乙醇-水连续浮阀式精馏塔的设计方案
乙醇水连续浮阀式精馏塔的设计.doc
化工原理课程设计任务书一设计题目：乙醇－水连续浮阀式精馏塔的设计二任务要求设计一连续筛板浮阀精馏塔以分乙醇和水具体工艺参数如下：原料加料量 F＝100kmol/h＝273进料组成 xF馏出液组成 x＝0.831D＝0.012釜液组成 xw塔顶压力 p＝100kpa单板压降≤0.7 kPa2 工艺操作条件：常压精馏，塔顶全凝器，塔底间接加热，泡点进料，泡点回流。
三主要设计内容1、设计方案的选择及流程说明2、工艺计算3、主要设备工艺尺寸设计（1）塔径及提馏段塔板结构尺寸的确定（2）塔板的流体力学校核（3）塔板的负荷性能图（4）总塔高4、设计结果汇总5、工艺流程图及精馏塔工艺条件图目录3.3.3.204参考文献 (30)摘要本设计是以乙醇――水物系为设计物系，以浮阀塔为精馏设备分离乙醇和水。
浮阀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，是较完整的精馏设计过程。
通过逐板计算得出理论板数为16块，回流比为3.531,算出塔效率为0.518，实际板数为32块，进料位置为第11块，在板式塔主要工艺尺寸的设计计算中得出塔径为1米，有效塔高13.6米，浮阀数（提馏段每块76）。
通过浮阀塔的流体力学验算，证明各指标数据均符合标准。
本次设计过程正常，操作合适。
关键词：乙醇、水、二元精馏、浮阀连续精馏精馏塔、提馏段第1章前言1.1精馏原理及其在化工生产上的应用实际生产中，在精馏柱及精馏塔中精馏时，上述部分气化和部分冷凝是同时进行的。
对理想液态混合物精馏时，最后得到的馏液(气相冷却而成)是沸点低的B物质，而残液是沸点高的A物质，精馏是多次简单蒸馏的组合。
精馏塔底部是加热区，温度最高；塔顶温度最低。
精馏结果，塔顶冷凝收集的是纯低沸点组分，纯高沸点组分则留在塔底。
1.2精馏塔对塔设备的要求精馏设备所用的设备及其相互联系，总称为精馏装置，其核心为精馏塔。
常用的精馏塔有板式塔和填料塔两类，通称塔设备，和其他传质过程一样，精馏塔对塔设备的要求大致如下：一：生产能力大：即单位塔截面大的气液相流率，不会产生液泛等不正常流动。
化工原理水-乙醇连续精馏塔设计
【设计计算】（一）设计方案的确定本设计任务为分离乙醇和水的混合物。
对于二元混合物的分离，应采用常压下的连续精馏装置。
本设计采用泡点进料，将原料液经过预热器加热至泡点后送入精馏塔内，塔顶上升蒸汽采用全凝气冷凝，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后送入储罐。
该物系属不易分离物系，最小回流比较小，故操作回流比取最小回流比的1.6倍，塔釜采用直接加热蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。
（二）工艺计算1、物料衡算：原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数如下。
M A =46kg/kmol （乙醇） M B =18kg/kmol （水）x F =18/60.046/40.046/40.0+=0.21x D =18/08.046/92.046/92.0+=0.82又M F =M A ×x F +（1-x F ）×M B=46×0.21+(1-0.21)×18=23.88 M D =0.82×46+(1-0.82)×18=40.96 ∴ q n.D =18)82.01(4682.0)24330/(1078.1⨯-+⨯⨯⨯=55.48kmol/hη=F D x q x q F n D n ⨯⨯..=21.0.82.048.55⨯⨯F qn =0.99∴ q n.F =218.82kmol/hq n.D /q n.F =（x F -x W ）/(x D -x W )即 55.48/218.82=wwx x --82.021.0∴ x w =0.00295q n.F ×x F =q n.D +q n.w ×x w218.82×0.21=55.48×0.82+q n.w ×0.00295 ∴ q n.w =155.46kmol2、R min 的确定0.000.050.100.150.200.250.300.350.400.450.500.550.600.650.700.750.800.850.900.951.000.000.050.100.150.200.250.300.350.400.450.500.550.600.650.700.750.800.850.900.951.00yx24610246810图1乙醇—水体系为非理想体系，其平衡曲线有下凹部分，当操作线与q 线的交点尚未落在平衡线上之前，操作线已与平衡线相切，如图1。
乙醇_水精馏塔设计说明
乙醇_水精馏塔设计说明
1.设备选型
2.工艺流程
(1)加热阶段：将乙醇_水混合物加热到沸点，使其部分汽化，进入下一个阶段。
(2)蒸馏阶段：乙醇和水在塔内进行汽液两相的分离，高纯度的乙醇向上升腾，低纯度的水向下流动。
(3)冷凝阶段：将高纯度的乙醇气体冷凝成液体，便于收集和储存。
(4)分离阶段：将冷凝后的液体进一步分离，得到纯度较高的乙醇和水。
3.操作参数
(1)温度控制：加热阶段需要将混合物加热到适当的沸点，通常控制在80-100摄氏度。
而在蒸馏阶段，控制塔顶和塔底的温度差异，有助于提高分离效果。
(2)压力控制：塔的进料和出料口通常需要控制一定的压力，以保证流量的稳定。
(3)流量控制：塔内液体的流速对塔的操作效果有较大影响，需保持适当的流速，通常通过调节塔顶和塔底的流量或液位来实现。
4.塔的结构及内件设计
乙醇_水精馏塔的结构包括塔壳、进料装置、分离器、冷凝器、再沸器、集液器等。
其中，塔内需要配置一些内件，如填料和板式塔板等，以
提高传质和传热效果。
填料可采用金属或塑料材料，板式塔板可选用槽式、波纹式等不同形式。
通过合理配置和设计这些内件，提高乙醇_水分离效果。
综上，乙醇_水精馏塔的设计需要综合考虑设备选型、工艺流程、操
作参数以及塔的内部结构等因素。
通过合理的设计和选择，可以实现高效
分离乙醇和水的目的。
乙醇-水溶液连续精馏塔(浮阀塔)优化设计(内含主体设备装配图和带控制点工艺流程图)
