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1、目录第一章 绪 论 1第二章 塔板的工艺设计 22.1 精馏塔全塔物料衡算 22.2 常压下乙醇-水气液平衡组成（摩尔）与温度关系2表1 22.4 混合物的粘度 72.5.相对挥发度82.6.气液相体积流量计算82.7 理论塔板的计算 92.8 塔径的初步计算 112.9 溢流装置 122.9.1 堰长1.2.2.9.2 弓形降液管宽度和横截面积1.32.9.3 降液管底隙高度1.3.2.10塔板布置及浮阀数目与排列 132.10.1 塔板分布1.3.2.10.2 浮阀数目与排列1.3.第三章 塔板的流体力学计算 163.1 气相通过浮阀塔板的压降 163.2 淹塔 173.3 雾沫夹带 17
2、3.4 塔板负荷性能图 18第四章 塔附件设计 244.1 接管 244.2 简体与封头 254.3 除沫器 254.4 裙座 264.5 吊柱 264.6 人孔 26第五章 塔总体高度的设计 28第六章 塔附属设备设计 296.1 确定冷凝器的热负荷 296.2 冷凝器的选择 29参考文献 30结束语错误!未定义书签。（一）设计题目乙醇-水连续精馏塔的设计（二）设计任务及操作条件1）进精馏塔的料液含乙醇50%，其余为水（质量分数，下同），其余为水；2）产品的乙醇含量不得低于92%；3）残液中乙醇含量不得高于0.01%；4）每年实际生产时间：7200小时/年，处理量：5000吨/年；5）操作条
3、件）塔顶压力：1.03atm（绝对压强）b）进料热状态：泡点进料c）回流比：R=5 d）加热方式：直接蒸汽 e）单板压降：75mm液柱（三）板类型浮阀塔（四）设计内容1、设计说明书的内容1）精馏塔的物料衡算；2）塔板数的确定；3）精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算；4）精馏塔的塔体工艺尺寸计算；5）塔板主要工艺尺寸的计算；）塔板的流体力学验算；7）塔板负荷性能图；8）精馏塔接管尺寸计算；9）设计结果汇总10） 对设计过程的评述和有关问题的讨论。2、设计图纸要求绘制生产工艺流程图（选作）；注:常压下乙醇-水气液平衡组成与温度的关系见课程设计教材附录（105页）第一章 绪 论塔设备是炼油、化工、
4、石油化工等生产中广泛应用的气液传质设备。根据塔 内气液接触部件的形式，可以分为填料塔和板式塔。板式塔属于逐级接触逆流操 作，填料塔属于微分接触操作。工业上对塔设备的主要要求：（1）生产能力大（2） 分离效率高（3）操作弹性大（4）气体阻力小结构简单、设备取材面广等。塔型的合理选择是做好塔设备设计的首要环节，选择时应考虑物料的性质、 操作的条件、塔设备的性能以及塔设备的制造、安装、运转和维修等方面的因素。 板式塔的研究起步较早，具有结构简单、造价较低、适应性强、易于放大等特点。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作， 在化工，炼油，石油化工等工业中得到广泛应用。精馏过程
5、在能量剂驱动下（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的挥 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。根据生产上的不同要求，精馏操作可以是连续 的或间歇的，有些特殊的物系还可采用衡沸精馏或萃取精馏等特殊方法进行分 离。本设计的题目是乙醇-水连续精馏浮阀塔的设计，即需设计一个精馏塔用来 分离易挥发的乙醇和不易挥发的水，采用连续操作方式，需设计一板式塔将其分 离。设计方案简介本次课程设计的任务是设计分离乙醇-水的精馏塔，塔型选为浮阀塔，因为 筛 板塔与浮阀塔相比，浮阀塔有降液槽和溢流堰，气体顶开浮阀上升与塔
6、盘上液体 接触，传质在塔盘上进行，液体通过降液槽下降，其操作弹性较大。本设计任务为分离乙醇-水混合物，进料为饱和液体进料，操作压力是一个大 气压。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，其余部分经产品冷却器冷却后送至储罐。第二章 塔板的工艺设计2.1 精馏塔全塔物料衡算F：原料液流量（kmol/h）D：塔顶产品流量（kmol/h）W：塔底残液流量（kmol/h）x：原料组成（摩尔分数，下同）Fx：塔顶组成Dx :塔底组成W0.50/46.07塔顶组成：xD0.92/
7、46.07=0.92/46.07+0.08/18.02 =0.818=81.8%塔底组成：0.0001/46.07x = =3 91 X 10-5W 0.0001/46.07+0.9999/18.02进料平均分子量：M=46.07X0.281+18.02X0.719=25.90kg/mol进料量：F=5 x 1067200 x 25.90=26.813kmol/h原料乙醇组成：xf=0.50/46.07+0.50/18.02 =0.281=28.1%物料衡算式为：F=D+WFx =Dx +WxFDW联立代入求解：D= 9.21kmol/h W=17.603kmol/h2.2 常压下乙醇-水气液
