出版社，1995

6.石油化学工业规划设计院. 塔的工艺计算. 北京：石油化学工业出版社，1997

7.化工设备技术全书编辑委员会. 化工设备全书—塔设备设计. 上海：上海科学技术出版社，1988

8.时钧，汪家鼎等. 化学工程手册，. 北京：化学工业出版社，1986

9.上海医药设计院. 化工工艺设计手册(上、下>. 北京：化学工业出版社，1986

10.大连理工大学化工原理教研室. 化工原理课程设计. 大连：大连理工大学出版社，1994

目录

三、课程设计数据总结8

四、课程设计评价与认识8

8

2. 9

五、参考资料9

六、附录图9

一、概述

乙醇~水是工业上最常见的溶剂，也是非常重要的化工原料之一，是无色、无毒、无致癌性、污染性和腐蚀性小的液体混合物。因其良好的理化性能，而被广泛地应用于化工、日化、医药等行业。近些年来，由于燃料价格的上涨，乙醇燃料越来越有取代传统燃料的趋势，且已在郑州、济南等地的公交、出租车行业内被采用。山东业已推出了推广燃料乙醇的法规。

长期以来，乙醇多以蒸馏法生产，但是由于乙醇~水体系有共沸现象，普通的精馏对于得到高纯度的乙醇来说产量不好。但是由于常用的多为其水溶液，因此，研究和改进乙醇`水体系的精馏设备是非常重要的。

塔设备是最常采用的精馏装置，无论是填料塔还是板式塔都在化工生产过程中得到了广泛的应用，在此我们作板式塔的设计以熟悉单元操作设备的设计流程和应注意的事项是非常必要的。

1. 设计依据

本设计依据于教科书的设计实例，对所提出的题目进行分析并做出理论计算。

1. 技术来源

目前，精馏塔的设计方法以严格计算为主，也有一些简化的模型，但是严格计算法对于连续精馏塔是最常采用的，我们此次所做的计算也采用严格计算法。

1. 设计任务及要求

原料：乙醇~水溶液，年产量3000吨

乙醇含量：35%(质量分数>，原料液温度：45℃

设计要求：塔顶的乙醇含量不小于94%(质量分数>

塔底的乙醇含量不大于0.1%(质量分数>

表1 乙醇~水溶液体系的平衡数据

二：计算过程

1. 塔型选择

根据生产任务，若按年工作日300天，每天开动设备24小时计算，产品流量为417kg/h，由于产品粘度较小，流量较大，为减少造价，降低生产过程中压降和塔板液面落差的影响，提高生产效率，选用浮阀塔。

2. 操作条件的确定

2.1 操作压力

由于乙醇~水体系对温度的依赖性不强，常压下为液态，为降低塔的操作费用，操作压力选为常压

其中塔顶压力为

塔底压力

2.2 进料状态

虽然进料方式有多种，但是饱和液体进料时进料温度不受季节、气温变化和前段工序波动的影响，塔的操作比较容易控制；此外，饱和液体进料时精馏段和提馏段的塔径相同，无论是设计计算还是实际加工制造这样的精馏塔都比较容易，为此，本次设计中采取饱和液体进料

2.3 加热方式

精馏塔的设计中多在塔底加一个再沸器以采用间接蒸汽加热以保证塔内有足够的热量供应；由于乙醇~水体系中，乙醇是轻组分，水由塔底排出，且水的比热较大，故可采用直接水蒸气加热，这时只需在塔底安装一个鼓泡管，于是可省去一个再沸器，并且可以利用压力较底的蒸汽进行加热，无论是设备费用还是操作费用都可以降低。

2.4 热能利用

精馏过程的原理是多次部分冷凝和多次部分汽化。因此热效率较低，通常进入再沸器的能量只有5%左右可以被有效利用。虽然塔顶蒸汽冷凝可以放出大量热量，但是由于其位能较低，不可能直接用作为塔底的热源。为此，我们拟采用塔釜残液对原料液进行加热。

3. 有关的工艺计算

由于精馏过程的计算均以摩尔分数为准，需先把设计要求中的质量分数转化为摩尔分数。