目录精馏塔优化设计任务书 (1)正文前言 (2)1、乙醇—水溶液连续精馏塔优化设计 (3)1.1 操作条件 (3)1.2精馏流程的确定32、乙醇—水溶液连续精馏塔优化设计计算 (3)2.1 精馏塔全塔物料衡算 (3)2.2 物性参数计算 (4)2.2.1 温度的确定2.2.3 密度的计算2.2.4 混合液体表面张力的计算2.2.5 混合物的粘度2.2.6 相对挥发度2.3理论塔板数及实际塔板数的计算 (11)2.3.1 理论塔板数确定2.3.2 实际塔板数的确定2.4 热量衡算 (13)2.4.1 加热介质的选择2.4.2 冷却剂的选择2.4.3 比热容及汽化潜热的计算2.4.4 热量衡算2.5 塔径的初步设计 (16)2.5.1 汽液相体积流量的计算2.5.2 塔径的计算与选择2.6 溢流装置 (18)2.6.1 堰长2.6.2 弓形降液管的宽度和横截面2.6.3 移液管底隙高度2.7 塔板分布、浮阀数目与排列 (19)2.7.1 塔板分布2.7.2 浮阀数目与排列2.8 塔板的流体力学计算 (21)2.8.1 汽相通过浮阀塔板的压降2.9 淹塔 (22)2.10 雾沫夹带 (23)3、塔板负荷性能图 (24)3.1 雾沫夹带线 (24)3.2 液泛线 (24)3.3 液相负荷上限线 (25)3.4 漏液线 (25)3.5 液相负荷下限 (25)4、塔总体高度利用下式计算 (27)4.1 塔顶封头 (27)4.2 塔顶空间 (28)4.3 塔底空间 (28)4.4人孔 (28)4.5 进料板处板间距 (28)4.6 裙座 (28)5、塔的接管 (29)5.1 进料管 (29)5.2 回流管 (29)5.3 塔底出料管 (29)5.4 塔顶蒸汽出料管 (29)5.5 塔底蒸汽进气管 (29)6、塔的附属设计 (30)6.1 冷凝器的选择 (30)6.2 再沸器的选择 (30)7、参考文献 (31)8、课设心得 (31)9、附图 (32)精馏塔优化任务书一、设计题目乙醇—水溶液连续精馏塔优化设计二、设计任务及操作条件1．设计任务处理量：55300吨/年料液浓度：30（wt%）产品浓度：95（wt%）易挥发组分回收率：99%2. 操作条件：①间接蒸汽加热；②塔顶压强：1.03 atm（绝对压强）③进料热状况：泡点进料；3. 设备型式: 精馏塔4. 工作日:每年300天,每天24小时连续进行三、设计内容a) 流程的确定与说明；b) 塔板和塔径计算；c) 塔盘结构设计i. 浮阀塔盘工艺尺寸及布置简图；ii. 流体力学验算；iii. 塔板负荷性能图。
乙醇水连续精馏浮阀塔的设计课程
课程设计设计题目乙醇-水连续精馏浮阀塔的设计学生姓名学号专业班级指导教师2014年 1 月 11 日.乙醇——水浮连续精馏阀塔工艺设计目录化工原理课程设计任务书 (3)摘要 (4)一、设计任务及方案简介 (10)1.1 设计任务 (10)1.2 设计方案论证及确定 (10)二、工艺流程草图及说明 (12)2.1.1 工艺草图 (12)2.2 工艺流程说明 (12)三、精馏塔工艺的设计及计算 (13)3.1 塔的物料衡算： (13)3.1.1 液料及塔顶，塔底产品含乙醇摩尔分数 (13)3.1.2平均摩尔质量 (13)3.1.3 物料衡算 (13)3.2 塔板数的确定： (14)3.2.1 理论塔板数N的求取 (15)TR及操作回流比R (16)3.2.2．求最小回流比min3.2.3 求理论塔板数T N (16)3.3 塔的平均温度: (17)3.4 密度 (17)3.4.1 精馏段 (17)3.4.2 提馏段 (18)3.4.3 不同温度下乙醇和水的密度 (18)3.5 混合物的粘度 (19)3.6 相对挥发度 (19)3.6.1 精馏段挥发度 (19)3.6.2 提馏段挥发度 (19)3.7 气液相体积流量计算 (20)3.7.1 精馏段 (20)3.7.2 提馏段 (20)3.8 混合溶液表面张力 (20)v3.8.1 精馏段 (21)3.8.2 提馏段 (22)3.9 全塔效率及实际塔板数 (22)四、工艺计算及主体设备的设计 (23)4.1 管径的初步设计 (23)4.1.1精馏段 (24)4.1.2 提馏段 (25)4.2 溢流装置 (25)4.2.1 堰长 (25)4.2.2 方形降液管的宽度和横截面 (26)4.2.3 降液管底隙高度 (26)4.3 塔板分布及浮阀数目及排列 (26)4.3.1 塔板分布 (26)4.3.2 浮阀数目与排列 (26)4.4 塔板的流体力学计算 (29)4.4.1 气相通过浮阀塔板的压降 (29)4.5 淹塔 (30)4.5.1 精馏度 (30)4.5.2 提馏段 (30)4.6 物沫夹带 (31)4.6.1 精馏段 (31)4.6.2 提馏段 (31)4.7塔板负荷性能图 (32)4.7.1 物沫夹带线 (32)4.7.2 液泛线 (32)4.8 液相负荷上限 (33)4.9 液漏线 (33)4.10 液相负荷下限性 (34)五、塔的附属设备选型及校核 (35)5.1 接管 (35)5.1.1 进料管 (35)5.1.2 回流管 (36)5.1.3 塔釜出料管 (36)5.1.4 塔顶蒸汽出料管 (37)5.1.5 塔釜进气管 (37)5.1.6 法兰 (37)5.2 筒体与封头 (38)5.2.1 筒体 (38)5.2.2 封头 (39)5.3 除沫器 (39)5.4 裙座 (39)5.5吊柱 (40)5.6人孔 (40)5.7 塔总体高度的计算 (40)5.7.1 塔的顶部空间高度 (40)5.7.2 塔的底部空间高度 (40)5.7.3 塔立体高度 (40)5.8 附属设备设计 (41)5.8.1 冷凝器的选择 (41)5.8.2 再沸器的选择 (41)六、塔的各项指标校验 (42)6.1 风载荷及风弯矩 (42)6.1.1 风载荷 (42)6.2 风弯矩 (42)6.3 离心泵选型 (43)6.4 塔体的强度和稳定性校核 (44)6.4.1 塔底危险截面1-1轴向应力计算 (44)6.5 质量载荷 (44)6.6 塔底抗压强度校核 (45)6.6.1 塔底1-1截面抗压强度及轴向稳定性校核 (45)6.7 裙座的强度及稳定性校核 (45)裙座底部0-0截面的轴向应力计算 (45)6.8 焊缝强度 (46)6.9.1 水压试验时，塔体1-1截面的强度条件 (46)6.9.2水压试验时裙裾底部1-1截面的强度和稳定性验算 (47)七、设计结果概要及汇总 (47)7.1 全塔工艺设计结果总汇 (47)7.2 主要符号说明 (50)八、总结 (52)8.1 总结 (52)8.2 心得 (53)九、主要参考文献 (54)绪论本设计书介绍的是浮阀塔精馏的设计，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、工艺流程图及草图及说明、设计结果概要及一览表等几大内容。
