陜西科技大學制藥設備與工程原課程設計任務書題目：乙醇—水溶液連續(xù)精餾塔設計生命科學與工程學院鎬藥劑091班++++++學號：2909++++++++學生：++++++++++++指導老師：++++++++課程設計從2010年7月6日起到2010年7月9日目錄一、總體設計計算---------------------------------------------------------------------------1.4全塔Et%和Np的計算-------------------------------二、混合參數計算----------------------------------------------------------------------------------------------------三、篩板塔數據匯總----------------------------------------四、討論與優(yōu)化--------------------------------------------五、輔助設備選型------------------------------------------前言乙醇在工業(yè)、醫(yī)藥、民用等方面，都有很廣泛的應用，是很重要的一種原料。在很多方面，要求乙醇有不同的純度，有時要求純度很高，甚至是無水乙醇，這是很有困難的，因為乙醇極具揮發(fā)性，也極具溶解性，所以，想要得到高純度的乙醇很困難。要想把低純度的乙醇水溶液提升到高純度，要用連續(xù)精餾的方法，因為乙醇和水的揮發(fā)度相差不大。精餾是多數分離過程，即同時進行多次部分汽化和部分冷凝的過程，因此可使混合液得到幾乎完全的分離。化工廠中精餾操作是在直立圓形的精餾塔內進行的，塔內裝有若干層塔板或充填一定高度的填料。為實現精餾分離操作，除精餾塔外，還必須從塔底引入上升蒸汽流和從塔頂引入下降液?？芍瑔斡芯s塔還不能完成精餾操作，還必須有塔底再沸器和塔頂冷凝器，有時還要配原料液預熱器、回流液泵等附屬設備，才能實現整個操作。浮閥塔與20世紀50年代初期在工業(yè)上開始推廣使用，由于它兼有泡罩塔和篩板塔的優(yōu)點，已成為國內應用最廣泛的塔型，特別是在石油、化學工業(yè)中使用最普遍。浮閥有很多種形式，但最常用的形式是F1型和V-4型。F1型浮閥的結果簡單、制造方便、節(jié)省材料、性能良好，廣泛應用在化工及煉油生產中，現已列入部頒標準（JB168-68）內，F1型浮閥又分輕閥和重閥兩種，但一般情況下都采用重閥，只有處理量大且要求壓強降很低的系統(tǒng)中，才用輕閥。浮閥塔具有下列優(yōu)點：1、生產能力大。2、操作彈性大。3、塔板效率高。4、氣體壓強降及液面落差較小。5、塔的造價低。浮閥塔不宜處理易結焦或黏度大的系統(tǒng)，但對于黏度稍大及有一般聚合現象的系統(tǒng)，浮閥塔也能正常操作。精餾塔設計任務書一、設計題目乙醇—水溶液連續(xù)精餾塔設計二、設計條件1．處理量：1400（噸/年）2．料液濃度：65（wt%）3．產品濃度：92（wt%）4．易揮發(fā)組分回收率：98.64%5．每年實際生產時間：7200小時/年6.操作條件：

①間接蒸汽加熱；②塔頂壓強：p頂=4KPa（絕對壓強）

③進料熱狀況：泡點進料；三、設計任務1.流程的確定與說明；2.塔板和塔徑計算；3.塔盤結構設計(1).浮閥塔盤工藝尺寸及布置簡圖；(2).流體力學驗算；(3).塔板負荷性能圖。

