精馏塔设计乙醇水.docx

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精馏塔设计乙醇水精馏塔设计乙醇水HarbinInstituteofTechnology课程设计说明书（论文）课程名称：

化工分离装置设计设计题目：

精馏塔的设计院系：

化工与化学学院化学工艺系班级：

设计者：

学号：

指导教师：

张秋明设计时间：

2017.6.12-2017.6.18哈尔滨工业大学教务处哈尔滨工业大学课程设计任务书姓名：

院（系）：

化工与化学学院化学工艺系专业：

化学工程与工艺班号：

任务起至日期：

2017年6月12日至2017年6月18日课程设计题目：

精馏塔的设计已知技术参数和设计要求：

1.设计一种精馏塔，满足一下要求。

（1）原料：

乙醇水溶液，年产量48000吨乙醇含量：

35%（质量分数），原料液温度：

自选设计要求：

塔顶的乙醇含量不小于90%（质量分数）塔底的乙醇含量不大于0.5%（质量分数）

（2）结构合理，尽可能循环利用能源。

（3）初步的观察和分析位置。

（4）鼓励新想法和创新精神。

鼓励使用AutoCAD等计算机辅助工具绘图。

2.设计和选择辅助设备以及检测仪器仪表。

根据确定品种、结构类型和生产能力，确定设备选型和规格，确定设备布置。

工作量：

（1）写出详细的精馏塔设计与计算过程，对于精馏塔设计中引用的数据应说明来源和选用依据。

（2）画出精馏塔整体工作流程图，辅助设备仪器要选型；（3）分析测试仪表和仪器要标明位置和作用。

（4）节能降耗以及提高效率的新方法。

工作计划安排：

6.126.13熟悉设计任务，相关查阅资料，对计算过程进行估算，初步确定部件尺寸6.146.15初步设计，绘制精馏工作草图6.166.18检查修改后，正式写出详细计算过程，绘制精馏塔详细设备和工作图。

6.31验收答辩同组设计者及分工：

对此题目，每个人独立设计、制图。

指导教师签字：

张秋明2017年6月12日教研室主任意见：

同意教研室主任签字：

2017年6月13日*注：

此任务书由课程设计指导教师1全塔物料衡算1）乙醇摩尔分数计算查阅得M乙醇=46.07，M水=18.021进料摩尔分数2塔顶摩尔分数3塔底摩尔分数2）物料衡算1年产量48000吨，按年工作日300天处理2物料衡算2回流比的确定泡点进料，用Origin作图，由于水-乙醇平衡线较特殊，故通过点（XD,XD）作平衡线的切线得精馏段操作线，再连接q线与操作线交点与点（XW,XW）得提馏段操作线。

利用精馏段操作线斜率k求Rmin3理论塔板数的确定由图解法得：

精馏段理论塔板数为20.48提馏段理论塔板数为3.524精馏段提馏段气液相的确定1）精馏段2）提馏段5精馏段提馏段操作线方程1）精馏段2）提馏段6精馏段提馏段气液相的物理性质1）温度由图可得：

XD=0.835时tD=78.3oCXF=0.174时tF=83.7oCXW=0.00196时tW=99.5oC2）密度查化工原理（天大版）得混合液体密度混合气体密度1精馏段2提馏段由物理化学及网上资料查得不同温度下水和乙醇的密度温度/乙醇密/kg/m3水密度/kg/m3温度/乙醇密度/kg/m3水密度/kg/m380735971.895720961.8585730968.6100716958.495724965.3精馏段：

t1=81.0oC由内插法求得提馏段：

t2=91.6oC3）黏度查物理化学得乙醇黏度-温度关系温度/8090100黏度/mPas0.4950.4060.361水黏度-温度关系温度/80818290919293黏度/mPas0.35650.35210.34780.3165.031300.30950.30604）表面张力其中：

下标w、o、S分别指水、有机物及表面部分;指主体部分的分子分率；指主体部分的摩尔体积；为纯水及有机物表面的张力。

对于乙醇，q为2。

查物理化学得表格：

温度/708090100乙醇表面张力/10-2N/m1817.1516.215.2水表面张力/10-2N/m64.362.660.758.8精馏段：

t1=81.0oC由内插法求得联立得提馏段：

t2=91.6oC由内插法求得联立得5）相对挥发度6）实际板数计算7塔体工艺尺寸计算1）塔的有效高度计算2）塔径的计算精馏段气液流量提馏段气液流量：

1）精馏塔的有效高度计算8塔板工艺尺寸计算1）溢流装置设计1堰长2溢流堰的高度hw选平直堰，其中E=1。

3方形降液管宽度wd和截面积Af根据：

方形降液管截道面参数比例图4降液管底隙高度ho=hw-0.0065选用凹型受液盘2）塔板布置由于D=1.4m0.8m，所以采用分布式布置。

3）边缘区宽度的确定对于塔径小于1.5m的塔，ws=80110mm，取ws=100mm。

4）开孔面积的计算5）筛孔计算及排列精馏物质没有腐蚀性，可选用。

取筛孔直径。

筛孔一般为正三角形排列，取孔中心距。

9筛板流体力学计算1）塔板压降1干板阻力hc计算，查化工原理课程设计（柴敬诚版）得：

2气体通过液层的阻力查化工原理课程设计（柴敬诚版）得：

3液体表面张力的阻力2）液面落差D=1.4m0.03m采用下式:

稳定系数F:

5）液泛应满足：

其中：

Hd为降液管中清液层高度hd为与液体流过降液管的压降相当的液柱高度10塔板负荷性能图1）漏液线2）液沫夹带线以为限，求取VSLS关系如下：

由3）液相负荷上限线对于平直堰，取堰上高度作为最小液体负荷标准。

4）液相负荷下限线以作为液体在降液管中停留下限5）液泛线联立得忽略h，将的关系式代入上式，并整理得11板式塔的结构1）塔顶空间塔顶空间应大于板间距，设计中通常取塔顶间距为：

2）塔底空间取储存液量停留5min而定：

3）封头采用椭圆封头，D=1.4m，查化工机械设备得直边高度：

0.04m曲边高度：

0.35m4）人孔一般每隔1020层塔板设置一人孔，塔板数为52，本设计开人孔数3个，每个直径为450mm孔板间距为600mm，设人孔处的板间距为600mm。

5）裙座选取裙座直径为1600mm，裙座高度3m。

6）塔总高度12附属设备1）冷凝器选择塔顶温度：

78.3oC乙醇的气化潜热：

863KJ/kg水的气化潜热：

2385KJ/kg冷却水12oC78.3oC混合液78.3oC40oC导热系数：

K=1000传热面积：

2）再沸器选择塔底温度：

99.5oC乙醇的气化潜热：

675KJ/kg水的气化潜热：

2240KJ/kg乙醇的比热：

3.8KJ/（kgK）水的比热：

4.25KJ/（kgK）水蒸气120oC100oC混合液99.5oC120oC导热系数：

K=3000