板式精馏塔设计方案

板式精馏塔设计方案一、设计方案确定1.1精馏流程精馏装置包括精馏塔，原料预热器，再沸器，冷凝器，釜液冷却器和产品冷却器等，为保持塔的操作稳定性，流程中用泵直接送入塔原料，乙醇、水混合原料液经预热器加热至泡点后，送入精馏塔。

塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝后经分配器一部分回流，一部分经过冷却器后送入产品储槽，塔釜采用间接蒸汽再沸器供热，塔底产品经冷却后为冷却水循环利用。

塔板是板式塔的主要构件，分为错流式塔板和逆流式塔板两类，工业中以错流式为主，常用的错流式塔板有：泡罩塔板，筛孔塔板，浮阀塔板。

泡罩塔板是工业上应用最早的塔板，其主要的优点是操作弹性较大，液气比范围较大，不易堵塞；但由于生产能力及板效率底，已逐渐被筛孔塔板和浮阀塔板所替代。

筛孔塔板优点是结构简单，造价低，板上液面落差小，气体压强底，生产能力大；其缺点是筛孔易堵塞，易产生漏液，导致操作弹性减小，传质效率下降。

而浮阀塔板是在泡罩塔板和筛孔塔板的基础上发展起来的，它吸收了前述两种塔板的优点。

浮阀塔板结构简单，制造方便，造价底；塔板开孔率大，故生产能力大；由于阀片可随气量变化自由升降，故操作弹性大；因上升气流水平吹入液层，气液接触时间长，故塔板效率较高。

但浮阀塔板也有缺点，即不易处理易结焦、高粘度的物料，而设计的原料是乙醇水溶液，不属于此类。

故总结上述，设计时选择的是浮阀塔板。

1.2设计方案论证及确定1.2.1生产时日及处理量的选择：设计要求塔年处理11.5万吨乙醇一水溶液系统，年工作日300d,每天工作24h。

1.2.2选择用板式塔不用填料塔的原因：因为精馏塔精馏塔对塔设备的要求大致如下：（1）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。

(2)效率高：气液两相在塔内保持充分的密切接触，具有较高的塔板效率或传质效率。

(3)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。

(4)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。

(5)结构简单，造价低，安装检修方便。

(6)能满足某些工艺的特性：腐蚀性，热敏性，起泡性等。

故选用板式塔。

1.2.3板式精馏塔选择浮阀塔的原因：(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范围比筛板塔，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%1.3.操作压力：常压精馏对于乙醇-水体系，在常压下已经是液态，且乙醇-水不是热敏性材料，在常压下也可成功分离，所以选用常压精馏。

因为高压或者真空操作会引起操作上的其他问题以及设备费用的增加，尤其是真空操作不仅需要增加真空设备的投资和操作费用，而且由于真空下气体体积增大，需要的塔径增加，因此塔设备费用增加。

综上所述，选择常压操作。

1.4. q值得选择：泡点进料进料状态有五种，如果选择泡点进料，即 q=1时，操作比较容易控制，且不受季节气温的影响，此外，泡点进料时精馏段和提馏段的塔径相同，设计和制造时比较方便。

1.5.加热方式：间接蒸汽加热蒸馏釜的加热方式通常采用间接蒸汽加热，设置再沸器。

直接蒸汽加热只能用于塔底产物基本是水，由于蒸汽的不断通入，对塔底溶液起了稀释作用，在塔底易挥发物损失量相同的情况下，塔底残液中易挥发组分的浓度应较低，因而塔板数稍有增加，成本增加，故采用间接加热。

