目 录
化工原理课程设计任务书 ................................................ 3 摘要 ................................................. 错误！未定义书签。 一、设计任务及方案简介 ............................................... 10 1.1 设计任务 ........................................................ 10
1.2 设计方案论证及确定 .......................................................................................................... 10
二、工艺流程草图及说明 ............................................... 12
2.1.1 工艺草图 .............................................................................................................................. 12
2.2 工艺流程说明 ........................................................................................................................ 12
三、精馏塔工艺的设计及计算 ........................................... 13
3.1 塔的物料衡算： .................................................................................................................... 13
3.1.1 液料及塔顶，塔底产品含乙醇摩尔分数 ................................................................ 13 3.1.2平均摩尔质量 ............................................................................................................... 13 3.1.3 物料衡算 ...................................................................................................................... 13 3.2 塔板数的确定： ..................................................................................................................... 14
3.2.1 理论塔板数NT的求取 ............................................................................................... 15 3.2.2．求最小回流比3.2.3 求理论塔板数
Rmin及操作回流比R
....................................................................... 16
NT ..................................................................................................... 16
3.3 塔的平均温度: ........................................................................................................................ 17
3.4 密度 ......................................................................................................................................... 17
3.4.1 精馏段 ........................................................................................................................ 17 3.4.2 提馏段 ........................................................................................................................ 17 3.4.3 不同温度下乙醇和水的密度 .................................................................................... 18 3.5 混合物的粘度 ......................................................................................................................... 19 3.6 相对挥发度 ............................................................................................................................. 19
3.6.1 精馏段挥发度 ............................................................................................................ 19 3.6.2 提馏段挥发度 ............................................................................................................ 19 3.7 气液相体积流量计算 ............................................................................................................. 19
3.7.1 精馏段 ........................................................................................................................ 19 3.7.2 提馏段 ........................................................................................................................ 20 3.8 混合溶液表面张力 ............................................................................................................... 20
v3.8.1 精馏段 ...................................................................................................................... 21 3.8.2 提馏段 ........................................................................................................................ 21 3.9 全塔效率及实际塔板数 ....................................................................................................... 22
四、工艺计算及主体设备的设计 ......................................... 23
4.1 管径的初步设计 ..................................................................................................................... 23
4.1.1精馏段 ......................................................................................................................... 24 4.1.2 提馏段 ........................................................................................................................ 25 4.2 溢流装置 ................................................................................................................................. 25
4.2.1 堰长 ............................................................................................................................ 25 4.2.2 方形降液管的宽度和横截面 ...................................................................................... 26 4.2.3 降液管底隙高度 .......................................................................................................... 26 4.3 塔板分布及浮阀数目及排列 ................................................................................................. 26
4.3.1 塔板分布 ...................................................................................................................... 26 4.3.2 浮阀数目与排列 .......................................................................................................... 26 4.4 塔板的流体力学计算 ............................................................................................................. 29
4.4.1 气相通过浮阀塔板的压降 ........................................................................................ 29 4.5 淹塔 ......................................................................................................................................... 30
4.5.1 精馏度 .......................................................................................................................... 30 4.5.2 提馏段 .......................................................................................................................... 30 4.6 物沫夹带 ................................................................................................................................. 31
4.6.1 精馏段 .......................................................................................................................... 31 4.6.2 提馏段 .......................................................................................................................... 31 4.7塔板负荷性能图 ...................................................................................................................... 32
