课程设计分离乙醇和正丙醇(详细版).doc
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课程设计
一、课程设计题目乙醇和正丙醇物系分离系统的设计
二、课程设计内容（含技术指标）
1.设计条件
生产能力：
25000吨/年（每年按300天生产日计算）
原料状态：
乙醇含量35%（wt%）；温度：
25℃；压力：
100kPa；泡点进料；
分离要求：
塔顶馏出液中乙醇含量99%（wt%）；塔釜乙醇含量2%（wt%）
操作压力：
100kPa
其它条件：
塔板类型：
浮阀塔板；塔顶采用全凝器；R=1.5Rm
2.具体设计内容和要求
（1）设计工艺方案的选定
（2）精馏塔的工艺计算
（3）塔板和塔体的设计
（4）水力学验算
（5）塔顶全凝器的设计选型
（6）塔釜再沸器的设计选型
（7）进料泵的选取
（8）绘制流程图
（9）编写设计说明书
（10）答辩
三、进度安排
时间
设计安排
10.26—10.28
设计动员，下达任务书，查阅资料，拟定设计方案，方案论证，物性数据计算
10.28—11.11
工艺计算（物料衡算、确定回流比、计算理论板层数、实际板层数、实际进料板位置）
11.11—11.18
塔结构设计（物性数据的计算、塔径计算、塔结构尺寸的计算、水力学性能校验、负荷性能图及塔高的计算）
11.18—11.25
热量衡算；附属设备的选型和计算
11.25-12.02
绘制带控制点的工艺流程图（CAD图）
12.02—12.09
绘制带控制点的工艺流程图，（借图板和丁字尺，手工绘制图）
12.09—12.16
编写设计说明书，答辩要求
2012.01.03
将说明书及图纸装订并提交
2012.1.4—1.5
答辩
四、基本要求
序号
设计内容
要求
1
设计工艺方案的选定
精馏方式及设备选型等方案的选定和论证（包括考虑经济性；工艺要求等）绘制简单流程图
2
精馏塔的工艺计算
物料衡算，热量衡算，回流比、全塔效率、实际塔板数、实际进料位置等的确定
3
塔板和塔体的设计
设计塔高、塔径、溢流装置及塔板布置等
4
水力学验算
绘制塔板负荷性能图
5
塔顶全凝器的设计选型
计算冷凝器的传热面积和冷却介质的用量
6
塔釜再沸器的设计选型
计算再沸器的传热面积和加热介质的用量
7
进料泵的选取
选取进料泵的型号
8
绘图
绘制带控制点的流程图（CAD和手工绘制）
9
编写设计说明书
目录，设计任务书，设计计算结果，流程图，参考资料等
10
答辩
每班数不少于20人答辩
教研室主任签名：
年月日
摘要
精馏是分离液体混合物最常用的一种单元操作，在化工，炼油，石油化工等领域中被广泛应用。
精馏是使易挥发组分进入气相，难挥发组分进入液相，从而使液体混合物分离。
本次设计任务为处理25000吨/年的乙醇和正丙醇混合物。
浮阀塔是在泡罩塔的基础上发展起来的，它主要的改进是取消了升气管和泡罩，在塔板开孔上设有浮动的浮阀，浮阀可根据气体流量上下浮动，自行调节，使气缝速度稳定在某一数值。
这一改进使浮阀塔在操作弹性、塔板效率、压降、生产能力以及设备造价等方面比泡罩塔优越。
但在处理粘稠度大的物料方面，又不及泡罩塔可靠。
浮阀塔广泛用于精馏、吸收以及脱吸等传质过程中。
本设计通过物料衡算，热量衡算，工艺计算，结构设计和校核等一系列工作来设计一个具有可行性的合理的浮阀塔。
关键词浮阀塔乙醇正丙醇回流比
第一章绪论
1.1浮阀塔的简介：
浮阀塔是20世纪50年代开发的一种新塔型，其特点是在筛板塔基础上，在每个筛孔除安装一个可上下移动的阀片。
当筛孔气速高时，阀片被顶起上升，空速低时，阀片因自身重而下降。
阀片升降位置随气流量大小自动调节，从而使进入夜层的气速基本稳定。
又因气体在阀片下侧水平方向进入液层，既减少液沫夹带量，又延长气液接触时间，故收到很好的传质效果。
1.2浮阀塔的优点：
（1）生产能力大：
由于浮阀塔板具有较大的开孔率，故其生产能力比泡罩塔的大20%~40%
（2）操作弹性大：
由于阀片可以自由升降以适应气量的变化，故维持正常操作所容许的负荷波动范围比泡罩塔和筛板塔的都要宽
（3）塔板效率高：
因上升气体以水平方向吹入液层，故气液接触的时间交长而雾沫夹带量较小，板效率较高
（4）塔板压降及液面落差较小：
因为气液流过浮阀塔板时所遇到的阻力较小，故气体的压降及板上的液面落差都比泡罩塔板的小
（5）塔的造价低：
因结构简单，易于制造，浮阀塔的造价一般为泡罩塔的60%~80%，而为筛板塔的120%~130%
浮阀塔不宜处理易结焦货黏度大的系统，但对于黏度稍大及有一般集合现象的系统，浮阀塔也能正常操作。
1.3设计方案
在本次实验中我们进行乙醇和正丙醇的精馏分离，蒸馏装置包括精馏塔，原料预热器，蒸馏釜，冷凝器，釜液冷却器和产品冷却等设备，我们采用的是浮阀式连续精馏塔。
蒸馏是物料在塔内的多次部分冷凝所实现分离的，热量自塔釜输入，由冷凝器和冷却器中的冷却介质将余热带走，要保持塔的稳定性，流程中除用泵直接送入塔原料外也可以用高位糟。
塔顶采取全凝器，可以更好地控制回流比，而且本次是采用间接加热，需要用到再沸器。
可以通过下面的简易流程图了解：
1.4设计思路
1.4.1塔型选择