化工原理课程设计_乙醇-水连续浮阀精馏塔的设计 (1)
第一章：塔板的工艺设计一、精馏塔全塔物料衡算F:进料量（kmol/s ） F x :原料组成（摩尔分数，同下） D:塔顶产品流量（kmol/s ） D x :塔顶组成 W:塔底残液流量（kmol/s ） ：W x 塔底组成原料乙醇组成：%91.8%10018/8046/2046/20x =⨯+=F塔顶组成：%98.85%10018/646/9446/94=⨯+=D x塔底组成：%12.0%10018/7.9946/3.046/3.0=⨯+=W x进料量：F=25万吨/年=4706.036002430010182.01462.0102543=⨯⨯⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛-+⨯⨯（kmol/s ） 物料衡算式为：F=D+W Fx F =Dx D +W W x 联立带入求解：D=0.0482 kmol/s W=0.4424 kmol/s二、常压下乙醇-水气液平衡组成（摩尔）与温度关系1. 温度利用表中数据由差值法可求得t F 、t D 、t W①t F :21.791.80.89t 66.921.77.860.89F --=--, t F =87.41 ℃②t D :72.7498.8541.78t 72.7443.8941.7815.78--=--D ， t D =78.21 ℃③t W ：12.0100t 90.105.95100W --=--， t W =99.72 ℃ ④精馏段的平均温度：81.82221.7841.872t t t 1=+=+=F D ℃ ⑤提馏段的平均温度：57.93272.9941.872t t t 2=+=+=F W ℃ 2. 密度已知：混合液密度：B B A A Lραραρ+=1(α为质量分数，M 为平均相对分子质量) 混合气密度：004.22TP MP T V =ρ塔顶温度：t D =78.21 ℃ 气相组成43.8910015.7821.7843.8915.7815.7841.78y --=--D D y ：， %88.86=D y进料温度：t F =87.41℃ 气相组成FF y 10091.3841.870.8975.4391.387.860.89y --=--：， %26.42y =F塔底温度：t W =99.72℃气相组成WW y 100072.991000.1705.95100y --=--：， W y =1.06%⑴ 精馏段液相组成1x ：1x =2x x FD +, %445.47x 1= 气相组成2y y y y 11FD +=：, %545.64y 1= 所以 286.31)4745.01(184745.0461=-⨯+⨯=L M kg/mol 074.36)6455.01(186455.0462=-⨯+⨯=L M kg/mol三、理论塔板的计算理论板：指离开此板的气液两相平衡，而且上液相组成均匀。
乙醇-水连续精馏浮阀塔设计
目录一、设计任务书 (2)二、物料衡算 (3)1. 计算依据 (3)2. 物料衡算 (3)2.1 精馏塔物料算 (3)2.2 预热器物量衡算 (4)2.3 全凝器物量衡算 (4)2.4 再沸器物量衡算 (5)2.5全凝器冷凝介质的消耗量 (5)四、设备设计与选型 (6)1. 精馏塔工艺设计 (6)2. 精馏塔的结构尺寸设计 (18)五、总结 (20)六、参考文献 (20)07级生物工程专业《化工原理》课程设计任务书设计课题：乙醇—水连续精馏浮阀塔设计一、设计条件1、原料液乙醇含量： 32.5 %（质量分数）。
2、产品要求：塔顶xD = 0.83 塔底残液xW= 0.01 （摩尔分率）。
3、原料处理量： 9.5 t/h4、操作条件：常压精馏，塔顶全凝，塔底间接加热，泡点进料，泡点回流，回流比R=(1.2~2)Rmin5、设备形式：浮阀塔（F1型）6、厂址：邵阳地区，邵阳地区夏天水温25~28℃，邵阳地区大气压力99kPa二、设计任务和要求1、确定全套精馏装置的流程，绘出流程示意图，标明所需的设备、管线及有关控制或观测所需的主要仪表与装置；2、精馏塔的工艺计算与结构设计：1）物料衡算确定理论板数和实际板数；2）按精馏段首、末板，提馏段首、末板计算塔径并圆整；3）确定塔板和降液管结构；4）按精馏段和提馏段的首、末板进行流体力学校核，并对特定板的结构进行个别调整；5）进行全塔优化，要求操作弹性大于2。
3、计算塔高；4、估算冷却水用量和冷凝器的换热面积、水蒸气用量和再沸器换热面积。
5、绘制精馏装置工艺流程图、塔板结构图（用计算机绘制3A图纸打印）；物料衡算1、计算依据1.1《乙醇—水连续精馏浮阀塔设计》1.2. 乙醇—水系统t—x—y数据2.物料衡算2.1 精馏塔总物料衡算159.018/675.046/325.046/325.0=+=Xf已知： X D =0.83, X W =0.01kmol kg Mf /452.2218841.046159.0=⨯+⨯=mol kg Md /24.411817.04683.0=⨯+⨯= mol kg Mw /28.181899.04601.0=⨯+⨯=h kmol F /12.423452.22105.93=⨯=F=D+W, FXf=DXd+WXw解得 D=76.884kmol/h W=346.236kmol/h2.2.预热器物料衡算预热器的进料、出料与精馏塔相同2.3 冷凝器（全凝器）的物料衡算泡点进料 q=1 由下图可知Ym=0.33726 则有图1X D/(Rm+1)=0.33726 Rm=1.46R=1.5Rm=1.5×1.46=2.2L=RD=2.2×76.884=169.14V=(R+1)D=3.2×76.884=246.03kmol/hVy=DX D+LX D246.03y=(76.884+169.14)×0.83 y=0.832.4 再沸器的物料衡算y’=0.025375q=1 V’=V=246.03kmol/hL’=V’+W=246.03+346.236=592.3kmol/h L’x=V ’y ’+WX W X=0.01642.5 全凝器冷凝介质的消耗量Wc 以及换热面积AcQc=(R+1)D(Ivd-Ild)查得 I vd =1266kJ/kg I Ld =253.9kJ/kg 则Qc=(2.2+1)×76.884(1266-253.9)=2.49×105kJ/h=69167J/s 冷却水进出温度 25℃ 、35℃,热流体进出温度为78.494℃ 、40℃ 平均温度下查得Cpc=4.174kJ/kg.