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1、（一）（一） 设计题目设计题目 乙醇水二元物系筛板式精馏塔的设计 （二）设计条件（二）设计条件 常压： P=1atm 处理量：100kmol/h 进料组成：0.45 馏出液组成：0.88 釜液组成：0.12 塔顶设全凝器，泡点回流 加料热状况：q=0.98 回流比 min )0 . 21 . 1 (RR 单板压降 0.7kPa （三）设计内容（三）设计内容 (1)精馏塔塔体工艺设计，包括物料衡算、热量衡算、筛板塔的设计计算 (2)绘制带控制点的工艺流程图、精馏塔设计条件图。 (3)撰写精馏塔的设计说明书。 目目 录录 化工原理单元设计任务书.2 第一章 前言.1 1.1 精馏原理及其在工业生产
2、中的应用.1 1.2 精馏操作对塔设备的要求.1 1.3 常用板式塔类型及本设计的选型.2 1.4 本设计所选塔的特性.3 第二章 精馏塔的工艺设计.5 2.1 全塔物料衡算.5 2.2 温度计算.5 2.3 气相组成计算.6 2.4 摩尔组成计算.8 2.5 混合液体表面张力计算.8 2.6 平均相对挥发度的计算.13 2.7 精馏段和提馏段操作线方程.13 2.8 逐板法确定理论板数及进料位置.14 2.8.1 理论板数的计算14 2.8.2 实际塔板数及加料位置的计算16 2.9 全塔效率的计算.17 2.9.1 粘度计算17 2.9.2 板效率计算17 第三章热量衡算 .19 3.1
3、加热器热负荷及全塔热量衡算.19 3.2 热量衡算.20 第四章 精馏塔的主要工艺尺寸的计算.21 4 .1 体积流量的计算21 4.2 塔径的计算.22 4.3 溢流装置的计算22 4.3.1 堰长.22 W l 4.3.2 溢流堰高度22 4.3.3 弓形降液管宽度和截面积23 d W f A 4.3.4 降液底隙高度24 4.4 塔板布置.25 4.4.1 边缘区宽度确定25 4.4.2 开孔区面积计算25 4.4.3 筛孔计算及其排列26 4.4.4 塔有效高度 Z（以精馏段为例.26 4.4.5 总高度计算26 第五章精馏塔立体力学计算.27 5.1 塔板压降.27 5.2 液面落差
4、.28 5.3 液沫夹带.29 5.4 漏液.29 5.5 液泛.30 第六章塔板负荷性能图.31 6.1 漏液线.31 6.2 液沫夹带线.32 6.3 液相负荷下限线.33 6.4 液相负荷上限线.34 6.5 液泛线.33 结束语.37 主要符号说明.38 附录 140 参考文献.41 化工单元设计教师评分表.42 摘要摘要 精馏是一种最常用的分离方法，它依据多次部分汽化、多次部分冷凝的原理来 实现连续的高纯度分离。本设计采用浮阀精馏塔，进行甲醇水二元物系的分离， 此设计针对二元物系的精馏问题进行分析、计算、核算、绘图，从而达到二元物系 分离的目的。精馏操作在化工、石油化工、轻工等工业生
5、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。 本设计是以乙醇-水物系为设计物系，以筛板塔为精馏塔设备分离乙醇和水。 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乙醇-水的精馏问 题进行分析，选取，计算，核算，绘图等，是叫完整的精馏设计过程。 通过逐板计算得出理论板 9 块， ，回流比为 1.3，算出塔效率为 0.45，实际板 数为 20 块，尽料位置为第 9 块，在板式塔主要工艺尺寸的设计计算中得出塔径为 1 米，通过筛板塔的流体力学验算，证明各指标数据交均符合标准。本次设计过程 正常，操作合适。
6、关键词：乙醇-水，精馏，筛板塔 AbstractAbstract Distillation is one of the most commonly used methods of separation, which is based on the principle of multiple partial condensation to achieve continuous high purity separation. The design uses float valve distillation column for the separation of methanol water tw
7、o yuan system, this design for the two element system of distillation column analysis, calculation, calculation, drawing, so as to achieve the purpose of two yuan. This design is in ethanol water system design, the sieve plate distillation tower equipment separation of ethanol and water. Sieve plate
8、 tower is the main gas liquid mass transfer in chemical production equipment, this design to solve the problem of binary system of ethanol - water distillation analysis, selection, calculation, accounting, drawing and so on is called a complete the process of distillation design. By plate calculated
