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1、精选资料前言4第一章 设计方案的确定61.1精馏分离的原理、依据61.2确定设计方案的原则71.3设计方案的确定及流程说明71.3.1 操作压力71.3.2 进料状态71.3.3 加热、冷却方式81.3.4 冷却剂与出口温度91.3.5 热能的利用91.3.6 工艺流程说明10第二章 板式精馏塔的工艺计算10引言102.1物性数据112.1.1 关键组分112.1.2 进料及塔顶、塔底产品的摩尔分率112.1.3 平均分子量112.1.4 常压下乙醇水系统txy数据122.1.5 塔温度的确定132.2最小回流比Rmin和操作回流比R的确定142.2.1 最小回流比Rmin的确定142.2.2
2、 操作回流比R的选定142.3物料衡算及操作线方程152.3.1.全塔物料衡算152.3.2 .操作线方程162.4塔板数计算（直角梯级图解法）162.4.1 理论塔板数的计算162.4.2 全塔效率的估算172.4.3 实际塔板数N确定18第三章 板式塔主要尺寸设计计算18引言183.1 初选塔板间距193.2物性数据计算203.2.1 操作压力203.2.2 温度 213.2.3 平均摩尔质量213.2.4 平均密度 223.2.5 液体表面张力 233.2.6 液体粘度 233.3气液负荷计算243.31精馏段气液负荷243.3.2 提馏段气液负荷计算243.4主要工艺尺寸计算253.4
3、.1塔径253.4.2 精馏塔有效高度的计算263.4.3 溢流装置的确定273.4.4塔板布置283.4.5浮阀数目击者及排列29第四章 流体力学校核314.1以精馏段为例314.1.1气相通过浮塔板的压力降314.1.2液泛的验算324.1.3雾沫夹带的验算334.1.4漏液验算334.1.5塔板负荷性能图354.2以提馏段为例364.2.1气相通过浮塔板的压力降364.2.2液泛的验算374.2.3雾沫夹带的验算374.2.4漏液验算384.2.5塔板负荷性能图394.3操作负荷性能图414.3.1负荷性能图414.3.2 操作弹性42第五章 板式塔的结构设计435.1总体结构435.1
4、.1塔顶空间HD435.1.2人孔数目及尺寸确定435.1.3塔底空间HB445.1.4塔体总高度445.1.5塔板结构445.2热量衡算455.2.1加热蒸汽用量的计算455.2.2冷却水用量计算465.3 塔主要接管尺寸计算465.3.1塔顶蒸汽出口管径465.3.2回流液管径475.3.3加料管径475.3.4釜液排出管径475.3.5饱和水蒸气管径475.4塔顶回流冷凝器485.5蒸汽喷出器58后记49参考文献：52 前言塔设备是炼油、化工、石油化工等生产中广泛应用的气液传质设备。根据塔内气液接触部件的结构型式，可分为板式塔和填料塔。板式塔为逐级接触型气液传质设备，其种类繁多，根据塔板
5、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。其内部设置一定数目的塔板，气体以鼓泡或喷射形式穿过板上液层进行质热传递，气液相组成呈阶梯变化。填料塔内装有一定高度的填料层，液体自塔顶沿填料表面下流，气体逆流向上（也有并流向下者）与液相接触进行质热传递，气液相组成沿塔高连续变化，属微分接触操作过程。工业上对塔设备的主要要求是：（1）生产能力大，不致发生大量的雾沫夹带、拦液或液泛等破坏操作的现象；（2）传热、传质效率高；（3）气流的摩擦阻力小，将大大节省动力消耗，从而降低操作费用；（4）操作稳定，适应性强，操作弹性大；（5）结构简单，材料耗用
