乙醇—水连续精馏塔的设计课程设计任
务书
班级 学号
设计题目：
一、设计任务：
试设计一连续浮阀精馏塔以分离苯-甲苯混合物。具体工艺参数如下： 1、生产能力：原料处理量 58100 吨乙醇产品。 2、原料液中含乙醇 33.5 %（质量），其余为水。
3、产品要求：馏出液中的乙醇含量为 91 %（质量）。
釜液中的乙醇含量不高于 2 %（质量）。
设备的年运行时间平均为300天。
二、设计条件：
1、加热方式：直接蒸汽加热，蒸汽压力为 1.0~2.0kg/cm2。 2、操作压力：常压。
3、进料状况： 泡点进料 。
4、冷却水进口温度： 25 ℃，出口温度自定。 5、塔板形式：浮阀塔板。 三、应完成的工作量：
1、确定全套精馏装置的流程，绘制工艺流程示意图，标明所需的设备、管线及有关控制或观测所需的主要仪表与装置。 2、精馏塔的工艺设计，塔的结构尺寸设计。
3、辅助装置的设计和选型；估算冷却水用量和冷凝器的换热面积、水蒸气用量。 4、编写设计说明书一份。
5、绘制精馏塔的装配图一（一号图纸）。
指导老师：
年 月 日
前 言
本设计书是介绍精馏装置――板式塔（浮阀塔板）的设计，包括设计方案的确定，塔主要设备的工艺设计计算、辅助设备的选型、工艺流程图以及主要设备的工艺条件图等五个容。
本设计装置应用于分离乙醇和水混合物，然后用板式塔对其进行精馏分离，在已经设计好的数据基础上进行设备的设计和验算，使本设计能安全使用，有一定的工作效益。因为精馏所进行的是汽－液两相之间的传质和传热，而作为汽－液两相传质用的设备，首先必须要能使汽液两相能得到充分的接触，以达到较传质效率。没有这一条，则失去了其存在的基础。为了满足工业上生产的要求，塔设备还得具备下列各种基本要求：
1、处理能力大，即生产能力大时，仍不致发生大量的雾沫夹带、拦液或液
泛等破坏操作的现象。 2、操作稳定，操作弹性大，
3、流体流动的阻力小，即流体经塔设备的压力降小，这将大大节省动力消
耗，从而降低在较高的传质效率下进行稳定的操作，并应保证长期连续操作所必须具有的可靠性。
4、结构简单，材料耗用量小，制造和安装容易。 5、耐腐蚀和不易堵塞，方便操作、调节和检修。 6、塔的滞留量要小。
实际上，任何塔设备都难以满足上述所有要求，况且上述要求中有些也是互相矛盾的。不同的塔型的各有某些独特的优点，设计时应根据物系性质和具体要求，抓住主要矛盾，符合实际根据进行选型。
本设计书的每项计算按照以上书中的公式进行，并经过核对和验算，基本上可行和合符经济的合理性。
用于蒸馏（精馏）和吸收的塔器分别称为蒸馏塔和吸收塔。塔设备是化工、石油化工、生物、制药等生产过程中广泛采用的气液传质设备。
蒸馏和吸收作为分离过程，虽基于不同的物理化学原理，但均属于气、液两相的传质过程，有着共同特点，可在同样的设备中进行操作。
为获得最大的传质速率，塔设备应该满足两条基本原则： 1、
使气、液两相充分接触，适当湍动，以提供尽可能大的传质面积和传质系数，接触后两相又能及时完善分离；
2、
在塔使气、液两相具有最大限度的接近逆流，以提供最大的传质推动力。板式塔的各种结构设计、新型高效填料的开发，均是这两条原则的体现和展示。
3、
从工程目的出发，塔设备性能的评价指标如下：
1）通量—单位塔截面的生产能力，表征塔设备的处理能力和允许空塔气速； 2）分离效率—单位压降塔的分离效果，对板式塔以板效率表示，对填料塔以等板高度表示；
3）适应能力—操作弹性，表现为对物料的适应性及负荷波动的适应性。
塔设备在兼顾通量大、效率高、适应性强的前提下，还应满足流动阻力低、结构简单、金属耗量少、造价低、易于操作控制等要求。
一般来说，通量、效率和压强是互相影响甚至是互相矛盾的。对于工业大规模生产来说，应在保持高通量前提下，争取效率不过于降低；对于精密分离来说，应优先考虑高效率，而通量和压强则放在第二位。 本次设计包括三部分：
第一部分：工艺流程的选择及示意图 第二部分：精馏塔的工艺设计计算 第三部分：精馏塔的结构设计
在设计过程中，严格按照常用数据算图，化工设备常用材料性能以及化工图例国标规定进行设计，查阅了相关资料与文献，进行了充分的讨论，以达到设计要求及标准，反应设计的科学性与可行性，即节约经济又符合生产要求。
目 录
化工原理课程设计任务书……………………………………………………1 前言……………………………………………………………………………2 一、精馏流程的确定…………………………………………………………… 6 1.1设计方案的原理和依据………………………………………………………6 1.2确定设计方案的原则…………………………………………………………7 1.3设计方案的确定………………………………………………………………7 1.4工艺流程示意图………………………………………………………………8 二、精馏塔的物料衡算…………………………………………………………10
2.1 原始数据……………………………………………………………… 10 2.2原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数……………………………… 10 2.3原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量………………………… 10 2.4物料衡算 …………………………………………………………… 11 三、塔板数的确定…………………………………………………………… 11
3.1 理论塔板数NT的确定…………………………………………… 11 3.2 实际板层数的求取………………………………………………… 14 3.3确实进料位置………………………………………………………… 15 四、热量衡算………………………………………………………………… 16 4.1原料液带进的热量……………………………………………………16
4.2.回流液带进的热量………………………………………………… 16 4.3塔顶蒸汽带出的热量…………………………………………………16
4.4塔底蒸汽带出的热量…………………………………………………16 4.5水蒸汽的用量的计算……………………………………………………17 4.6冷却水用量计算…………………………………………………………17
五、精馏塔的工艺条件用有关特性数据的计算……………………………… 17
5.1 操作压力的计算………………………………………………………17 5.2 操作温度的计算………………………………………………………17 5.3 平均摩尔质量的计算…………………………………………………17 5.4 平均密度的计算………………………………………………………19 5.5 液体表面力的计算…………………………………………………20 5.6 液体平均黏度的计算…………………………………………………21 六、精馏塔的塔体的工艺尺寸计算…………………………………………… 21
6.1 塔径D的计算…………………………………………………………21 七、塔板主要工艺尺寸的计算…………………………………………………24
7.1 溢流装置计算……………………………………………………… 24 7.2 塔板布置用浮阀数目与排列……………………………………… 25 八、塔板流体力学验算…………………………………………………………29
8.1 气相通过浮阀塔板的压强降……………………………………… 29 8.2 淹塔………………………………………………………………… 30 8.3 雾沫夹带…………………………………………………………… 30 九、塔板负荷性能图……………………………………………………………31
9.1 雾沫夹带线………………………………………………………… 31
乙醇—水连续精馏塔的设计课程设计任务书
