1、. 成 績 華北科技學院環境工程系?化工原理?課程設計報告 設計題目 別離乙醇-正丙醇混合液的浮閥精餾塔 學生姓名 學 號 指導老師 專業班級 教師評語 化工原理課程設計任務書：別離乙醇-正丙醇二元物系浮閥式精餾塔的設計2.原始數據及條件：進 料：乙醇含量40%質量分數，下同，其余為正丙醇別離要求：塔頂乙醇含量90%；塔底乙醇含量0.01%生產能力：年處理乙醇-正丙醇混合液25000噸，年開工7200小時操作條件：間接蒸汽加熱；塔頂壓強1.03atm(絕壓)； 泡點進料； R=5 3.設計任務： 1. 完成該精餾塔的各工藝設計，包括設備設計及輔助設備選型。 2. 畫出帶控制點的工藝流程圖、塔板

2、版面布置圖、精餾塔設計條件圖。 3. 寫出該精餾塔的設計說明書，包括設計結果匯總和設計評價。概述本次設計針對二元物系的精餾問題進行分析、計算、核算、繪圖，是較完整的精餾設計過程。精餾設計包括設計方案的選取，主要設備的工藝設計計算、輔助設備的選型、工藝流程圖的制作、主要設備的工藝條件圖等內容。通過對精餾塔的核算，以保證精餾過程的順利進行并使效率盡可能的提高。本次設計結果為：理論板數為20塊，塔效率為47.5%，精餾段實際板數為9塊，提餾段實際板數為31塊，實際板數40塊。進料位置為第5塊板，在板式塔主要工藝尺寸的設計計算中得出塔徑為1.6米，設置了四個人孔，塔高24米，通過浮閥板的流體力學驗算，

3、證明各指標數據均符合標準。關鍵詞：二元精餾、浮閥精餾塔、物料衡算、流體力學驗算。目錄一、 緒論·························7二、 塔板的工藝設計···············&#

4、183;····82.1 精餾塔全塔物料衡算·················82.2 乙醇和水的物性參數計算···············92.2.1 溫度·······

5、;················92.2.2 密度·······················92.2.3 混合液體外表張力·······

6、;·········122.2.4 混合物的粘度··················122.2.5 相對揮發度··················&#

7、183;132.2.6 氣液相體積流量計算···············132.3 理論塔板數的計算··················14···········

8、;········152.4.1 精餾段·····················162.4.2 提留段·················&

9、#183;···162.5 溢流裝置·····················172.5.1 堰長·····················172.5

10、.2 方形降液管寬度和截面積···········172.5.3 降液管底隙高度················182.6 塔板分布、浮閥數目與排列·············182.6.1 塔板分布&

11、#183;··················18·················18三、塔板的流體力學計算···········

12、3;·····203.1 氣相通過浮閥塔板的壓降···············203.1.1 精餾段·····················203.1.2 提留段··&

13、#183;··················213.2 淹塔························213.2.1 精餾段····

14、·················213.2.2 提留段·····················223.3 物沫夾帶········

15、83;·············223.3.1 精餾段·····················223.3.2 提留段············

16、;·········233.4 塔板負荷性能圖···················233.4.1 物沫夾帶線 ·················&#

17、183;·233.4.2 液泛線 ·····················243.4.3 液相負荷上限 ··················263.4.4 漏液線···

18、··················263.4.5 液相負荷下限 ··················26四、塔附件的設計··········

19、;···········27························274.1.1 進料管············

20、3;········274.1.2 回流管·····················284.1.3 塔底出料管················

21、3;··284.1.4 塔頂蒸汽出料管·················284.1.5 塔底進氣管···················294.1.6 法蘭·····&#

22、183;················294.2 筒體與封頭·····················294.2.1 筒體 ········

23、3;············29·······················294.2.3 除沫器············

24、83;········304.2.4 裙座······················304.2.5 吊住················&

25、#183;·····304.2.6 人孔······················31五、塔總體高度的設計··················

26、83;31塔的頂部空間高度··················31塔的底部空間高度 ··················315.3 塔總體高度 ········

