安徽大学化学化工学院。
设计题目乙醇精馏塔（浮阀塔）设计
学号。姓名。
专业化学工程与工艺
指导教师。时间 2023年9月16日—25日
在炼油、石油化工、精细化工、食品、医药及环保部门，塔设备属于使用量大，应用面广的重要单元设备，而精馏操作则是工业中分离液体混合物的最常用手段。其操作原理是利用液体混合物中各组分的挥发度的不同，在气液两相相互接触时，易挥发的组分向气相传递，难挥发的组分向液相传递，使混合物达到一定程度的分离。塔设备的基本功能是提供气液两相以充分的接触机会，使物质和热量的传递能有效的进行；在气液接触之后，还应使气、液两相能及时分开，尽量减少相互夹带。
常用的精馏塔按其结构形式分为板式塔和填料塔两大类，板式塔内装有若干层塔板，液体依靠重力自上而下流过每层塔板，气体依靠压强差的推力，自下而上穿过各层塔板上的液层而流向塔顶，气液两相在内进行逐级接触。填料塔内装有各种形式的填料，气液两相沿塔做连续逆流接触，其传质和传热的场所为填料的润湿表面。
板式塔具有结构简单、安装方便、压降很低、操作弹性大、持液量小等优点。同时，也有投资费用较高、填料易堵塞等缺点。
本设计参考了部分化工原理课程设计书上的内容，还得到了老师和同学的帮助，在此表示感谢。
由于本人能力有限，经验不足，设计中难免会出现一些错误，恳请大家批评指正。
2023年9月24日。
目录。绪论0
一、 设计任务书1
二、 塔板的工艺设计2
一） 精馏塔全塔物料衡算2
二） 精馏塔的工艺条件及有关物性数据计算3
三） 理论塔板的计算8
四） 塔径的初步设计9
五） 溢流装置11
六） 塔板布置及浮阀数目与排列12
三、 塔板的流体力学计算14
一） 气相通过浮阀塔板的压降14
二） 淹塔15
四） 塔板负荷性能图16
四、 浮阀塔工艺设计计算结果汇总表 ……20
五、 塔附件设计21
一） 接管21
二） 筒体和封头22
三） 除沫器23
四） 裙座23
五） 吊柱24
六） 手孔24
六、 塔总体高度的设计24
七、 附属设备设计25
一） 冷凝器的选择25
二） 再沸器的选择25
参考资料26
本装置连续精馏流程装置，原料液经预热器加热到指定温度后，送入精馏塔的进料板，在进料板上自塔上部下降的液体与上升的蒸汽相互接触，进行热和质的传递过程。操作时，连续把从塔釜取出部分液体作为塔底产品，部分液化气化，产生上升蒸汽，并将部分冷凝液用泵送回塔顶作为回流液体，其余部分经冷凝器后被送出作为塔顶产品。
一设计题目。
分离乙醇-水混合液的板式精馏塔（浮阀塔）设计。
二设计任务与条件。
年生产能力32000吨，年开工时间6000小时，间接蒸汽加热，泡点进料，回流比r=1.5
进料乙醇31%（质量分数），出料乙醇93.1%（质量分数），釜残液乙醇<0.01（质量分数）
塔顶压力1atm, 单板压降75mmh2o液柱。
三操作流程的确定和说明。
操作压力：由于乙醇~水体系对温度的依赖性不强，常压下为液态，为降低塔的操作费用，操作压力选为常压。
塔型选择：根据生产任务，若按年开动设备6000小时计算，产品流量为128.21kmol/h，由于产品粘度较小，流量较大，为减少造价，降低生产过程中压降和塔板液面落差的影响，提高生产效率，选用浮阀塔。
进料状态：虽然进料方式有多种，但是饱和液体进料时进料温度不受季节、气温变化和前段工序波动的影响，塔的操作比较容易控制；此外，饱和液体进料时精馏段和提馏段的塔径相同，无论是设计计算还是实际加工制造这样的精馏塔都比较容易，为此，本次设计中采取饱和液体进料。
加热方式：精馏塔的设计中多在塔底加一个再沸器以采用间接蒸汽加热以保证塔内有足够的热量**；由于乙醇~水体系中，乙醇是轻组分，水由塔底排出，且水的比热较大，故可采用直接水蒸气加热，这时只需在塔底安装一个再沸器，并且可以利用压力较低的蒸汽进行加热，无论是设备费用还是操作费用都可以降低。
f：原料液流量（kmol/hxf：原料组成（摩尔分数，下同）
d：塔顶产品流量（kmol/h） xd：塔顶组成。
w：塔底产品流量（kmol/h） xw：塔底组成。
1. 原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率。
乙醇的摩尔质量。
水的摩尔质量
原料乙醇组成：
塔顶组成：
塔底组成：
2. 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量。
3. 物料衡算。
物料衡算式为：
联立方程组解得：
常压下乙醇-水气液平衡组成(摩尔)与温度关系。
1) 精馏段：
液相组成：
气相组成：
所以 (2) 提馏段： 91.83
液相组成：
气相组成：
所以 3）求在和下的乙醇和水的密度。
不同温度下乙醇和水的密度。
4）①在精馏段：
液相密度：
气相密度：
在提馏段：液相密度：
气相密度：
二元有机物-水溶液表面张力可用下列各式计算。
公式： 注。
式中，下角标w、o、s分别代表水、有机物及表面部分，vw、vo指主体部分的分子体积，、为纯水、有机物的表面张力，对乙醇q=2。
1）精馏段：
不同温度下的乙醇表面张力和水表面张力。
乙醇表面张力：，水的表面张力：
联立方程和。
2) 提馏段： 91.83
乙醇表面张力：
水的表面张力：
联立方程和
查表得：，
查表得： 精馏段粘度：
提馏段粘度：
1） 精馏段挥发度：由得。
所以 2） 提馏段挥发度：由得。
所以 1）精馏段：
2) 提馏段：
理论板：指离开这种板的气液两相互成平衡，而且塔板上液相组成均匀。
理论板的计算方法：可采用逐板计算法，**法，在本次试验设计中采用**法。
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