化工原理课程设计乙醇和水

设计任务书

(一) 设计题目：

试设计一座乙醇-水连续精馏塔提纯乙醇。进精馏塔的料液含乙醇25% （质量分数，下同），其余为水；产品的乙醇含量不得低于94% ；残液中乙醇含量不得高于0.1% ；要求年产量为17000吨/年。

(二) 操作条件

1) 塔顶压力4kPa（表压）

2) 进料热状态自选

3) 回流比自选

4) 塔底加热蒸气压力0.5Mpa（表压）

5) 单板压降≤0.7kPa。

(三) 塔板类型

自选

(四) 工作日

每年工作日为300天，每天24小时连续运行。

(五) 设计内容

1、设计说明书的内容

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性数据的计算；

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) 对设计过程的评述和有关问题的讨论。

2、设计图纸要求：

1) 绘制生产工艺流程图（A2号图纸）；

2) 绘制精馏塔设计条件图（A2号图纸）。

目录

1. 设计方案简介 (1)

1.1设计方案的确定 (1)

1.2操作条件和基础数据 (1)

2.精馏塔的物料衡算 (1)

2.1 原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 (1)

2.2原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 (1)

2.3物料衡算 (2)

3.塔板数的确定 (2)

3.1理论板层数N T的求取 (2)

3.1.1 求最小回流比及操作回流比 (2)

3.1.2 求精馏塔的气、液相负荷 (3)

3.1.3 求操作线方程 (3)

3.1.4 图解法求理论板层数 (3)

3.2 塔板效率的求取 (4)

3.3 实际板层数的求取 (5)

4.精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (5)

4.1操作压力计算 (5)

4.2 操作温度计算 (5)

4.3 平均摩尔质量的计算 (5)

4.4 平均密度的计算 (6)

4.4.1 气相平均密度计算 (6)

4.4.2 液相平均密度计算 (6)

4.5液体平均表面张力计算 (7)

4.6液体平均黏度计算 (7)

5.精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (8)

5.1塔径的计算 (8)

5.1.1精馏段塔径的计算 (8)

5.1.2提馏段塔径的计算 (9)

5.2精馏塔有效高度的计算 (9)

5.3精馏塔的高度计算 (10)

6.塔板主要工艺尺寸的计算 (10)

6.1溢流装置计算 (10)

6.1.1堰长l w (10)

6.1.2 溢流堰高度h w (11)

6.1.3 弓形降液管宽度W d和截面积A f (11)

6.1.4 降液管底隙高度h o (11)

6.2塔板布置 (12)

6.2.1塔板的分块 (12)

6.2.2边缘区宽度确定 (12)

6.2.3开孔区面积计算 (12)

6.2.4筛孔计算及其排列 (12)

7.筛板的流体力学验算 (13)

7.1塔板降 (13)

7.1.1干板阻力h c计算 (13)

7.1.2气体通过液层的阻力h l计算 (13)

7.1.3液体表面张力的阻力hσ计算………………………………………

13

7.2液面落差 (13)

7.3液沫夹带 (14)

7.4漏液 (14)

7.5液泛 (14)

8.塔板负荷性能图 (15)

8.1漏液线 (15)

8.2液沫夹带线 (15)

8.3液相负荷下限线 (16)

8.4液相负荷上限线 (17)

8.5液泛线 (17)

9.主要接管尺寸计算 (19)

9.1蒸汽出口管的管径计算 (19)

9.2回流液管的管径计算 (19)

9.3进料液管的管径计算 (19)

9.4釜液排出管的管径计算 (19)

10.塔板主要结构参数表 (20)

11.设计过程的评述和有关问题的讨论 (21)

参考文献 (23)

1. 设计方案简介

1.1设计方案的确定

本设计任务为分离乙醇—水混合物提纯乙醇，采用连续精馏塔提纯流程。设计中采用泡点进料，将原料液通过预热器加热至泡点后送入精馏塔内。塔顶上升蒸气采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，其余部分经产品冷却器冷却后送至储罐。该物系属易分离物系，回流比较大，故操作回流比取最小回流比的1.5倍。塔釜采用直接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。 1.2操作条件和基础数据

进料中乙醇含量（质量分数） w F = 0.25； 产品中乙醇含量（质量分数） w D = 0.94； 塔釜中乙醇含量（质量分数） w W = 0.001； 处理能力 G F = 17000吨/年； 塔顶操作压力 4 kPa ； 进料热状况 泡点进料； 单板压降 ≤0.7kPa ；

2.精馏塔的物料衡算

2.1 原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 乙醇的摩尔质量 M A =46.07kg/kmol 水的摩尔质量 M B =18.02kg/kmo l x F =02.18/75.007.46/25.007

.46/25.0+=0.115

x D =02

.18/06.007.46/94.007

.46/94.0+=0.860

x W =

02

.18/999.007.46/001.007

.46/001.0+=0.0004

2.2原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 M F ==⨯-+⨯02.18)115.01(07.46115.021.25kg/kmol

M D ==⨯-+⨯02.18860.0107.46860.0）（42.14kg/kmol