11酒精精馏塔设计说明书-李秀丽(1)

化工原理课程设计1分类号TQ学校代号10561UDC密级学号200830321355化工原理课程设计酒精连续精馏塔的设计浮阀塔设计者李秀丽指导老师伍钦冯景贤易聪华专业名称化学工程与工艺所在学院化学与化工学院提交日期2011.07.09化工原理课程设计2《设计任务书》一、设计题目:酒精连续精板式塔的设计二、设计数据及条件1、乙醇－水混合物含乙醇34％（质量），温度_32__0C;2、产品：馏出液含乙醇92％（质量），温度350C;按间接蒸汽加热计，残液中含酒精浓度0.05％（质量）；3、生产能力：日产酒精（指馏出液）12000kg;4、热源条件：加热蒸汽为饱和蒸汽，其绝对压强为0.294MPa;三、设计要求1.确定工艺流程，绘制工艺流程图；2.工艺设计，得出设备主要尺寸和参数（塔高，直径，塔板数等）；3.选择附属设备；4.绘制整块式塔板塔节装配图；5.编写设计说明书。6.作业份量：（1）设计说明书电子版及打印版,草稿各一份，若为手写版只交纸质版一份.（2）整块式塔板塔节装配图电子版及打印版（1号图纸）1份,或手画版四、设计内容1.设计方案简介：对给定或选定的工艺流程，主要的设备型式进行简要的论述2.工艺设计计算：工艺参数的选定、物料衡算、热量衡算、设备的工艺尺寸计算等。3.结构设计计算及流体力学性能校核4.典型辅助设备的选型和计算包括典型辅助设备的主要工艺尺寸计算和设备型号规格的选定5.整块式塔板塔节装配图五、设计日期：2011年06月19日至2011年07月07日化工原理课程设计3目录第一章流程的设计和说明1.1设计方案的确定·················51.2工艺流程图···················6第二章分工艺计算2.1物料衡算····················72.2回流比的确定··················82.3理论塔板数的确定················92.4实际塔板数的确定··············10第三章塔板主要尺寸的设计计算3.1设计参数····················113.2塔径工艺尺寸的计算···············14第四章塔的流体力学验算4.1阻力计算····················214.2淹塔校核····················224.3雾沫夹带校核··················23第五章塔板负荷性能图5.1雾沫夹带线···················245.2液泛线·····················245.3漏液线·····················265.4液相负荷上限线·················265.5液相负荷下限线·················265.6操作线·····················275.7负荷性能图···················27第六章主要管道尺寸计算及塔总体结构6.1进料管·····················29化工原理课程设计46.2回流管·····················296.3塔顶上升蒸汽管·················296.4塔釜出口管···················306.5再沸器蒸汽管··················30第七章辅助设备的设计7.1塔釜残液冷却器·················317.2进料预热器···················317.3塔顶全凝器的设计················327.4塔顶冷却器···················337.5再沸器·····················34第八章塔体总体结构的计算8.1塔壁厚δ····················358.2塔的封头确定··················358.3塔高······················358.4耳式支座····················36第九章设计结果概要9.1基本数据汇总··················389.2塔体概况····················38第十章设计感想·················39参考文献····················40化工原理课程设计5第一章流程的设计和说明1.1设计方案的确定1.1.1加料方式加料方式有两种：高位槽加料和用泵直接加料。采用高位槽加料，通过控制液位高度，可以得到稳定的流量和流速，通过重力加料，可以节省一笔动力费用，但由于多了高位槽，建设费用相应增加；采用泵加料，受泵的影响，流量不太稳定，流速也忽大忽小，从而影响了传质效率，但结构简单，安装方便。如果采用自动控制泵来控制泵的流量和流速，其控制原理较复杂，且设备操作费用高。本设计采用高位槽进料。1.1.2进料状况进料状况一般有冷液进料和泡点进料。对于冷液进料，当组成一定时，流量一定，对分离有利，省加热费用，但其受环境影响较大；而泡点进料时进料温度不受季节、气温变化和前段工序波动的影响，塔的操作比较容易控制。此外，泡点进料时，基于恒摩尔流假定，精馏段和提馏段的塔径基本相等，无论是设计计算还是实际加工制造这样的精馏塔都比较容易。综合考虑，设计上采用泡点进料。1.1.3塔顶冷凝方式塔顶冷凝采用全凝器，用水冷凝。1.1.4回流方式回流方式可分为重力回流和强制回流。对于小塔型，回流冷凝器一般安装在塔顶，其优点是回流冷凝器无需支撑结构，其缺点是回流冷凝器回流控制较难。如果需要较高的塔处理量或塔板数较多时，回流冷凝器不适合于塔顶安装，且塔顶冷凝器不易安装、检修和清理。在此情况下，可采用强制回流，塔顶上升蒸汽量采用冷凝器以冷回流流入塔中。本次设计为小型塔，故采用重力回流。泡点回流易于控制，设计控制时比较方便，而且可以节省能源。1.1.5加热方式加热方式分为直接蒸汽加热和间接蒸汽加热，直接蒸汽加热时蒸汽直接由塔底进入塔内，由于重组分是水，故省略加热装置。