27、············31六、附屬設備的計算····················32················

28、;····326.2 再沸器QB的選擇···················326.3 熱量衡算 ·····················336.3.1 0的

29、塔頂氣體上升的焓·············336.3.2 回流液的焓···················336.3.3 塔頂餾出液的焓············

30、·····346.3.4 冷凝器消耗的焓·················346.3.5 進料口的焓··················346.3.6 塔釜殘液的焓···

31、··············34七、浮閥塔工藝設計計算結果列表··············34八、主要符號說明·················

32、83;···36九、總結·······················38參考文獻·····················

33、83;·39CAD圖紙·······················40.一、 緒論精餾的根本原理是根據各液體在混合液中的揮發度不同，采用屢次局部汽化和屢次局部冷凝的原理來實現連續的高純度別離。在現代的工業生產中已經廣泛地應用于物系的別離、提純、制備等領域，并取得了良好的效益。其中主要包括板式塔和填料塔，而板式塔的塔板類型主要有泡罩塔板、浮閥塔板、篩板塔板、

34、舌形塔板、網孔塔板、垂直塔板等等,本次課程設計是浮閥塔。精餾過程與其他蒸餾過程最大的區別，是在塔兩端同時提供純度較高的液相和氣相回流，為精餾過程提供了傳質的必要條件。提供高純度的回流，使在相同理論板的條件下，為精餾實現高純度的別離時，始終能保證一定的傳質推動力。所以，只要理論板足夠多，回流足夠大時，在塔頂可能得到高純度的輕組分產品，而在塔底獲得高純度的重組分產品。精餾廣泛應用于石油,化工,輕工等工業生產中,是液體混合物別離中首選別離方法本次課程設計是別離乙醇正丙醇二元物系。在此我選用連續精餾浮閥塔。具有以下特點： (1) 處理能力大，比同塔徑的泡罩塔可增加2040，而接近于篩板塔。 (2) 操

35、作彈性大，一般約為59，比篩板、泡罩、舌形塔板的操作彈性要大得多。 (3) 塔板效率高，比泡罩塔高15左右。 (4) 壓強小，在常壓塔中每塊板的壓強降一般為400660N/m2。 (5) 液面梯度小。 (6) 使用周期長。粘度稍大以及有一般聚合現象的系統也能正常操作。(7) 結構簡單，安裝容易，制造費為泡罩塔板的6080,為篩板塔的120130。本次設計針對二元物系的精餾問題進行分析、計算、核算、繪圖，是較完整的精餾設計過程。精餾設計包括設計方案的選取，主要設備的工藝設計計算物料衡算、工藝參數的選定、設備的結構設計和工藝尺寸的設計計算、輔助設備的選型、工藝流程圖的制作、主要設備的工藝條件圖等內

36、容。通過對精餾塔的運算，可以得出精餾塔的各種設計如塔的工藝流程、生產操作條件、物性參數及接管尺寸是合理的，以保證精餾過程的順利進行并使效率盡可能的提高。工科大學生應具有較高的綜合能力，解決實際生產問題的能力，課程設計是一次讓我們接觸實際生產的良好時機，我們應充分利用這樣的時機認真去對待每一項任務，為將來打下一個穩固的根底。而先進的設計思想、科學的設計方法和優秀的設計作品是我們所應堅持的設計方向和追求的目標。二、 塔板的工藝設計2.1 精餾塔全塔物料衡算: F:進料量(Kmol/s) XF:原料組成 D:塔頂產品流量(Kmol/s)XD:塔頂組成 W:塔底殘液流量(Kmol/s)XW:塔底組成原

37、料乙醇組成: XF= =46.51%塔頂組成: XD=92.15%塔底組成: XW=0.013%進料量: F=25千噸/年=物料衡算式:F=D+W F XF=D XD+W XW/s2.2 乙醇和水的物性參數計算2.2.1 溫度根據安托尼方程有：乙醇： 丙醇：根據單變量求解得：tF=87.53 tD=80.15 t 精餾段平均溫度:=提留段平均溫度:=2.2.2 密度:混合液密度: 混合氣密度:塔頂溫度: tD氣相組成yD= yD=96.05%進料溫度: tF氣相組成yF= yF=64.28%塔底組成: tW氣相組成yw:= = yw=0.0268% (1)精餾段：液相組成x1:氣相組成y1:所

