乙醇正丙醇溶液连续板式精馏塔的设计化工原理课程设计书最终版

青岛科技大学

化工课程设计

设计题目：乙醇-正丙醇溶液连续板式精馏塔的设计指导教师：

化工学院—化学工程与工艺专业135班

日期2/11

目录一设计任务书

二塔板的工艺设计

（一）设计方案的确定

（二）精馏塔设计模拟

（三）塔板工艺尺寸计算

1）塔径

2）溢流装置

3)塔板分布、浮阀数目与排列

（四）塔板的流体力学计算

1）气相通过浮阀塔板的压强降 2）淹塔

3)雾沫夹带

（五）塔板负荷性能图

1）雾沫夹带线

2）液泛线

3）液相负荷上限

4）漏液线

5）液相负荷上限

（六）塔工艺数据汇总表格

三塔的附属设备的设计

（一）换热器的选择

1)预热器

2)再沸器的换热器

3)冷凝器的换热器

（二）泵的选择

四塔的内部工艺结构

（一）塔顶

（二）进口

①塔顶回流进口

②中段回流进口

（三）人孔

（四）塔底

①塔底空间

②塔底出口

五带控制点工艺流程图

六主体设备图

七附件

（一）带控制点工艺流程图

（二）主体设备图

八符号表

九讨论

十主要参考资料

一设计任务书

【设计任务】设计一板式精馏塔，用以完成乙醇-正丙醇溶液的分离任务

【设计依据】如表一

表一

【设计内容】

1）塔板的选择；

2）流程的选择与叙述；

3）精馏塔塔高、塔径与塔构件设计；

4）预热器、再沸器热负荷及加热蒸汽消耗量，冷凝器热负荷及冷却水用量，泵的选择；

5）带控制点工艺流程图及主体设备图。

二塔板的工艺设计

（一）设计方案的确定

本设计的任务是分离乙醇—正丙醇混合液，对于二元混合物的分离，应采用连续精馏流程，运用Aspen软件做出乙醇—正丙醇的T-x-y 相图，如图一：

图一：乙醇—正丙醇的T-x-y相图

由图一可得乙醇—正丙醇的质量分数比为0.5:0.5时，其泡点温度是84.40o C

（二）精馏塔设计模拟

1.初步模拟过程

运用Aspen软件精馏塔Columns模块中DSTWU模型进行初步模拟，并不断进行调试，模拟过程及结果如下：

图二：初步模拟模块

图三：塔规格初步设计结果

由此塔得到的组分如下：

图四：塔规格初步设计所得到流股及其组成

由上图看出重组分中乙醇的质量分数是 2.0%，其结果是并不符合分离要求，因此运用精馏塔Columns模块中RadFrac模型进行精确模拟设计，并不断进行调试，模拟过程及结果如下：

图五：精确模拟模块

图六：塔规格精确设计结果

图七：塔规格精确设计所得到流股及其组成

由图七看出在塔顶乙醇含量和塔底乙醇含量均达到分离要求，因此软件所得计算结果数据如表二：

表二

对表二数据简单的处理和从软件中可得到如下数据：

表三

（三）塔板工艺尺寸计算

1）塔径

空塔气速u=(安全系数)⨯max u ,安全系数=0.6-0.8，

max u =（1） 横坐标数值：

0.50.50.0029734.067

()()0.0481.28

1.644

s L s V L V ρρ⨯=⨯= 取板间距：0.40T H m =， 取板上液层高度：0.07L h m = ， 则 0.33T L H h m =- 查图可知C 20=0.12 , 0.20.2

1

2017.52(

)0.12()0.1162020

C C σ==⨯= （2）

m a x 644

0.11 2.45

u ==/m s 取安全系数为0.6，则空塔气速为：

max 0.60.6 2.45 1.47u u ==⨯=/m s

塔径：

1.053D =

==m 按标准塔径圆整为： 1.1D m =，则

横截面积： 222/40.785 1.10.95T A D m π==⨯=

实际空塔气速： '1 1.28

1.350.95

u ==/m s 2）溢流装置

选用单溢流弓形降液管，不设进口堰。各项计算如下： ① 堰长

堰长 0.660.66 1.10.726W l D m ==⨯= ② 出口堰高

出口堰高W h : W L OW h h h =- （3）

采用平直堰，堰上层高度：2/32.84

(/)1000

OW h W h E L l =⨯ 近似取E=1，由列线图查得OW h ，

W l =0.726m ，30.0029360010.36/h L m h =⨯=，

查图得 0.02OW h m =,0.05W h m = ③ 弓形降液管宽度d W 和截面积f A

由0.66W l D =查得 0.1937f T

A A =，0.124d W

D =

则

20.19370.950.1840.124 1.10.136f d A m W m

=⨯==⨯=，

验算液体降液管内停留时间，即

0.0680.45

28.60.0029

f T S

A H s L θ⨯=

=

=

停留时间5s θ>，故降液管可使用 ④ 降液管底隙高度0h

//

00

3600h s

o w w L L h l u l u =

= （4） 取降液管底隙的流速0u =0.13m/s 则

100.0029

0.0310.7260.13

o w Ls h m l u =

==⨯ （5）

取0.03o h m =

3)塔板分布、浮阀数目与排列 取阀孔动能因子F0=10. 则孔速

07.8/u m s ==

= （6）

每层塔板上浮阀数目为