化工原理万吨乙醇水溶液连续精馏塔设计课程设计

5.2.1 堰高…………………………………………………………………… 14 5.2.2 降液管底隙高度h0…………………………………………………… 14 5.3 浮阀数目及排列…………………………………………………………14 5.3.1 浮阀数目……………………………………………………………… 14 5.3.2 排列…………………………………………………………………… 15 5.3.3 校核…………………………………………………………………… 16 6. 流体力学验算

6.1 气体通过浮阀塔板的压力降(单板压降)……………………………… 17 6.1.1 干板阻力…………………………………………………………………17 6.1.2 板上充气液层阻力………………………………………………………17 6.1.3 由表面张力引起的阻力…………………………………………………17 6.2 漏液验算………………………………………………………………… 17 6.3 液泛验算………………………………………………………………… 18 6.4 雾沫夹带验算…………………………………………………………… 18 7. 操作性能负荷图

7.1 雾沫夹带上限线………………………………………………………… 19 7.2 液泛线………………………………………………………………………19 7.3 液体负荷上限线………………………………………………………… 19 7.4 漏液线…………………………………………………………………… 20 7.5 液相负荷下限线…………………………………………………………20 7.6 操作性能负荷图………………………………………………………… 20 8. 各接管尺寸的确定

8.1 进料管…………………………………………………………………… 22 8.2 釜残液出料管…………………………………………………………… 22 8.3 回流液管………………………………………………………………… 23 8.4 塔顶上升蒸汽管………………………………………………………… 23 8.5 水蒸汽进口管……………………………………………………………23 9 辅助设备的选取

9.1 冷凝器……………………………………………………………………24

9.2 再沸器……………………………………………………………………24 三、设计一览表……………………………………………………………………24 四、设计小结…………………………………………………………………………26

附录：工艺流程图

设备总装图

一:概述

乙醇在工业、医药、民用等方面，都有很广泛的应用，是很重要的一种原料。在很多方面，要求乙醇有不同的纯度，有时要求纯度很高，甚至是无水乙醇，这是很有困难的，因为乙醇极具挥发性，也极具溶解性，所以，想要得到高纯度的乙醇必须通过一定的方法。

要想把低纯度的乙醇水溶液提升到高纯度，最简单的方法就是用连续 精馏的方法，因为乙醇和水的挥发度相差不大。精馏是多数分离过程，即同时进行多次部分汽化和部分冷凝的过程，因此可使混合液得到几乎完全的分离。化工厂中精馏操作是在精馏塔内进行的，塔内装有若干层塔板或充填一定高度的填料。为实现精馏分离操作，除精馏塔外，还必须从塔底引入上升蒸汽流和从塔顶引入下降液。可知，单有精馏塔还不能完成精馏操作，还必须有塔底再沸器和塔顶冷凝器，有时还要配原料液预热器、回流液泵等附属设备，才能实现整个操作。

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。 1.1 设计依据

本设计依据于教科书的设计实例，对所提出的题目进行分析并做出理论计算。

1.2 技术来源

目前，精馏塔的设计方法以严格计算为主，也有一些简化的模型，但是严格计算法对于连续精馏塔是最常采用的，我们此次所做的计算也采用严格计算法。

1.3 设计任务及要求

原料：乙醇~水溶液，年产量1.5万吨

乙醇含量：45%(质量分数)，原料液温度：30℃ 设计要求：塔顶的乙醇含量不小于94%(质量分数)

塔顶的乙醇回收率99%(质量分数)

二：计算过程 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2083kg/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，选用浮阀塔。其被广泛使用原因浮阀塔的

主要特点如下：

①操作弹性大，在较宽的气液负荷变化范围内均可保持高的板效率。其弹性范围为5-9，比筛板塔和泡罩塔的弹性范围都大；

②处理能力大，比泡罩塔大20％-40％，但比筛板塔略小；

③气体为水平方向吹出，气液接触良好，雾沫夹带量小，塔板效率高，一般比泡罩塔高15％左右；

④干板压降比泡罩塔小，但比筛板塔大；

⑤结构简单、安装方便，制造费用约为泡罩塔的60%-80％，为筛板塔的120％-130％；

2. 操作条件的确定 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

其中塔顶压力为1.01325?105Pa 塔底压力[1.01325?105?N(265~530)]Pa 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 2.3 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。 2.4 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。