38、以 (2)提留段：液相組成x2:氣相組成y2:所以由不同溫度下乙醇和丙醇的密度,內差法求tF tD tW下的乙醇和正丙醇的密度。溫度T,708090100110,KG/M3,KG/M3tF tD tW 所以=1.72 =1.61 =1.67 2.2.3 混合液體外表張力 由內差法求得在tF tD tW下的乙醇和正丙醇的外表張力 乙醇外表張力 CFCDCW 正丙醇外表張力 wFwDwW塔頂外表張力 D原料外表張力 F塔底外表張力 w(1)精餾段的平均外表張力：1(2)提餾段的平均外表張力：22.2.4 混合物的粘度 查表，得丙·s, 乙·s 查表，得丙·s, 乙&#

39、183;s 精餾段粘度：1=乙x1+丙(1-x1)=0.47*0.6933+0.59*(1-0.6933)=0.51 mpa·s 提留段粘度: 2=乙x2+丙(1-x2)=0.41*0.2326+0.50*(1-0.2326)=0.48 mpa·s2.2.5 相對揮發度由 xF=46.51% yF=64.39% 得由 xD=92.15% yD=79.82% 得由 xW=0.013% yw=0.027% 得(1)精餾段的平均相對揮發度 提留段的平均相對揮發度 2.2.6 氣液相體積流量計算R=51精餾段 L=RD= V=(R+1)D= 質量流量： 體積流量： 2提留段 質量流

40、量： 體積流量： 理論塔板數的計算氣液平衡方程精餾段操作線方程為y= 提餾段操作線方程為求得理論板層數NT=20,加料板為第5塊理論板。逐板計算數據：xy0.142717918（1） 精餾段 a=2.1 L1=0.505 mpa·s所以（2） 提留段 a=2.05 L2=0.484 mpa·s所以全塔所需實際塔板數：全塔效率： 2.4.1 精餾段0.8，Umax= 橫坐標數值： 取板間距：Ht=0.45m , hL=0.07m .那么Ht- hL查圖可知C20=0.07873 , 取平安系數為0.7 ，那么空塔氣速按標準塔徑圓整后為塔截面積為實際空塔氣速為2.4.2 提留段

41、 橫坐標數值： 取板間距：Ht=0.45m , hL=0.07m .那么Ht- hL 查圖可知C20=0.08 , 按標準塔徑圓整后為塔截面積為實際空塔氣速為2.5 溢流裝置2.5.1 堰長 取溢流堰高度 選擇平直堰 堰上層高度1精餾段 2提留段 2.5.2 方形降液管寬度和截面積查得， 那么 驗算降液管內停留時間 精餾段： 提留段：停留時間>5s，故降液管可使用2.5.3 降液管底隙高度1精餾段 取降液管底隙的流速=0.13m/s 那么= 取那么= 2.6 塔板分布、浮閥數目與排列2.6.1 塔板分布 本設計塔徑D=1.6m 采用整塊式塔板 (1)精餾段 取閥孔動能因子F0=12. 那

42、么孔速 每層塔板上浮閥數目為 取邊緣區寬度 破沫區寬度 計算塔板上的鼓泡區面積，即 其中 所以 浮閥排列方式采用等腰三角形叉排，取同一個橫排的孔心距t=75mm 那么排間距： 按t=75mm ,以等腰三角形叉排方式作圖，排得閥數171個。 按N=39 重新核算孔速及閥孔動能因子 閥孔動能因子變化不大，仍在913范圍內 塔板開孔率= (2)提留段 取閥孔動能因子F0=12. 那么孔速 每層塔板上浮閥數目為 按t=75mm ,估算排間距 以等腰三角形叉排方式作圖，排得閥數161個 按N=23 重新核算孔速及閥孔動能因子 閥孔動能因子變化不大，仍在913范圍內 塔板開孔率=三、塔板的流體力學計算3.