由任务书给定，塔板类型为浮阀塔板，这是由于产品粘度较小，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，加上浮阀塔生产能力大的特点，因此选用浮阀塔。
1.4.2操作压力的选择
由于乙醇-正丙醇体系对温度依赖性不强，常压为液态，都是易挥发有机物能用
循环水将馏出物冷凝下来，为降低塔的操作费用，减少运转的费用，故采用常压
蒸馏，按任务书给定操作压力为100KPa。
1.4.3进料热状况的选择
由任务书给定，为泡点（饱和液体）进料，采用泡点进料，不仅对稳定塔操作较
为方便，且不受季节温度影响，泡点进料时，基于恒摩尔流假定，精馏段和提馏
段上升蒸汽的恒摩尔流量相等，故精馏段和提馏段塔径基本相等，制造上较为方
便。
1.4.4加热方式
加热方式采用间接蒸汽加热，设置再沸器，这样使釜液部分汽化，维持原来的浓
度，以减少理论塔板数。
同时也使用了换热器，确保整个过程的热传递顺利进行。
1.4.5回流比的选择
由任务书给定，为使设备费和操作费用之和最低，取R=1.5Rm
1.4.6塔顶冷凝方式
由任务书给定，塔顶采用全凝器。
1.4.7管道的选择
本次设计选用直管进料管，通过选择适当的流速来确认每个地方的管径。
1.5简易流程图
第二章塔板的工艺设计
2.1．物系图
2.1.1物性数据
物质
分子式
分子量
沸点（101.3kPa）
熔点（℃）
临界温度（℃）
临界压力（Mpa）
热导率W/（m*K）
乙醇
CH3CH2OH
46.07
78.32
-114.5
243.1
6.38
18
正丙醇
CH3CH2CH2OH
60.1
97.2
126.2
263.7
5.06
1.7166
2.1.2压下乙醇-正丙醇气液平衡（摩尔）与温度关系
温度（t/℃）
97.60
93.85
92.66
91.60
88.32
86.25
84.98
84.13
83.06
80.50
78.38
液相组成x
气相组成y
0
0
0.126
0.240
0.188
0.318
0.210
0.349
0.358
0.550
0.461
0.650
0.546
0.771
0.600
0.760
0.663
0.799
0.884
0.914
1.0
1.0
2.1.3密度与温度的关系
温度（℃）
70
75
80
85
90
95
100
乙醇（kg/m³）
748.87
739.87
735.87
731.87
728.87
723.87
715.87
正丙醇（kg/m³）
762.86
755.86
750.86
745.87
740.87
735.87
730.87
2.1.4粘性与温度的关系
温度（℃）
70
75
80
85
90
95
100
乙醇/mPa·s
正丙醇/mPa·s
0.510
0.849
0.480
0.750
0.426
0.685
0.410
0.640
0.370
0.565
0.345
0.495
0.325
0.460
2.1.5表面张力与温度的关系
温度/℃
70
75
80
85
90
95
100
乙醇/mN·m-1
正丙醇/mN·m-1
18.2
19.8
17.9
19.5
17.4
18.9
17.0
18.5
16.4
18.1
16.1
17.6
15.7
17.2
2.1.6.比热容与温度的关系
温度（℃）
60
70
80
90
100
乙醇
正丙醇
3.07
2.86
3.25
3.00
3.48
3.13
3.69
3.26
3.89
3.34
2.1.7.蒸汽压与温度的关系
温度/℃
20
40
60
80
100
乙醇/kPa
正丙醇/kPa
5.87
1.941
17.89
6.954
46.8
20.36
108.2
50.93
223.6
112.4
2.1.8.汽化热与温度的关系
温度（℃）
70
80
90
100
乙醇/
正丙醇/
810.1
673.3
820.5
690.5
840.8
703.5
860.9
745.5
2.2物料衡算
2.2.1精馏塔全塔的物料衡算
进料量:
原料乙醇的组成：
塔顶的组成：
塔底的组成：
物料衡算式：
F=D+W
联立带入求解：
W=0.011kmol/sD=0.00712kmol/s
图2-1数据汇集
符号
W/kmol/s
D/kmol/s
数值
41.26%
99.23%
2.59%
0.0178
0.011
0.00712
2.2.2温度
④精馏段平均温度：
⑤提馏段平均温度：
图2-2数据汇集
符号
数值
87.22
78.52
96.83
82.87
92.03
2.2.3密度
塔顶温度：
气相组成：
进料温度：
气相组成：
塔底温度：
气相组成：
（1）精馏段
液相组成：
气相组成：
所以：
（2）提馏段
液相组成：
气相组成：
所以：
由于不同温度下乙醇和正丙醇的密度可得
在：
在：
在：
所以精馏段密度：
所以提馏段密度：
图2-3数据汇集
符号
数值
739.01
737.20
733.77
741.86
736.39
1.73
1.60
1.93
1.67
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