1.6回流比：回流比的选择主要从经济观点出发，力求操作费与设备费最低，R=1.2Rmin。

1.7工艺流程草图及说明1.7.1工艺草图1.8工艺流程说明一整套精馏装置应该包括精馏塔、原料预热器、再沸器、冷凝器、釜液冷却器和产品冷却器等设备。

热量自塔釜输入，物料在塔内经多次部分气化与部分冷凝进行精馏分离，由冷凝器和冷却器中的冷却介质将余热带走。

乙醇一水混合液原料经预热器加热到泡点温度后送入精馏塔进料板，在进料板上与自塔上部下降的的回流液体汇合后，逐板溢流，最后流入塔底。

在每层板上，回流液体与上升蒸汽互相接触，进行热和质的传递过程。

操作时，连续地从再沸器取出部分液体作为塔底产品，部分液体气化，产生上升蒸汽，一起通过各层塔板。

塔顶蒸汽进入冷凝器中被冷凝，并将部分冷凝液送回塔顶作为回流液， 其余 部分经冷凝器冷凝后送出作为塔顶产品，经冷凝器冷却后送入贮槽。

塔釜采用再 沸器加热。

塔底产品经冷却后送入贮槽。

工艺计算2.1物料衡算2.1.1. 将质量分数转换成摩尔分数40 46.0684 18.0148 94 46.0684 18.01480.05 46.0684 18.01480.0001956 46.0684 (1 0.0001956)18.0203kg/kmol2.1.3. 物料衡算X F46.0684 40 60 0.206876X D46.0684 94 6 0.859676xw46.0684 99.95 0.00019562.1.2. 平均摩尔质量M D 46.0684 0.8597 (1 0.8597) 18.0148 42.1318kg/kmolM F0.2068 46.0684 (1 0.2068) 18.0148 23.8159kg/kmol 18.0148D' W' 4861.110.94D' 0.0005V' 0.4 4861.1解方程组，得D' 2067.02443W' 2794.07562.1.4. 摩尔流量的计算4861.1 23.8159 204.1112kmol / hF F' MFD D' M D 2067.02443 42.1318 49.0609kmol / h W W' M W2794.0756 18.0203 155.05164kmol/h 2.2塔板数确定2.2.1 .理论塔板数NI的求取由乙醇一水相平衡数据画得相平衡图，作出对角线y=x ,取点(0.859676,0.859676)蒸汽中酒精质蒸汽中液体中酒精质量质量沸点液体中酒精摩尔分酒精摩量分数分数/C 数尔分数0.01 0.13 99.9 0.004 0.0530.1 1.3 99.8 0.04 0.510.15 1.95 99.7 0.055 0.770.2 2.6 99.6 0.08 1.030.3 3.8 99.5 0.12 1.570.4 4.9 99.4 0.16 1.980.5 6.1 99.3 0.19 2.480.6 7.1 99.2 0.23 2.90.7 8.1 99.1 0.27 3.30.8 9 99 0.31 3.7250.9 9.9 98.9 0.35 4.121 10.75 98.75 0.39 4.512 19.7 97.65 0.79 8.763 27.2 96.65 1.19 12.754 33.3 95.8 1.61 16.345 37 94.95 2.01 18.686 41.1 94.15 2.43 21.457 44.6 93.35 2.86 23.968 47.6 92.6 3.29 26.219 50 91.9 3.73 28.1210 52.2 91.3 4.16 29.9211 54.1 90.8 4.61 31.5612 55.8 90.5 5.07 33.0613 57.4 89.7 5.51 34.5714 58.8 89.2 5.98 35.8315 60 89 6.46 36.9816 61.1 88.3 6.86 38.0617 62.2 87.9 7.41 39.1618 63.2 87.7 7.95 40.1819 64.3 87.4 8.41 41.2720 65 87 8.92 42.0921 65.8 86.7 9.42 42.9422 66.6 86.4 9.93 43.8223 67.3 86.2 10.48 44.6124 68 85.95 11 45.4125 68.6 85.7 11.53 46.0826 69.3 85.4 12.08 46.927 69.8 85.2 12.64 47.4928 70.3 85 13.19 48.0829 70.8 84.8 13.77 48.6830 71.3 84.7 14.35 49.331 71.7 84.5 14.95 49.7732 72.1 84.3 15.55 50.2733 72.5 84.2 16.15 50.7834 72.9 83.8 16.77 51.2735 73.2 83.75 17.41 51.6736 73.5 83.7 18.03 52.0437 73.8 83.5 18.68 52.4338 74 83.4 19.34 52.6839 74.3 83.3 20 53.0940 74.6 83.1 20.68 53.4641 74.8 82.95 21.38 53.7642 75.1 82.78 22.07 54.1243 75.4 82.65 22.79 54.5444 75.6 82.5 23.51 54.845 75.9 82.45 24.25 55.2246 76.1 82.35 25 55.4847 76.3 82.3 25.75 55.7448 76.5 82.15 26.53 56.0349 76.8 82 27.32 56.4451 77.3 81.8 28.93 57.1252 77.5 81.7 29.8 57.4153 77.7 81.6 30.61 57.754 78 81.5 31.47 58.1155 78.2 81.4 32.34 58.3956 78.5 81.3 33.24 58.7857 78.7 81.25 34.16 59.158 79 81.2 35.09 59.5559 79.2 81.1 36.02 59.8460 79.5 81 36.98 60.2961 79.7 80.95 37.91 60.5862 80 80.85 38.95 61.0263 80.3 80.75 40 61.4464 80.5 80.65 41.02 61.7665 80.8 80.6 42.09 62.2266 81 80.5 43.17 62.5267 81.3 80.45 44.27 62.9968 81.6 80.4 45.41 63.4369 81.9 80.3 46.55 63.9170 82.1 80.2 47.72 64.2171 82.4 80.1 48.92 64.772 82.8 80 50.16 65.3473 83.1 79.95 51.39 65.8174 83.4 79.85 52.68 66.2875 83.8 79.75 54 66.9376 84.1 79.72 55.34 67.4277 84.5 79.7 56.71 68.0778 84.9 79.65 58.71 68.7679 85.4 79.55 59.55 69.5980 85.8 79.5 61.02 70.2981 86.3 79.4 62.52 71.1482 86.7 79.3 64.05 71.8683 87.2 79.2 65.64 72.7184 87.7 79.1 67.27 73.6185 88.3 78.95 68.92 74.6986 88.9 78.85 70.62 75.8187 89.5 78.75 72.36 76.9388 90.1 78.65 74.15 7889 90.7 78.6 75.99 79.2690 91.3 78.5 77.88 80.4291 92 78.4 79.82 81.8392 92.65 78.3 81.82 83.1593 93.4 78.27 83.87 84.795 95.05 78.18 88.15 88.25 95.57 95.57 78.15 89.41 89.41从像图中可知在点(0.7788;0.8042)处有斜率最大值。