化工原理精馏塔课程设计报告范文.docxVIP

摘要

本报告针对某二元物系（以乙醇-水体系为例）的分离任务，完成了连续精馏塔的工艺设计。设计内容包括：根据给定的原料组成、处理量及分离要求，进行了详细的物料衡算，确定了理论塔板数及实际塔板数；通过对塔径、塔高、塔板主要结构参数的计算，完成了精馏塔的主体工艺设计；并对塔的操作稳定性及主要影响因素进行了分析与讨论。设计结果表明，所设计的筛板精馏塔能够满足指定的分离要求，且具有较好的经济性和操作弹性。本报告的设计过程和结果可为类似物系的精馏分离设计提供参考。

一、引言

精馏是化工生产中实现混合物分离最常用的单元操作之一，其利用混合物中各组分挥发度的差异，通过多次部分汽化和部分冷凝，使各组分得以有效分离。精馏塔作为精馏过程的核心设备，其设计的合理性直接关系到分离效果、能耗及操作成本。本课程设计旨在通过对特定物系的精馏塔设计，巩固和深化化工原理课程中所学的理论知识，培养工程设计能力和分析解决实际问题的能力。

二、设计任务与条件

2.1设计任务

分离某乙醇-水混合液，要求得到符合质量标准的塔顶产品（乙醇）和塔底产品（水）。

2.2设计条件

*原料液处理量：中等规模（具体数值根据教学要求设定，此处略）。

*原料液组成：乙醇的摩尔分数为某值（具体数值根据教学要求设定，此处略，下同）。

*塔顶产品组成：乙醇的摩尔分数不低于某值。

*塔底产品组成：乙醇的摩尔分数不高于某值。

*操作压力：常压。

*进料热状况：泡点进料（或根据设计要求选择其他进料状况，如饱和蒸汽进料、气液混合进料等，并说明选择依据）。

*塔板类型：筛板塔（或其他类型，如浮阀塔、泡罩塔，并简述选择理由，如筛板塔结构简单、造价低、效率较高等）。

三、工艺流程简述与论证

3.1工艺流程简述

本设计采用连续精馏流程。原料液经预热至指定温度（根据进料热状况确定）后，由进料板进入精馏塔。塔底设有再沸器（本设计选用间接蒸汽加热式再沸器，如立式热虹吸式），将塔底液体部分汽化，产生的上升蒸汽作为塔内的气相回流。塔顶蒸汽进入冷凝器（本设计选用全凝器，冷凝液部分作为塔顶液相回流，其余作为塔顶产品采出）。塔底产品经冷却后送出。

3.2流程论证

*再沸器选择：热虹吸式再沸器利用塔内静压与再沸器内汽液混合物的密度差产生自然循环，无需泵输送，能耗较低，操作可靠，适用于中等规模的精馏塔。

*冷凝器选择：全凝器操作简单，易于控制塔顶温度和回流比，适用于对塔顶产品纯度要求较高的场合。

*是否需要侧线采出：根据设计任务，仅需塔顶和塔底两个产品，故无需侧线采出。

*辅助设备：原料预热器的设置可充分利用系统余热或采用低压蒸汽加热，提高进料温度，减少再沸器热负荷；产品冷却器用于降低产品温度，便于储存和输送。

四、塔设备工艺计算

4.1物料衡算

4.1.1基础数据

*乙醇-水体系在常压下的气液平衡数据（列出关键组成下的平衡温度及气液相组成，或提供平衡相图）。

*各组分在操作温度下的密度、粘度、表面张力、比热容、汽化潜热等物性数据（可通过手册查取或估算）。

4.1.2全塔物料衡算

设：

*F：原料液流量，kmol/h

*D：塔顶产品流量，kmol/h

*W：塔底产品流量，kmol/h

*x_F：原料液中易挥发组分（乙醇）的摩尔分数

*x_D：塔顶产品中易挥发组分的摩尔分数

*x_W：塔底产品中易挥发组分的摩尔分数

则有：

总物料衡算：F=D+W

易挥发组分衡算：Fx_F=Dx_D+Wx_W

联立求解，可得D和W。

4.1.3精馏段与提馏段物料衡算

在确定回流比后进行。

4.2理论塔板数的确定

4.2.1回流比的确定

*最小回流比(R_min)：根据进料状况和相平衡关系确定。对于泡点进料，可通过作图法（在平衡相图上，由(x_D,x_D)作平衡线的切线，或由进料线与平衡线的交点求得）或解析法（适用于相对挥发度近似为常数的体系）计算。

*操作回流比(R)：通常取R=(1.1~2.0)R_min。本设计中，考虑到操作弹性和塔板效率，选取R=1.5R_min（或其他合理倍数，并说明选择理由，如综合考虑分离要求、能耗、设备投资等因素）。

4.2.2理论塔板数的计算（以逐板计算法为例，或采用图解法）

*相平衡方程：对于二元理想物系，y=αx/[1+(α-1)x]，其中α为相对挥发度（取塔顶、进料、塔底平均相对挥发度，或分段计算）。

*精馏段操作线方程：y=(R/(R+1))x+x_D/(R+1)

*提馏段操作线方程：需结合进料热状况（q值）计算，形式为y=[L/V]