第一章绪论。
化工生产常需要进行液体混合物的分离以达到提纯或**有用组分的目的。互溶液体混合物的分离方法有多种，蒸馏及精馏是其中最常用的一种。工业蒸馏过程中最简单的是平衡蒸馏和简单蒸馏。
因混合液中轻、重组分均具有一定的挥发性，上述两个过程只能达到有限的提浓而不可能满足高纯度分离的要求。为此提出了精馏过程。
塔板是板式塔顶内汽、液接触的主要元件。塔板的种类很多，根据塔板的结构特点，常将塔板分为泡罩塔板、筛孔塔板、浮阀塔板、舌形塔板等多种不同类型的塔板。
其中，浮阀塔板是20世纪50年代问世以来推广应用很快的一种塔板。浮阀塔板对泡罩塔板的主要改革是取消了升气管，在塔板开孔上方设有浮动的盖板—浮阀。浮阀可根据气体的流量自行调节开度。
这样，在低气量时阀片处于低位，开度较小，气体仍以足够气速通过环隙，避免过多的漏液；在高气量时阀片自动浮起，开度增大，使气速不致过高，从而降低了高气速时的压降。
第二章精馏过程工艺流程图及说明。
一、设计题目：分离乙醇-水混合液的浮阀精馏塔。
二、原始数据及条件：
生产能力：每小时处理乙醇-水混合液10000kg
原料：乙醇含量20%（摩尔分数，下同）的常压液体。
分离要求：馏出液乙醇含量为86%；釜液乙醇含量不大于2%
回流比：r=1.3rmin
总板效率：et=0.6
三、工艺流程图（附图见第二页）及说明。
精馏装置一般包括：精馏塔、塔顶蒸汽冷凝器、料液预热器、塔釜再沸器、流体输送设备及管道、阀门、测量仪等。
料液自塔的中部某适当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。在塔内上半部完成了上升蒸汽的精制，因而称为精馏段；在塔的下部完成了下降液体中重组分的提浓称为提馏段。
精馏之区别于蒸馏就在于“回流”，包括塔顶的液相回流和塔釜部分汽化造成的气相回流。回流是构成气、液两相接触传质的必要条件。
第三章精馏塔塔板的工艺设计计算。
一、精馏塔全塔物料衡算。
进料流量（kmol/s原料组成（摩尔分数，下同）
塔顶产品流量（kmol/s） ：塔顶组成。
塔底残液流量（kmol/s） ：塔底组成。
由已知： 由混合物的（平均）摩尔质量的定义（为混合物中组分b的摩尔质量）可知：原料的摩尔质量kg
故进料量f==0.09416kmol/s
物料衡算式为：
带入数据可解得： kmol/s kmol/s
二、物性参数的计算。
常压下乙醇-水体系气液平衡组成（摩尔）与温度关系。
1. 温度。
根据上表数据，用内插法可求得。
4) 精馏段平均温度℃
5) 提馏段平均温度℃
2. 密度
已知：混合液密度。
混合气密度。
原料液中质量分数：
1) 塔顶温度： =78.21℃
气相组成：，
2) 进料温度： =83.40℃
气相组成：，
3) 塔釜温度： =95.38℃
气相组成：，
4) 精馏段。
液相组成：
气相组成：
液相平均摩尔质量： kg/kmol
气相平均摩尔质量： kg/kmol
5) 提馏段。
液相组成：
气相组成：
液相平均摩尔质量： kg/kmol
气相平均摩尔质量： kg/kmol
不同温度下乙醇和水的密度（分别用、表示）
用内插法可求得在，，下乙醇和水的密度（单位：kg/m3）
=95.38℃，所以精馏段和提馏段液相平均密度分别为。
而。由公式可得：
故精馏段和提馏段的气相平均密度分别为：
3. 混合液体的表面张力。
二元有机物-水溶液的表面张力计算公式为：，其中：
注：w,o,s,分别代表水、有机物及表面部分；指主体部分的分子数；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
不同温度下乙醇和水的表面张力数据如下表。
用内插法可求得在，，下乙醇和水的表面张力（单位：10-3n/m）
1）乙醇表面张力的计算，2）同理可求得水的表面张力。
塔顶的表面张力：，，
联立方程组，可以解得：
由求得。同理可求得进料混合液的表面张力：
塔底表面张力：
故精馏段的平均表面张力为：
提馏段的平均表面张力为：
4. 相对挥发度。
由得： 由得：