℃s kg h kg t t Cpc Qc Wc /66.1/5.5965)2535(174.41049.2)12()(5==-⨯⨯=-=水C t m︒=-----∆1.21253540494.78ln)2535()40494.78( K 取700W ·m -2/℃，则27.41.2170069167m t K Q A m c =⨯=∆=2.6 再沸器蒸汽消耗量W 以及换热面积A查得99.626℃下 Ivd=2260kJ/kg Ild=840kJ/kg 则 Wc （水）=s kg V s /48.081.174.972=⨯=ρs kJ Ivd Wc Qc /8.1084226049.0)(=⨯==水s kg Ild Qc Wc /29.18408.1084)(===乙醇设备设计与选型精馏塔工艺设计1.精馏塔理论板数作出平衡线（x —y 图），图1由泡点进料得得q=1,则q 线方程为X=X F =0.159从而求得: R min=1.46 实际回流比为：R=1.5Rmin=1.5×1.46=2.21.1精馏段操作线方程：y=Rx ／(R+1) +X D ／(R+1)代入数据得：y=2.2x ／(2.2+1) +0.83／(2.2+1) =0.6875x+0.261.2提留段操作线方程：y=L ′x ／(L ′-W) –WX W ／（L ′-W ）代入数据得：y=346.236x ／246.03 -346.236×0.01／246.03=1.407x-0.014071.3理论塔板数的求取由操作线方程及q 线方程，气液平衡线作图(图1)得： 理论板数为：N T =18(不包括再沸器) 进料位置：从塔顶往下数N=162.精馏塔实际塔板数由T-X-Y 图求得：T D =78.494 O C T F =99.496O C T W =99.626O C塔顶与塔釡的平均温度：T=(T D +T W )／2=(80.54+110.19)／2=95.37O C ，故54.923626.99494.78096.99=++=Tm OC在此温度下，查得s mPa •=30773.0水μ s mPa •=38.0乙醇μ=-+=水）（乙醇μμμXf Xf m 10.159×0.38+0.841×0.3.775=0.319mPa.s 故全塔效率 E T =0.17-0.616㏒μm=0.17-0.616㏒0.319=0.476 E T =N T ／N P ×100% (N T :理论板数 N P :实际塔板数) 故 实际塔板数：N P =N T ／E T =18／0.476=38(不包括再沸器) 其中 精馏段 N 精=15/0.476=32 提馏段 N 提=3/0.476=6 实际进料位置：从塔顶往下数16／0.476=333.计算塔径、塔高3.1计算塔径uV D Sπ4=D —塔径,m; S V —塔内气体流量，s m /3； u —空塔气速，m/s 3.1.1精馏段 VVL Cu ρρρ-=max m ax u —极限空塔气速, m/s; C —负荷系数, V L ρρ,—分别为塔内液，气两相的密度，kg/m 3. 精馏段依据恒摩尔假设乙醇（气）3/735.1644.351314.8001.046110300m kg RT PM =⨯⨯⨯==ρ 水（气） 3/679.0644.351314.8001.018110300m kg RT PM =⨯⨯⨯==ρv p =0.83×1.735+0.17×0.679=1.56kg/m3V S =VM D /v p =246.03×41.24/1.56=1.81m 3/h塔顶液相密度：L=169.14koml/h乙醇(液) m1=169.14×0.83×46=6457.76kg/h 水(液) m2=169.14×0.17×18=517.57kg/h 查得：T D =80.54O C 时乙醇(液) ρ= 740.15kg/m 3 水(液) ρ= 972.74kg/m 3l p =0.83×740.15+0.17×972.74=779.69kg/m 3选取塔板间距,假设选H T =400mm,板上层清液高度h L =60mm;则 H T －h L =340mm031.056.169.77981.10025.0==v Vs Ls L ρρ根据史密斯关联图,查得 C 20=0.075根据 2.020)20(σC C =液相所含乙醇的平均摩尔分率为337.03843.001.0159.0=++查得临界温度 乙醇Tc1=243.1℃ 水Tc2=374.2℃ 故临界液体温度Tmc=∑x i T ic =0.337×（273+243.1）+0.663×（273+374.2）=603K 查得25℃下乙醇水溶液的表面张力，σ1=26dyn/cm2.12.1)25273(603)494.78273(6031212⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-+-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=T Tmc T Tmc σσ则 cm dyn /63.202=σ 故 C=C 20（20.63/20）0.2=0.075×(20.63/20)0.2 =0.075VV L Cu ρρρ-=max =075.0s m /675.156.156.169.779=-⨯乘以安全系数,得到适宜的空塔气速u u=0.7u max =0.7×1.675=1.1725m/sm uVsD 402.11725.114.381.144=⨯⨯==π按标准塔径圆整D=1.5m 3.1.2提馏段提馏段气相密度根据 RTpM=ρ 求取 乙醇（气） 3/64.175.372314.8001.046110300m kg RT PM =⨯⨯⨯==ρ水（气） 3/64.05.372314.8001.018110300m kg RT PM =⨯⨯⨯==ρρV =0.01×1.64+0.99×0.64=0.65kg/m 3L ’=W+V ’ V ’=L ’-W=592.3-346.236=246.03kmol/h V S =V ’Mw/ρv=246.03×18.28/0.65=1.92m 3/s 查得：T W =99.6O C 时乙醇(液) ρ= 723.51kg/m 3 水(液) ρ= 