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1、 丽 水 学 院 化工专业课程设计 题 目 专 业 化学工程与工艺 班 级 化工071本 组 员 指导教师 2010 年 5 月 17 日 至 2010 年 5 月 30 日任务分配项目综述： 工艺流程设计：工艺流程的计算：设备计算与选型：周项目选址与产房布置： 编写设计说明书： 化工原理课程设计任务书（化工071本 组长：） 一 设计题目：分离乙醇水连续板式精馏塔的设计二 原始数据及条件生产能力：年处理乙醇-水混合液4.5万吨（开工率8000小时/年） 原料：乙醇含量为95%（质量百分比，下同）的常温液体 分离要求：塔顶乙醇含量不低于99.9%建厂地址：金华市区一 设计题目 乙醇水二元物系板
2、式精馏塔的设计二设计条件(1)原料来自原料罐，温度20，乙醇含量52%（质量分率）；原料处理量为1100kg/h。(2)产品组成：乙醇含量 99.9%（质量分率）。(3)釜液组成：乙醇浓度0.2%（质量分率）。(4)塔顶压力： 。(5)精馏塔进料状态为泡点进料。(6)塔釜为饱和蒸汽直接加热。三设计内容(1)确定工艺流程。(2)精馏塔的物料衡算。(3)塔板数的确定。(4)精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算。(5)精馏塔塔体工艺尺寸的计算。(6)塔板板面布置设计。(7)塔板的流体力学验算与负荷性能图。(8)精馏塔接管尺寸计算。(9)塔顶全凝器工艺设计计算和选型。(10)进料泵的工艺设计计算和选型
3、。(11)带控制点的工艺流程图、塔板板面布置图、精馏塔设计条件图。(12)设计说明书。摘 要化工生产常需进行液体混合物的分离以达到提纯或回收有用组分的目的，精馏是利用液体混合物中各组分挥发度的不同并借助于多次部分汽化和部分冷凝达到轻重组分分离的方法。精馏操作在化工、石油化工、轻工等工业生产中中占有重要的地位。为此，掌握气液相平衡关系，熟悉各种塔型的操作特性，对选择、设计和分析分离过程中的各种参数是非常重要的。塔设备是化工、炼油生产中最重要的设备类型之一。本次设计的筛板塔是化工生产中主要的气液传质设备。此设计针对二元物系的精馏问题进行分析、选取、计算、核算、绘图等，是较完整的精馏设计过程，该设计
4、方法被工程技术人员广泛的采用。精馏设计包括设计方案的选取，主要设备的工艺设计计算物料衡算xF=0.881 xD=0.997 xW=0.0000815 F=199.92kmolh 实际塔板数精馏段28块，提馏段12块。工艺参数的选定泡点进料、泡点回流。通过对精馏塔的运算，可以得出精馏塔的各种设计如塔的工艺流程、生产操作条件及物性参数是合理的，各种接管尺寸是合理的，以保证精馏过程的顺利进行并使效率尽可能的提高。关键词：乙醇；水；精馏段；提馏段.目 录化工原理课程设计任务书3摘 要4第一章 前言6第二章 绪论72.1 设计方案72.2 选塔依据72.3 设计思路7第三章 塔板的工艺设计83.1 精馏
5、塔全塔物料衡算83.2 常压下乙醇-水气液平衡组成与温度关系93.3理论塔的计算93.4 塔径的初步设计143.5溢流装置15第四章 塔附件设计164.1接管164.2筒体与封头174.3除沫器174.4裙座174.5吊柱184.6人孔18第五章 塔总体高度的设计185.1塔的顶部空间高度185.2塔的底部空间高度185.3塔总体高度19第六章 设计结果汇总19第七章 厂址选址19参考文献26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
6、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，
7、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23）。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
