【ZK75页】【毕业设计】年处理量5万吨乙醇-正丙醇筛板连续精馏塔设计.doc文档完稿

板式塔是目前最主要的精馏塔塔型，对它的研究直长盛不衰。

筛板塔和浮阀塔成功取代泡罩塔是效益巨大的成果，板式塔的设计已达到较高的水平，结果比较可靠。

具有各种特点的新型塔板的开发研究不断展开。

本设计是采用筛板塔连续精馏分离乙醇和正丙醇的混合溶液，由于筛板塔的研究比较成熟，因此本设计的结果可以具有较高的可靠性。

设计任务设计条件进料组成乙醇，正丙醇均为摩尔分率，下同产品组成馏出液中正丙醇，釜残液中乙醇含量生产能力料液的处理量为吨年生产时间每年工作日为天，每天小时连续运行操作条件常压操作回流液温度为塔顶蒸汽的露点间接蒸汽加热，加热蒸汽压力为绝对压力④冷却水进口温度，出口温度设备热损失为加热蒸汽供热量的料液可视为理想物系。

厂址长沙地区设计方案说明设计方案的确定装臵流程的确定精馏有连续精馏和间歇精馏之分，连续精馏属于稳态操作，塔内各项参数不随时间变化，适合原料处理量大且需获得组成定的产品的混合物的分离而间歇精馏为非稳态操作。

因此本设计中采用连续精馏。

由于乙醇正丙醇物系可以采用江河水或循环水作冷却介质，冷却费用较少，所以采用水作冷却介质。

塔顶冷凝器可采用全凝器或分凝器，工业上以全凝器为主，以便准确地控制回流比。

塔顶分凝器对上升蒸汽有定的增浓作用，若后续装臵使用气态物料，宜用分凝器。

由于本设计中塔顶产品为液态，故采用全凝器。

对于小塔，回流冷凝器般安装在塔顶，冷凝液由重力作用回流入塔，故本设计中将塔顶冷凝器安装在塔顶平台。

操作压力的选择蒸馏过程按操作压力不同，分为常压蒸馏减压蒸馏和加压蒸馏。

般除热敏性物系外，凡通过常压蒸馏能够实现分离要求，并能用江河水或循环水将馏出物冷凝下来的物系，都应采用常压蒸馏。

所以本设计中的操作压力采用常压。

进料热状况的选择精馏操作有五种进料状况，工业上常采用接近泡点的液体进料和饱和液体进料。

这样，进料温度就不受季节气温变化和前道工序波动的影响，塔的操作就比较容易控制。

而且，精馏段和提馏段的上升蒸汽量相近，塔径可以相同，设计制造也比较方便。

因为乙醇正丙醇为般物系，所以本设计中采用泡点进料。

塔釜料液的加热方式的选择精馏塔通常设臵再沸器，采用间接蒸汽加热，以提供足够的能量。

故本设计采用再沸器加热塔釜料液。

回流比的选择设备费用和操作费用之和为最低时所对应的回流比为适宜回流比。

要得到经济上合适的回流比，必须进行详尽的经济衡算和最优化设计。

通常在设计过程中只作定性考虑，由此选用的回流比随意性很大，往往选取的不定是合适的回流比。

因此本设计中经验公式确定适宜回流比。

此公式为通过对精馏过程的分析，以回流比理论塔板数组成的为目标函数，用最优化方法通过计算机求解得到的确定适宜回流比的经验计算式，因此本设计中所选用的适宜回流比比较合理。

塔体工艺尺寸的计算因为乙醇正丙醇可视为理想物系，故塔的平均相对挥发度的确定可运用安托因方程和拉乌尔定律，采用试差法，用快速准确地计算出特定组成下的相对挥发度，从而可以计算出全塔的平均相对挥发度。

也因为乙醇正丙醇可视为理想物系，所以可以采用逐板计算法，运用快速地计算出理论塔板数以及进料板的位臵。

根据经验公式确定总板效率，从而可求出实际塔板数，并求出塔的有效高度。

依据课程设计任务书的要求，通过相关经验公式计算及图表查取数据，取适宜的塔板间距算出塔径。

塔板工艺尺寸的计算塔板工艺尺寸的计算包括溢流装臵的设计和塔板的设计。

溢流装臵包括溢流堰降液管和受液盘等几部分，其结构和尺寸对塔的性能有着重要的影响。

在计算时，根据经验参数及相关公式计算出堰长，堰高降液管底隙高度等相关数据，然后根据计算结果选择装臵。

再进行塔板设计，计算完后进行核算，如不合理则反复调试至设计合理。

接管的计算根据相关参考书上的经验值选取各物流的适宜流速，计算出各管径。

由于物系不具有腐蚀性且在低的压力下操作，故选用低压流体输送用焊接钢管或普通热轧无缝钢管，查管径规格，选取各管管径。

工艺流程图原料液的走向原料液走向如图所示。

注为进料液物流，组成为为塔顶馏出液物流，组成为为塔底釜液物流，组成为图精馏工艺流程图全凝器内物流的走向全凝器内物流走向如图所示。

注全凝器内物料走壳程，冷却水走管程图全凝器物流流程图再沸器内物流的走向再沸器内物流走向如图所示。

全凝器泡点进料再沸器塔顶冷凝液塔顶蒸汽冷却水冷却水注再沸器内加热蒸汽走壳程，物料走管程图再沸器物流流程图物料物料冷却水冷却水精馏塔的物料衡算原料液及塔顶塔底产品的摩尔分率及质量分数乙醇的摩尔质量正丙醇的摩尔质量原料液及塔顶塔底产品的平均摩尔质量摩尔衡算年处理量为，按天生产时间计算，则总物料衡算乙醇物料衡算即，未指定书签。

