乙醇-水溶液连续精馏塔化工课程设计全套.doc

第一章 设计概述 1.1塔设备在化工生产中的作用与地位 塔设备是是化工、石油化工和炼油等生产中最重要的设备之一。它可使气液或液液两相间进行紧密接触，达到相际传质及传热的目的。可在塔设备中完成常见的单元操作有：精馏、吸收、解吸和萃取等。此外，工业气体的冷却与回收、气体的湿法净制和干燥以及兼有气液两相传质和传热的增湿、减湿等。 在化工、石油化工、炼油厂中，塔设备的性能对于整个装置的产品质量和环境保护等各个方面都有重大影响。塔设备的设计和研究受到化工炼油等行业的极大重视。 1.2塔设备的分类 塔设备经过长期的发展，形成了形式繁多的结构，以满足各方面的特殊需要，为研究和比较的方便，人们从不同的角度对塔设备进行分类，按操作压力分为加压塔、常压塔和减压塔；按单元操作分为精馏塔、吸收塔、解吸塔、萃取塔、反应塔和干燥塔；按形成相际界面的方式分为具有固定相界面的塔和流动过程中形成相界面的塔，长期以来，人们最长用的分类按塔的内件结构分为板式塔、填料塔两大类。 1.3板式塔 板式塔是分级接触型气液传质设备，种类繁多，根据目前国内外的现状，主要的塔型是浮阀塔、筛板塔和泡罩塔。 1.3.1泡罩塔 泡罩塔是历史悠久的板式塔，长期以来，在蒸馏、吸收等单元操作使用的设备中曾占有主要的地位，泡罩塔具有一下优点： （1）.操作弹性大 （2）.无泄漏 （3）.液气比范围大 （4）.不易堵塞，能适应多种介质 泡罩塔的不足之处在于结构复杂、造价高、安装维修方便以及气相压力降较大。 1.3.2筛板塔 筛板塔液是很早就出现的板式塔，20世纪50年代起对筛板塔进行了大量工业规模的研究，形成了较完善的设计方法，与泡罩塔相比，具有以下的优点： （1）.生产能力大（提高20％－40％） （2）.塔板效率高（提高10％－15％） （3）.压力降低（降低30％－50％），而且结构简单，塔盘造价减少40％左右，安装维修都比较容易[1]。 1.3.3浮阀塔 20世纪50年代起，浮阀塔板已大量的用于工业生产，以完成加压、常压、减压下的蒸馏、脱吸等传质过程。 浮阀式之所以广泛的应用，是由于它具有以下优点： （1）.处理能力大 （2）.操作弹性大 （3）.塔板效率高 （4）.压力降小 其缺点是阀孔易磨损，阀片易脱落。 浮阀的形式有很多，目前常用的浮阀形式有F1型和V-4型，F1型浮阀的结构简单，制造方便，节省材料，性能良好。F1型浮阀又分为轻阀和重阀两种。V-4型浮阀其特点是阀孔冲成向下弯曲的文丘里型，以减小气体通过塔板的压强降，阀片除腿部相应加长外，其余结构尺寸与F1型轻阀无异，V-4型阀适用于减压系统。 第二章 设计方案的确定及流程说明 2.1 塔型选择 根据生产任务，若按年工作日300天，每天开动设备24小时计算，产品流量为10.8t/h，由于产品粘度较小，流量较大，为减少造价，降低生产过程中压降和塔板液面落差的影响，提高生产效率，选用筛板塔。 2.2 操作流程 乙醇——水溶液经预热至泡点后，用泵送入精馏塔。塔顶上升蒸气采用全冷凝后，部分回流，其余作为塔顶产品经冷却器冷却后送至贮槽。塔釜采用间接蒸汽再沸器供热，塔底产品经冷却后送入贮槽。 精馏装置有精馏塔、原料预热器、再沸器、冷凝器、釜液冷却器和产品冷却器等设备。热量自塔釜输入，物料在塔内经多次部分气化与部分冷凝进行精馏分离，由冷凝器和冷却器中的冷却介质将余热带走。 乙醇—水混合液原料经预热器加热到泡点温度后送入精馏塔进料板，在进料板上与自塔上部下降的的回流液体汇合后，逐板溢流，最后流入塔底。在每层板上，回流液体与上升蒸汽互相接触，进行热和质的传递过程。 流程示意图如下图 图1：精馏装置流程示意图 第三章 塔的工艺计算 3.1查阅文献，整理有关物性数据 （1）水和乙醇的物理性质 表3—1：水和乙醇的物理性质 名称 分子式 相对分子质量 密度　 20℃ 沸 点 101.33kPa ℃ 比热容 (20℃) Kg/(kg.℃) 黏度 (20℃) mPa.s 导热系数 (20℃) /(m.℃) 表面 张力 (20℃) N/m 水 18.02 998 100 4.183 1.005 0.599 72.8 乙醇 46.07 789 78.3 2.39 1.15 0.172 22.8 （2）常压下乙醇和水的气液平衡数据，见表3—2 表3—2 乙醇—水系统t—x—y数据 沸点t/℃ 乙醇摩尔数/% 沸点t/℃ 乙醇摩尔数/% 气相 液相 气相 液相 99.9 0.004 0.053 82 27.3 56.44 99.8 0.04 0.51 81.3 33.24 58.78 99.7 0.05 0.77 80.6 42.09 62.22 99.5 0.12 1.57 80.1 48