8、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。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、
9、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） ：原料组成（摩尔分数，下同）D：塔顶
10、产品流量（kmol/s） ：塔顶组成W：塔底残液流量（kmol/s） ：塔底组3.2 常压下乙醇-水气液平衡组成与温度关系1 温度 =82.4 =78.3 =163.6精馏段平均温度 = 提馏段平均温度 = 3.3理论塔的计算3.4 塔径的初步设计3.5溢流装置四塔附件设备由于常压操作，所以法兰均采用标准管法兰，平焊法兰，由不同的公称直径，选用法兰。进料管接管法兰：Pg6Dg70HG5010-58回流管法兰：Pg6Dg60HG5010-58塔底出料管法兰：Pg6Dg80HG5010-58塔顶蒸气管法兰：Pg6Dg500HG5010-58塔釜蒸气进气法兰：Pg6Dg550HG5010-584.2
11、筒体与封头1.筒体壁厚选6mm，所用材质为A32.封头本设计采用椭圆形封头，由公称直径，直边高度为：，内表面积为：，容积为：。选用封头4.3除沫器当空塔气速较大，塔顶带液现象严重，以及工艺过程中不许出塔气速夹带雾滴的情况下，设置除沫器，以减少液体夹带损失，确保气体纯度，保证后续设备的正常操作。常用除沫器有折流板式除沫器、丝网除沫器以及程流除沫器。本设计采用丝网除沫器，其具有比表面积大、重量轻、空隙大及使用方便等优点。设计气速选取：除沫器直径： 选取不锈钢除沫器 类型：标准型；规格：40-100；材料：不锈钢丝（1Gr18Ni9Ti）；丝网尺寸：圆丝4.4裙座塔底采用裙座支撑，裙座的结构性能好，
12、连接处产生的局部阻力小，所以它是塔设备的主要支座形式，为了制作方便，一般采用圆筒形。由于裙座内径800mm，故裙座壁厚取16mm。基础环内径： 基础环外径： 圆整：，基础环厚度，考虑到腐蚀余量取18mm，考虑到再沸器，裙座高度取3m。地角螺栓直径取M30。4.5吊柱对于较高的室内无框架的整体塔，在塔顶设置吊柱，对于补充和更换填料、安装和拆卸内件，即经济又方便的一项设施，一般取15m以上的塔物设吊柱，本设计中塔高度大，因此设吊柱。因设计塔径D=2000mm，可选用吊柱500kg S=1000mm,L=3400mm,H=1000mm材料为A3。4.6人孔人孔是安装或检修人员进出塔的唯一通道，人孔的
13、设置应便于进入任何一层塔板，由于设置人孔处塔间距离大，且人孔设备过多会使制造时塔体的弯曲度难于达到要求，一般每隔1020块塔板才设一个人孔，本塔中共28块板，需设置3个人孔，每个孔直径为450mm，在设置人孔处，板间距为600mm。第五章 塔总体高度的设计5.1塔的顶部空间高度塔的顶部空间高度是指塔顶第一层塔盘到塔顶封头的直线距离，取除沫器到第一块板的距离为600mm，塔顶部空间高度为1200mm。5.2塔的底部空间高度塔的底部空间高度是指塔底最末一层塔盘到塔底下封头切线的距离，釜液停留时间取5min。5.3塔总体高度第六章 设计结果汇总项目符号单位计算数备注精馏段提馏段塔径Dm22板间距HT
14、m0.450.45塔板类型单溢流弓形降液管分块式塔板空塔气速um/s1.0331.048堰长m1.31.3堰高m0.05340.0496板上液层高度m0.070.07降液管底隙高m0.030.04 第七厂址选址于金华市工业园区分析报告 项目名称：无水乙醇生产项目项目建设规模：新建年产45000吨无水乙醇生产线项目建设地址：金华市工业园区项目投资总额：9300万元合作方式：独资项目简介:年产450吨99.9%无水乙醇, 采用萃取精馏的方法,年生产时间8000h。 原料95%的乙醇由浙江三鹰化学试剂有限公司供应。此工艺是目前能够在工业上任意规模制取无水乙醇的理想工艺，其特点：提高溶剂效果，降低消耗
