乙醇-水体系板精馏塔计算化工原理课程设计

符号说明A p ——塔板鼓泡区面积，m2；A f ——降液管截面积，m2；A0——筛孔面积，m2；A T——塔截面积，m2；C ——负荷系数，无因次；C20——20dyn/cm时的负荷系数，无因次C f——泛点负荷系数，无因次；C p——比热，kJ/kg&S226;K；d0 ——筛孔直径，m； D ——塔径，m；D ——塔顶产品流量，kmol/h或kg/h；e V——雾沫夹带量，kg(液)/kg(气) ；E ——液流收缩系数，无因次E T——总板效率或全塔效率，无因次；F ——原料流量，kmol/h或kg/h；g ——重力加速度，m/s2；h d——干板压降，m；h d——液体通过降液管的压降，m；ht ——气相通过塔板的压降，m；h f——板上鼓泡层高度，m；hl ——板上液层的有效阻力，m；h L——板上液层高度，m；h0——降液管底隙高度，m；h0w——堰上液层高度，m；hp ——与单板压降相当的液柱高度，m；h W ——溢流堰高度，m；hσ——与克服表面张力的压强降相当的液柱高度，m；H d——降液管内清液层高度，m；H T——塔板间距，m；I ——物质的焓，kJ/kg；K ——稳定系数，无因次；l——堰长，m；L S——塔内液体流量，m3/s；wM ——分子量；n ——筛孔总数；N T ——理论板数；N ——实际板数；P ——操作压强，Pa；ΔP——单板压强，Pa；ΔP p——通过一层塔板的压强降，Pa/层；Q ——热负荷，kJ/h；q ——进料热状况参数，无因次；Q B——再沸器热负荷，kJ/h；Q C——全凝器热负荷，kJ/h；Q L ——热负荷损失，kJ/h；r ——汽化潜热，kJ/kg；R ——气体常数，8314J/kmol&S226;K；R ——回流比，无因次t ——温度，℃或K；t ——孔心距，m；T ——温度，℃或K；T S ——塔顶温度，℃或K；T`S——回流液温度，℃或K；u ——空塔气速，m/s；U max——极限空塔气速，m/s；U a——按板上层液上方有效流通面积计的气速，m/s；u0——筛孔气速，m/s；u0M——漏液点气速，m/s；u′o ——降液管底隙处液体流速，m/s；V ——精馏段上升蒸气量，kmol/h；V h ——塔内气相流量，m3/h；V s ——塔内气相流量，m3/s；V′——提馏段上升蒸气量，kmol/h；W ——釜残液流量，kmol/h或kg/h W h ——加热蒸气量，kg/h；W c ——边缘区宽度，m；W d ——弓形降液管的宽度，m；W S——破沫区宽度，m；x ——液相组成，摩尔分率；y ——气相组成，摩尔分率；Z ——塔的有效高度，m。

α——相对挥发度，无因次；ε′o——板上液层充气系数，无因次；τ——液体在降液管内停留时间，无因次；μ——粘度，mPa&S226;s；ρ——密度，kg/m3；φ——液体的表面张力，N/m；Φ——校正系数，无因次。

目录符号说明 (1)概述 (5)1、设计任务书1.1 设计设计题目 (5)1.2 已知条件 (5)1.3 设计要求 (5)1.4化工生产对塔设备的要求 (5)2、精馏设计方案选定第二章设计方案的确定 (5)2.1操作条件的确定 (5)2.2确定设计方案的原则 (6)第三章精馏塔的工艺尺寸得计算 (6)3.1精馏塔的物料衡算 (7)3.1.1平均摩尔质量 (7)3.1.2物料衡算 (7)3.2塔板数的确定 (7)3.2.1理论板层数N的求取 (8)3.2.2实际板层数的求取 (10)3.3 精馏塔有关物性数据的计算 (10)3.3.1 操作压力计算 (10)3.3.2 操作温度计算…………………………………………………………………………错误!未定义书签。

3.3.3 平均摩尔质量计算 (11)3.3.4 平均密度计算……………………………………………………………………………错误!未定义书签。

3.3.5 液体平均表面张力计算 (14)3.3.6 液体平均黏度计算 (15)3.4 精馏塔的塔体工艺尺寸设计 (16)3.4.1 塔径的计算………………………………………………………………………………错误!未定义书签。

3.4.2 精馏塔有效高度的计算 (18)3.5 塔板主要工艺尺寸的计算 (19)3.5.1 溢流装置计算 (19)3.5.2 塔板布置 (21)3.6 筛板的流体力学验算 (22)3.6.1 塔板压降 (23)3.6.2液面落差 (23)3.6.3 液沫夹带………………………………………………………………………………错误!未定义书签。

3.6.4 漏液 (25)3.6.5 液泛 (26)3.7 塔板负荷性能图…………………………………………………………………………错误!未定义书签。

3.7.1 漏液线……………………………………………………………………………………错误!未定义书签。

3.7.2 液沫夹带线 (28)3.7.3 液相负荷下限线…………………………………………………………………………错误!未定义书签。

3.7.4 液相负荷上限线…………………………………………………………………………错误!未定义书签。

3.7.5 液泛线……………………………………………………………………………………错误!未定义书签。

第四章塔附属设计 (33)4.1 精馏塔对外接管设计 (33)4.1.1 进料管 (33)4.1.2回流管 (34)4.1.3塔顶蒸汽出料管 (34)4.1.4塔釜排出管 (35)4.2 精馏塔换热装置 (35)4.2.1 冷凝器 (35)4.2.2再沸器 (36)4.3 筒体与封头………………………………………………………………………………错误!未定义书签。