43、1 氣相通過浮閥塔板的壓降氣體通過塔板時，需克服塔板本身的干板阻力、板上充氣液層的阻力及液體外表張力造成的阻力，這些阻力即形成了塔板的壓降。氣體通過塔板的壓降Pp可由 和計算式中 hc與氣體通過塔板的干板壓降相當的液柱高度，m液柱； hl與氣體通過板上液層的壓降相當的液柱高度，m液柱； h與克服液體外表張力的壓降相當的液柱高度，m液柱。 3.1.1 精餾段(1)干板阻力 因u01>u0c1 故(2)板上充氣液層阻力取 那么(3)液體外表張力所造成的阻力此阻力很小，可忽略不計。因此與氣體流經塔板的壓降相當的液柱高度為 3.1.2 提留段1干板阻力 因u02>u0c2 故2板上充氣液層

44、阻力取 那么：3液體外表張力所造成的阻力此阻力很小，可忽略不計。因此與氣體流經塔板的壓降相當的液柱高度為 3.2 淹塔為了防止淹塔現象的發生，要求控制降液管中清液高度3.2.1 精餾段(1)單層氣體通過塔板壓降所相當的液柱高度(2)液體通過液體降液管的壓頭損失 (3)板上液層高度 那么取，已選定 那么可見所以符合防止淹塔的要求。 3.2.2 提留段(1)單層氣體通過塔板壓降所相當的液柱高度(2)液體通過液體降液管的壓頭損失 板上液層高度 那么取，已選定 那么可見所以符合防止淹塔的要求。 3.3 物沫夾帶3.3.1 精餾段 板上液體流經長度：板上液流面積：取物性系數，泛點負荷系數圖泛點率=對于小

45、塔，為了防止過量物沫夾帶，應控制泛點率不超過80%，由以上計算可知，物沫夾帶能夠滿足的要求。 3.3.2 提留段 取物性系數，泛點負荷系數圖泛點率=由計算可知，符合要求。3.4 塔板負荷性能圖3.4.1 物沫夾帶線 據此可作出負荷性能圖中的物沫夾帶線，按泛點率80%計算：精餾段 0.8= 整理得： 即 由上式知物沫夾帶線為直線，那么在操作范圍內任取兩個值算出提留段 0.8= 整理得： 即在操作范圍內任取兩個值算出 精餾段 Ls (m3/s)Vs (m3/s)372提餾段 Ls (m3/s)Vs (m3/s)3113.4.2 液泛線 而精餾段 整理得：提留段 整理得：在操作范圍內任取假設干個值，

46、算出相應得值： 精餾段 Ls1 (m3/s)Vs1 (m3/s)提餾段 Ls2 (m3/s)Vs2 (m3/s)3.4.3 液相負荷上限 液體的最大流量應保證降液管中停留時間不低于35s 液體降液管內停留時間 以作為液體在降液管內停留時間的下限，那么 3.4.4 漏液線 對于F1型重閥，依作為規定氣體最小負荷的標準，那么(1) 精餾段 (2)提留段3.4.5 液相負荷下限 取堰上液層高度作為液相負荷下限條件作出液相負荷下限線，該線為與氣相流量無關的豎直線。 取E=1.0 那么由以上15作出塔板負荷性能圖 由圖可得：精餾段操作彈性 提留段操作彈性四、塔附件的設計4.1.1 進料管進料管的結構類型

47、很多，有直管進料管、彎管進料管、T型進料管。本設計采用直管進料管。管徑計算如下： 取 查標準系列選取4.1.2 回流管采用直流回流管 取查標準系列選取4.1.3 塔底出料管取 直管出料查標準系列選取4.1.4 塔頂蒸汽出料管直管出氣 取出口氣速 查標準系列選取4.1.5 塔底進氣管 采用直管 取氣速 查標準系列選取4.1.6 法蘭 由于常壓操作，所以法蘭均采用標準管法蘭、平焊法蘭，由不同的公稱直徑，選用相應法蘭。進料管接管法蘭：回流管接管法蘭：塔底出料管法蘭：塔頂蒸汽管法蘭：塔釜蒸汽進氣法蘭： 4.2 筒體與封頭4.2.1 筒體 由D=1600mm 選取壁厚為6mm,所用材質為 封頭分為橢圓形