15、，减少设备投资；连续化生产，劳动生产率高，生产成本低；没有污染，产品质量好；乙醇回收率高，溶剂损耗少。产品介绍：分子式：C2H6O 结构简式：CH3CH2OH或C2H5OH 官能团：OH（羟基） 1、无水乙醇的物理性质 （1）色、味、态：无色透明，具有特殊香味的液体。 （2）挥发性：易挥发 （3）溶解性：能与水以任意比互溶。 （4）沸点：78.5. （5）密度：0.7893 （6）折射率：1.3611（20） （7）性质：纯高达99.5%的乙醇项目建设规模：本项目计划总投资9300万元，其中固定资产投资7800万元。主要用于新征用地112亩，车间库房土建面积27000平方米，以及设备投资，建成
16、年产45000吨无水乙醇生产线，劳动定员210人。项目数量单价投资备注征地112亩600土建27000m2500元/m21350设备3750其他投资600流动资金3000合计9300原料供应企业介绍：浙江三鹰化学试剂有限公司（注册资本：518万元）位于中国浙江省兰溪市兰江街道轻工工业功能区凤凰路，浙江三鹰化学试剂有限公司是一家试剂硫酸、试剂硝酸、无水乙醇、氨水、无水硫酸钠、无水碳酸钠、试剂盐酸、丙酮、丁酮、三氯甲烷、氢氧化钠、氢氧化钾、醋酸酸、氢氟酸、95%乙醇、磷酸、甲苯、二甲苯、过氧化氢、硫酸亚铁等产品的经销批发的私营有限责任公司。浙江三鹰化学试剂有限公司经营的试剂硫酸、试剂硝酸、无水乙醇
17、、氨水、无水硫酸钠、无水碳酸钠、试剂盐酸、丙酮、丁酮、三氯甲烷、氢氧化钠、氢氧化钾、醋酸酸、氢氟酸、95%乙醇、磷酸、甲苯、二甲苯、过氧化氢、硫酸亚铁畅销消费者市场。浙江三鹰化学试剂有限公司的产品在消费者当中享有较高的地位，公司与多家零售商和代理商建立了长期稳定的合作关系。浙江三鹰化学试剂有限公司经销的试剂硫酸、试剂硝酸、无水乙醇、氨水、无水硫酸钠、无水碳酸钠、试剂盐酸、丙酮、丁酮、三氯甲烷、氢氧化钠、氢氧化钾、醋酸酸、氢氟酸、95%乙醇、磷酸、甲苯、二甲苯、过氧化氢、硫酸亚铁品种齐全、价格合理。浙江三鹰化学试剂有限公司实力雄厚，重信用、守合同、保证产品质量，以多品种经营特色和薄利多销的原则，
18、赢得了广大客户的信任。 根据厂址选择基本原则，选择金华市工业园区金华市工业园区介绍： 园区概况 金华市工业园区位于金华开发区的西侧，是金华市本级工业经济的重要增长级。市工业园区规划面积20平方公里，以新330国道为界，分为工业南区（8平方公里）和工业北区（12平方公里）。园区自2000年4月开工建设以来，在基础设施建设、招商引资等方面工作都取得了良好的成效。2003年止，市工业园区开发面积累计达12平方公里。市工业园区2003年全年实际到位外资4546万美元，入园企业累计达288家，合同利用投资额45亿元。2003年实现工业产值25.23亿元，同比增长73.9%，实现税收1.09亿元，同比增长
19、60.3%。园区以“九通一平”的标准配套基础设施。目前为止，基础设施资金投入累计超20亿元。每平方公里面积基础建设资金投入达1.52亿元。园区重点围绕汽车及配件、生物医药、五金工具、通讯电子等特色产业招商、加快延伸产业链，推动形成龙头企业带动、相关产业链相接梯度发展的优势产业群。园区现有尼奥普兰车辆、康恩贝、金狮啤酒、华泰旅游用品、皇冠电动等产值超亿元的达产企业，尼奥普兰、康恩贝等企业的龙头地位基本确立，一大批重点骨干企业正在茁壮成长。 地理位置 工业园区的目标定位：高新技术产业化的基地，传统企业改造提升的载体，对外招商引资窗口，民营规模企业的重要集聚区，市区工业经济重要的增长极。工业园区在功
