目 录

摘 要 .................................................................... ii 第一章 绪论 ............................................................... 1

1.1课题背景 ........................................................... 1 1.2 操作流程 .......................................................... 1 1.3课题条件 ........................................................... 2 第二章 精馏塔的物料衡算 ................................................. 3 2.1原料液及塔顶塔釜产品的摩尔分率 ..................................... 3 2.2原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 ............................... 3 2.3物料衡算 ........................................................... 4 第三章 塔板数的确定 ....................................................... 4

3.1理论板层数NT的求取 ................................................ 4 3.2实际板层数的求取 ................................................... 6 第四章 精馏塔的工艺条件计算 ............................................... 8

4.1操作压力及温度计算 ................................................. 8 4.2平均摩尔质量及密度计算 ............................................. 8 4.3液体平均表面张力及粘度计算 ........................................ 10 第五章 精馏塔的塔体工艺尺寸计算 .......................................... 12

5.1塔径的计算 ........................................................ 12 5.2精馏塔有效高度的计算 .............................................. 14 第六章 塔板主要工艺尺寸的计算 ............................................ 15

6.1溢流装置计算 ...................................................... 15 6.2塔板布置 .......................................................... 17 第七章 筛板的流体力学验算 ................................................ 18

7.1塔板压降 .......................................................... 18 7.2液面落差 .......................................................... 20 7.3液沫夹带 .......................................................... 20 7.4漏液 .............................................................. 21 7.5液泛 .............................................................. 22 第八章 塔板负荷性能图 .................................................... 23

8.1漏液线 ............................................................ 23 8.2液沫夹带线 ........................................................ 24 8.3液相负荷下限线 .................................................... 25 8.4液相负荷上限线 .................................................... 26 8.5液泛线 ............................................................ 26 第九章 精馏塔各接管尺寸的计算 ............................................ 29

9.1接管 .............................................................. 29 9.2塔体总高度 ........................................................ 30 第十章 辅助设备 .......................................................... 32

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10.1全凝器 ........................................................... 32 10.2再沸器 ........................................................... 33 10.3原料预热器 ....................................................... 33 计算结果一览表 ........................................................... 34 主要符号说明 ............................................................. 35 参考文献 ................................................................. 37

摘 要

乙醇-水是工业上最常用的溶剂，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，而被广泛用于化工、日化、医药等行业，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，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必要的。

本次设计是针对乙醇-水体系而进行的常压二元筛板精馏塔的设计及其辅助设备的选型。本次设计对筛板塔的工艺过程和结构进行了比较全面的设计，并对其他辅助设备如冷凝器、泵的选型进行了计算。通过本次对筛板精馏塔的设计，使我们初步掌握化工设计的基本原理和方法，培养了我们的独立思考，实事求是，综合运用所学知识解决实际问题的能力。

关键词：乙醇-水；筛板精馏塔；工艺流程；操作条件

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第一章 绪论

1.1课题背景

精馏的基本原理是根据各液体在混合液中的挥发度不同，采用多次部分汽化和多次部分冷凝的原理来实现连续的高纯度分离。在现代的工业生产中已经广泛地应用于物系的分离、提纯、制备等领域，并取得了良好的效益。其中主要包括板式塔和填料塔，而板式塔的塔板类型主要有泡罩塔板、浮阀塔板、筛板塔板、舌形塔板、网孔塔板、垂直塔板等等,本次课程设计是筛板塔。

精馏过程与其他蒸馏过程最大的区别，是在塔两端同时提供纯度较高的液相和气相回流，为精馏过程提供了传质的必要条件。提供高纯度的回流，使在相同理论板的条件下，为精馏实现高纯度的分离时，始终能保证一定的传质推动力。所以，只要理论板足够多，回流足够大时，在塔顶可能得到高纯度的轻组分产品，而在塔底获得高纯度的重组分产品。精馏广泛应用于石油,化工,轻工等工业生产中,是液体混合物分离中首选分离方法

1.2 操作流程

本次课程设计是分离乙醇——水二元物系。

乙醇——水溶液经预热至泡点后，用泵送入精馏塔。塔顶上升蒸气采用全冷凝后，部分回流，其余作为塔顶产品经冷却器冷却后送至贮槽。塔釜采用间接蒸汽再沸器供热，塔底产品经冷却后送入贮槽。

精馏装置有精馏塔、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—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。

1.筛板塔的操作弹性小，对物料的流量要求非常平稳精确，不利于实际生产中使用。

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2. 筛板塔盘较浮阀塔盘的优点是结构简单抗堵，压降较小，造价便宜。 3. 筛板塔盘现在很少用了，比浮阀塔的效率低，操作弹性小。

4. 筛板塔盘也有溢流堰和降液管。优点是结构简单，压降较小，造价便宜，抗堵性强。

工科大学生应具有较高的综合能力，解决实际生产问题的能力，课程设计是一次让我们接触实际生产的良好机会，我们应充分利用这样的时机认真去对待每一项任务，为将来打下一个稳固的基础。而先进的设计思想、科学的设计方法和优秀的设计作品是我们所应坚持的设计方向和追求的目标。

1.3课题条件

一常压操作的连续板式精馏塔（自选塔板类型）内分离乙醇-水混合物，间接 蒸汽加热，生产时间为7200小时/年，塔顶易挥发组分回收率为99%,产品的质量要求见下表

表1-1 产品质量要求 加热蒸汽： 低压蒸汽 乙醇的组

处理能力/t·y

-1

成（质量分数）/%原料

乙醇的组成（质量分数）/% 塔顶产品 93.5

塔顶易挥发组分回收率%

20000

45 99

操作条件：

1.塔顶压力：4KPa（表压）； 2.进料热状态：自选； 3.回流比：自选； 4.单板压降：≤0.7 KPa； 5.全塔效率:待算

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设计任务

1、设备选型、设计方案的确定和流程说明；

2、精馏塔的工艺计算：塔径、塔高、溢流装置、塔板的布置、升气道等的设计与排列； 3、流体力学性能的验算；

4、绘制塔板负荷性能图并结合流体力学验算进行调整； 5、有关附属设备的计算选型；

6、编写设计说明书和设计结果概要或设计一览表，绘制主体设备工艺条件图。

第二章 精馏塔的物料衡算

2.1原料液及塔顶产品的摩尔分率

乙醇的摩尔质量 MA?46kg/kmol 水的摩尔质量 MB?18kg/kmol

xF?0.45/46?0.2425

0.45/46?0.55/18xD=0.935/46=0.84910.935/46?0.065/18

2.2原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量

MF=0.281?46??1?0.281??18=25.868kg/kmol

MD=0.839?46??1?0.839??18?35.696kg/kmol

MW?0.004?46?(1?0.004)?18?18.110kg/kmol

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