48、封頭、碟形封頭等幾種，本設計采用橢圓形封頭，由公稱直徑D=1600mm，查得曲面高度，直邊高度，內外表積，容積。選用封頭D1600×10,JB1154-3504.2.3 除沫器 當空塔氣速較大，塔頂帶液現象嚴重，以及工藝過程中不許出塔氣速夾帶霧滴的情況下，設置除沫器，以減少液體夾帶損失，確保氣體純度，保證后續設備的正常操作。常用除沫器有折流板式除沫器、絲網除沫器以及程流除沫器。本設計采用絲網除沫器，其具有比外表積大、重量輕、空隙大及使用方便等優點。 設計氣速選取： 系數 除沫器直徑：4.2.4 裙座塔底采用裙座支撐，裙座的結構性能好，連接處產生的局部阻力所以它是塔設備的主要支座形式，

49、為了制作方便，一般采用圓筒形。選取裙座壁厚為16mm。根底環內徑：根底環外徑：圓整：，；根底環厚度，考慮到腐蝕余量取18mm；考慮到再沸器，裙座高度取3m。地腳螺栓M304.2.5 吊住對于較高的室外無框架的整體塔，在塔頂設置吊住，對于補充和更換填料·安裝和拆卸內件，既經濟有方便，一般取15m以上的塔物設吊住，本設計中塔高度大，因此設吊住。因設計塔徑D=1400m，可選用吊住500kg。s=1000m,L=3400mm,H=1000m.材質為A3.4.2.6 人孔人孔是安裝或檢修人員進出塔的唯一通道，人孔的設置應便于進入任何一層塔板，由于設置人孔處塔間距離大，且人孔設備過多會使制造時

50、塔體的彎曲度難于到達要求，一般每隔1020塊塔板才設一個人孔，本塔中共40塊板，需設置4個人孔，每個孔直徑為450mm，人孔伸入塔內部應與塔內壁修平，其邊緣需倒棱和磨圓，人孔法蘭的密封面形及墊片用材，一般與塔的接管法蘭相同，本設計也是如此。五、塔總體高度的設計塔的頂部空間高度塔的頂部空間高度是指塔頂第一層塔盤到塔頂封頭的直線距離，取除沫器到第一塊板的距離為600mm，塔頂部空間高度為1200mm。 塔的底部空間高度 塔的底部空間高度是指塔底最末一層塔盤到塔底下封頭切線的距離，釜液停留時間取5min。5.3 塔總體高度 六、 附屬設備的計算選擇有機物蒸汽冷凝器設計選用的總體傳熱系數一般范圍為50

51、01500)本設計取K=700)=2926)飽和氣飽和液冷卻水溫度：2035逆流操作：t1=60.15 t2 傳熱面積:根據全塔熱量衡算，得Qc=227000kJ/h設備型號6.2 再沸器QB的選擇選用120飽和水蒸氣加熱，傳熱系數取K=700)=2926)逆流操作：=20 6.3 熱量衡算 6.3.1 0的塔頂氣體上升的焓QvtD溫度下，即 80.15 tw溫度下，即 98.00 tD溫度下，即 87.53 0的塔頂氣體上升的焓Qv 塔頂以0為基準，那么：6.3.2 回流液的焓QR注：此為泡點回流，據t-x-y圖差得此時組成下的泡點tD，用內差法求得回流液組成下的，查得=80.15 此溫度下： 注：回流液組成與塔頂組成相同 6.3.3 塔頂餾出液的焓QD 因餾出口與回流液口組成一樣，所以 6.3.4 冷凝器消耗的焓QC6.3.5 進料口的焓QFt 所