4.7.1 物沫夹带线 .................................................................................................................. 32 4.7.2 液泛线 .......................................................................................................................... 32 4.8 液相负荷上限 ......................................................................................................................... 33 4.9 液漏线 ..................................................................................................................................... 33 4.10 液相负荷下限性 ................................................................................................................... 34
五、塔的附属设备选型及校核 ........................................... 35
5.1 接管 ......................................................................................................................................... 35
5.1.1 进料管 ........................................................................................................................ 35 5.1.2 回流管 .......................................................................................................................... 36 5.1.3 塔釜出料管 .................................................................................................................. 36 5.1.4 塔顶蒸汽出料管 .......................................................................................................... 37 5.1.5 塔釜进气管 .................................................................................................................. 37 5.1.6 法兰 .............................................................................................................................. 37 5.2 筒体与封头 ............................................................................................................................. 38
5.2.1 筒体 .............................................................................................................................. 38 5.2.2 封头 .............................................................................................................................. 39 5.3 除沫器 ..................................................................................................................................... 39 5.4 裙座 ......................................................................................................................................... 39 5.5吊柱 .......................................................................................................................................... 40 5.6人孔 .......................................................................................................................................... 40 5.7 塔总体高度的计算 ................................................................................................................. 40
5.7.1 塔的顶部空间高度 ...................................................................................................... 40 5.7.2 塔的底部空间高度 ...................................................................................................... 40 5.7.3 塔立体高度 .................................................................................................................. 40
5.8 附属设备设计 ......................................................................................................................... 41
5.8.1 冷凝器的选择 .............................................................................................................. 41 5.8.2 再沸器的选择 .............................................................................................................. 41
六、 塔的各项指标校验 ................................................ 42
6.1 风载荷及风弯矩 ..................................................................................................................... 42 6.1.1 风载荷 .......................................................................................................................... 42 6.2 风弯矩 ..................................................................................................................................... 42 6.3 离心泵选型 ............................................................................................................................. 43 6.4 塔体的强度和稳定性校核 ..................................................................................................... 44
6.4.1 塔底危险截面1-1轴向应力计算............................................................................... 44 6.5 质量载荷 ................................................................................................................................. 44 6.6 塔底抗压强度校核 ................................................................................................................. 45
6.6.1 塔底1-1截面抗压强度及轴向稳定性校核 ............................................................... 45 6.7 裙座的强度及稳定性校核 ..................................................................................................... 45
裙座底部0-0截面的轴向应力计算 ....................................... 45
6.8 焊缝强度 ................................................................................................................................. 46
6.9.1 水压试验时，塔体1-1截面的强度条件 ................................................................... 46 6.9.2水压试验时裙裾底部1-1截面的强度和稳定性验算 ................................................ 47
七、设计结果概要及汇总 ............................................... 47
7.1 全塔工艺设计结果总汇 ......................................................................................................... 47 7.2 主要符号说明 ......................................................................................................................... 50
八、总结 ............................................................. 52
8.1 总结 ......................................................................................................................................... 52 8.2 心得 ......................................................................................................................................... 53
九、主要参考文献 ..................................................... 54
绪论
本设计书介绍的是浮阀塔精馏的设计，其中包括设计方案的确定、塔主要设备的工艺设计计算、辅助设备的选型、工艺流程图及草图及说明、设计结果概要及一览表等几大内容。
本设计主要用于分离酒精和水的混合物，利用浮阀塔将其进行精馏分离。精馏所进行的是精馏所进行的是气、液两相之间的传质，而作为气、液两相传质所用的塔设备，首先必须要能使气、液两相得到充分的接触，以达到较高的传质效率。 在本设计过程中，严格按照常用数据算图，化工设备常用材料性能以及化工图例国标规定进行设计，同时查阅了大量的有关资料。每一步的计算都严格按照《化工原理课程设计》一书中的公式进行计算，并经过核对与验算，总体来说有一定的合理性。
由于本组所有成员能力水平有限，设计书中难免会存在不完善的地方，在此，诚恳地希望老师批评改正，让我们能更进一步的努力。
一、设计任务及方案简介
1.1 设计任务
1.1.1 设计题目：年处理11.5万吨乙醇—水溶液系统
1.1.2 设计条件：液料含乙醇27.2wt%，馏出液含乙醇不少于94wt%,残液含乙醇不大于0.05wt%。 1.1.3 操作条件：
（1）泡点进料，回流比R?1.5Rmin。
（2）塔釜加热蒸汽压力，间接0.2Mpa（表压），直接0.1Mpa（绝压）。 （3）塔顶全凝器冷却水进口温度20°C，出口温度50°C。 （4）常压操作，年工作日300d，每天工作24h。 （5）设备形式：浮阀塔 安装地点：合肥 任务来源：合肥酒厂 设计主要内容：
工艺流程的确定，塔和塔板的工艺尺寸计算，塔板的流体力学验算及负荷性能图，辅助设备的计算和选型，主体设备的机械设计。
1.2 设计方案论证及确定
1.2.1 生产时日及处理量的选择：设计要求塔年处理11.5万吨乙醇—水溶液系统，年工作日300d，每天工作24h。
1.2.2 选择用板式塔不用填料塔的原因：因为精馏塔精馏塔对塔设备的要求大致如下：
（1）生产能力大：即单位塔截面大的气液相流率，不会产生液泛等不正常流动。
（2）效率高：气液两相在塔内保持充分的密切接触，具有较高的塔板效率或传质效率。