酒精连续精馏板式塔的设计.doc

第一部分 设计任务书 题目： 酒精连续精馏板式塔的设计 2、 原始数据： 2.1 乙醇－水混合物，含乙醇 37 %（质量），温度 25 ℃; 2.2 产品：馏出液含乙醇 94 %（质量），温度 35 ℃; 2.3塔底：塔底液含乙醇 0.06 %（质量） 2.4生产能力：日产酒精（指馏出液） 11500 kg; 2.5热源条件：加热蒸汽为饱和蒸汽，其绝对压强为 300 kPa; 3、任务： 3.1确定精馏的流程，绘出流程图，标明所需的设备、管线及其有关观测或控制所必需的仪表和装置。 3.2精馏塔的工艺设计和结构设计：选定塔板型，确定塔径、塔高及进料板的位置；选择塔板的结构型式、确定塔板的结构尺寸；进行塔板流体力学的计算（包括塔板压降、淹塔的校核及雾沫夹带量的校核等）。 3.3作出塔的操作性能图、计算其操作弹性。 3.4确定与塔身相连的各种管路的直径。 3.5计算全塔装置所用蒸汽量和冷却水用量，确定每个换热器的传热面积并进行选型，若采用直接蒸汽加热，需确定蒸汽鼓泡管的形式和尺寸。 3.6其它。 4、 作业份量： 4.1设计说明书一份，说明书内容见《化工过程及设备设计》的绪论，其中设计说明结果概要一项具体内容包括：塔板数、塔高、塔径、板间距、回流比、蒸汽上升速度、热交换面积、单位产品热交换面积、蒸汽用量、单位产品蒸汽用量、冷却水用量、单位产品冷却水用量、操作压强、附属设备的规格、型号及数量等。 4.2塔装配图（1号图纸）；塔板结构草图（35×35计算纸）；工艺流程图（35×50计算纸〕 第二部分 确定设计方案 设计方案的确定 塔板类型：选用F1型重浮阀塔. 浮阀塔兼有泡罩塔和筛板塔的优点，而且操作弹性大，操作灵活，板间压降小，液面落差小, 浮阀的运动具有去污作用，不容易积垢堵塞，操作周期长，结构简单，容易安装，操作费用较小，其制造费用仅为泡罩塔的60%～80%；又由于F1型浮阀塔结构简单，制造方便，节省材料，性能良好；另外轻阀压降虽小，但操作稳定性差，低气速时易漏液。 综上所述，选择F1型重阀浮阀塔。 操作压力：常压精馏 对于乙醇－水体系，在常压下已经是液态，且乙醇－水不是热敏性材料，在常压下也可成功分离，所以选用常压精馏。因为高压或者真空操作会引起操作上的其他问题以及设备费用的增加，尤其是真空操作不仅需要增加真空设备的投资和操作费用，而且由于真空下气体体积增大，需要的塔径增加，因此塔设备费用增加。综上所述，选择常压操作。 进料状态：泡点进料 进料状态有五种，如果选择泡点进料，即q=1时，操作比较容易控制，且不受季节气温的影响，此外，泡点进料时精馏段和提馏段的塔径相同，设计和制造时比较方便。 加热方式：间接蒸汽加热 蒸馏釜的加热方式通常采用间接蒸汽加热，设置再沸器。直接蒸汽加热只能用于塔底产物基本是水，由于蒸汽的不断通入，对塔底溶液起了稀释作用，在塔底易挥发物损失量相同的情况下，塔底残液中易挥发组分的浓度应较低，因而塔板数稍有增加，成本增加，故采用间接加热。 热能利用方式：选择适宜回流比，塔釜残液作为原料预热热源 适宜的回流比应该通过经济核算来确定，即操作费用和设备折旧费用之和为最低时的回流比为最适宜的回流比。确定回流比的方法为：先求出最小回流比R，根据经验取操作回流比为最小回流比的1.1－2.0倍，考虑到原始数据和设计任务，本方案取1.5，即：R＝1.5R；采用釜液产品去预热原料，可以充分利用釜液产品的余热，节约能源。 回流方式：泡点回流 泡点回流易于控制,设计和控制时比较方便,而且可以节约能源。 工艺流程图 第三部分 设计计算过程 1、工艺条件和物性参数计算 1.1 将质量分数换算成摩尔分数 1.2 理论塔板数的求取 1.2.1最小回流比 因为是泡点进料，所以q=1。作平衡线和q线的关系图，并作平衡线的切线与q线交于点（0.1869，0.3962），则最小回流比： 实际回流比 取最小回流比的1.5倍，则 物料衡算 D=11.389kmol/h W=41.061kmol/h F=52.450kmol/h D=0.1331kg/s W=0.2054kg/s F=0.3385kg/s 精馏段 液相流量： 气相流量： (2) 提馏段 液相流量： 气相流量： 操作线方程 精馏段方程： 提馏段方程： 图解法计算理论塔板数 图解法得理论塔板数为 全塔效率 由下图可确定塔顶、进料、塔釜温度分别为： 由平衡曲线可得塔顶、进料、塔底汽液相摩尔分数： 组分 塔顶 进料 塔底 X 0.8