年产2万吨乙醇—水精馏塔设计讲课稿

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1、产 2万 吨 乙 醇 水 精馏塔设计成绩西北大学化工学院化工原理课程设计说明书设计名称:年产两万吨乙醇-水精储塔年级专业:2013级化学工程与工艺姓名:指导老师:2016年1月15日目录1 概述 51.1 设计题目及要求5.1.1.1 设计题目 5.1.1.2 设计任务 5.1.1.3 设计参数 5.1.2 精馏过程简介5.2 工艺设计部分 62.1 全塔物料衡算6.2.2 乙醇-水的气液平衡数据6.2.3 确定Rmin及工业生产常用R的选择 82.4 板效率、塔板数的计算和进料位置与状态的选择 82.4.1 理论塔板数Nt的求取 82.4.2 全塔效率ET 9.2.4.3 实际塔板数Np 1

2、.02.4.4 加料位置与状态的选择1.02.5 物性参数计算1.02.5.1 定性压力pm 1.02.5.2 定性温度tm1.12.5.3 平均分子质量Mm1.12.5.4 平均密度火1.12.5.5 液体的平均表面张力1.22.5.6 液体的平均粘度出m1.32.6 汽液负荷计算1.32.6.1 精馏段气液负荷计算1.32.6.2 提馏段汽液负荷计算1.42.7 塔及塔板主要工艺结构尺寸结构的计算1. 42.7.1 塔径的设计计算1.42.7.2 塔板工艺结构尺寸的设计与计算1. 52.8 校核计算 1.9.2.8.1 精馏段校核计算1.92.8.2 提馏段校核计算2.02.9 塔板负荷性

3、能图的计算与绘制2.12.9.1 精馏段塔板负荷性能图 2.12.9.2 提馏段塔板负荷性能图 2.33 设备设计及辅助设计部分 253.1 塔体结构的初步设计2.53.1.1 筒体和封头厚度计算2.53.1.2 椭圆封头的选型2.63.2 换热器的计算与设计选型2.63.2.1 预热器 2.63.2.2 再沸器 2.73.2.3 冷凝器 2.83.2.4 冷却器 2.93.3 管道计算及规格选择3.03.3.1 管道设计步骤3.03.3.2 算例 3.03.3.3 管道设计结果汇总表3.23.4 泵的计算及设计选型3.33.4.1 原料泵 3.33.4.2 冷却水泵3.33.5 储罐的计算与

4、选型3.43.5.1 原料储罐3.43.5.2 产品储罐3.43.5.3 热水储罐3.44 设计数据总汇表 354.1 物性参数数据3.54.2 工艺设计数据3.55 认识与体会 366 参考文献 371概述1.1 设计题目及要求1.1.1 设计题目年产两万吨乙醇-水连续精馏塔（筛板塔）1.1.2 设计任务由设定值浓度?的酒精-水二元均相混合物作原料，根据所需要的年产量D 、塔顶产品浓度?、塔釜浓度?等参数设计出酒精连续精馏塔。1.1.3 设计参数生产任务：年产量?= 20000 T?y加热蒸汽压力：3.5atg （表压）冷却器进口水温度：20冷凝器出口水温：50原料浓度：?= 25%（质量分

5、率）塔顶产品浓度：?= 93.1%（质量分率）塔釜浓度：？?<1% （质量分率）1.2 精馏过程简介图 1 为连续精馏塔。乙醇水混合液自塔的中部某适当位置连续地加入塔 内，塔顶设有冷凝器将塔顶蒸汽冷凝为液体。冷凝液的一部分回入塔顶，称为 回流液，其余作为塔顶产品（馏出液）排出。在塔内上半部（加料位置以上） 上升蒸汽和回流液体之间进行着逆流接触和物质传递。塔底部装有再沸器以加热液体产生蒸汽，蒸汽沿塔上升，与下降的液体逆流接触并进行物质传递，塔底连续排除部分液体作为塔底产品。在塔的加料位置以上，上升蒸汽中所含的重组分向液相传递，而回流液中的轻组分向气相传递。如此物质交换的结果，使上升蒸汽中轻