4.其它(1).加熱蒸汽消耗量；(2).冷凝器的傳熱面積及冷卻水的消耗量

5.有關附屬設備的設計和選型，繪制精餾塔系統(tǒng)工藝流程圖和精餾塔裝配圖，編寫設計說明書。一、總體設計計算1.1汽液平衡數據（760mmHg）水和乙醇的物理性質名稱分子式相對分子質量密度20℃沸點℃比熱容(20℃)Kg/(kg.℃)黏度(20℃)導熱系數(20℃)/(m.℃)表面張力(20℃)N/m水998100乙醇789常壓下乙醇—水系統(tǒng)t—x—y數據如表1—6所示。表1—6乙醇—水系統(tǒng)t—x—y數據沸點t/℃乙醇摩爾數/%沸點t/℃乙醇摩爾數/%氣相液相氣相液相82乙醇相對分子質量：46；水相對分子質量：1825℃時的乙醇和水的混合液的表面張力與乙醇濃度之間的關系為：式中σ——25℃時的乙醇和水的混合液的表面張力，N／m；x——乙醇質量分數，％。其他溫度下的表面張力可利用下式求得式中σ1——溫度為T1時的表面張力；N／m；σ2——溫度為T2時的表面張力；N／m；TC——混合物的臨界溫度，TC＝∑xiTci，K；xi——組分i的摩爾分數；TCi——組分i的臨界溫度，K。1.2物料衡算1.2.1料液及塔頂、塔底產品的摩爾分數XXX=M46.07+（1-0.45）kg/kmolM=46.07+(1-0.88)kg/kmolM=46.07+（1-0.01）kg/kmol已知：F==6總物料衡算F=D+W=6易揮發(fā)組分物料衡算0.88D+0.01W=7聯立以上二式得：D=3kg/kmolW=3kg/kmol制精餾段和提餾段操作線(如圖6)確定精餾段操作線在y軸上截距b=xD/(R+根據乙醇——水氣液平衡表1-6，求最小回流比Rmin和操作回流比因為乙醇-水物系的曲線是不正常的平衡曲線,當操作線與q線的交點尚未落到平衡線上之前,操作線已經與平衡線相切,如圖g點所示.此時恒濃區(qū)出現在g點附近,對應的回流比為最小的回流比.最小回流比的求法是由點a(,)向平衡線作切線，再由切線的斜率或截距求作圖可知b=0.342b==0.342Rmin=R理論板數塔頂，進料，塔底條件下純組分的飽和蒸氣壓組分飽和蒸氣壓/kpa塔頂進料塔底水乙醇754=1\*GB3①求平均相對揮發(fā)度塔頂=進料塔底全塔平均相對揮發(fā)度為==√2.189)=2.21==√=2\*GB3②理論板數由芬斯克方程式可知N==且由吉利蘭圖查的即解得=14.2（不包括再沸器）=3\*GB3③進料板前已經查出即故進料板為從塔頂往下的第27層理論板即=3總理論板層數=14.2（不包括再沸器）進料板位置=71.4全塔Et%和Np的計算.精餾段：操作壓力為塔頂壓力：=1.若取每層塔板壓強則進料板壓力：=104.34+13精餾段平均操作壓力=kpa2)溫度根據操作壓力，通過泡點方程及安托因方程可得塔頂進料板==平均摩爾質量塔頂==0.88 46.07+（1-0.88）kg/kmol46.07+（1-0.825）kg/kmol進料板：=0.44546.07+（1-0.445）kg/kmol46.07+（1-0.102）kg/kmol精餾段的平均摩爾質量kg/kmolkg/kmol平均密度液相密度=塔頂：=進料板上由進料板液相組成==故精餾段平均液相密度=氣相密度=5)、液體表面張力=17.8+(1-0.88)016.0+(1-0.102)=0.55+(1-0.88)0.34+(1-0.102)2.提餾段：t平均摩爾質量塔釜=0.05046.07+(1-0.050)kg/kmol46.07+(1-0.0039)kg/kmol提餾段的平均摩爾質量=kg/kmol=kg/kmol平均密度塔釜，由塔釜液相組成=0.0039=∴故提餾段平均液相密度=氣相密度==二混合參數計算溶質C2H5OH分子量：Ma=46.07kg/kmol溶劑H2O分子量：Mb=18.016kg/kmolρa=0.789g/mlρb=1.000g/ml首先考慮精餾段：參考有關資料，初選板音距取板上液層高度故-=查圖可得校核至物系表面張力為9.0mN/m時的C，即C==Cm/s可取安全系數0.70，則m/s故D=mm/s2.3塔板的詳細設計1.流動型式:選取單溢流型2.堰的計算:⑴堰長取堰長⑵出口堰高=選用平直堰，堰上液層高度由下式計算=近似取E=1.03,則故⑶降液管的寬度與降液管的面積由查《化工設計手冊》得=0.17,故=0.17D=0.12停留時間=39.9s(>5s符合要求)⑷降液管底隙高度=取閥孔動能因子=9孔速==浮閥數n===39(個)取無效區(qū)寬度安定區(qū)寬度開孔區(qū)面積R=x=故=浮閥排列方式采用等腰三角形叉排估算排間距hh==2.4校核1、氣相通過浮塔板的壓力降，由下式⑴干板阻力=⑵液層阻力取充氣系數數=0.5,有=⑶液體表面張力所造成阻力此項可以忽略不計。故氣體流經一層浮閥塔塔板的壓力降的液柱高度為：常板壓降,符合設計要求)。為了防止淹塔現象了生，要求控制降液管中清液層高度符合，其中由前計算知=0.061m,按下式計算板上液層高度=0.07m,得：取=0.5,板間距今為0.45m,=0.053m,有由此可見：<，符合要求。3.霧沫夾帶由下式可知==浮閥塔也可以考慮泛點率，參考化學工程手冊。泛點率=100%=D-2=-2式中——板上液體流經長度，m;——板上液流面積，；——泛點負荷系數，取0.126;K——特性系數，取1.0.泛點率==36.2%(<80%,符合要求)(1)精餾段：1、霧沫夾帶線按泛點率=80%計100%=80%將上式整理得與分別取值獲得一條直線，數據如下表。2、泛液線通過式以及式得=由此確定液泛線方程。=簡化上式得關系如下計算數據如下表。3、液相負荷上限線求出上限液體流量值（常數）以降液管內停留時間=5s則4、漏夜線對于型重閥，由，計算得則5、液相負荷下限線去堰上液層高度根據計算式求的下限值取E=1.03 經過以上流體力學性能的校核可以將精餾段塔板負荷性能圖劃出。如圖