9、 theoretical plate number 9, reflux ratio is 1.3, the calculated column efficiency of 0.45, the actual number of board for 20 blocks, as raw materials for the 9, tower diameter is 1 meter. By calculating the fluid mechanics of the sieve plate tower, Ming the indicator data of the cross are in line w
10、ith the standards could obtained in the design and calculation of the main process dimension of plate tower. The design process is the normal operation right. Keywords: ethanol - water distillation tray tower 1 第一章第一章 前言前言 1.1 精馏原理及其在工业生产中的应用精馏原理及其在工业生产中的应用 （1）精馏原理： 化工生产常需将液体混合物分离以达到提纯或回收有用组分的目的。分离互
11、溶 液体混合物有许多种方法，蒸馏是广泛应用的一种方法。液体具有挥发而成为蒸汽 的能力。各种液体的挥发能力不同，因此，液体混合物汽化后所生成的蒸汽组成与 原来液体的组成是有差别的，蒸馏就是藉液体混合物中各组分挥发性的差异而进行 分离的一种操作。 （2） 精馏应用： 在精馏时，共沸组分能以恒沸物的形式从精馏塔顶蒸出，工业上把这种操作称 为恒沸精馏。恒沸精馏的过程中，所加入的共沸组分必须从塔顶蒸出，而后冷凝分 离，循环使用。因而恒沸精馏消耗的能量（包括汽化共沸剂的热量和输送物料的电 能）较多。恒沸精馏生产无水酒精有很大的优点。作为塔底产品的乙醇(无水酒精) 并不汽化,要分出的水只占料液的极小部分,又
12、不需要很大的回流比,故汽化量(三元 共沸物)相对较小。三元恒沸物的冷凝液分为轻重两相,夹带剂易于分离,循环利用。 质量进一步提高.所示的工艺适于生产质量要求不高,只对酒精度有严格要求的产品。 用该法生产的无水酒精,可广泛应用于化学、医学、医药、电子、化妆品等行业。 也适用于汽油醇等方面。 1.2 精馏操作对塔设备的要求精馏操作对塔设备的要求 精馏所进行的是气液两相之间的传质，而作为气液两相传质所用的塔设备，首 先必须要能使气液两相得到充分的接触，以达到较高的传质效率。但是，为了满足 工业生产和需要，塔设备还得具备下列各种基本要求： （1）气液处理量大，即生产能力大时，仍不致发生大量的雾沫夹带、
13、拦液或液泛 等破坏操作的现象。 （2）操作稳定，弹性大，即当塔设备的气液负荷有较大范围的变动时，仍能在较 高的传质效率下进行稳定的操作并应保证长期连续操作所必须具有的可靠性。 2 （3）流体流动的阻力小，即流体流经塔设备的压力降小，这将大大节省动力消耗， 从而降低操作费用。对于减压精馏操作，过大的压力降还将使整个系统无法维持必 要的真空度，最终破坏物系的操作。 （4）结构简单，材料耗用量小，制造和安装容易。 （5）耐腐蚀和不易堵塞，方便操作、调节和检修。 （6）塔内的滞留量要小。 实际上，任何塔设备都难以满足上述所有要求，况且上述要求中有些也是互相矛盾 的。不同的塔型各有某些独特的优点，设计时
14、应根据物系性质和具体要求，抓住主 要矛盾，进行选型。 1.3 常用板式塔类型及本设计的选型常用板式塔类型及本设计的选型 常用板式塔可分为泡罩塔、筛板塔、浮阀塔。 泡罩塔:塔板上开有若干个孔，孔上焊有短管作为上升气体的通道，称为升气管。 短管上覆以泡罩，泡罩下部周边开有许多齿缝，齿缝一般有矩形，三角形及梯形三 种，常用的是矩形；泡罩在塔板上依等边三角形排列。 操作时，液体横向流过塔板，靠溢流堰保持塔板上有一定厚度的流动液层，齿 缝浸没于液层之中而形成液封。上升气体通过齿缝进入液层时，被分散成许多细小 的气泡或流股，在板上形成了鼓泡层和泡沫层，为气液两相提供了大量的传质界面。 在泡罩塔板上由于有升
15、气管，即使在很低的气速下操作，也不至于产生严重的 漏液现象，当气液负荷有较大波动时，仍能保持稳定操作，塔板效率不变，即操作 弹性较大；塔板不易堵塞，适用于处理各种物料。其缺点是结构复杂、造价高；气 体流径曲折，塔板压降大，生产能力及板效率较低。 筛板塔：塔板上开有许多均布的筛孔，孔径一般为 38mm，筛孔在塔板上作 正三角形排列。 操作时，液体横向流过塔板，靠溢流堰，使板上能维持一定厚度的液层，上升 气流通过筛孔分散成细小的流股，在板上液层中鼓泡而出，气液间密切接触而进行 传质。在正常操作气速下，通过筛孔上升的气流，应能阻止液体经筛孔向下泄漏。 筛板的优点是结构简单，造价低；板上液面落差小，气
16、体压降低，生产能力较 大；气体分散均匀，传质效率较高。其缺点是筛孔易堵塞，不宜处理易结焦、粘度 大的物料。 3 浮阀塔：浮阀塔坂上开有若干标准孔径为 39mm 的孔，每个孔上装有一个可 以上下浮动的阀片。目前国内已采用的浮阀有五种，但最常用的型式为 F1 型、V- 4 型及 T 型。阀片本身有三条“腿”，插入孔后将各腿底脚扳转 90角 ，用以限制阀 片在板上升起的最大高度(8.5mm)；阀片周边又冲出三块略向下弯的定距片，当气 速很低时，靠这三个定距片使阀片与塔板呈点接触而坐落在阀孔上，阀片与塔板间 始终保持 2.5mm 的开度供气体均匀地流过，避免了阀片启闭不匀的脉冲现象，阀 片与塔板的点接触也可防止停工后阀片与板面粘结。 操作时，由阀孔上升的气流，经过阀片与塔板间的间隙与板上横流的液体接触。 浮阀开度随气体负荷而变。在低气量时，开度较小，气体仍能以足够的气速通过缝 隙，避免过多的漏液；在高气量时，阀片自动浮起，开度增大，使气速不致过大。 浮阀塔板的优点是结构简单、制造方便、造价低；塔板开孔率大，生产能力大； 由于阀片可随气