由得： 故精馏段的平均相对挥发度：
提馏段的平均相对挥发度：
5. 气相体积流量的计算。
常压下，乙醇-水的气液平衡曲线如下图：
由于泡点进料，故。本平衡具有下凹部分，操作线尚未落到平衡线，已与平衡线相切。如上图知，截距，解得最小回流比。
故操作回流比。
1） 精馏段解得： l=0.065089kmol/sv=0.08526kmol/s
已知： 故质量流量：
体积流量：2)提馏段。
又已知： 故质量流量：
体积流量：三、塔板数的计算。
逐板计算法。
由可得精馏段操作线方程：
由可得提馏段操作线方程：
泡点进料：
精馏段的平均相对挥发度：
由平衡方程可得与成平衡的为：
根据求改换精馏段操作线方程：
如此反复计算可得：
故第5块板为加料板。
第6块板上升的气相组成可根据馏段操作线方程计算：
提馏段的平均相对挥发度：
故所需总理论板数为7块（包括再沸器），其中第5块板为加料板。
实际总板数，精馏段板数，提馏段板数，加料板1块，为第8块板。
四、塔径的初步设计。
1．精馏段。
由安全系数=0.6~0.8，,式中可由史密斯关联图查出。
横坐标数值：
取板间距：，
查史密斯关联图可知：所以。
精馏段塔径。
横截面积。2.提馏段。
横坐标数值：
取板间距：
查史密斯关联图可知：，
提馏段塔径。
横截面积。五、溢流装置。
1.堰长。出口堰高：本设计采用平直堰，堰上液高计算式为：（近似取）
取。1） 精馏段：
=0.0572m
2） 提馏段：
2.方形降液管的宽度和横截面积。
查图得： 故。
降液管内停留时间：
精馏段： 提馏段：
停留时间》5s，故降液管可使用。
3.降液管底隙高度。
1）精馏段：取降液管底隙的流速，则。
2）提馏段：同样，取，则。
六、塔板分布、浮阀数目与排列。
1.塔板分布。
采用分块式塔板，以便通过人孔装拆塔板。
2.浮阀数目与排列。
1）精馏段取阀孔动能因子，则孔速。
取，则每层塔板上的浮阀数目为：个。
取边缘区宽度，出口安定区。
塔板上的鼓泡区面积：
其中： 解得。
浮阀排列方式采用等腰三角形叉排，取同一个横排的孔心距，则排间距
3） 提馏段取阀孔动能因子，则孔速。
每层塔板上的浮阀数目为：个。同样，取，则排间距：
第四章塔板的流体力学计算。
一、气相通过浮阀塔板的压降。
计算公式：
1. 精馏段。
1） 干板阻力，因》,故
2） 板上充气液层阻力。
3） 液体表面张力造成的阻力。
此阻力很小，可忽略不计，因此与气体流经塔板的压降相当的液柱高度为。
2. 提馏段。
1） 干板阻力因》，故。
2） 板上充气液层阻力。
取。3） 液体表面张力造成的阻力。
此阻力很小，可忽略不计，因此与气体流经塔板的压降相当的液柱高度为。
二、淹塔。为防止淹塔现象的发生，要求控制降液管中的清夜高度。
1. 精馏段。
1） 单层气体通过塔板的压降相当的液柱高度。
2） 液体通过降液管的压头损失。
3） 板上液层高度，则。
取已选定，故。
可见<，故符合防止淹塔的要求。
2. 提馏段。
1） 单板压降相当的液体高度。
2） 液体通过降液管的压头损失。
3） 板上液层高度，则。
取已选定，故。
可见<，故符合防止淹塔的要求。
三、液沫夹带。
1.精馏段。
泛点率。板上液体流经长度：
板上液流面积：
取物性系数k=1.0泛点负荷系数，则。
泛点率。对于大塔，为了避免过量液沫夹带，应控制泛点率不超过80%，由以上计算可知，液沫夹带能够满足<0.11kg(液/kg气)的要求。
3. 提馏段。
取物性系数k=1.0，泛点负荷系数。
泛点率。由以上计算可知，符合要求。
四、塔板负荷性能图。
1.液沫夹带线（按泛点率80%计算）
1）精馏段
整理得： 2）提馏段。
整理得： 在操作范围内，任取若干、的值，则可计算出相应的、的值。如下表：
2.液泛线。
由此确定液泛线，忽略式中的。
则。其中，
1） 精馏段。
3. 液相负荷上限线。
液体的最大流量应保证降液管中停留时间不低于3-5s。
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