6、量少；（6）制造安装容易，操作维修方便。（7）还要求耐腐蚀、不易堵塞等。板式塔大致可分为两类：（1）有降液管的塔板，如泡罩、浮阀、筛板、导向筛板、新型垂直筛板、蛇形、S型、多降液管塔板；（2）无降液管的塔板，如穿流式筛板（栅板）、穿流式波纹板等。工业应用较多的是有降液管的塔板，如浮阀、筛板、泡罩塔板等。本次设计主要是浮阀板式塔的设计。 F-1型 V-4型 A型十字架型 方形浮阀图2 浮阀塔板本设计书介绍的是板式塔的设计，其中包括设计方案的确定、塔主要设备的工艺设计计算、辅助设备的选型、工艺流程图意见主要设备的工艺条件图等几大内容。本设计主要用于分离酒精和水的混合物，利用板式塔将其进行精馏分离。
7、精馏所进行的是精馏所进行的是气(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)、液两相得到充分的接触，以达到较高的传质效率。在本设计过程中，严格按照常用数据算图，化工设备常用材料性能以及化工图例国标规定进行设计，同时查阅了大量的有关资料。每一步的计算都严格按照化工原理课程设计一书中的公式进行计算，并经过核对与验算，基本上可行，经济上有一定的合理性。由于本人能力水平有限，设计书中难免会存在不完善的地方，我诚恳地希望老师批评改正，让我更进一步的努力。第一章 设计方案的确定1.1精馏分离的原理、依据 精馏是多级分离过程，即同时进行多次部分汽化和部分冷凝的过程，
8、因此可使混合液得到几乎完全的分离，精馏可视为有多次蒸馏演变而来的。混合液中组分间挥发度差异是精馏分离的前提和依据。1.2确定设计方案的原则确定设计方案总的原则是在可能的条件下，尽量采用科学技术上的最新成就，使生产达到技术上最先进、经济上最合理的要求，符合优质、高产、安全、低消耗的原则。为此，必须具体考虑如下几点：(1) 满足工艺和操作的要求所设计出来的流程和设备，首先必须保证产品达到任务书上规定的要求，而且质量要稳定，这就要求各流体流量和压头稳定，入塔料液的温度和状态稳定。其次，设计方案需要有一定的操作弹性，各处流量应能在一定范围内进行调节，必要时传热量也可进行调整。因此，在适当的位置安装调节
9、阀门，在管路中安装备用支线。计算传热面积和选取操作指标时，也应考虑到生产上的可能波动。再次，要考虑必需装置的仪表位置，以便能通过这些仪表来观测生产过程是否正常，从而帮助找出不正常的原因。(2) 满足经济上的要求 要节省热能和电能的消耗，减少设备及基建费用。比如在精馏过程中适当地利用塔顶、塔底的废热，就能节约很多生蒸汽和冷却水，也能减少电能消耗。又如冷却水出口温度的高低，一方面影响到冷却水用量，另方面也影响到所需传热面积的大小，即对操作费和设备费都有影响。同样，回流比的大小对操作费和设备费也有很大影响。因此在设计时，是否合理利用热能，采用哪种加热方式，以及回流比和其他操作参数是否选得合适等，均要
10、作全面考虑，力求总费用尽可能低一些。而且，应结合具体条件，选择最佳方案。(3)满足安全生产的要求酒精属易燃物料，如果其蒸气在车间扩散，一碰到火花就可能发生爆炸。分离酒精的版式塔是在常压下操作的，塔内压力过大或塔骤冷而产生真空，都会使塔受到破坏，因而需要安全装置。以上三项原则在生产中都是同样重要的。但在化工原理课程设计中，对第一个原则应作较多的考虑，对第二个原则只作定性的考虑，而对第三个原则只要求作一般的考虑。1.3设计方案的确定及流程说明 确定设计方案是指确定整个精馏装置的流程、各种设备的结构型式和某些操作指标。例如组分的分离顺序、塔设备的型式、操作压力、进料热状态、塔顶蒸汽的冷凝方式、余热利
