水-乙醇精馏塔课程设计

大学化学化工学院

《化工原理》课程

课程设计

乙醇-水精馏塔说明书

专业：食品科学与工程

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前言

精馏塔是均相混合物分离过程的主要单元设备，精馏过程包括物料的预热、物料的部分冷凝和部分汽化、塔顶蒸汽的冷凝和釜液的汽化。因此精馏塔的设计除塔体设计计算和结构设计外，还包括预热器、冷凝器和再沸器等附属设备的设计计算。

精馏塔设备是炼油、化工、石油化工等生产中广泛应用的气液传质设备之一。化工生产常需进行二元液相混合物的分离以达到提纯或回收有利用价值组分的目的。精馏是利用液体混合物中各组分挥发度的不同并借助于多次部分液化或多次部分冷凝达到轻重组分分离目的的方法。精馏操作在化工、石油化工或轻工等工业生产中占有重要的地位。板式精馏塔为逐级接触型气－液传质设备，其种类繁多，根据塔板上气－液接触元件的不同，可分为泡罩塔、浮阀塔、筛板塔、穿流多孔板塔、舌形塔、浮动舌形塔和浮动喷射塔等多种。其部设置一定数目的塔板，气体以鼓泡或喷射形式穿过板上液层进行质热传递，气液相组成呈阶梯变化。

本次设计的浮阀塔是化工生产中主要的气液传质设备。此设置针对二元物系的精馏问题进行分析、选取、计算、核算、绘图等，是较完整的精馏设计过程。该设计方法被工程技术人员广泛采取。

本设计主要是利用连续浮阀精馏塔将乙醇和水的混合物进行精馏分离。精馏所进行的是气、液两相之间的传质，而作为气、液两相传质所用的塔设备，首先必须要能使气、液两相得到充分的接触，以达到较高的传质效率。为此，掌握气液相平衡关系，熟悉各种塔形的操作特性，对选择、设计和分析分离中的各种参数是非常重要的。

本设计书所涉及的计算及图表尽量采用国际单位制，在设计过程中，严格按照常用数据，化工设备常用材料性能以及化工图例国标规定进行设计，同时查阅了其他关于板式精馏塔设计方面的文献。大部分的计算都按照《板式精馏塔设计》一书中的公式进行计算，并经过核对与验算，操作上可行，经济上有一定的合理性。

目录

前言 (2)

目录 (3)

符号表 (7)

设计任务书 (14)

第一章设计方案的确定 (15)

1.1设计方案说明 (15)

1.2确定设计方案的原则 (15)

1.3设计方案的确定 (16)

1.3.1操作条件的确定 (16)

1.3.2进料热状况的选择 (17)

1.3.3塔釜料液的加热方式的选择 (17)

1.3.4热能的利用 (18)

1.3.5主要设备的形式 (18)

第二章精馏塔的工艺设计计算 (20)

2.1精馏塔的物料衡算 (20)

2.1.1原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数 (20)

2.1.2原料液及塔顶、塔底的平均摩尔质量 (21)

2.1.3物料衡算 (21)

2.2回流比与塔板数的确定 (21)

2.2.1回流比的确定 (21)

2.2.2理论塔板数 (23)

2.2.3总塔效率和实际塔板数 (24)

第三章精馏塔工艺条件及有关物性数据计算 (26)

3.1操作压力 (26)

3.2平均摩尔质量的计算 (27)

3.2.1塔顶混合物平均摩尔质量的计算 (27)

3.2.2进料处混合物平均摩尔质量的计算 (27)

3.2.3塔釜混合物平均摩尔质量的计算 (27)

3.2.4精馏段混合物平均摩尔质量 (28)

3.2.5提馏段混合物平均摩尔质量 (28)

3.3液体平均黏度的计算 (28)

3.3.1塔顶液体平均黏度 (28)

3.3.2进料处液体平均黏度 (28)

3.3.3塔釜液体平均黏度 (29)

3.3.4精馏段、提馏段液体平均黏度 (29)

3.4平均密度的计算 (29)

3.4.1塔顶、进料处、塔釜的液相平均密度 (29)

3.4.2精馏段、提馏段汽相平均密度 (31)

3.4.3精馏段、提馏段液相平均密度 (31)

3.5液体平均表面力的计算 (32)

3.5.1塔顶、进料处、塔釜的液体平均表面力 (32)

3.5.2精馏段、提馏段的液体平均表面力 (32)

第四章精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (33)

4.1塔径的计算 (33)

4.1.1精馏段塔径 (33)

4.1.2提馏段塔径 (34)

4.2精馏塔的全塔高度 (35)

第五章塔板主要工艺尺寸计算 (35)

5.1精馏段溢流装置计算 (36)

l (36)

5.1.1堰长

W

5.1.2校核精馏段液体在降液管中的停留时间 (36)

h (37)

5.1.3出口堰高

W

h (38)

5.1.4降液管底隙高度

5.2提馏段溢流装置计算 (38)

5.2.1校核提馏段液体在降液管中的停留时间 (38)

h (38)

5.2.2出口堰高'

W

h (39)

5.2.3降液管底隙高度'

5.3精馏段塔板布置及浮阀数目与排列 (39)

5.3.1阀孔数 (39)

5.3.2塔板布置 (39)

5.4提馏段塔板布置及浮阀数目与排列 (41)

5.4.1阀孔数 (41)

5.4.2塔板布置 (41)

第六章塔板流体力学验算 (42)

6.1精馏段阻力计算 (43)

6.2提馏段阻力计算 (43)

6.3精馏段淹塔校核 (44)

6.4提馏段淹塔校核 (45)

6.5精馏段雾沫夹带校核 (45)

6.6提馏段雾沫夹带校核 (46)

第七章塔板负荷性能图 (47)

7.1精馏段塔板负荷性能图 (47)

7.1.1极限雾沫夹带线 (47)

7.1.2液泛线 (48)

7.1.3降液管液相负荷上限线 (49)

7.1.4液相下限线 (49)

7.1.5汽相负荷下限线 (49)

7.2提馏段塔板负荷性能图 (51)

7.2.1极限雾沫夹带线 (51)

7.2.2液泛线 (51)