乙醇-正丙醇精馏塔设计说明书

化学与环境工程学院

《化工原理》课程设计

设计题目：年产量1.5万吨乙醇-正丙醇精馏塔设计

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指导教师：

学生姓名：

学号：

起止日期 2011.06.13-2011.06.24

目录

1．设计任务 (2)

2．设计方案 (3)

3.1 物料衡算 (6)

3.2 摩尔衡算 (7)

4．塔体主要工艺尺寸 (7)

4.1 塔板数的确定 (7)

4.1.1 塔板压力设计 (7)

4.1.2 塔板温度计算 (8)

4.1.3 物料相对挥发度计算 (9)

4.1.4 回流比计算 (9)

4.1.5 塔板物料衡算 (10)

4.1.6 实际塔板数的计算 (11)

4.1.7 实际塔板数计算 (12)

4.2 塔径计算 (12)

4.2.1 平均摩尔质量计算 (12)

4.2.2 平均密度计算 (13)

4.2.3 液相表面张力计算 (14)

4.2.4 塔径计算 (14)

4.3 塔截面积 (15)

4.4 精馏塔有效高度计算 (15)

4.5 精馏塔热量衡算 (16)

4.5.1 塔顶冷凝器的热量衡算 (16)

4.5.2 全塔的热量衡算 (18)

5．板主要工艺尺寸计算 (21)

5.1 溢流装置计算 (21)

5.1.1 堰长

l (21)

w

5.1.2 溢流堰高度

h (21)

W

5.1.3 弓形降液管宽度W d和截面积A f (22)

5.1.4 降液管底隙高度h0 (22)

5.2 塔板布置 (22)

5.2.1 塔板的选用 (22)

5.2.2 边缘宽度和破沫区宽度的确定 (23)

5.2.3 鼓泡区面积的计算 (23)

5.2.4 浮阀的数目与排列 (23)

5.3 阀孔的流体力学验算 (25)

5.3.1 塔板压降 (25)

5.3.2 液泛 (26)

5.3.3 液沫夹带 (27)

5.3.4 漏液 (29)

6．设计筛板的主要结果汇总表 (30)

1．设计任务

物料组成：为乙醇45%、正丙醇55%（质量分数）；

产品组成:塔顶乙醇含量98%，塔顶易挥发组分回收率99%；

操作压力：101.325kPa(塔顶绝对压力)；

加热体系：间接蒸汽加热，加热蒸汽压力为5kgf/cm2（绝压）；冷凝体系：冷却水进口温度25℃，出口温度45℃；

热量损失：设备热损失为加热蒸汽供热量的5％；

料液定性：料液可视为理想物系；

年产量（乙醇）：1.5万吨；

每年实际生产时间：7200h；

进料方式：饱和液体进料，q值为1；

塔板类型: 浮阀塔板。

厂址选地：北京地区

2．设计方案

蒸馏装置包括精馏塔、原料预热器、蒸馏釜（再沸器）、冷凝器、釜液冷却器和产品冷却器等设备。蒸馏过程按操作方式的不同，分为连续蒸馏和间歇蒸馏两种流程。连续蒸馏具有生产能力大，产品质量稳定等优点，本课程设计中年产量大（15000吨/年），所以采用连续蒸馏的方式。

蒸馏过程根据操作压力的不同，可分为常压、减压和加压蒸馏。本设计中，由于物料乙醇、正丙醇都是易挥发有机物，所以常压操作，塔顶蒸汽压力为大气压，全塔的压力降很小。

由任务书给定，进料热状况为泡点进料，加热方式采用间接蒸气加热，设置再沸器。塔底设冷凝回流装置。

工艺流程设计：

原料液的走向

考虑到蒸气压力对设备要求等各方面的影响，选用的蒸气压力为5kg f/cm2

冷凝水的走向

换热器内物料走壳程，冷却水走管程

3．精馏塔物料衡算

3.1 物料衡算

已知数据：乙醇的摩尔质量M A =46.07kg/kmol,正丙醇摩尔质量M B =60.1kg/kmol ，

9846.0298

98

=+=B

A A

D M M M x 5163.05545

45

=+=B A

A

F M M M x

塔顶易挥发组分回收率=DX D /FX F =99%

FX F =DX D +WX W （1）

F=D+W （2）

料液的平均摩尔质量M F =M A X F +M B (1-X F )=52.86 kg/kmol ， F=15000×1000/72000/M F =39.41 Kmol/h ，

则：D=46.209846.099

.05163.041.39=⨯⨯Kmol/h

W=18.95Kmol/h ，X W =1.074%，

3.2 摩尔衡算

原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量

()B F A F F M x M M ⨯-+⨯=1x =52.86 kg/kmol

()B D A D VDM M x M x M ⨯-+⨯=1=46.29 kg/kmol

()B W A W W M x M x M ⨯-+⨯=1=59.95kg/kmol

4．塔体主要工艺尺寸

4.1 塔板数的确定

4.1.1 塔板压力设计

常压操作，即塔顶气相绝对压力p=110.925 kPa

预设塔板压力降：6.0 kPa

估计理论塔板数：18

估计进料板位置：12