8、平衡组成（摩尔）与温度关系表1温度/c乙醇（摩尔分数）/%温度/c乙醇（摩尔分数）/%温度/c乙醇（摩尔分数）/%液相气相液相气相液相气相1000082.723.3754.4579.357.3268.4195.51.9017.0082.326.0855.8078.7467.6373.8589.07.2138.9181.532.7358.2678.4174.7278.1586.79.6643.7580.739.6561.2278.1589.4389.4385.312.3847.0479.850.7965.6484.116.6150.8979.751.9865.99温度计算 利用表中数据由插值法可
9、求得t、t、t.FDW进料温度：26083=2&8得代.祇 平均气相组成 y : y =生子=0.8379 + 0.5684 =0.7032=70.32%塔顶温度：78.41 - 78.1574.72 89.43t - 78.41D81.8 - 74.72得 t =78.28CD塔底温度：100-95.501.90Ofc 得叮99.99。精馏段平均温度:- t+t82.06 + 78.28 ct 二=80.17 C1 2 2提馏段平均温度:- t+t82.06 + 99.99 O1t 二=91.025 C2 2 2密度计算已知：混合液密度一二+ -b （a为质量分数） Pa-a -bTPM 混
10、合气密度:PV=22 4TP （ M为平均分子量）0进料温度：t =82.06CF气相组成y :F82.3 - 81.555.80 - 59.2682.3 - 82.0655.80 -100yp得 y =56.84%F塔顶温度：t =78.28CD78.41-78.15气相组成 yD: 78.15-89.4378.28-78.15得 y =83.DD塔底温度：t =99.99CW气相组成y :W100-95.50-17.00100-99.990-100yW得 y =0.0378%W精馏段x+x平均液相组成x1：x1=h =0.818+0.2812=0.5495=54.95%1 1 2 2液相平
11、均分子量M :L1M =46.07X0.5495+18.02X (l0.5495)=33.43kg/kmolL1气相平均分子量M:V1M =46.07X0.7032+18.02X (l0.7032)=37.74kg/kmolV1提馏段平均液相组成x :2x=(x+x)/2=(0.00003912+0.281)/2=0.1405=14.05%2 W F平均气相组成y :2y=(y+y)/2=(0.000378+0.5684)/2=0.2844=28.44%2 W F液相平均分子量M :L2M =46.07X0.1405+18.02X (l0.1405)=21.96kg/kmolL2气相平均分子量
12、M:V2M =46.07X0.2844+18.02X (l0.2844)=25.60kg/kmolV2由不同温度下乙醇和水的密度表2温度/cp (kg/m3)1p (kg/m3)2温度/cp (kg/m3)1p (kg/m3)280735971.895720961.8585730968.6100716958.490724965.3求得在进料温度t和塔顶温度t下乙醇(p )和水(p )的密度FD12叮8.17c 吕=，P73483kg灯185 - 80968.6 - 971.880.17 - 80p =971.69 kg/m32同理：t =91.025C,p =723.036kg/m3, p=9
13、64.59 kg/m32 1 2在精馏段1x 二 TpL1X46.07/ M_ i-46.07- 05495x4607/3343 +1 一 07573L1+p1p2734.83971.69液相密度：p =781.037 kg/m3L1气相密度：273.15Mp 二ViVi 22.4X (273.15+1 )i273.15 x 37.7422.4 x (273.15 + 80.17)=1.3025kg/m3在提馏段同理得液相密度： p =878.107 kg/m3L2气相密度： p =0.857 kg/m3V2同理得p =837.56 kg/m3p =739.93 kg/m3 p =975.16 kg/m3LDW2.3混合液体表面张力 二元有机物-水溶液表面张力可用下列各式计算公式：a 1 4Q 1 4 +* Q 1 4m sw w so 0注：_ X V申 w_w w x V +xV w w o oxVXTXTx V +xVswswsosoa 1 W qB lg woAB+QA lg-swIPsQ 0.441swsoTTTT1-a V2 3式中下角标W、o、s分别代表水、有机物及表面部分