958.66kg/m 3 ρL =0.01×723.51+0.99×958.66=956.3 kg/m 3 L S =L ’Mw /ρL =592.3×18.28/956.3=0.003m 3/s06.065.03.95692.1003.0==v Vs Ls L ρρ根据《化工原理》下册P129史密斯关联图,查得 C 20=0.083 同精馏段相同算法，得σ2=18.55dyn/cm082.0)2055.18(083.0)20(202.02.0=⨯==σC C VV L Cu ρρρ-=max =0.082s m /81.265.065.05.763=-⨯乘以安全系数,得到适宜的空塔气速u u=0.7u max =0.7×2.81=1.967m/sm uVsD 115.1967.114.392.144=⨯⨯==π按标准塔径圆整D=1.2m在精馏段与提馏段中取较大的D 值，并圆整到标准塔径D=1500mm3.2计算塔高Z对于精馏塔塔顶空间: H d =1.2m 塔底空间: H b =2.5m 人孔数S: 每6块板设置一人孔 61638≈-=S (个) 进料口处板间距: H f =0.5m 开设人孔处板间距 H t ’=0.6m塔高（不包括封头和裙座高），考虑到进料口与人孔在同一位置.Z=H d +(N-2-S)H t +SH t ’+H F +Hw=1.2+(38-2-6)×0.4+4×0.6+0.5+2.5 =18.6m4、溢流装置选用单溢流弓形降液管，不设进口堰。
分离乙醇水连续浮阀式精馏塔设计方案
分离乙醇水连续浮阀式精馏塔设计方案2.1 塔型选择根据生产任务，若按年工作日300天，每天开动设备24小时计算，产品流量为16666.67kg /h ，由于产品粘度较小，流量较大，为减少造价，降低生产过程中压降和塔板液面落差的影响，提高生产效率，故选用浮阀塔。
2.2 操作条件的确定 2.2.1 操作压力由于乙醇~水体系对温度的依赖性不强，常压下为液态，为降低塔的操作费用，操作压力选为常压，塔顶压力为Pa 51001325.1 。
2.2.2 进料状态虽然进料方式有多种，但是饱和液体进料时进料温度不受季节、气温变化和前段工序波动的影响，塔的操作比较容易控制；此外，饱和液体进料时精馏段和提馏段的塔径相同，无论是设计计算还是实际加工制造这样的精馏塔都比较容易，为此，本次设计中采取饱和液体进料。
2.2.3 加热方式精馏塔的设计中多在塔底加一个再沸器以采用间接蒸汽加热以保证塔内有足够的热量供应；由于乙醇~水体系中，乙醇是轻组分，水由塔底排出，且水的比热较大，故可采用直接水蒸气加热，这时只需在塔底安装一个鼓泡管，于是可省去一个再沸器，并且可以利用压力较底的蒸汽进行加热，无论是设备费用还是操作费用都可以降低。
2.2.4 热能利用精馏过程的原理是多次部分冷凝和多次部分汽化。
因此热效率较低，通常进入再沸器的能量只有5%左右可以被有效利用。
虽然塔顶蒸汽冷凝可以放出大量热量，但是由于其位能较低，不可能直接用作为塔底的热源。
为此，我们拟采用塔釜残液对原料液进行加热。
2.3 有关的工艺计算由于精馏过程的计算均以摩尔分数为基准，需先把设计要求中的质量分数转化为摩尔分数。
原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率x乙醇 M c =46.07 kg /kmol ， 水 M w =18.02 kg /kmol 进料液中轻组分(乙醇)质量分数为30％的摩尔分率1153.002.18/75.007.46/25.007.46/25.0/)25.01(/25.0/25.0=+=-+=w c c F M M M x塔顶轻组分(乙醇)质量分数为90％的摩尔分率7788.002.18/10.007.46/90.007.46/90.0/)90.01(/90.0/90.0=+=-+=w c c D M M M x塔底轻组分(乙醇)质量分数为0.5％的摩尔分率0039.002.18/99.007.46/01.007.46/01.0/)01.01(/01.0/01.0=+=-+=w c c W M M M x原料液、塔顶、塔底产品的平均摩尔质量M原料液 M F =x F M c +(1-x F )M w =0.1153×46.07+(1-0.153)×18.02=20.73 kg /kmol 塔顶 M D =x D M c +(1-x D )M w =7788×46.07+(1-0.7788)×18.02=39.87 kg /kmol 塔底 M W =x W M c +(1-x W )M w =0.0039×46.07+(1-0.0039)×18.02=18.13kg /kmol2.3.1 最小回流比及操作回流比的确定(1)由手册查得常压下乙醇-水物系汽液平衡组成数据，如表1所示。
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乙醇－水连续浮阀式精馏塔的设计方案第1章前言1.1精馏原理及其在化工生产上的应用实际生产中，在精馏柱及精馏塔中精馏时，上述部分气化和部分冷凝是同时进行的。
对理想液态混合物精馏时，最后得到的馏液(气相冷却而成)是沸点低的B物质，而残液是沸点高的A物质，精馏是多次简单蒸馏的组合。
精馏塔底部是加热区，温度最高；塔顶温度最低。
精馏结果，塔顶冷凝收集的是纯低沸点组分，纯高沸点组分则留在塔底。
1.2精馏塔对塔设备的要求精馏设备所用的设备及其相互联系，总称为精馏装置，其核心为精馏塔。
常用的精馏塔有板式塔和填料塔两类，通称塔设备，和其他传质过程一样，精馏塔对塔设备的要求大致如下：一：生产能力大：即单位塔截面大的气液相流率，不会产生液泛等不正常流动。
二：效率高：气液两相在塔保持充分的密切接触，具有较高的塔板效率或传质效率。
三：流体阻力小：流体通过塔设备时阻力降小，可以节省动力费用，在减压操作是时，易于达到所要求的真空度。
四：有一定的操作弹性：当气液相流率有一定波动时，两相均能维持正常的流动，而且不会使效率发生较大的变化。
五：结构简单，造价低，安装检修方便。
六：能满足某些工艺的特性：腐蚀性，热敏性，起泡性等。
1.4常用板式塔类型及本设计的选型常用板式塔类型有很多，如：筛板塔、泡罩塔、舌型塔、浮阀塔等。
而浮阀塔具有很多优点，且加工方便，故有关浮阀塔板的研究开发远较其他形式的塔板广泛，是目前新型塔板研开发的主要方向。
近年来与浮阀塔一直成为化工生中主要的传质设备，浮阀塔多用不锈钢板或合金。