6、组分的浓度逐渐 升高。只要有足够的相际接触表面和足够的液体回流量，到达塔顶的蒸汽将成 为高纯度的轻组分。塔的上半部完成了上升蒸汽的精制，即除去其中的重组 分，因而称为精馏段。2.1全塔物料衡算在塔的加料位置以下，下降 液体（包括回流液和加料液中的 液体）中的轻组分向气相传递， 上升蒸汽中的重组分向液相传 递。这样，只要两相接触面和上 升蒸汽量足够，到达塔底的液体 中所含的轻组分可降至很低，从 而获得高纯度的重组分。塔的下 半部完成了下降液体中重组分的提浓即提出了轻组分，因而称为提储段。一个完整的精储塔应包括精储段和提储段，冉这样的塔内可将一个双组分 混合物连续地、高纯度地分离为轻、重两组分。精

7、储与蒸储的区别在于“回流”，包括塔顶的液相回流与塔釜部分汽化造 成的气相回流，回流是构成气、液两相接触传质的必要条件，没有气液两相的 接触也就无从进行物质交换。另一方面，组分挥发度的差异造成了有利的相平 衡条件（y > x）。这使上升蒸汽在与自身冷凝回流液之间的接触过程中，重组 分向液相传递，轻组分向气相传递。相平衡条件 y > x使必需的回流液的数量小 于塔顶冷凝液的的总量，即只需要部分回流，而无需全部回流。唯有如此，才 能从塔顶抽出部分凝液作为产品。因此，精储过程的基础是组分挥发度的差 异。工艺设计部分?= ?+ ?= ?+ ?质量分率化为摩尔分率，得?= 0.8407, ?

8、= 0.0039, ?= 0.1153?= 20000 T?y = 2525.25 kg?h = 60.3kmol?h （按一年 330 个工作日计算）? ?- ? 0.0039 - 0.1153-=0 1331? ? - ? 0.0039 - 0.8407?= 1 - ?= 1 - 0.1331 = 0.8669 ?= 60.3 +0.1331 = 453.1 kmol?h = 9630.3 kg?h?= 453.0 XO.8669 = 392.7 kmol ?h = 7119.4 kg?h图3乙醇-水等压相图（p=1atm）2.3 确定Rmin及工业生产常用R的选择?=/?+ 1=0.62

9、5根据图1,得Rmin时精储段操作线斜率为 ?最小回流比?= 1.67回流比?= (1.22.0) ?取回流比？?= 1.8? ?则?= 1.8 X 1.67 = 32.4 板效率、塔板数的计算和进料位置与状态的选择2.4.1理论塔板数Nt的求取精微段操作线方程:?+1 =即？%+1 =?”?+ 1 -?+ ?+ 130.8407?+ 3+ 1 -3+ 1化简，得?+1 = 0.75?+ 0.2102提储段操作线方程:?+ ? ?+1 =?+?+1(?+ 1)?(?+ 1)?"3 X60.3+ 453.0453.0 - 60.3?+1 = -?+ X 0.0039(3+ 1) X60

10、.3" (3 + 1) X60.3化简，得?+1 = 2.6279?- 0.0063根据气液相平衡数据及精储段、提储段操作线方程，利用 MATLAB编程 计算理论板数，得图4。1图4图解法计算理论板数00.10.20.30 40.5D,60.70.B0.9.？?1 = 15, ?2 二 3即理论板数?= 18(含塔釜)2.4.2 全塔效率Et 采用？ ？?= 51 - 32.5 lg(?可得：?= 0.37mPa.?= 0.315mPa.s?= ?+ ?%1 - ?)塔顶相对挥发度：?=(-二)-(-) -()=(?-?) 99(-(1 - -?)-(1 - -?) -M?-X (二

11、-二)(?-?-?) 99-明-%()(-M-霖”塔顶温度： 第=78.28 C塔底相对挥发度：-明-%=(-)(1-冽-(1 -帘、代入数值，结合相平衡曲线计算得?= 1.0938, ?= 13.7462相对挥发度a 一全塔效率力? = 3.8776?= 47.90%2.4.3 实际塔板数Np以塔釜作为一块理论板，根据?二?精储段塔板数?1一一?1 = -? = 32 块提储段塔板数?2- 1 工?2 = 4 块?总塔板数?= 36 块2.4.4 加料位置与状态的选择加料位置：第33块塔板进料状态：泡点进料2.5 物性参数计算2.5.2 定性压力pm取每层塔板压降为0.5 kPa计算 塔顶：