分离乙醇—水混合液的筛板精馏塔设计This model paper was revised by the Standardization Office on December 10, 2020课题名称：化工课程设计任务书系别：化环学院专业：化工2班学号：姓名：指导教师：时间：2011年12月01-16日附化工原理—化工设备机械基础课程设计任务书-1专业化工班级 0409402 设计人一. 设计题目分离乙醇—水混合液的筛板精馏塔设计二. 原始数据及条件生产能力：年处理量8万吨（开工率300天/年），每天工作24小时；原料：乙醇含量为20%（质量百分比，下同）的常温液体；分离要求：塔顶，乙醇含量不低于90%，塔底，乙醇含量不高于 8%；操作条件：三. 设计要求：（一）编制一份设计说明书，主要内容包括：1. 前言2. 设计方案的确定和流程的说明3. 塔的工艺计算4. 塔和塔板主要工艺尺寸的设计a. 塔高、塔径及塔板结构尺寸的确定b. 塔板的流体力学验算c. 塔板的负荷性能图5. 附属设备的选型和计算6. 设计结果一览表7. 注明参考和使用的设计资料8. 对本设计的评述或有关问题的分析讨论。
（二）绘制一个带控制点的工艺流程图（2#图）（三）绘制精馏塔的工艺条件图（1#图纸）四. 设计日期：2011年 12月01日至 2011 年12 月16日五. 指导教师：谭志斗、石新雨推荐教材及主要参考书：1.王国胜, 裴世红，孙怀宇. 化工原理课程设计. 大连：大连理工大学出版社，20052.贾绍义，柴诚敬.化工原理课程设计. 天津：天津科学技术出版社，2002.3、马江权，冷一欣. 化工原理课程设计. 北京：中国石化出版社，2009.4、《化工工艺设计手册》，上、下册;5、《化学工程设计手册》；上、下册;6、化工设备设计全书编辑委员会.化工设备设计全书-塔设备；化学工业出版社：北京. 2004，017、化工设备设计全书编辑委员会.化工设备设计全书-换热器；化学工业出版社：北京. 2004，018、化工设备设计全书编辑委员会.化工设备设计全书-管道；化学工业出版社：北京. 2004，019.陈敏恒. 化工原理(第三版). 北京：化学工业出版社，2006目录第一章设计方案简介精馏的基本原理是根据各液体在混合液中的挥发度不同，采用多次部分汽化和多次部分冷凝的原理来实现连续的高纯度分离。
在现代的工业生产中已经广泛地应用于物系的分离、提纯、制备等领域，并取得了良好的效益。
其中主要包括板式塔和填料塔，而板式塔的塔板类型主要有泡罩塔板、浮阀塔板、筛板塔板、舌形塔板、网孔塔板、垂直塔板等等,本次课程设计是筛板塔。
精馏过程与其他蒸馏过程最大的区别，是在塔两端同时提供纯度较高的液相和气相回流，为精馏过程提供了传质的必要条件。
提供高纯度的回流，使在相同理论板的条件下，为精馏实现高纯度的分离时，始终能保证一定的传质推动力。
所以，只要理论板足够多，回流足够大时，在塔顶可能得到高纯度的轻组分产品，而在塔底获得高纯度的重组分产品。
精馏广泛应用于石油,化工,轻工等工业生产中,是液体混合物分离中首选分离方法本次课程设计是分离乙醇——水二元物系。
在此我选用连续精馏筛板塔。
具有以下特点：(1) 筛板塔的操作弹性小，对物料的流量要求非常平稳精确，不利于实际生产中使用(2) 筛板塔盘较浮阀塔盘的优点是结构简单抗堵，压降较小，造价便宜。
(3) 筛板塔盘现在很少用了，比浮阀塔的效率低，操作弹性小。
(4) 筛板塔盘也有溢流堰和降液管。
优点是结构简单，压降较小，造价便宜，抗堵性强。
本次设计针对二元物系的精馏问题进行分析、计算、核算、绘图，是较完整的精馏设计过程。
精馏设计包括设计方案的选取，主要设备的工艺设计计算——物料衡算、工艺参数的选定、设备的结构设计和工艺尺寸的设计计算、辅助设备的选型、工艺流程图的制作、主要设备的工艺条件图等内容。
通过对精馏塔的运算，可以得出精馏塔的各种设计如塔的工艺流程、生产操作条件、物性参数及接管尺寸是合理的，以保证精馏过程的顺利进行并使效率尽可能的提高。
工科大学生应具有较高的综合能力，解决实际生产问题的能力，课程设计是一次让我们接触实际生产的良好机会，我们应充分利用这样的时机认真去对待每一项任务，为将来打下一个稳固的基础。
而先进的设计思想、科学的设计方法和优秀的设计作品是我们所应坚持的设计方向和追求的目标。
第二章工艺流程图及说明首先，乙醇和水的原料混合物进入原料罐，在里面停留一定的时间之后，通过泵进入原料预热器，在原料预热器中加热到泡点温度，然后，原料从进料口进入到精馏塔中。
因为被加热到泡点，混合物中既有气相混合物，又有液相混合物，这时候原料混合物就分开了，气相混合物在精馏塔中上升，而液相混合物在精馏塔中下降。
气相混合物上升到塔顶上方的冷凝器中，这些气相混合物被降温到泡点，其中的液态部分进入到塔顶产品冷却器中，停留一定的时间然后进入乙醇的储罐，而其中的气态部分重新回到精馏塔中，这个过程就叫做回流。
液相混合物就从塔底一部分进入到塔底产品冷却器中，一部分进入再沸器，在再沸器中被加热到泡点温度重新回到精馏塔。
塔里的混合物不断重复前面所说的过程，而进料口不断有新鲜原料的加入。
最终，完成乙醇与水的分离。
