乙醇-水精馏塔浮阀塔课程设计

化工原理课程设计

乙醇——水混合液精馏塔设计

刘入菡

应用化学专业应化1104班学号110130106

指导教师顾明广

摘要

本设计为分离乙醇-水混合物，采用筛板式精馏塔。精馏塔是提供混合物气、液两相接触条件，实现传质过程的设备。它是利用混合物中各组分挥发能力的差异，通过液相和气相的回流，使混合物不断分离，以达到理想的分离效果。

选择精馏方案时因组分的沸点都不高所以选择常压，进料为泡点进料，回流是泡点回流。塔顶冷凝方式是采用全凝器，塔釜的加热方式是使用再沸器。

精馏过程的计算包括物料衡算，热量衡算,塔板数的确定等。然后对精馏塔进行设计包括：塔径、塔高、溢流装置。最后进行流体力学验算、绘制塔板负荷性能图。

乙醇精馏是生产乙醇中极为关键的环节，是重要的化工单元。其工艺路线是否合理、技术装备性能之优劣、生产管理者及操作技术素质之高低，均影响乙醇生产的产量及品质。工业上用发酵法和乙烯水化法生产乙醇，单不管用何种方法生产乙醇，精馏都是其必不可少的单元操作。浮阀塔具有下列优点：1、生产能力大。2、操作弹性大。3、塔板效率高。4、气体压强降及液面落差较小。5、塔的造价低。浮阀塔不宜处理易结焦或黏度大的系统，但对于黏度稍大及有一般聚合现象的系统，浮阀塔也能正常操作。

关键词：乙醇水精馏浮阀塔连续精馏塔板设计

目录

前言 (1)

第一章设计任务书 (2)

1.1、设计条件 (2)

1.2、设计任务 (2)

1.3、设计内容 (3)

第二章设计方案确定及流程说明 (5)

第三章塔板的工艺设计 (7)

3.1、全塔物料衡算 (7)

3.2、塔内混合液物性计算 (8)

3.3、适宜回流比 (15)

3.4、溢流装置 (21)

3.5、塔板布置与浮阀数目及排列 (22)

3.6、塔板流体力学计算 (25)

3.7、塔板性能负荷图 (29)

3.8、塔高度确定 (33)

第四章附属设备设计 (35)

4.1、冷凝器的选择 (35)

4.2、再沸器的选择 (36)

第五章辅助设备的设计 (38)

5.1、辅助容器的设计 (38)

5.2、管道设计 (39)

第六章控制方案 (42)

第七章设计心得与体会 (42)

附录一主要符号说明 (43)

附录二塔计算结果表 (45)

附录三管路计算结果表 (47)

文献综述 (48)

前言

乙醇（C2H5OH），俗名酒精，是基本的工业原料之一，与酸碱并重，它作为再生能源犹为受人们的重视。工业上常用发酵法（C6H10O5）n和乙烯水化法制取乙醇。乙醇有相当广泛的用途，除用作燃料，制造饮料和香精外，也是一种重要的有机化工原料，如用乙醇制造乙酸、乙醚等；乙醇又是一种有机溶剂，用于溶解树脂，制造涂料。

要想把低纯度的乙醇水溶液提升到高纯度，要用连续精馏的方法，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直立圆形的精馏塔内进行的，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。

浮阀塔与20世纪50年代初期在工业上开始推广使用，由于它兼有泡罩塔和筛板塔的优点，已成为国内应用最广泛的塔型，特别是在石油、化学工业中使用最普遍。浮阀有很多种形式，但最常用的形式是F1型和V-4型。F1型浮阀的结果简单、制造方便、节省材料、性能良好，广泛应用在化工及炼油生产中，现已列入部颁标准（JB168-68）内，F1型浮阀又分轻阀和重阀两种，但一般情况下都采用重阀，只有处理量大且要求压强降很低的系统中，才用轻阀。浮阀塔具有下列优点：1、生产能力大。2、操作弹性大。3、塔板效率高。4、气体压强降及液面落差较小。5、塔的造价低。浮阀塔不宜处理易结焦或黏度大的系统，但对于黏度稍大及有一般聚合现象的系统，浮阀塔也能正常操作。

一设计任务书

1.1 设计条件

⑴处理量：106000吨/年

⑵操作条件：

精馏塔塔顶压强：1. 03 atm（绝对压强)

进料液状态：自选

回流比：自选

加热蒸汽压力：低压蒸汽

单板压降：75mm液柱

乙醇-水平衡数据自查

⑶液料组成（质量分数）：45%

⑷塔顶产品质量组成（质量分数）：93%

⑸塔顶易挥发组分回收率：99%

⑹每年实际生产天数：330天

1.2 设计任务

⑴精馏塔的物料衡算

⑵塔板数的确定

⑶精馏塔的工艺条件及有关数据的计算

⑷精馏塔的塔体工艺尺寸的计算

⑸塔板主要工艺尺寸的计算

⑹塔板的流体力学验算

⑺塔板负荷性能图

⑻精馏塔接管尺寸的计算

1.3设计内容

⑴工艺设计

①选择工艺流程和工艺条件

1) 加料方式：贮罐加料泵精馏塔。

2) 进料热状态：泡点进料，进料根据能量充分合理利用和节能原则，可利用塔顶蒸汽的冷凝热对料液进行预热至沸点。

3) 塔顶蒸汽冷凝方式：在分凝器中利用塔顶蒸汽的冷凝热对料液进行预热，饱和液体进入回流罐，饱和气体然后在全凝器中进一步冷凝成饱和液体进入回流罐。

4) 再沸器加热方式：间接加热。

5) 塔顶产品的出料状态：塔顶产品冷却至常温后进产品贮槽。塔底采出物流的能量另作它用。

⑵精馏工艺计算

①物料衡算确定各物料流量。

②确定适宜回流比。

⑶精馏塔设备设计

①塔板设计和流体力学计算

对精馏段和提馏段分别进行塔板设计和流体力学计算。确定溢流装置的设计，塔盘布置，塔盘流动性能的校核。

②绘制塔板汽液负荷性能图

分别画出精馏段和提馏段的塔板汽液负荷性能图。

③精馏塔机械结构和塔体附件

a.接管规格：根据流量和流体性质，选取经验流速，确定进料管、塔顶蒸汽管、回流液管、塔釜再沸器进液管和蒸汽管的接管规格。

b.全塔高度：包括上下封头、裙座高度。

⑷附属设备设计和选用