化工原理课程设计(乙醇精馏塔)(2)

第六章 塔体各开孔补强设计 .............................................................. 31

§6.1 开孔补强设计方法 ................................................................... 31 §6.2开孔补强结构设计 ................................................................... 32

第七章 支座设计 ......................................................................... 32

§7.1 精馏塔塔体质量 ..................................................................... 32 §7.2封头质量 ........................................................................... 33 §7.3 塔内物料质量估算 ................................................................... 33 §7.4 附件质量 ........................................................................... 33 §7.5设备总质量 ......................................................................... 33

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第一章 绪论

§1.1 设计内容

1、设计题目：乙醇精馏塔 2、设计任务及条件

（1）、进料含乙醇38.2﹪，其余为水（均为质量分数，下同） （2）、生产乙醇含量不低于93.1﹪； （3）、釜残液中乙醇含量不高于0.01﹪；

（4）、生产能力50000T/Y乙醇产品，年开工7200小时 （5）、操作条件：

a、间接蒸汽加热；b、塔顶压力：1.03atm（绝对压强）c、进料热状态：泡点进料；d、回流比：R=5 e、单板压降:75mm液注 3、设计内容

（1）、流程的设计与说明； （2）、塔板和塔径的计算； （3）、塔盘结构的设计：

a、浮阀塔盘工艺尺寸及布置简图； b、流体力学验算； c、塔板负荷性能图。 （4）、其它：a、加热蒸汽消耗量； b、冷凝器的传热面积及冷却水的消耗量

4、设计成果 （1）、设计说明书一份

（2）、A4设计图纸包括：流程图、精馏塔工艺条件图。

§1.2 设计方案

本设计任务为分离乙醇-水混合物。对于二元混合物的分离，应采用连续精馏流程。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，其余部分经产品冷凝器冷却后送至储罐。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。

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图2-1 流程图

§1.3 设计依据

课程设计方案选定所涉及的主要内容有：操作压力、进料状况、加热方式及其热能的利用。

（1） 操作压力

精馏常在常压，加压或减压下进行，确定操作压力主要是根据处理物料的性质，技术上的可行性和经济上的合理性来考虑的。一般来说，常压精馏最为简单经济，若无聊无特殊要求，应尽量在常压下操作。加压操作可提高平衡温度，有利于塔顶蒸汽冷凝热的利用，或可以使用较便宜的冷却剂，减少冷凝，冷却费用。在相同的塔径下，适当提操作压力还可以提高塔德处理能力。所以我们采用塔顶压力为1.03atm进行操作。 （2） 进料状况

进料状态有多种，但一般都是将料液预热到泡点或接近泡点才送入塔中，这样，进料温度不受季节，气温变化和前道工序波动的影响，塔的操作也比较好控制。此外，泡点进料时，精馏段和提馏的塔径相同，设计制造比较方便。 （3）加热方式

精馏塔通常设置再沸器，采用间接蒸汽加热，以提供足够的能量，若待分离的物系为某种轻组分和水的混合物，往往可采用直接蒸汽加热方式，但在塔顶轻组分回收率一定时，由于蒸汽冷凝水的稀释作用，使残液轻组分浓度降低，所需塔板数略有增加。 （4）热能的利用

精馏过程的原理是多次进行部分汽化和冷凝，因此热效率很低，通常进入再沸器的能量仅有5%左右被利用。塔顶蒸汽冷凝放出的热量是大量的。但其位能较低，不可能直接用来做塔釜的热源，但可用作低温热源，供别处使用。或可采用热泵技术，提高温度后在用于加热釜液。

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第二章 塔板的工艺设计

§2.1 精馏塔全塔物料衡算

WF 38.2WD 93.10 WW 0. M乙醇 46gmol M水 18gmo l

XF XDXW

0.382/46

0.1948

0.382/46 0.618/18

0.931/46

0.8084 0.931/46 0.069/18

0.0001/46

0.0000396 0.0001/46 0.9999/18

5000 103 0.9315000 103 0.069D 16.717 ①

7200 467200 18F D W ②

FXF DXD WXW ③

由①②③式可知

F 72.1804h W 55.4634h

§2.2理论及实际塔板数的确定

（1）由相平衡方程式y=

axy(x 1)

，可得a=

1 (a 1)xx(y 1)

根据乙醇-水体系的相平衡数据可以查得：

Y1=XD=0.8408 X1=0.805 aD=1.2793 YF=0.515 XF=0.1948 aF=4.3891

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YW=0.00035 XW=0.0000396 aw=8.8411 平均相对挥发度的求取：

a aDaFaW 4.3891 1.2793 8.8411 3.675

精馏段的平均相对挥发度的求取：a1 aDaF .2793 4.3891 2.370 泡点进料：Rmin

1 xDa(1 xD)

1.3419 a 1 xF1 xF

R Rmin5 Rmin 0.6097R 16

N Nmin

查得： 0.2

N 2 x1 xW 1

Nmin lg (D)() 1 8.067

lga 1 xDxW X N 10.68

所以理论塔板数为N=11块 确定适宜的进料板位置：

Nmin,1

x1 xF 1

lg (D)() 1 2.68lga1 1 xDxF 0.2

N1 Nmin,1N1 2

由上式知 N1=3.84

即第4层理论数为进料板

（2）根据乙醇-水体系的相平衡衡数据可以查得：

塔顶：xD 0.8408 tD=78.27℃ 塔底：xW 0.0000396 tw 99.9℃ 塔顶和塔釜的算术平均温度：t 查手册得： 在89.085℃下，

tD tW78.27 99.9

89.085℃ 22

乙醇 0.40mpa.s 水 0.30mpa.s

根据公式lg Lm

xlg 得

i

i

Lm 10 0.1948 lg0.4 (1 0.19480) lg0.3 0.317mpa.s

由奥康奈尔关联式：

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ET 0.49(3.522 0.317) 0.245 0.477

球的实际塔板数N

NT 111 1

20.96 取N=21 ET0.477

§2.3常压下乙醇-水气液平衡组成与温度

2.3.1．温度和压力

lg(PS/kpa) A

乙醇:

得：p

A

10

1625.05

7.33827 t 231.48

B1652.46

7.33827 t Ct 231.48

lg(ps/kpa) A

水：得：

B1657.46

7.07406 t Ct 227.03

p

0B

10

1657.46

7.07406 t 227.03

0000

将pA,pB代入pAxA pBxB P

进行试差，求的塔顶、进料板、及塔釜的压力和温度：

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