前言。大三下学期的末尾，我们在熊德元老师的指导下，进行了关于化工原理的课程设计。本次设计的目的是为了把我们大学里所学过的理论知识连串起来，并将它们运用到实际应用中，加深对知识的理解及应用能力。
本次设计的任务是设计用于分离水—乙醇混合物的精馏塔。设计过程中，我们认真分析研究，考虑到实际生产中的经济效益问题及绿色环保问题，经过大量的工艺计算及理论确定，最终选用了筛板式精馏塔，并于常压下用直接蒸汽加热法进行分离操作；设计出了一套比较接近实际的精馏塔装置。通过课程设计，我们基本上掌握了化工设计的程序和方法，学会查阅资料、使用手册、选用数据和公式、合理确定工艺流程、正确进行工艺计算、用技术经济的观点评价设计结果，用文字数表图纸表达设计思想、以及严谨认真的工作态度和工作作风。
在设计过程中，我们得到了熊老师的精心指导和许多同学，特别是师兄姐们的热心帮助。我们在此对他们表示衷心的感谢！由于我们水平有限，另外时间比较紧迫，所以设计方案及方法难免有些缺陷，在此我们恳请老师给予理解及指导。
设计者。2024年7月13日。
1、 设计任务。
1.1 任务3
1.2 设计方案论证及确定3
2、 筛板式精馏塔的工艺设计。
2.1 精馏塔的工艺计算4
2.2 精馏段的物性衡算9
2.3 塔和塔板的主要工艺尺寸计算11
2.4 精馏段塔板负荷性能图16
2.5 提馏段物性衡算20
2.6 塔和塔板的主要工艺尺寸计算22
2.7 塔板负荷性能图27
3、 精馏塔的附属设备及选型。
3.1辅助设备的选型31
3.2塔的主要接管尺寸的选取34
3.3 输送泵的选取38
4、 塔高的确定及塔的其它工艺条件。
4.1塔高的计算39
5、 设计结果概要及汇总表。
5.1 全塔工艺设计结果总汇40
5.2 符号一览表44
6、 设计方案讨论及总结46
附录文献参考48
设计任务。1.1 任务。
1.1.1 设计题目乙醇—水筛板精馏塔工艺设计（取至南京某厂药用酒精生产现场）
1.1.2 设计条件 1.常压操作，p＝1 atm（绝压）。
2．原料来至上游的粗馏塔，为95－96℃的饱和蒸气。因沿程热损失，进精馏塔时原料液温度降为90℃。
3．塔顶产品为浓度92.41%（质量分率）的药用乙醇，产量为40吨/日。
4．塔釜排出的残液中要求乙醇的浓度不大于0.03％(质量分率)。
5．塔釜采用饱和水蒸气加热（加热方式自选）；塔顶采用全凝器，泡点回流。
6．操作回流比r=(1.1—2.0) 。
1.1.3 设计任务
1.完成该精馏塔工艺设计，包括辅助设备及进出口接管的计算和选型。
2．画出带控制点的工艺流程示意图，t-x-y相平衡图，塔板负荷性能图，筛孔布置图以及塔的工艺条件图。
3．写出该精馏塔的设计说明书，包括设计结果汇总和对自己设计的评价。
1.2 设计方案论证及确定[ ]
1.2.1 生产时日。
设计要求塔日产40吨92.41%乙醇，工厂实行三班制，每班工作8小时，每。
天24小时连续正常工作。
1.2.2 选择塔型。
精馏塔属气—液传质设备。气—液传质设备主要分为板式塔和填料塔两大类。该塔设计生产时日要求较大，由板式塔与填料塔比较[1]知：
板式塔直径放大时，塔板效率较稳定，且持液量较大，液气比适应范围大，因此本次精馏塔设备选择板式塔。筛板塔是降液管塔板中结构最简单的，它与泡罩塔相比较具有下列优点：生产能力大10-15%，板效率提高15%左右，而压降可降低30%左右，另外筛板塔结构简单，消耗金属少，塔板的造价可减少40%左右，安装容易，也便于清洗检修[2]。
因此，本设计采用筛板塔比较合适。
1.2.3 精馏方式。
由设计要求知，本精馏塔为连续精馏方式。
1.2.4 操作压力。
常压操作可减少因加压或减压操作所增加的增、减压设备费用和操作费用，提高经济效益， 在条件允许下常采用常压操作，因此本精馏设计选择在常压下操作。
1.2.5加热方式。
在本物系中，水为难挥发液体，选用直接蒸汽加热，可节省再沸器。
1.2.6 工艺流程。
原料槽中的原料液先由离心泵送到预热器预热，再进精馏塔，精馏塔塔顶蒸汽经全凝器冷凝，泡点回流，塔顶产品输送进乙醇贮存罐，而再沸器则加热釜液，塔釜产品流入釜液贮存罐。
2 筛板式精馏塔的工艺设计。
2.1 精馏塔的工艺计算。
2.1.1 乙醇和水的汽液平衡组成。
表2-1查得：不同温度下乙醇和水的汽液平衡组成如下表所示：
根据以上数据画出以下乙醇-水的t-x（y）相平衡图，以及乙醇-水的x-y图。
2.1.1. 相对挥发度的确定：
由相平衡方程， 得，从表2-1中抽出7组。
数据进行计算。
当t=95.5 ℃，当t=86.7℃
当t=84.1 ℃
当t=82.3 ℃
当t=80.7 ℃
当t=79.7 ℃
当t=78.74 ℃
2.1.2全塔物料衡算
原料液中：设 a组分－乙醇； b组分－水。
查和得： ma =46.07 mb=18.02
原料来至上游的粗馏塔，取为95.5℃的饱和蒸汽，由表2—1知： =0.17
根据产量和所定工作时间，即日产40吨92.41%乙醇，每天24小时连续正常工作，则。
d=，由 f = d + w
xff=xdd+xww
得 f=196.77（kmol/h），w=156.32 （kmol/h），由表2-1乙醇-水的平衡数据用内差法求得原料进入塔时的气液相组成为：
=0.0639 =0.3554
由 f= l + g 和 f = l + g 得 l = 125.16（kmol/h），q = l /f = 0.6360
则：q线方程为 y = 1.747x+0.467
塔顶和塔釜温度的确定。
利用表2-1中的数据由拉格朗日插值法求得tf、td、tw
tf： 90℃（己知条件）
td： ，td=78.27℃
tw： ，tw =99.99℃
塔顶温度t= 78.27℃，塔底温度t= 99.99℃，℃
回流比和理论塔板的确定。
在附图1上做出q线方程得到交点（）,即（0.0653,0.3535）
r= 取r= 1.6 r=2.626
由于乙醇水体系为非理想体系，因此用相平衡曲线图求理论塔板数。根据相平衡曲线图以作图法（参见附图1）求得总理论塔板数 nt =18（块）（包括冷凝器），第13块板进料。.
操作方程的确定。
精馏段： =r+1)d=(2.626+1) 40.
45=146.67（kmol/h），rd=2.626×40.
45=106.22（kmol/h），提馏段： =v -(1-q)f=146.
67-(1- 0.636)×196.77 = 75.
05（kmol/h），l＋qf = 106.22+ 0.636×196.
77=231.37（kmol/h），则精馏段操作线方程：
0.7242xn ＋0.2279
提馏段操作线方程： =
板效率及实际塔板数的确定
1）求αμl
平均温度 = c)下
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