浮阀精馏塔课程设计

目 录

第一章 绪 论 ..................................................... 1

第二章 塔板的工艺设计 ............................................. 2

2.1 精馏塔全塔物料衡算 ............................................ 2

2.2 常压下乙醇-水气液平衡组成（摩尔）与温度关系 ................... 2

表1 .............................................................. 2

2.4 混合物的粘度 .................................................. 7

2.5.相对挥发度.................................................... 8

2.6.气液相体积流量计算............................................ 8

2.7 理论塔板的计算 ................................................ 9

2.8 塔径的初步计算 ............................................... 11

2.9 溢流装置 ..................................................... 12

2.9.1 堰长..................................................... 12

2.9.2 弓形降液管宽度和横截面积................................. 13

2.9.3 降液管底隙高度........................................... 13

2.10塔板布置及浮阀数目与排列 .................................... 13

2.10.1 塔板分布................................................ 13

2.10.2 浮阀数目与排列.......................................... 13

第三章 塔板的流体力学计算 ....................................... 16

3.1 气相通过浮阀塔板的压降 ....................................... 16

3.2 淹塔 ......................................................... 17

3.3 雾沫夹带 ..................................................... 17

3.4 塔板负荷性能图 ............................................... 18

第四章 塔附件设计 ................................................ 24

4.1 接管 ......................................................... 24

4.2 简体与封头 ................................................... 25

4.3 除沫器 ....................................................... 25

4.4 裙座 ......................................................... 26

4.5 吊柱 ......................................................... 26

4.6 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 ............................................ 29

6.1 确定冷凝器的热负荷 ........................................... 29

6.2 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) 操作条件

a) 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；

6) 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)

1 第一章 绪 论

塔设备是炼油、化工、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。

2 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) xF：原料组成（摩尔分数，下同）

D：塔顶产品流量(kmol/h) xD：塔顶组成

W：塔底残液流量(kmol/h) xW：塔底组成

原料乙醇组成：xF=0.50/46.070.50/46.07+0.50/18.02 =0.281=28.1%

塔顶组成：xD =0.92/46.070.92/46.07+0.08/18.02 =0.818=81.8%

塔底组成：xW=0.0001/46.070.0001/46.07+0.9999/18.02 =3.91×10-5

进料平均分子量:M=46.07×0.281+18.02×0.719=25.90kg/mol

进料量：F= 90.2572001056=26.813kmol/h

物料衡算式为：F=D+W FxF=DxD+WxW

联立代入求解:D= 9.21kmol/h W=17.603kmol/h

2.2 常压下乙醇-水气液平衡组成（摩尔）与温度关系

表1

温度/℃ 乙醇（摩尔分数）/% 温度/℃ 乙醇（摩尔分数）/% 温度/℃ 乙醇（摩尔分数）/%

液相 气相 液相 气相 液相 气相

100 0 0 82.7 23.37 54.45 79.3 57.32 68.41

95.5 1.90 17.00 82.3 26.08 55.80 78.74 67.63 73.85

89.0 7.21 38.91 81.5 32.73 58.26 78.41 74.72 78.15

86.7 9.66 43.75 80.7 39.65 61.22 78.15 89.43 89.43

85.3 12.38 47.04 79.8 50.79 65.64

84.1 16.61 50.89 79.7 51.98 65.99