由塔板負荷性能圖可以看出：=1\*GB3①在任務規(guī)定的氣液負荷下的操作點P（0.00083，0.630）（設計點），處在適宜的操作區(qū)內。=2\*GB3②塔板的氣相負荷上限完全有霧沫夾帶控制，操作下限由漏液控制。=3\*GB3③按固定的液氣比，即氣相上限，氣相下限，求出操作彈性K，即K=三篩板塔數據匯總浮閥塔板工藝設計計算結果序號項目數值1平均溫度tm，℃2平均壓力Pm，kPa3液相流量LS，m3/s4氣相流量VS，m3/s5實際塔板數596塔徑，m7板間距,m8溢流形式單溢流9堰長，m10堰高，m11板上液層高度，m12堰上液層高度，m13安定區(qū)寬度，m14無效區(qū)寬度，m15開孔區(qū)面積，m216閥孔直徑，m17浮閥數3918孔中心距，m19開孔率20空塔氣速，m/s21閥孔氣速，m/s22每層塔板壓降，Pa70023液沫夾帶，（kg液/kg氣）24氣相負荷上限，m3/s25液相負荷上限，m3/s26操作彈性四討論與優(yōu)化歷時一個星期的制藥工程原理課程設計結束了，在這個課程設計過程當中，我們綜合地運用了我們所學習過的流體力學，傳熱，傳質，分離等方面的化工基礎知識，運用傳統(tǒng)的手工制圖和新興的電腦計算技巧加以配合，設計了一款可應用于設計生產當中的酒精連續(xù)精餾浮閥塔。在為期一周的課程設計當中我感觸最深的便是實踐聯系理論的重要性，當遇到實際問題時，只要認真思考，用所學的知識，再一步步探索，是完全可以解決遇到的一般問題的。這次的課程設計內容包括工藝流程的設計，塔板結構的設計，數據的校驗。目的主要是使我們對化學工藝原理有一定的感性和理性認識；對酒精精餾等方面的相關知識做進一步的理解；培養(yǎng)和鍛煉我們的思維實踐能力，使我們的理論知識與實踐充分地結合，做到不僅具有專業(yè)知識，而且還具有較強的實踐能力，能自主分析問題和解決問題。在以前我們學的都是一些理論知識，而這一次的課程設計更多的是要我們去學會運用理論知識思考。好多東西看起來十分簡單，一看結構圖都懂，但它在實際設計中就是有許多要注意的地方，有些東西也與我的想象不一樣，這次的課程設計就是要我們跨過這道實際和理論之間的鴻溝。在設計的過程當中，有很多數據設計出來不一定能如人意，有些要反復試算很多遍，很能考驗耐性。有時可能會為了美觀或省事而在圖上面改數據，但是我認為，應當實事求是，該是怎樣的就怎么樣。整個計算和畫圖的過程絕大部分數據都是有書可查，有標準可參照的，在零件書或者是金屬材料書上面都有完整的各部分參數怎么選取的圖例。譬如設計塔附件管的時候《材料與零部件》上面都外管和內管的尺寸都是有嚴格的要求的，不是隨便隨手畫的，因此作為設計者我們也應當按照規(guī)定的標準，嚴格的按圖繪畫。一周的課程設計雖然短暫而勞累，但卻給我以后的道路指出一條明路，那就是思考著做事，將事半功倍。我做事的心態(tài)也得到磨練，也改變了很多不良的習慣，這應該就是此次課程設計最大的的收獲吧。精餾過程節(jié)能措施１操作條件節(jié)能精餾過程一般通過精餾塔實現，而精餾塔的一般操作條件包括操作壓力、操作溫度、進料位置及溫度、回流比以及回流溫度等，這些參數中除塔的操作壓力通常是固定不變的，其他都可以作為操作變量，在使用過長中通過靈敏度分析、技術優(yōu)化等來決定非人離過程中分離任務的最佳值，已獲得最小的冷凝負荷和再沸器熱負荷等。2采用最佳回流比回流比是精餾塔設計過程中能否實現優(yōu)化的關鍵因素，而最佳回流比是通過對回流比與