冷凝器→塔顶产品冷却器→乙醇储罐→乙醇↑回流↓原料→原料罐→原料预热器→精馏塔↑回流↓再沸器←→塔底产品冷却器→水的储罐→水第三章塔板的工艺计算精馏塔全塔物料衡算F:进料量(kmol/s) X原料组成F:D:塔顶产品流量(kmol/s) XD:塔顶组成W:塔底残液流量(kmol/s) XW:塔底组成XF =2046⁄2046+8018⁄⁄=XD =9046⁄9046+1018⁄⁄=Xw =846⁄846+9218⁄⁄=总物料衡算 F=D+W易挥发组分物料衡算 F XF =D XD+W XW日生产能力（处理）D8000000020.4950530024360.1506km l s00o/ mFM T=⨯⨯⨯==⋅联立以上三式得F=sD=sW=s乙醇和水的物性参数计算3.2.1温度常压下乙醇—水气液平衡组成与温度的关系利用表中数据由内差可求得t F t D t W ① t F :21.726.90.897.86--×（）+ t F =℃ ② t D :42.7443.8944.7815.78--×（）+ t D =78.21℃ ③ t W :0190.00721.05.955.89--×（） + t W =℃ ④ 精馏段平均温度:1t =2d f t t +=221.7829.88+=℃ ⑤ 提留段平均温度:2t =2w f t t +=270.9029.88+=℃ 3.2.2密度已知:混合液密度:B B A A l a a ρρρ+=1混合气密度:004.22TP MP T V =ρ塔顶温度: t D =78.21℃气相组成y D :8943.0)21.7841.78(15.7841.7843.8941.78+-⨯-- y D =% 进料温度: t F =℃气相组成y F :4375.0)29.880.89(7.860.8975.4391.38+-⨯-- y F =% 塔底组成: t W =℃气相组成y w :3891.0)7.905.95(0.895.9591.3800.17+-⨯-- y w = % (1)精馏段液相组成x 1:%31.26%90.8%88.771=⨯=⋅=F D x x x气相组成y 1:%41.5842256.08075.01=⨯=y 所以1460.263118(10.2631)25.3668/L M g mol =⨯+⨯-=(2)提留段液相组成x 2:%411.52=⨯=F W x x x气相组成y 2:%82.422273.08075.02=⨯=y 所以2460.0541118(10.05411)19.51508/L M g mol =⨯+⨯-=由不同温度下乙醇和水的密度,内差法求t F t D t W 下的乙醇和水的密度t F =℃ 732.186CF ρ= 966.64wF ρ=t D =78.21℃ 744.43CD ρ= 3/87.972m kg WD =ρt W =℃ 720.21CW ρ= 3964.82/wW kg m ρ=所以31908.46762.33835.40/22F DL kg m ρρρ++=== 3.2.3混合液体表面张力由内差法求得在t F t D t W 下的乙醇和水的表面张力乙醇表面张力：水表面张力乙醇表面张力 σCF =m σCD =m σCW =m水表面张力σwF =m σwD=m σwW=m塔顶表面张力0.140.7788=σD=m原料表面张力0.8850.089=σF=m塔底表面张力0.99960.0329=σw=m(1)精馏段的平均表面张力σ1=+/2=m(2)提馏段的平均表面张力：σ2=（+）/2=m 3.2.4相对挥发度由 xF =% yF=%得0.58416.562920.08914.375610.58410.45653110.089Fa===--由 xD =% yD=% 得0.80751.0368520.7788 1.1914410.80750.8702510.7788Da===--由 xW =% yw=% 得0.22736.9081460.0329 4.138610.22730.80405810.0329aw===--(1)精馏段的平均相对挥发度 4.1386α==提馏段的平均相对挥发度11.1140α==3.2.5混合物的粘度1t=℃查表，得μ水=·s, μ醇=·s2t=℃查表，得μ水=·s, μ醇=·s (1)精馏段粘度：μ1=μ醇x1+μ水(1-x1)=⨯⨯ mpa·s(1)提留段粘度:μ2=μ醇x2+μ水(1-x2)=⨯⨯ mpa·s理论塔板和实际塔板数的计算回流比的确定：绘出乙醇—水的气液平衡组成，即t-X-Y曲线图，由上图知，点a与纵轴的截距为，即为XXXXXX+1值XD=,最小回流比Rmin=操作回流比R=×Rmin=理论塔板数的确定：图解法求解：YC =XXX+1=,易做得提留段、精馏段和q线的操作线，作图如下：由图知，理论塔板数:精馏段需NT1 = 10块，提馏段需NT2= 3-1=2块。
实际塔板数确定：由奥康奈尔公式()()0.2450.2450.49d 0.49 3.1990.3419550.487T av E u --=⨯=⨯⨯= 全塔所需实际塔板数：12100%24.64250.487T P T N N E =⨯==≈块 精馏段实际板数：110100%20.53210.487P N =⨯=≈块 提馏段实际板数：225214P N =-=块 进料板位置第22块板。