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1、目录摘 要1Abstract2绪 论3第一章 设计原则与步骤41.1 设计任务41.2 设计原则41.3 设计步骤5第二章 精馏塔工艺设计62.1产品流量和组成的确定62.2塔板数的确定72.2.1进料线方程的确定72.2.2操作线方程82.2.3理论塔板数求解82.2.4实际板数的求取92.3精馏塔主体尺寸的计算102.3.1相关参数和物性数据计算102.3.2塔径的计算122.3.3精馏塔有效高度的计算142.3.4填料塔高度的计算142.4 塔板主要工艺尺寸的计算152.4.1溢流装置计算152.4.2 筛孔数目、筛孔排列及塔板布置162.5塔板流体力学验算172.5.1单板压降172.
2、5.2液面落差182.5.3雾沫夹带192.5.4漏液192.5.5液泛192.6塔板负荷性能图202.6.1精馏段塔板负荷性能图202.6.2提馏段塔板负荷性能图22第三章 辅助设备263.1接管263.1.1进料管263.1.2回流管263.1.3塔顶蒸汽出口管263.1.4塔底出料管273.1.5塔顶蒸气出料管273.2换热器的计算283.2.1塔顶冷凝器设计：283.2.2塔底再沸器的选型303.2.3塔顶产品冷却器选型313.2.4塔底产品冷却器选型333.3储罐的选择343.4离心泵的选择343.4.4进料泵的选择343.4.2回流泵的选择35第四章 工艺流程36第五章 精馏塔的节
3、能设计375.1精馏塔节能概述375.2节能方案37第六章 设计结论40设计总结41致谢42参考文献43附录1 一般设计安全规范44附录2 设计过程中主要符号说明45附录3 Aspan软件模拟结果47摘 要精馏、吸收、解析作为典型的化工分离单元操作广泛用于液体混合物的分离，特别是在化工、石油化工、轻工等工业生产中占有重要的地位。本设计目标是进行低烃气体混合物的分离，根据要求选用筛板精馏塔，设计内容主要包含物料横算、塔板数确定、塔高塔径计算、流体力学验算、辅助设备设计及工艺流程图等六个部分。设计的主要参数为：塔高6.85米、塔径0.7米、5块理论板、全塔效率47%、11块实际板（不含再沸器）、第
4、6块板为加料板；通过干板压降、漏液、液泛、雾沫夹带的流体力学验算，塔板结构参数均满足设计要求；塔顶使用全凝器，部分回流。本设计在节能方面主要采用内部能量热集成方法，通过在进料板附近设计提馏段上升蒸汽压缩机和精馏段液体中间加热器，实现了热能的有效回收利用并减少塔底蒸汽用量。关键词：醋酸乙酯；醋酸丁酯；精馏；筛板塔；精馏塔节能1、 设备选型及典型设备设计1） 典型非标设备精馏塔/吸收塔的工艺设计，编制计算说明书。2） 典型标准设备换热器的选型设计，编制计算说明书。3） 其他重要设备的设计及选型说明。4） 编制设备一览表。AbstractAs a typical chemical separatio
5、n distillation unit operation was widely used in the separation of liquid mixtures especially in the chemical， petrochemical， light industry and other industrial production process.The design goal of this program are separation the mixture of ethyl acetate and butyl acetate. In this program, the sep
6、aration of sieve plate distillation column is used according to the design requirements. The main sections of the design include the material calculation，plate number of the tower, tower diameter calculation， checking of fluid dynamics，design of affiliated equipment and flow chart of six parts. The
7、height of the tower is 6.85 m and the diameter of the tower is 0.7 m. It needs five theoretical plates to separate the mixture and the whole tower efficiency is 47%. It should have 11 actual plates (excluding the reboiler) and the sixth tray is the feeding tray. According to the fluid checking calcu
8、lation of the pressure drop， leakage， flooding， and entrainment，it can be demonstrated that the tray structure parameters satisfy the design requirements completely. The full condenser and part of reflux are used in top of the tower. The method of internal energy saving heat integration method is th