11、用方案以及安全、调节机构和测量控制仪表的设置等。下面结合课程设计的需要，对某些问题作些阐述。1.3.1 操作压力精馏操作通常可在常压、加压和减压下进行。确定操作压力主要根据所处理物料的性质，兼顾技术上的可行性和经济上的合理性进行考虑。对于沸点低、常压下为气态的物料（如酒精）必须在加压下进行精馏。加压可提高平衡温度，有利于塔顶蒸气冷凝热的利用，或者可以使用较便宜的冷却剂，减少冷凝、冷却费用。在相同塔径下还可以提高塔的处理能力，不过会增加塔身的壁厚，导致设备费用增加；同时也提高再沸器的温度，使组分间的相对挥发度降低，回流比或塔高增加，导致操作费用或设备费用增加。由于乙醇水体系对温度的依赖性不强，常
12、压下为液态，为降低塔的操作费用，本设计操作压力选为常压，其中塔顶压力为，单板的压强降为。1.3.2 进料状态从精馏原理上看，要使回流充分发挥作用，全部冷量应由塔顶加入，全部热量应由塔底加入。那么，原料不应作任何预热，前道工序的来料状态就是热料状态。进料热状态以进料热状况参数q表达。进料状态有5种，可用进料状态参数q值来表示。进料为过冷液体：q1；饱和液体（泡点）：q1；气、液混合物：0q1；饱和蒸气（露点）：q0；过热蒸气：q0。在实际设计问题中应考虑操纵者费用和设备费用问题，还要考虑操作平稳等多种因素，较多的是将料液预热到泡点或接近泡点才送入精馏塔中，这样进料温度不致受季节气温的影响。而且，
13、精馏段和提留段的上升蒸气量接近，塔径可以相同，为设计和制造上提供了方便。有时为了减少再沸器的热负荷，可在料液预热时加入更多的热量，甚至采用 饱和蒸汽进料。必须注意的是，在实际设计中进料状态与总费用、操作调节方便与否有关，还与整个车间的 安排有关，须从整体上综合考虑。1.3.3 加热、冷却方式精馏塔通常设置再沸器，采用间接蒸汽加热，以提供足够的热量。若待分离的物系为某种轻组分和水的混合物，往往可采用直接蒸汽加热，把蒸汽直接通入塔釜以汽化釜液。这样，利用压力较低的蒸汽加热；在釜内只须安装鼓泡管，不须安置庞大的传热面。这样，可节省一些操作费用和设备费用。但在塔顶轻组分回收率一定时，蒸汽的不断通入对塔
14、底溶液起了稀释作用，塔底残液中易挥发组分的浓度降低，因而塔板数稍有增加。但对于在酒精与水混合液的分离，浓度稀薄时溶液的相对挥发度很大，所增加的塔板数不多，此时采用直接蒸汽加热是合适的。若釜液粘度很大，用间壁式换热器加热困难，此时用直接蒸汽可以取得很好的效果。在某些流程中为了充分利用低能位的能力，在提留段的某个部位设置中间再沸器。这样设备费用虽然略有增加，但节约了操作费用，可获得很好的经济效益。对于高温下易变质、结焦的物料液可采用中间再沸器以减少塔釜的加热量。本设计采用的冷却方式为全凝器冷却。1.3.4 冷却剂与出口温度冷却剂的选择由塔顶蒸汽温度决定。如果塔顶蒸汽温度低，可选用冷冻盐水或深井水作冷却剂。如果能用常温水作冷却剂，是最经济的。水的入口温度由气温决定，出口温度由设计者确定。冷却水出口温度取得高些，冷却剂的消耗可以减少，但同时温度差较小，传热面积将增加。冷却水出口温度的选择由当地水资源确定，但一般不宜超过50，否则溶于水中的无机盐将析出，生成水垢附着在换热器的表面而影响传热。本设计中水和酒精的分离选用常温水作冷却剂，出口温度控制在30-45。1.3.5 热能的利用精馏是工业上应用最广的分离操作，消耗大量能量。减少精馏操作的能耗，一直是工业实践和科学研究的热门课题。应用高效换热