20、能布局上划分为4个园区，即：特色工业园区(医药工业园区、汽摩配工业园区)、加工工业一园园区(东园区)、加工工业二园区(西园区)、高新技术产业园区，突出发展工业经济这一主题。目前有一大批医药、电子、汽配、机械、五金、工量具、服装企业进入园区发展。金华开发区具有明显的政策优惠，投资者除享受国家级、省级经济技术开发区优惠政策、外商投资优惠政策和金华市政府出台的一系列优惠政策外，金华工业园区、金华科技园入园企业还享有开发区特有的优惠政策：土地：七通一平的熟地，净地出让每平方米112117元(不另交城建配套费)。工业园区一次性投资100万美元(实际到位)以上的生产性项目地价可再优惠2050；凡国家级高新
21、项目，地价为5万元亩；省级高新项目，地价为6万元亩。技术改造：企业实行技术改造，其新增设备投资可获取35的技改贴息或奖息。出口创汇：出口创汇企业除享受金华市政府创汇补贴外，开发区再实行奖励，标准为以上一年出口实绩为基数，基数内每创汇1美元奖励001元人民币，超基数增长部分每创汇1美元奖励008元人民币；外贸企业从境外开具信用证后向银行贷款的可给予贴息。无费区：属市开发区管委会的一切行政性收费两年内全免。引资奖励：引荐外资工业企业的第一中介人，按实际到位外资额按(美元)18(人民币)累进比例计提奖励。配套设施：工业园区为入园企业提供廉价的工业标准厂房和职工公寓，购职工公寓730元平方米，标准厂房
22、月租金58元平方米。金华是浙江省的交通枢纽和浙江中西部的中心城市，长江三角洲经济圈南翼，距上海350公里，境内的公路、铁路、水运、民航都十分便捷。公路北通杭州，西接衢州，东连宁波、椒江，南达温州，规划中有八条高速公路经过金华，其中杭金衢高速公路和金丽温高速公路已经运行，金甬等三条高速公路已在建设中；浙赣铁路复线、金温铁路、金千铁路及规划中的金甬铁路，均在此交汇；兰江富春江钱塘江航线在此起点；义乌机场离市区仅20分钟便可到达，杭州萧山国际机场仅70分钟路程之遥。金华已经形成水、陆、空“立体大交通”的格局。是浙中商业、金融、文化的中心和重要物资集散地，机械、电子、医药、精细化工、小商品产业发达，商
23、贸繁荣，风景秀丽。 金华经济技术开发区位于婺江南岸，与金华老城一江之隔，处在金华城市总体规划的中心部位，是市区的城中新城。 基础配套设施 铁路-浙赣铁路复线横贯境内，浙赣线、金温线、金千线三条铁路线在金华交会，金华至宁波、金华至椒江及金千线的延伸线（金华至黄山铁路）都已列入规划之中，金华火车站是国家A等三级大站，华东地区最大的编组站，金华是华东地区重要的铁路交通枢纽。 公路-境内公路纵横交错，四通八达，北通杭州、上海，西连衢州，东接宁波、台州港口，南达温州港，杭金衢、金丽温等高速公路、国、省道干线向外辐射，形成了以市区为中心的交通网络。金甬、金椒高速公路正在建设，杭新金及绕城高速公路也在城市杭
24、州仅1个半小时的车程，至上海的车程只有3个小时，金甬高速公路建成后，金华至出海口宁波也只有1个半小时的车程。 供电-开发区内建有220千伏变电站一座，主变容量将达30万KVA。建有110千伏变电站一座，主变容量达到8万KVA，具备双西路电源，近期再建110千伏变电站一座。 供热-开发区以北有金华市热电厂，给开发范围供热规模可达80吨/小时。 自来水厂-区内建有金华第三水厂，日供水15万吨。水源，取自水质优良的金华沙畈水库。 无水港-市区正在建设的“无水港”国际集装箱堆场，将设立海关直通式监管点。 飞机场-金华周边有杭州、上海、宁波国际机场，市区距杭州、上海、宁波国际机场约1-3小时车程，离义乌民航机场仅20分钟车程，目前义乌机场已开通广州、深圳、北京、厦门等10多条空中航线。参考文献1 陈敏恒,丛德滋,等.化工原理 (上).北京:化学工业出版社.1999 2 陈敏恒,丛德滋,等.化工原理 (下).北京:化学工业出版社.2006,5.3 贾绍义，柴诚敬.化工原理课程设计化工原理化工原理课程设计（化工传递与单元操作课程设计）4 王国胜，化工原理课程设计.大连:大连理工大学出版社.2006,8.5 朱家骅，化工原理（上、下）。科学出版社.20006 刘巍.冷换设备工艺计算手册.北京:中国石化出版社.2003.7 方利国，董新法.化工制图Auto CAD.北京：化学工业出版社