9、e main design in this program. The results shows the energy saving method is effective.Keywords：ethyl acetate; butyl acetate; distillation; sieve column; distillation energy绪 论化工生产中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。互溶液体混合物的分离有多种方法例如精馏、萃取、膜分离等，其中精馏是最为常用。精馏所进行的是气(汽)、液两相之间的传质，而作为气(汽)、液两相传质所用的塔设备，首先必须要能使气(汽)、
10、液两相得到充分的接触，以达到较高的传质效率。气液传质设备主要分为板式塔和填料塔两大类。精馏操作既可采用板式塔，也可采用填料塔，板式塔为逐级接触型气液传质设备，其种类繁多，根据塔板上气液接触元件的不同，可分为泡罩塔、浮阀塔、筛板塔、穿流多孔板塔、舌形塔、浮动舌形塔和浮动喷射塔等多种。板式塔在工业上最早使用的是泡罩塔(1813年)、筛板塔(1832年)，其后，特别是在本世纪五十年代以后，随着石油、化学工业生产的迅速发展，相继出现了大批新型塔板，如S型板、浮阀塔板、多降液管筛板、舌形塔板、穿流式波纹塔板、浮动喷射塔板及角钢塔板等。一般而论，板式塔的空塔速度较高，因而生产能力较大，塔板效率稳定，操作弹
11、性大，且造价低，检修、清洗方便，故工业上应用较为广泛。目前从国内外实际使用情况看，筛板塔的应用越来越广泛，主要是因为它具有：(1) 结构比浮阀塔更简单，易于加工，造价约为泡罩塔的60，为浮阀塔的80左右。(2) 处理能力大，比同塔径的泡罩塔可增加1015。(3) 塔板效率高，比泡罩塔高15左右。(4) 压降较低，每板压力比泡罩塔约低30左右。同时，筛板塔也存在一定的缺陷，主要表现在：(1) 塔板安装的水平度要求较高，否则气液接触不匀。(2) 操作弹性较小(约23)。(3) 小孔筛板容易堵塞。 第一章 设计原则与步骤 1.1 设计任务醋酸乙酯是一种用途广泛的精细化工产品，具有优异的溶解性、快干性
12、，用途广泛，是一种非常重要的有机化工原料和极好的工业溶剂。其主要用途有：作为工业溶剂，用于涂料、粘合剂、乙基纤维素、人造革、油毡着色剂、人造纤维等产品中；作为粘合剂，用于印刷油墨、人造珍珠的生产；作为提取剂，用于医药、有机酸等产品的生产；作为香料原料，用于菠萝、香蕉、草莓等水果香精和威士忌、奶油等香料的主要原料。醋酸丁酯广泛用于聚氯酯漆、丙烯酸树酯漆、硝基漆、过氧乙烯漆等稀释剂；在日光灯中萤光粉粘合剂，涂饰剂生产中作溶剂；在医药工业中可作生产红霉素的有机溶剂；还用作樟脑、矿油、油脂、合成树脂、天然及合成橡胶、照相软片、香料等的良好溶剂。本设计任务为分离醋酸乙酯-醋酸丁酯混合物。对于二元混合物的
13、分离，采用连续精馏流程。设计中采用60进料，将原料液送入精馏塔内。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。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。 1.2 设计原则总的原则是尽可能多地采用先进的技术，使生产达到技术先进、经济合理的要求，符合优质、高产、安全、低能耗的原则，具体考虑以下几点。 满足工艺和操作的要求 所设计出来的流程和设备能保证得到质量稳定的产品。由于工业上原料的浓度、温度经常有变化，因此设计的流程与设备需要一定的操作弹性，可方便地进行流量和传热量的调节。设置必需的仪表并安装在适宜部位，以便能通过这些仪表来观测和控制生
14、产过程。 满足经济上的要求 要节省热能和电能的消耗，减少设备与基建的费用，如合理利用塔顶和塔底的废热，既可节省蒸汽和冷却介质的消耗，也能节省电的消耗。回流比对操作费用和设备费用均有很大的影响，因此必须选择合适的回流比。冷却水的节省也对操作费用和设备费用有影响，减少冷却水用量，操作费用下降，但所需传热设备面积增加，设备费用增加。因此，设计时应全面考虑，力求总费用尽可能低一些。 保证生产安全 生产中应防止物料的泄露，生产和使用易燃物料车间的电器均应为防爆产品。塔体大都安装在室外，为能抵抗大自然的破坏，塔设备应具有一定刚度和强度。 1.3 设计步骤本次设计主要是针对醋酸乙酯-醋酸丁酯二元液体混合物系
15、的分离，由于分离要求非常高，因此选用精馏操作来实现该任务。根据对工业生产中各种常见板式塔的特点进行分析和设计任务的要求，本设计选用筛板精馏塔。一般的精馏装置包括精馏塔、再沸器、冷凝器、釜液冷却器、产品冷却器及回流泵等设备。精馏的原理是多次部分汽化与多次部分冷凝，因此在设计和操作过程中，充分考虑热量的利用是经济生产的关键。一般情况下，热量自塔釜输入，由冷凝器和冷却器中的冷却介质将余热带走。在此过程中，热能利用率很低，如何选用高效节能、投资低的节能工艺是设计的关键。具体设计步骤如图所示：塔板数确定确定设计方案塔高和塔径计算产品流量和组成确定流体力学验算附属设备计算选型设计说明书和绘图图1-2 设计步骤第二章 精馏塔工艺设计2.1产品流量和组成的确定已