实际操作表明，浮阀在一定程度的漏夜状态下，使其操作板效率明显下降，其操作的负荷围较泡罩塔窄，但设计良好的塔其操作弹性仍可达到满意的程度。
浮阀塔塔板是在泡罩塔板和筛孔塔板的基础上发展起来的，它吸收了两者的优点。
所以在此我们使用浮阀塔，浮阀塔的突出优点是结构简单，造价低，制造方便；塔板开孔率大，生产能力大等。
乙醇与水的分离是正常物系的分离，精馏的意义重大，在化工生产中应用非常广泛，对于提纯物质有非常重要的意义。
所以有必要做好本次设计1.4．本设计所选塔的特性浮阀塔的优点是：1．生产能力大，由于塔板上浮阀安排比较紧凑，其开孔面积大于泡罩塔板，生产能力比泡罩塔板大 20%～40%，与筛板塔接近。
2．操作弹性大，由于阀片可以自由升降以适应气量的变化，因此维持正常操作而允许的负荷波动围比筛板塔，泡罩塔都大。
3．塔板效率高，由于上升气体从水平方向吹入液层，故气液接触时间较长，而雾沫夹带量小，塔板效率高。
4．气体压降及液面落差小，因气液流过浮阀塔板时阻力较小，使气体压降及液面落差比泡罩塔小。
5．塔的造价较低，浮阀塔的造价是同等生产能力的泡罩塔的 50%～80%，但是比筛板塔高 20%～30。
但是，浮阀塔的抗腐蚀性较高（防止浮阀锈死在塔板上），所以一般采用不锈钢作成，致使浮阀造价昂贵，推广受到一定限制。
随着科学技术的不断发展，各种新型填料，高效率塔板的不断被研制出来，浮阀塔的推广并不是越来越广。
近几十年来，人们对浮阀塔的研究越来越深入，生产经验越来越丰富，积累的设计数据比较完整，因此设计浮阀塔比较合适第二章流程的确定和说明2.1设计思路首先，乙醇和水的原料混合物进入原料罐，在里面停留一定的时间之后，通过泵进入原料预热器，在原料预热器中加热到泡点温度，然后，原料从进料口进入到精馏塔中。
因为被加热到泡点，混合物中既有气相混合物，又有液相混合物，这时候原料混合物就分开了，气相混合物在精馏塔中上升，而液相混合物在精馏塔中下降。
气相混合物上升到塔顶上方的冷凝器中，这些气相混合物被降温到泡点，其中的液态部分进入到塔顶产品冷却器中，停留一定的时间然后进入乙醇的储罐，而其中的气态部分重新回到精馏塔中，这个过程就叫做回流。
液相混合物就从塔底一部分进入到塔底产品冷却器中，一部分进入再沸器，在再沸器中被加热到泡点温度重新回到精馏塔。
塔里的混合物不断重复前面所说的过程，而进料口不断有新鲜原料的加入。
最终，完成乙醇和水的分离。
2.1设计流程乙醇—水混合液经原料预热器加热，进料状况为汽液混合物q=1 送入精馏塔，塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝，一部分入塔回流，其余经塔顶产品冷却器冷却后，送至储罐,塔釜采用直接蒸汽加热,塔底产品冷却后,送入贮罐(附流程图)。
第三章 精馏塔的工艺计算3.1物料衡算3.1.1原料液及塔顶，塔底产品的摩尔分率乙醇的摩尔质量 46.07/A M kg kmol = 水的摩尔质量 18.02/B M kg kmol = 原料加料量 F ＝100kmol/h 进料组成 x F ＝0.275馏出液组成 x D ＝0.843 釜液组成 x w ＝0.013 塔顶压力 p ＝100kpa 单板压降 ≤0.7 kPa()1 0.27346.0710.27318.0225.70/F F F M x M x M kg kmol=⨯+-⨯=⨯+-⨯=乙醇 水（）()0.83146.0710.83118.0241.60/D M kg kmol =⨯+-⨯= ()0.01246.0710.01218.0218.36/W M kg kmol =⨯+-⨯= 3.1.2物料衡算精馏塔二元系物料0.2730.0120.3190.8310.012F W D W x x D F x x --===-- F D WF D W Fx Dx Wx =+⎧⎨=+⎩⇒1001000.2730.8310.0121D WD W=+⨯=+解得：D=31.6/kmol h W=68.4/kmol h精馏段：L=RD=2.36×31.6=74.51 kmol/hV=（R+1）D=（2.36+1）×31.6=106.08kmol/h提馏段：L =L+qF=74.51+100=174.51 kmol/hV =V+(q －1)F=V=106.08 kmol/h3.2回流比的确定3.2.1平均相对挥发度的计算查[1]由相平衡方程1(1)x y x αα=+- 得(1)(1)y x x y α-=-由常压下乙醇-水溶液的平衡数据x 0.18 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 y 0.51 0.525 0.551 0.575 0.595 0.61 x 0.45 0.55 0.5 0.6 0.65 0.7 y0.6350.6780.6780.6970.7250.755由道尔顿分压定律i yp p =及A A Ai B B BP x P x ναν== 得 ()()11A B A B i A B A B y y y y x x x x α-==- 将上表数据代入 得：序号 1 2 3 4 53.6815 3.1569 2.7254 2.3501 2.1263i α序号 6 7 8 9 101.9155 1.7228 1.5408 1.4196 1.3207则' 3.04α== 则 平衡线方程：()()3.04 3.04111 3.0411 2.04x x xy x x xαα===+-+-+3.2.2最小回流比的计算和适宜回流比的确定x F ＝0.275 x D ＝0.843x w ＝0.012 α=3.04 因为q=1所以Xe= x F ＝0.275 由相平衡方程1(1)xy xαα=+-= 0.536最小回流比min 1.18D ee ex y R y x -==-操作回流比取最小回流比的1.6倍R =1.6min R =2.363.3板数的确定3.3.1精馏塔的气液相负荷精馏段：L=RD=2.36×31.6=74.51 kmol/hV=（R+1）D=（2.36+1）×31.6=106.08 kmol/h提馏段：L =L+qF=74.51+100=174.51 kmol/hi αV =V+(q －1)F=V=106.08 kmol/h3.3.2精馏段与提馏段操作线方程精馏段操作线方程： 10.7020.251n n D n L Dy x x x V V+=+=+ 提馏段操作线方程：1 1.6450.008D F n n D n Dx Fx Ly x x x V V+-=+=- 3.3.3逐板法确定理论板数及进料位置对于甲醇—水属物系，可采用逐板计算法求理论板层数。
