华北科技学院环境工程系。
化工原理》课程设计报告。
设计题目分离乙醇-正丙醇二元物系浮阀式精馏塔的设计。
学生姓名。学号。
指导老师。专业班级化工b082班。
教师评语。设计起止日期：2023年6月13日至2023年6月26日。
1.设计题目：
分离乙醇—正丙醇二元物系浮阀式精馏塔的设计。
2.原始数据及条件：
进料：乙醇含量45%（质量分数，下同），其余为正丙醇。
分离要求：塔顶乙醇含量99%；塔底乙醇含量0.01%
生产能力：年处理乙醇-正丙醇混合液25000吨，年开工7200小时。
操作条件：间接蒸汽加热；塔顶压强1.03atm(绝压)； 泡点进料； r=5
3.设计任务：
1） 完成该精馏塔的各工艺设计，包括设备设计及辅助设备选型。
2） 画出带控制点的工艺流程图、塔板版面布置图、精馏塔设计条件图。
3） 写出该精馏塔的设计说明书，包括设计结果汇总和设计评价。
2.2有关物性数据的计算5
2.3理论塔板数的计算12
3.4.5 相负荷下限22
3.5 浮阀塔工艺设计计算结果24
第一章绪论。
精馏的基本原理是根据各液体在混合液中的挥发度不同，采用多次部分汽化和多次部分冷凝的原理来实现连续的高纯度分离。在现代的工业生产中已经广泛地应用于物系的分离、提纯、制备等领域，并取得了良好的效益。其中主要包括板式塔和填料塔，而板式塔的塔板类型主要有泡罩塔板、浮阀塔板、筛板塔板、舌形塔板、网孔塔板、垂直塔板等等，本次课程设计是浮阀塔。
精馏过程与其他蒸馏过程最大的区别，是在塔两端同时提供纯度较高的液相和气相回流，为精馏过程提供了传质的必要条件。提供高纯度的回流，使在相同理论板的条件下，为精馏实现高纯度的分离时，始终能保证一定的传质推动力。所以，只要理论板足够多，回流足够大时，在塔顶可能得到高纯度的轻组分产品，而在塔底获得高纯度的重组分产品。
精馏广泛应用于石油，化工，轻工等工业生产中，是液体混合物分离中首选分离方法。
本次课程设计是分离乙醇—正丙醇二元物系。在此我选用连续精馏浮阀塔。具有以下特点：
(1) 处理能力大，比同塔径的泡罩塔可增加20～40％，而接近于筛板塔。
(2) 操作弹性大，一般约为5～9，比筛板、泡罩、舌形塔板的操作弹性要大得多。
(3) 塔板效率高，比泡罩塔高15％左右。
(4) 压强小，在常压塔中每块板的压强降一般为400～660n/m2。
(5) 液面梯度小。
(6) 使用周期长。粘度稍大以及有一般聚合现象的系统也能正常操作。
7) 结构简单，安装容易，制造费为泡罩塔板的60～80％,为筛板塔的120～130％。
本次设计针对二元物系的精馏问题进行分析、计算、核算、绘图，是较完整的精馏设计过程。精馏设计包括设计方案的选取，主要设备的工艺设计计算——物料衡算、工艺参数的选定、设备的结构设计和工艺尺寸的设计计算、辅助设备的选型、工艺流程图的制作、主要设备的工艺条件图等内容。通过对精馏塔的运算，可以得出精馏塔的各种设计如塔的工艺流程、生产操作条件、物性参数及接管尺寸是合理的，以保证精馏过程的顺利进行并使效率尽可能的提高。
本次设计结果为：理论板数为25块，塔效率为48.0%，精馏段实际板数为17块，提馏段实际板数为33块，实际板数50块。
进料位置为第19块板，在板式塔主要工艺尺寸的设计计算中得出塔径为1.4米，设置了五个人孔，塔高28.425米，通过浮阀板的流体力学验算，证明各指标数据均符合标准。
关键词：浮阀精馏塔、物料衡算、流体力学检验。
第二章塔板的工艺设计。
2.1精馏塔全塔物料衡算。
f:进料量(kmol/sxf:原料组成。
d:塔顶产品流量(kmol/s) xd:塔顶组成。
w:塔底残液流量(kmol/s) xw:塔底组成。
原料乙醇组成： xf= =51.63%
塔顶组成： xd==99.23%
塔底组成： xw==0.013%
进料量： f=25千吨/年==0.0183 kmol/s
物料衡算式：f=d+w
f xf=d xd+w xw
联立代入求解：d=0.0095kmol/s w=0.0088 kmol/s
2.2精馏段和提馏段的工艺条件及有关物性数据的计算。
2.2.1 温度及平均相对挥发度α的计算。
因为乙醇-正丙醇可视为理想物系，故塔的平均相对挥发度的确定可运用安托因方程和拉乌尔定律，采用试差法，通过excel计算出：
双组分理想溶液相对挥发的计算[5
式中：p°—纯组分液体的饱和蒸汽压，kpa；
t—温度，℃；
a、b、c—antoine常数。由表[5]查得；
x—液相中易挥发组分的摩尔分数；
p—总压，kpa；
pa°、pb°—溶液温度t时纯组分a、b的饱和蒸汽压，kpa；
—相对挥发度。
因为本设计中为常压操作，所以总压：p=104.36 kpa
乙醇和正丙醇的antoine常数：a、b、c查液体蒸汽压的安托因常数表[5]得：
乙醇： a=7.33827 b=1652.05 c=231.48
正丙醇：a=6.74414 b=1375.14 c=193.0
采用试差法，先在excel中设计好相应**，**设计思路为：要计算某一组成下混合液的泡点温度以及相对挥发度，则在excel中假定一t值，代入公式2.1中计算出pa°、pb°，再将计算得到pa°、pb°值代入公式2.
2中，计算出相应的x值，若计算得到的x值与所求的混合液组成x值相同，则假定的t值正确，同时可得到相应的α值。
计算结果见表2.1.1。
表2.1.1 塔顶产品、塔底产品、进料液的泡点温度以及相对挥发度。
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