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滨州学院化工课程设计

题 目 乙醇-水连续筛板精馏塔工艺设计 ____ 系 （院） 化学与化工系__________

前言

精馏是分离液体混合物最常用一种操作，在化工、炼油等工业中应用很广。它通过汽、液两相的直接接触，利用组分挥发度的不同，使易挥发组分由液相向汽相传递，难挥发的由汽相向液相传递，是汽、液两相之间的传质过程。

精馏过程中，料液自塔的中部某适当的位置连续地加入塔内，塔顶设有冷凝器将塔顶蒸汽冷凝为液体。冷凝液的一部分回入塔顶，称为回流液，其余作为塔顶产品（馏出液）连续排出。在塔内上半部（加料位置以上）上升蒸汽和回流液体之间进行着逆流接触和物质传递。塔底部装有再沸器（蒸馏釜）以加热液体产生蒸汽，蒸汽沿塔上升，与下降的液体逆流接触并进行物质传递，塔底连续排出部分液体作为塔底产品。塔的上半部分（加料位置以上）称为精馏段，塔的下半部分包括再沸器（蒸馏釜）称为提馏段。

根据生产上的不同要求，精馏操作可以是连续或间歇的，有特殊物质的体系还可以用恒沸精馏或萃取精馏等特殊的方法进行分离。

精馏过程按操作过程可分为常压精馏、加压精馏和减压精馏。一般说来，当总压强增大时，平衡时气相浓度与液相浓度接近，对分离不利，但对常压下为气态的混合物，可采用加压精馏；沸点高又是热敏性的混合液可采用减压精馏。

精馏过程所用的设备及起相互联系总称为精馏装置，其核心为精馏塔。常用的精馏塔有板式塔和填料塔两大类。

板式塔内沿塔高安装了若干层塔板（亦称塔盘），液体靠重力作用由顶部流向塔底，并在各块板面上形成流动的液层；气体则靠压强差推动，由塔底向上依次穿过各塔板上的液层而升至塔顶。气、液两相在塔板上直接接触完成热、质的传递，两相组成沿着塔高呈阶梯式变化。塔

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板是板式塔内汽、液接触的主要元件。塔板的种类很多，根据塔板结构特点可将板式塔分为：泡罩塔、筛板塔、浮阀塔、浮舌塔、浮动喷淋塔等多种不同的塔型。

化工原理教材已对常用的板式塔，如泡罩塔、筛板塔、浮阀塔、喷射塔、多降液管塔、无溢流塔等的形式、结构和优点作了介绍，从中了解到不同的类型各有其优缺点，各有其使用的场合。 塔总体结构包括塔体、裙座、封头、除沫器、接管、手孔、人孔等。

目录

一、设计题目 ............................................................................................................................................... 3 二、设计目的................................................................................................................................................ 3 三、设计任务及操作条件 ............................................................................................................................ 3 四、设计内容 ............................................................................................................................................... 4 （一） 设计方案选定.................................................................................................................................. 4 （二） 精馏塔的物料衡算 .......................................................................................................................... 5 一、摩尔分率及摩尔质量的计算 ............................................................................................................ 5 1.原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 ............................................................................................. 5 2.原料及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 ......................................................................................... 5 二、物料衡算 ........................................................................................................................................... 5 （三） 精馏工艺条件计算 .......................................................................................................................... 6 一、乙醇气液平衡数据（101.3KPA） .................................................................................................... 6 二、乙醇和水X—Y图，及精馏段操作线、提留段操作线 ................................. 错误！未定义书签。 1、理论塔板数NT 的求取 .................................................................................................................. 6 2、实际板层数的求取 ......................................................................................................................... 8 三 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 ..................................................... 错误！未定义书签。 1、操作压力 ....................................................................................................................................... 12 2、操作温度 ........................................................................................................ 错误！未定义书签。 3、平均摩尔质量的计算 ..................................................................................................................... 9 4、精馏段平均密度计算 ................................................................................................................... 10 5、液体平均表面张力的计算 ............................................................................................................ 11 （四）精馏塔的塔体工艺尺寸计算 .......................................................................................................... 12 一、精馏段塔径的计算.......................................................................................................................... 12 二、提馏段塔径的计算.......................................................................................................................... 13 三、 精馏塔有效高度的计算 ................................................................................................................ 14 1、精馏段的有效高度 ........................................................................................ 错误！未定义书签。 2、提馏段的有效高度 ........................................................................................ 错误！未定义书签。 （五）塔板主要工艺尺寸的计算 .............................................................................................................. 15

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一、精馏段溢流装置的计算因塔径 ...................................................................................................... 15 1、堰长lw ...................................................................................................................................... 15 2、溢流堰高度hw .............................................................................................................................. 15 3、弓形降液管宽度Wd 和截面积 Af .............................................................................................. 16 4、降液管底隙高度h0 ....................................................................................................................... 16 二、提馏段溢流装置的计算 .................................................................................................................. 17 2、溢流堰高度hw .............................................................................................................................. 17 3、弓形降液管宽度Wd 和截面积 Af .............................................................................................. 17 4、降液管底隙高度h0 ....................................................................................................................... 18 三、塔板布置及筛孔数目与排列 .......................................................................................................... 18 1、边缘宽度的确定 ........................................................................................................................... 18 2、开孔区面积计算 ............................................................................................ 错误！未定义书签。 （六）. 筛板的流体力学验算 ................................................................................................................... 19 一、精馏段 ............................................................................................................................................. 19 1、塔板压降 ....................................................................................................................................... 19 2、液面落差 ....................................................................................................................................... 20 3、雾沫夹带 ....................................................................................................................................... 20 4、漏液计算 ....................................................................................................................................... 20 5、液泛计算 ....................................................................................................................................... 20 二、提馏段 ............................................................................................................................................. 21 1、塔板压降 ....................................................................................................................................... 21 2、液面落差 ....................................................................................................................................... 21 3、雾沫夹带 ....................................................................................................................................... 22 4、漏液计算 ....................................................................................................................................... 22 5、液泛计算 ....................................................................................................................................... 22 （七）塔板负荷性能图.............................................................................................................................. 23 一、漏液线 ............................................................................................................................................. 23 二、雾沫夹带线 ...................................................................................................... 错误！未定义书签。 三、液体负荷下限线 .............................................................................................. 错误！未定义书签。 四、液体负荷上限线 .............................................................................................. 错误！未定义书签。 五、液泛线 .............................................................................................................. 错误！未定义书签。 六、负荷性能图 ..................................................................................................................................... 27 七、有关该筛板塔的工艺设计计算结果汇总于表9 ........................................................................... 27 （八）精馏塔的附属设备 .......................................................................................................................... 29 一、换热器的计算 ................................................................................................................................. 29 1、塔顶冷凝器 ................................................................................................................................... 29 2、再沸器 ........................................................................................................................................... 30 3、预热器 ........................................................................................................................................... 30 二、离心泵的设计 ................................................................................................................................. 31 1、塔顶离心泵规格 ........................................................................................................................... 31 2、提供预热器热水离心泵规格 ........................................................................................................ 31

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