根据求得的相对挥发度α可知相平衡方程为 1(1)nn n x y x αα=+-⇒ (1) 2.08 1.08n n n nny y x y yαα==--- 因为泡点进料，q=1， 0.275q F x x == 第一块板上升的蒸汽组成 10.843Dy X==第一块板下降的液体组成由式（c ）求取10.6385x=由第二块板上升的气相组成用（a ）式求取:20.6992y=由第二块板下降的液体组成如此反复计算： 30.5552y =,30.2911x =40.4553y=,40.2157x =< F x因第5块板上升的气相组成由提馏段操作方程（b ）:计算1 1.6450.008D F n n D n Dx Fx Ly x x x V V+-=+=- 如此反复计算： 50.3468y =,50.1487x =60.2366y =,60.0925x =70.1442y =,70.0525x = 80.0784y =,80.0272x =90.0368y=,90.0124x =< w x =0.013根据以上求解结果得： 总理论板数为 9 （包括再沸器） 进料板位置为 4 精馏段理论板数 3 提馏段理论板数 6 3.3.4全塔效率由进料组成 0.275F x =经查表 得 泡点温度78.24d T =℃ 99.32w T =℃ 在此温度下 查文献 得 ：0.55583.A a mp s μ= 0.28767.B a mp s μ= 则进料液再该温度下的平均粘度为：()'0.555830.28767/20.42175μ=+=则板效率E 由()0.245''0.49E a μ-=计算E ==0.401则 实际塔板数：9N 220.401== 精 馏 段: 13N 7.4870.401==≈ 提 馏 段: 2614.96150.401N ==≈3.4精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 3.4.1操作温度的计算 1.)塔顶温度计算查文献乙醇-水溶液中乙醇摩尔分数为0.70和0.80时,其沸点分别为78.7℃78.4℃塔顶温度为D T ,则由插法:0.7078.70.800.7078.478.7D D x T --=--, 78.24D T ⇒=℃2.)进料板温度查文献乙醇-水溶液中乙醇摩尔分数为0.20和0.30时,其沸点分别为83.2℃和81.7℃0.843Dx =设塔顶温度为F T ,则由插法:0.2083.20.300.2083.281.7F F x T --=--, 82.13F T ⇒=℃3.)塔釜的温度查文献乙醇-水溶液中乙醇摩尔分数为0.00和0.05时,其沸点分别为100℃和90.6℃设塔顶温度为W T ,则由插法:0.001000.050.0090.6100W W x T --=--,96.92W T ⇒=℃则 精馏段的平均温度:278.2482.1380.192m T +==℃提馏段的平均温度:196.9282.1389.532m T +==℃3.4.2操作压强塔顶压强：P D =100 kpa 取每层塔板压降:ΔP=0.7 kpa0.275Fx =0.013W x =则 进料板压力: 1000.77104.9F P kpa =+⨯= 塔釜 压力: 1000.77104.9W P kpa =+⨯= 则 精馏段的平均操作压强:1100104.9102.52m P kpa +== 提馏段的平均操作压强:2110.5104.9107.72m P +==3.4.3塔各段气液两相的平均分子量乙醇的摩尔质量 46.07/A M kg kmol =水的摩尔质量 18.02/B M kg kmol =由公式得1.)对于塔顶10.843x = , 10.843y = 对于气相平均分子量:()()1110.84346.0710.84318.0241.74/VD A BM y M y M kg kmol=+-=⨯+-⨯=1ii ii M x M ==∑对于液相平均分子量:()111LD A BM x M x M =+-()0.638546.0710.638518.0235.88/kg kmol=⨯+-⨯=2.)对于进料板60.2157x =, 60.4553y =对于气相平均分子量;()551VF A BM y M y M =+-()0.215746.0710.215718.0224.04/kg kmol=⨯+-⨯=对于液相平均分子量:()551LF A BM x M x M =+-()0.455346.0710.455318.0230.75/kg kmol=⨯+-⨯=3.)对于塔釜160.0124x = 160.0368y =对于气相平均分子量:()16161VW A BM y M y M =+-()0.036846.0710.036818.0219.03/kg kmol =⨯+-⨯=对于液相平均分子量:()16161LW A BM x M x M =+-()0.012446.0710.012418.0218.35/kg kmol=⨯+-⨯=则 精馏段的平均分子量;气 相:12VF VDVM M M M +=41.7430.75236.25/kg kmol+== 液 相 :12LF LDLM M M M +=35.8824.04229.96/kg kmol+== 提馏段的平均分子量;气 相:22VD VWVM M M M +=19.0330.75224.89/kg kmol+==液 相 :22LD LWLM M M M +=18.3524.04221.20/kg kmol +== 3.4.4精馏塔各组分的密度 1.）气相平均密度由 PMRTρ=计算： 精馏段的气相平均密度：1111m Vm Vm m p M RT ρ=()3102.536.251.27/8.31480.19273.15kg m ⨯==⨯+提馏段的气相平均密度：2222m Vm Vm m p M RT ρ=()3107.724.890.89/8.31489.53273.15kg m ⨯==⨯+2.）液相的平均密度由11ii i n αρρ==∑ 计算（1.）对于塔顶078.24D T C =查文献 3741.83/A kg m ρ=，3972.9/B kg m ρ= 质量分率 ()0.84346.070.93210.84346.0710.84318.02A α⨯==⨯+-⨯10.0679B A αα=-=则1A B DA Bααρρρ=+⇒ABALBD 1L ρααρρ=+ D ρ31775.2/0.93210.0679763.6972.9m kg ==+（2.）