乙醇-水精馏塔设计报告

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乙醇-水精馏塔设计报告

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目录

第一章设计任务书 (1)

第二章设计方案的确定及流程说明 (2)

2.1 塔类型的选择 (2)

2.2 塔板形式的选择 (3)

2.3 设计方案的确定 (4)

第三章塔的工艺计算 (6)

3.1物料衡算 (6)

3.2理论板数，板效率及实际板数的计算 (10)

3.3平均参数、塔径、塔高的计算 (14)

第四章塔板结构设计 (21)

4.1塔板结构尺寸的确定 (21)

4.2塔板流体力学计算 (23)

第五章塔板负荷性能图 (28)

5.1 精馏段 (28)

5.2提馏段 (30)

第六章附属设备设计 (33)

6.1产品冷却器 (33)

6.2接管 (34)

6.3其他 (35)

第七章设计方案的比较与讨论 (36)

第一章设计任务书

一、设计题目：乙醇—水精馏塔

本设计是根据生产实际情况并加以一定程度的简化而提出的。

二、设计任务及条件

1.进精馏塔料液含乙醇25%（质量），其余为水。

2.产品乙醇含量不得低于94%（质量）。

3.残液中乙醇含量不得高于0.1%（质量）。

4.生产能力为日产（24小时）50吨94%的乙醇产品

5.操作条件：

精馏塔顶压力：4KPa（表压）

进料状况：泡点进料

回流比：R/R min=1.6

单板压降：不大于667 Pa

加热蒸汽压力：101.3kPa（表压）

6.设备形式：浮阀塔

7.厂址：天津地区

第二章设计方案的确定及流程说明

2.1 塔类型的选择

塔设备的种类很多，按操作压力可分为常压塔、加压塔和减压塔；按塔内气液相接触构件的结构形式又可分为板式塔和填料塔两大类。

板式塔和填料塔各有适用的环境，具体板式塔和填料塔性能的比较可见下表1：

表1 板式塔和精馏塔的比较

类型板式塔填料塔

结构特点每层板上装配有不同型式的气

液接触元件或特殊结构，如筛

板、泡罩、浮阀等；塔内设置

有多层塔板，进行气液接触

塔内设置有多层整砌或乱堆的填料，

如拉西环、鲍尔环、鞍型填料等散装

填料，格栅、波纹板、脉冲等规整填

料；填料为气液接触的基本元件

操作特点气液逆流逐级接触微分式接触，可采用逆流操作，也可

采用并流操作

设备性能

空塔速度（亦即生产能力）

高，效率高且稳定；压降大，

液气比的适应范围大，持液量

大，操作弹性小

大尺寸空塔气速较大，小尺寸空塔气

速较小；低压时分离效率高，高压时

分离效率低，传统填料效率较低，新

型乱堆及规整填料效率较高；

大尺寸压力降小，小尺寸压力降大；

要求液相喷淋量较大，持液量小，操

作弹性大

制造与维修直径在600mm以下的塔安装困

难，安装程序较简单，检修清

理容易，金属材料耗量大

新型填料制备复杂，造价高，检修清

理困难，可采用非金属材料制造，但

安装过程较为困难

适用场合处理量大，操作弹性大，带有

污垢的物料

处理强腐蚀性，液气比大，真空操作

要求压力降小的物料

在本设计中，之所以选用板式塔，塔底为直接蒸汽加热，板式塔塔底无需再添加气体初始分布装置，且塔顶和进料口位置无需添加液体初始分布装置；另一方面，塔板所需费用要远低于规整填料，正式是因为板式塔的结构简单，造价较低两大优点，导致具有比较大的经济优势。

2.2 塔板形式的选择

塔板形式很多，常见的有泡罩塔板、筛孔塔板、浮阀塔板、网孔塔板、垂直塔板、无降液管塔板（常见的有穿流式栅板、穿流式筛板）、导向筛板、多降液管塔板和斜喷型塔板（常见的有舌型塔板、斜孔塔板、浮动舌型塔板、浮动喷射塔板）等。

泡罩塔板是工业上应用最早的塔板，它由升气管及泡罩构成。泡罩安装在升气管的顶部，分圆形和条形两种，以前者使用较广。泡罩有φ80、φ100和φ150mm三种尺寸，可根据塔径大小选择。泡罩下部周边开有很多齿缝，齿缝一般为三角形、矩形或梯形。泡罩在塔板上为正三角形排列。优点是操作弹性较大，液气比范围较大，不易堵塞，适用于处理各种物料，操作稳定可靠。缺点是结构复杂，造价高；板上液层厚，塔板压降大，生产能力及板效率较低，除特殊需要，一般不选用。

筛孔塔板简称筛板，其结构特点是在塔板上开有许多均匀小孔，孔径一般为3～8mm。

筛孔在塔板上为正三角形排列。塔板上设置溢流堰，使板上能保持一定厚度的液层。优点是结构简单，造价低；板上液面落差小，气体压降低，生产能力较大；气体分散均匀，传质效率高。缺点是筛孔易堵塞，不宜处理易结焦、粘度大的物料。

浮阀塔板的结构特点是在塔板上开有若干个阀孔，每个阀孔装有一个可上下浮动的阀片，阀片本身连有几个阀腿，插入阀孔后将阀腿底脚拨转90°，以限制阀片升起的最大高度，并防止阀片被气体吹走。阀片周边冲出几个略向下弯的定距片，当气速很低时，由于定距片的作用，阀片与塔板呈点接触而坐落在阀孔上，可防止阀片与板面的粘结。优点是结构简单、制造方便、造价低；塔板开孔率大，生产能力大；由于阀片可随气量变化自由升降，故操作弹性大；因上升气流水平吹入液层，汽液接触时间较长，故塔板效率较高。缺点是处理易结焦、高粘度的物料时，阀片易与塔板粘结；在操作过程中有时会发生阀片脱落或卡死等现象，使塔板效率和操作弹性降低。

表2 塔板性能的比较

塔盘类型优点缺点适用场合

泡罩板浮阀板

较成熟、操作稳定

结构复杂、造价高、塔板

阻力大、处理能力小

特别容易堵塞的物系效率高、操作范围宽浮阀易脱落分离要求高、负荷变化大

筛板结构简单、造价低、塔

板效率高

易堵塞、操作弹性较小分离要求高、塔板数较多

舌型板结构简单且阻力小操作弹性窄、效率低分离要求较低的闪蒸塔