化工原理课程设计任务书(2)

化工专业课程设计---年产4.5 吨无水乙醇生产项目设计

第一章 前言

化工生产中所处理的原料中间产品几乎都是由若干组分组成的混合物，其中大部分是均相混合物。生产中为满足要求需将混合物分离成较纯的物质。精馏是分离液体混合物（含可液化的气体混合物）最常用的一种单元操作，在化工、炼油、石油化工等工业中得到广泛应用。精馏过程在能量剂的驱动下（有时加质量剂），使气、液两相多次直接接触和分离，利用液相混合物中各组分挥发度的不同，使易挥发组分由液相向气相转移，难挥发组分由气相向液相转移，实现原料混合液中各组分的分离。该过程是同时进行传质、传热的过程。

在本设计中我们使用筛板塔，筛板塔的突出优点是结构简单造价低。合理的设计和适当的操作筛板塔能满足要求的操作弹性，而且效率高采用筛板可解决堵塞问题适当控制漏液。

筛板塔是最早应用于工业生产的设备之一，五十年代之后通过大量的工业实践逐步改进了设计方法和结构，近年来与浮阀塔一起成为化工生中主要的传质设备。为减少对传质的不利影响，可将塔板的液体进入区制成突起的斜台状这样可以降低进口处的速度使塔板上气流分布均匀。筛板塔多用不锈钢板或合金制成，使用碳钢的比率较少。

它的主要优点是：结构简单，易于加工，造价为泡罩塔的60左右，为浮阀塔的80%左右；在相同条件下，生产能力比泡罩塔大20%～40%；塔板效率较高，比泡罩塔高15%左右，但稍低于浮阀塔；气体压力降较小，每板降比泡罩塔约低30%左右。缺点是：小孔筛板易堵塞，不适宜处理脏的、粘性大的和带固体粒子的料液；操作弹性较小（约2～3）。

蒸馏是分离均相混合物的单元操作，精馏是最常用的蒸馏方式，是组成化工生产过程的主要单元操作。精馏是典型的化工操作设备之一。进行此次课程设计的目的是为了培养综合运用所学知识,来解决实际化工问题的能力,做到能独立进行化工设计初步训练，为以后从事设计工作打下坚实的基础。

第二章 绪论

§2.1 设计方案

本设计任务为分离乙醇-水混合物。对于二元混合物的分离，应采用连续精馏流程。设计中采用泡点进料，将原料液通过预热器加热至泡点后送入精

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馏塔内。塔顶上升蒸气采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，其余部分经产品冷凝器冷却后送至储罐。该物系属易分离物系，最小回流比较小，故操作回流比取最小回流比的2倍。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。

萃取剂阀门萃取剂产品加热器2泵2近衡沸物原料泵1萃取剂萃取精馏塔泵3溶剂回收塔加热器1废水

图2-1 流程图

§2.2 选塔依据

筛板塔是现今应用最广泛的一种塔型，设计比较成熟，具体优点如下： （1）结构简单、金属耗量少、造价低廉.

（2）气体压降小、板上液面落差也较小. （3）塔板效率较高.

改进的大孔筛板能提高气速和生产能力，且不易堵塞塞孔

§2.3 设计思路

1、精馏方式的选定 2、操作压力的选取 3、加料状态的选择 4、加热方式的选择 5、回流比的选择 6、冷凝方式及介质选择 7、塔的选择

图2-2 设计思路

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1、本设计采用连续精馏操作方式。 2、常压操作。 3、泡点进料。 4、间接蒸汽加热。 5、选R=(1.1-2.8)Rmin。 6、塔顶选用全凝器。

7、选用筛板塔，其突出优点是结构简单，造价低，制造方便；生产能力

第三章 塔板的工艺设计

§3.1精馏塔全塔物料衡算

F：进料量（kmol/s） xF：原料组成（摩尔分数，下同） D：塔顶产品流量（kmol/s） xD：塔顶组成

W：塔底残液流量（kmol/s） xW：塔底组

原料乙醇组成：xF?塔顶组成： xD?塔底组成： xW?进料量： F=427.218+8116.846 =199.92 kmol/h4395/4695/46?5/1899.9/46?88.1??99.7??1.85?99.9/46?0.1/184.6/464.6/46?95.4/18

4.5?10?10??0.999/46??1?0.999?/18??D=6.5万吨/年=?122.286kmol/h8000物料衡算式为：F+S=D+W FXF?DXD?WXW联立代入求解：S=95.298kmol/h, w=111.403kmol/h§3.2 常压下乙醇-水气液平衡组成与温度关系 1．温度

tF=82.4℃

tD=78.3℃

t=163.6℃

W精馏段平均温度

t1=

tF?tD2=

82.4＋78.32?80.3℃

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t?t82.4?163.6提馏段平均温度

t=Fw22?

2?123℃

§3.3理论塔的计算

2.密度进料处 ?L?800.525?V=1.581顶部?LD?707.209?VD?1.651底部?LW?974.592?VW?0.975???L??LD800.525+707.209L1?2=2?753.867???V??VD1.581?1.651V1?2?2?1.616???L+?LWL2?=974.592+800.52522=887.559???V??

VWV2?2?1.581?0.9752?1.278 9

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3.汽液相组成进料处?水 0.171x?F=?乙醇 0.628??乙二醇 0.201?水 0.135yF???乙醇 0.863`??乙二醇 0.0016塔顶?水 0.0025xD???乙醇 0.997??乙二醇 0?水 0.0031yD???乙醇 0.997??乙二醇 0塔底?水 0.145xW???乙醇 0??乙二醇 0.855?水 0.763yW???乙醇 0??乙二醇 0.237 精馏段 ?x?水 D?xF?0.171?0.0025?0.0868?22x?x?xF0.628?0.9971??乙醇 D?=0.8125 ?22??乙二醇 xD?xF?0.201?0=0.1005 ?22?y?水 D?yF0.135?0.0031?2?2?0.0691y?y?yF0.863?0.9971??乙醇 D?2?2?0.93?y?乙二醇 D?yF?0.0016?0?0.0008?2210