联立解得质量衡算总质量衡算乙醇质量衡算即解得物料衡算结果如表所示。

表物料衡算表基准输入输出项目项目进料馏出液釜残液总计总计塔板数的确定平均相对挥长为。

进料管本设计采用泵输送料液，料液速度可取，本设计取。

由查得选型如表所示。

表进料管规格名称接管公称直径接管外径厚度规格选用管子的内径为，所以管内的实际流体流速为由表可知塔顶蒸气出口管伸出筒体长为。

进料管选用般防冲管，因为为中间进料，般常将其插入降液管中。

但如果是容易起泡的物料，插入降液管中加料可能会造成液泛，因此本设计采用将进料管直接插入降液管中。

塔底出料管般可采用塔底出料管的流速，本设计。

前面计算得选型如表所示。

表塔釜出料管规格名称接管公称直径接管外径厚度规格选用管子的内径为，所以管内的实际流体流速为由表可知塔顶蒸气出口管伸出筒体长为。

再沸器返塔连接管操作压力为常压，蒸汽管中常用流速为，取，所以塔顶蒸气出口管选用的普通热轧无缝钢管。

所选用的管子的内径，所以管内流体实际流速为由表可知塔顶蒸气出口管伸出筒体长为。

设计筛板的主要结果汇总表筛板塔设计计算结果见表。

表筛板塔设计计算结果序号项目数值精馏段数值提馏段平均温度，平均压力，气相流量，液相流量，实际塔板数有效段高度，塔径，板间距，溢流形式单溢流单溢流降液管形式弓形弓形堰长，堰高，板上液层高度，堰上液层高度，降液管底隙高度，安定区宽度，边缘区宽度，开孔区面积，筛孔直径，实际筛孔数目孔中心距，开孔率，空塔气速，筛孔气速，单板压降，稳定系数负荷上限液沫夹带控制液泛控制负荷下限漏液控制漏液控制液沫夹带，液气气相负荷上限，气相负荷下限，操作弹性注精馏塔的有效高度为，总高为结论由于乙醇正丙醇二元体系可视为理想体系，故本设计可以用，采用试差法快速算出特定组成下的乙醇正丙醇混合液体的泡点温度及相对挥发度，较般估算平均相对挥发度的方法更为简便采用逐板计算法快速计算出理论塔板数。

采用龙军提出的确定精馏塔适宜回流比的经验公式确定了适宜操作回流比，结果较为可靠。

采用空塔气速确定塔径。

如用操作气速确定塔径结果会更为准确些因为实际上气体通过的仅是有效传质区而并非整个塔的横截面，但比较麻烦，而且两种方法计算出来的塔径结果相差不大用空塔气速计算出来的塔径偏小。

由于计算得到的塔径还需按标准塔径圆整，所以用两种方法所得到的塔径大小般是相同的。

故本设计采用空塔气速确定塔径。

本设计的设计条件中要求回流液温度为塔顶蒸汽的露点，而实际上回流液的温度为组成为的泡点温度，所以在计算塔顶馏出液的温度时本设计采用的是回流液的泡点温度。

在进行热量衡算时，本设计考虑了塔顶蒸汽冷凝时的显热即由塔顶蒸汽由其露点温度降温至馏出液泡点温度时放出的显热，但计算之后发现若不考虑此显热所计算出来的塔顶冷凝水的流量以及塔底再沸器加热蒸汽的用量的结果与考虑显热计算出来的结果的误差分别为和，故实际上可忽略不计。

因此为计算方便，建议在进行热量衡算时，若塔顶采用泡点回流可以将此显热忽略不计。

参考文献李强近年来精馏计算机控制技术发展综述大学职业技学院学报贾绍义，柴诚敬化工原理课程设计天津天津大学出版社，陈英兰，刘玉兰常用化工单元设备的设计上海华东理工大学出版社，龙军精馏塔适宜回流比的确定石油炼制与化工王志魁化工原理北京化学工业出版社，吴俊生等精馏设计操作和控制北京中国石化出版社，汤金石化工过程及设备课程设计北京化学工业出版社，侯丽新板式精馏塔北京化学工业出版社，周大军，揭嘉化工工艺制图北京化学工业出版社，刘雪暖，汤景凝化工原理课程设计东营石油大学出版社谭蔚化工设备设计基础天津天津大学出版社，附录附录主要符号说明塔板开孔区面积降液管截面积筛孔总面积塔截面积流量系数，无因次筛孔直径塔径液沫夹带量，液气液流收缩系数，无因次总板效率，无因次筛孔气相动能因子重力加速度与干板压降相当的液柱高度，液柱与板上液层阻力相当的液柱高度，液柱降液管的底隙高度与克服表面张力的压降相当的液柱高度，液柱与液体过降压管的压降相当的液柱高度板上清液层高度堰上液层高度出口堰高度板塔间距塔高度稳定系数，无因次堰长液体体积流量液体体积流量筛孔数目理论塔板层数操作压力压力降气体通过每层塔板的压降鼓泡区半径筛孔的中心距空塔气速液体通过降液管底隙的速度气体通过筛孔的速度，漏液点气速气体体积流量气体体积流量边缘区宽度弓形降液管宽度破沫区宽度液相摩尔分数气相摩尔分数塔的有效高度希腊字母相对挥发度筛板厚度密度充气系数液体在降液管内停留时间黏度表面张