但在一定的回流比条件下塔底蒸汽对回流液有稀释作用，使理论塔板数增加，费用增加。间接蒸汽加热时通过加热器使釜液部分汽化，维持原来的浓度，以减少理论板数，缺点是增加加热装置。本次设计采用间接蒸汽加热。1.1.6再沸器型式选择再沸器时，首先应满足工艺要求，即在相同的传热面积下要选择体积小的，可以节省费用。本次设计选用U型管式再沸器，因为与其它型式再沸器相比，它的塔和再沸器之间标高差减小，允许气化率高，操作弹性大，而且本身有蒸发空间。1.1.7操作压力化工原理课程设计6精馏课在常压，加压或减压下进行，确定操作压力主要是根据处理物料的性质技术上的可行性和经济上的合理性来考虑。常压精馏最为简单经济，若物料没有特殊要求，应尽量在常压在进行。加压操作可提高平衡是的温度，有利于塔顶蒸汽冷凝热的利用，或者可以使用较便宜的冷却剂，减少冷凝和；恩却费用。在相同塔径下，适当提高操作压力可以提高塔的处理能力，当夜提高了再沸器的温度，并且相对挥发度也有所下降。见地操作压力，先对会发读增大，有利于分离，但增加了设备的操作费用。故综合考虑，曹颙塔顶压力为常压进行操作。1.1.8塔形：根据生产任务，产品流量为12.22kmol/h,并且由于乙醇水组成物质粘度小，流量大，为减少造价，降低生产过程中的压降和塔板的影响，提高生产效率，所以选择F1重型浮阀塔选用重型浮阀塔1.2工艺流程图化工原理课程设计7第二章分工艺计算2.1物料衡算(1)摩尔分率根据《板式精馏塔设计》附录10乙醇-水平衡数据进行质量百分数与摩尔分数的换算所以：XF=34kg%=16.77mol%XD=92kg%=81.82mol%XW=0.05kg%=0.0196mol%(2)摩尔流量D=12000kg/d=12000×0.92÷46+12000×(1-0.92)÷18=293.33kmol/d=12.22kmol/h根据总物料平衡方程：F=D+W易挥发组分的物料平衡方程：FXF=DXD+WXW可得：F=68.055kmol/hW=55.835kmol/h表2-1常压下乙醇-水气液平衡与温度关系液相摩尔百分数x汽相摩尔百分数y沸点（℃）液相摩尔百分数x汽相摩尔百分数y沸点（℃）0.00.010045.4163.580.42.0111.094.9550.1665.780.05.0717.590.554.0067.879.757.9527.387.759.5569.879.5510.4834.086.264.0572.579.314.9539.284.570.6375.578.8520.0043.083.375.9978.578.625.0048.282.3579.8282.078.430.0151.381.685.9785.578.235.0952.581.289.4189.478.15化工原理课程设计840.0055.180.75（3）根据酒精-水气液平衡数据，利用内插法求进料、塔顶和塔底温度。由x−x1t−t1=x2−x1t2−t1得：进料：0.1677−0.1495tF−84.5=0.2000−0.149583.3−84.5解得：tF=84.07℃塔顶：0.8182−0.7982tD−78.4=0.8597−0.798278.2−78.4解得：tD=78.34℃塔釜：0.000196−0tW−100=0.0201−094.95−100解得：tW=99.95℃由此可得进料、塔顶和塔底混合物的温度，以上计算结果见表2-2.表2-2物料衡算结果表塔顶进料塔釜摩尔流量kmol/h12.2268.05555.835摩尔分率mol%81.8216.770.0196平均摩尔质量kg/kmol40.91022.69618.005温度℃78.3484.0799.952.2回流比的确定用AutoCAD画x-y图，作为一个工程绘图软件，AutoCAD有着精确的绘图和“捕捉功能，利用这些特性，可以在求出最小回流比Rmin。(1)打开AutoCAD窗口，用“直线”工具画一个lO0×1O0的正方形，以横坐标代表液相摩尔分率的百分数组成，纵坐标代表气相组成。(2)单击绘图工具栏【点】按钮，在命令栏里依次输入每对x-y的值。(4)用“直线”工具分驯画出过定点(xD，yD)、(xF，yF)、(xW，yW)做与轴平行的直线。(5)过点(xD，yD)作平衡线的切线。(6)利用标注功能，得到直线的截距为35.57%化工原理课程设计9如图所示截距：xDRmin−1=35.57%最小回流比Rmin=1.3R通常选最小回流比倍数经验范围：R=1.1～2Rmin所以实际的回流比：R=1.5Rmin=1.5×1.3=1.952.3理论塔板数的确定由于原料预热到泡点进料所以：q=1已知R=1.95则：精馏段：L=RD=1.95×12.22=23.829kmol/hV=(R+1)D=(1.95+1)×12.22=36.049kmol/h提留段:L'=L+F=23.829+68.055=91.884kmol/hV'=V+(q−1)F=V=36.049kmol/h精馏段操作线方程：yn+1=RR+1xn+xDR+1=1.951.95+1xn+0.81821.95+1=0.661xn+0.277提馏段操作线方程：ym+1=L′V′xm−WV′xw=91.88436.049xn+55.83536.049×0.000196=2.549xn+0.0003化工原理课程设计10q线方程：x=0.1677用AutoCAD画出在y-x图中分别画出上述直线，利用图解法可以求出理论塔板数，求解过程如图3-3所示：图3-3.图解法计算理论塔板数图中有18块梯级理论塔板数N=18-1=17块（不包括塔釜）精馏段：N精=13提留段：N提=3进料位置：第14块塔板。2.4实际塔板数的确定相平衡方程：y=αx1+(α−1)x可得α=y(x−1)x(y−1)根据聚乙醇-水相平衡数据可得y1=xD=0.8182x1=0.8325(塔顶第一块板)化工原理课程设计11xF=0