对于进料板 82.13F T C =查文献 3739.6/A kg m ρ=，3970.50/B kg m ρ= 质量分率 ()0.215746.070.41270.215746.0710.215718.02A α⨯==⨯+-⨯10.5102B A αα=-=则1A B FA Bααρρρ=+⇒ABALB1FL ρααρρ=+ F ρ31862.1/0.41270.5873739.6970.5m kg ==+（3.）对于塔釜096.92W T C = 160.009195x =查文献 3721.2/A kg m ρ=，3955.1/B kg m ρ= 质量分率 ()0.012446.070.03110.012446.0710.012418.02A α⨯==⨯+-⨯10.9689B A αα=-=则1A B WA Bααρρρ=+⇒ABALB1wL ρααρρ=+ w ρ31945.6/0.03110.9689721.2955.1m kg ==+则 精馏段的液相平均密度：31769.2862.1815.6/22D FLm kg m ρρρ++===提馏段的液相平均密度：32945.6862.1903.8/22F WLm kg m ρρρ++===3.4.5液体表面力的计算由 1ii i n x σσ==∑ 计算（1.）对于塔顶078.24D T C = 10.702x =查文献 18.45/A mN m σ=，62.98/B mN m σ=则()0.84318.7510.843663.4225.44/LD mN mσ=⨯+-⨯=（2.）对于进料板52.75/LF mN m σ= （3.）对于塔釜096.92W T C =查文献 16.60/A mN m σ=，59.49/B mN m σ=则 ()0.012416.6010.012459.4958.96/LW mN m σ=⨯+-⨯= 则精馏段的液体平均表面力：125.4452.7539.10/22D FLm mN m σσσ++===提馏段的液体平均表面力：258.9652.7555.85/22F WLm mN m σσσ++===3.4.6液体平均粘度的计算由 1ii i n x μμ==∑ 计算（1.）对于塔顶078.24D T C = 10.702x =查文献 0.504.A a mp s μ=，0.3644.B a mp s μ= 则 0.479.LD a mp s μ= （2.）对于进料板082.13F T C =查文献 0.481.A a mp s μ=，0.349.B a mp s μ= 则 0.374.LF a mp s μ= （3.）对于塔釜096.92W T C =查文献 0.382.A a mp s μ=，0.295.B a mp s μ= 则 0.296.LW a mp s μ= 则精馏段的液体平均粘度：10.4790.3740.427.22LF LDLm a mp s μμμ++===提馏段的液体平均粘度：20.2960.3740.335.22LF LWLm a mp s μμμ++===3.4.7气液负荷计算 精馏段气液负荷计算：311106.0836.250.841/36003600 1.27Vm s Vm VM V m s ρ⨯===⨯31174.5131.050.0008/36003600815.6Lm s Lm VM L m s ρ⨯===⨯提馏段气液负荷计算：'322106.824.890.824/360036000.89Vm s Vm VM V m s ρ⨯===⨯'32966.4/h V m s ='322174.5121.200.0011/36003600903.8Lm s Lm VM L m s ρ⨯===⨯'33.96/h L m h = 3.5精馏塔的塔体工艺尺寸计算3.5.1塔径的计算精馏段液气流动参数1122220.00083600815.60.02410.8413600 1.27s Lm LV s Vm L F V ρρ⎛⎫⎛⎫⨯⎛⎫=== ⎪⎪ ⎪⨯⎝⎭⎝⎭⎝⎭取板间距0.40T H m =，板上清液高度0.06c h m =，0.400.060.34T c H h m -=-=则 查史密斯关联图 得 200.073f c = 又 液体的表面力 20/mN m σ≠∴0.22020f f c c σ⎛⎫= ⎪⎝⎭∴ 0.20.22039.10.0730.0832020f f c c σ⎛⎫⎛⎫=== ⎪⎪⎝⎭⎝⎭∴max 0.083 2.084/u m s === 取安全系数为0.6，则空塔气速：max 0.80.7 2.084 1.459/u u m s ==⨯=则D m ==按标准塔径园整后为： 1.0D m = 塔截面积T A ：220.7854T A D m π==实际空塔气速u ：0.841 1.071/0.785s T V u m s A ===提馏段液气流动参数1122220.0011903.80.04250.8240.89s Lm LV s Vm L F V ρρ⎛⎫⎛⎫⎛⎫=== ⎪⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭取板间距0.40T H m =，板上清液高度0.06c h m =， 0.400.060.34T c H h m -=-=则 查史密斯关联图 得 200.073f c = 又 液体的表面力 20/mN m σ≠∴0.22020f f c c σ⎛⎫= ⎪⎝⎭∴ 0.20.22055.850.0730.08842020f f c c σ⎛⎫⎛⎫=== ⎪⎪⎝⎭⎝⎭∴max 0.0884 2.816/u m s === 取安全系数为0.8，则空塔气速：max 0.80.7 2.816 1.971/u u m s ==⨯=则D m ==按标准塔径园整后为： 1.0D m = 塔截面积T A ：220.7854T A D m π==实际空塔气速u ：'0.8241.05/0.785s T V u m s A ===3.5.2精馏塔有效高度的计算 板式塔的塔高按下式计算 初选板间距 H T =0.4m则 ()()710.41510.40.8-⨯+-⨯+ 8.8m = 3.5.3溢流装置计算因为D=1米，可选用单溢流弓形降液管，采用凹形受液盘。