4.3.1筒体…………………………………………………………………………………错误!未定义书签。

4.3.2封头…………………………………………………………………………………错误!未定义书签。

4.4除沫器…………………………………………………………………………………错误!未定义书签。

4.5 裙座 (37)4.6吊柱 (37)4.7人孔………………………………………………………………………………………错误!未定义书签。

5塔总体高度的设计……………………………………………………………………………错误!未定义书签。

5.1 塔的顶部空间高度…………………………………………………………………………错误!未定义书签。

5.3 塔立体高度…………………………………………………………………………………错误!未定义书签。

5.2 塔的底部空间高度…………………………………………………………………………错误!未定义书签。

参考文献................................................................................................错误!未定义书签。

设计总结 (40)概述塔设备是化工、石油化工、生物化工、制药等生产过程中广泛采用的气液传质设备。

根据塔内气液接触构件的结构形式，可分为塔板式和填料式两大类。

而工业上的塔板主要是应用于蒸馏和吸收传质单元操作的过程。

此次的设计主要是板式精馏塔的设计。

精馏是一种利用回流使液体混合物得到高纯度分离的蒸馏方法，是工业上应用最广的液体混合物分离操作，广泛用于石油、化工、轻工、食品、冶金等部门。

精馏操作按不同方法进行分类。

根据操作方式，可分为连续精馏和间歇精馏；根据混合物的组分数，可分为二元精馏和多元精馏；根据是否在混合物中加入影响汽液平衡的添加剂，可分为普通精馏和特殊精馏（包括萃取精馏、恒沸精馏和加盐精馏）。

乙醇~水是工业上最常见的溶剂，也是非常重要的化工原料之一，是无色、无毒、无致癌性、污染性和腐蚀性小的液体混合物。

因其良好的理化性能，而被广泛地应用于化工、日化、医药等行业。

近些年来，由于燃料价格的上涨，乙醇燃料越来越有取代传统燃料的趋势，且已在郑州、济南等地的公交、出租车行业内被采用。

山东业已推出了推广燃料乙醇的法规。

长期以来，乙醇多以蒸馏法生产，但是由于乙醇~水体系有共沸现象，普通的精馏对于得到高纯度的乙醇来说产量不好。

但是由于常用的多为其水溶液，因此，研究和改进乙醇`水体系的精馏设备是非常重要的。

塔设备是最常采用的精馏装置，无论是填料塔还是板式塔都在化工生产过程中得到了广泛的应用，在此我们作板式塔的设计以熟悉单元操作设备的设计流程和应注意的事项是非常必要的。

§1 设计任务1．1 设计题目：水-乙醇体系板精馏塔设计1．2 已知条件：生产能力4000kg/h（原料）、xF=40%，xD=90%，xW=1%、常压精馏、塔顶全冷凝、塔底间接加热、泡点回流、q=1、操作回流比、R=2Rmin1．3 设计要求（1）能满足工艺条件，达到指定的产量和质量。

（2）操作平稳，易于调节。

（3）经济合理（4）生产安全1．4 化工生产对塔设备的要求（1）生产能力大。

（2）高的传质传热效率。

（3）操作稳定，操作弹性大。

(4)分离效率好§2 设计方案流程选定【1】2.1操作条件的确定2.1.1精馏方式的选择：本设计采用连续精馏方式。

连续精馏具有产品质量稳定，生产能力大等优点。

将原料液送入精馏塔，由于该物系属于易分离物质且在所在涉及浓度范围内乙醇-水的相对挥发度较大，因而无须采用特殊精馏。

2.1.2 操作压力：本设计中水和乙醇在常压下因为液态混合物，且沸点适中，故选在常压下进行。

2.1.3 塔板形式：塔板是板式塔的主要构件，分为错流式塔板和逆流式两类，工业以错流式塔板为主。

常用的错流式塔板主要为泡罩塔、筛板塔、浮阀塔板。

根据生产要求，选择结构简单，易于加工，造价低廉的筛板塔，筛板塔处理能力大，塔板效率高，压降较低，在乙醇和水这种粘度不大的分离工艺有较好的表现。

2.1.4 进料热状况的选择：加料方式选择加料泵打入，设计中考虑操作费用和设备问题，由题目已知给定q=1进料（泡点）。

2.1.5加热方式的选择：蒸馏大多采用间接蒸汽加热，由题目给定为塔底间接加热。

乙醇和水体系也可采用直接蒸汽加热，可以利用压力较低的加热蒸汽以节省操作费用，并间接省掉加热设备，但其釜液浓度相应降低，故需要在提馏段增加塔板以达到生产需求。

2.1.6 回流比的选择：回流比的选择是精馏操作的重要工艺条件。

其选择的原则是使设备费用和操作费用之和最低，故在做回流比取最小回流比的两倍，即R=2R min。

2.1.7 再沸器，冷凝器等附属设备的安排：塔底设置再沸器，塔顶蒸汽完全冷凝后再泡点回流入塔。

冷凝器安装在较低的框架上，塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分通过回流比控制期分流后，用回流泵打回塔内，其余部分经产品冷却器冷却后送至储罐。