摘要。化工生产常需进行二元液相混合物的分离以达到提纯或**有用组分的目的，。精馏操作在化工、石油化工、轻工等工业生产中占有重要的地位。为此，掌握气液相平衡关系，熟悉各种塔型的操作特性，对选择、设计和分析分离过程中的各种参数是非常重要的。
塔设备是化工、炼油生产中最重要的设备类型之一。本次设计的浮阀塔是化工生产中主要的气液传质设备。此设计针对二元物系的精馏问题进行分析、选取、计算、核算、绘图等，是较完整的精馏设计过程，该设计方法被工程技术人员广泛的采用。
本设计书对乙醇和水的分离设备─筛板精馏塔做了较详细的叙述，主要包括：工艺计算，辅助设备计算等。
采用筛板精馏塔，塔高 17.7米，塔径 1 米，计算理论板数为 19 。算得全塔效率为 54.
29% 。塔顶使用全凝器，部分回流。精馏段实际板数为 23 ，提馏段实际板数为 11 。
通过板压降、漏液、液泛、雾沫夹带的流体力学验算，均在安全操作范围内。对塔的流体力学进行验证后，符合筛板塔的操作性能。经过对塔设备的强度计算，壁厚18mm，满足设计要求。
关键词： 分离提纯或**乙醇-水精馏筛板塔设备结构。
1 设计题目3
2 操作条件3
3 设备型式3
4 设计内容3
4.1 设计方案的确定及流程说明3
4.2 塔的工艺计算4
4.2.1 全塔的物料衡算4
4.2.2 塔板数的确定5
4.2.3 塔的操作工艺条件及相关物性数据的计算9
4.3 塔和塔板主要工艺尺寸的设计10
4.3.1 塔高、塔径及塔板结构尺寸的确定10
4.3.2 塔板的流体力学验算15
4.3.3 塔板的负荷性能图19
4.4各接管尺寸的确定及选型24
4.5设计结果一览表26
4.6塔板结构俯视图和塔板安装图。
4.7对本设计的评述和有关问题的分析讨论28
4.8参考文献30
板式精馏塔设计任务书。
1 设计题目。
设计一座乙醇-水连续精馏塔。已知原料液的处理量为5t/h、组成为30%（乙醇的质量分数，下同），要求塔顶馏出液的组成不低于94%，塔底釜液的组成不得高于1%。
2 操作条件。
操作压力 4kpa（塔顶表压）
进料热状态饱和液体进料。
回流比 3.696
加热方式间接蒸汽加热。
单板压降不大于0.7kpa
3 设备型式。
设备型式为筛板塔。
4 设计内容。
4.1 设计方案的确定及流程说明。
本设计任务为分离乙醇-水混合物。对于二元混合物的分离，应采用连续精馏过程。设计中采用泡点进料，将原料液通过预热器加热至泡点后送入精馏塔内。
塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，其余部分经产品冷却器冷却后送至储罐。该物系属易分离物系，最小回流比较小，故操作回流比取最小回流比的1.6倍。
塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。
4.2 塔的工艺计算。
4.2.1全塔的物料衡算。
1.料液及塔顶底产品含苯的摩尔分率。
乙醇和水的相对摩尔质量分别为46kg/kmol和18kg/kmol
2.平均摩尔质量。
kg/kmol
3.物料衡算。
原料处理量 f=kmol/h
总物料衡算 226.55=d+w
乙醇物料衡算 226.55 0.143=0.860d+0.00394w
联立解得 d=36.88kmol/h
w=189.67kmol/h
4.2.2塔板数的确定
1）水和乙醇的物理性质。
表3—1：水和乙醇的物理性质。
常压下乙醇和水的气液平衡数据，见表3—2
表3—2 乙醇—水系统t—x—y数据。
1) 根据表3-2乙醇-水物系的气液平衡数据，绘出x-y图。
2) 确定最小回流比及操作的回流比r
乙醇—水体系的平衡曲线有下凹部分，求最小回流比自a（）作平衡线的切线并延长与y轴相交，截距
取操作回流比。
求精馏塔的汽、液相负荷。
kmol/h
kmol/h
kmol/h
kmol/h
3）求理论塔板数。
精馏段操作线方程
即。提馏段操作线方程。
即。图2：乙醇——水气液平衡图。
由图可知总理论板数为19，第15块板为进料板，精馏段理论板数为14，提留段理论板数为5（包括蒸馏釜）。
4）全塔效率的估算。
用奥康奈尔法()对全塔效率进行估算：
根据乙醇~水体系的相平衡数据可以查得：
塔顶第一块板)
加料板)塔底)
由相平衡方程式可得。
因此可以求得：
全塔的相对平均挥发度：
1） 精馏段：
2） 提馏段：
全塔的平均温度：
1） 精馏段：
2） 提馏段：
在81.7时，根据上图知对应的x=0.297，由《化工原理》课本附录十一（水在不同温度下的黏度表）查得，由附录十二（液体黏度共线图）查得（图中，乙醇的x=10.
5，y=13.8）。
在91.1时，根据上图知对应的x=0.044，由《化工原理》课本附录十一（水在不同温度下的黏度表）查得，由附录十二（液体黏度共线图）查得（图中，乙醇的x=10.
5，y=13.8）。
因为。所以，平均黏度：
1） 精馏段：
2） 提馏段：
用奥康奈尔法()计算全塔效率：
1） 精馏段：
2） 提馏段：
(3)塔板总效率：
5）实际塔板数。
实际塔板数。
精馏段：，取整22块，考虑安全系数加一块为23块。
提馏段：，取整10块，考虑安全系数加一块，为11块。
故进料板为第24块，实际总板数为35块。
1）精馏段的汽液体积流量。
整理精馏段的已知数据列于表3(见下页)，由表中数据可知：
液相平均摩尔质量：m=(22.07+40.34)/2=31.20kg/kmol
液相平均温度：tm=(tf+td)/2=(84.9+78.4)/2=81.7℃
表3 精馏段的已知数据。
在平均温度下查得。
液相平均密度为：
其中，平均质量分数x'lm=(0.29+0.91)/2=0.6
所以，ρlm =814.2
精馏段的液相负荷l=rd=3.696×36.88=136.3kmol/h
ln=lm/ρlm=136.3×31.1/814.2=5.18由 所以。
精馏段塔顶压强。
若取单板压降为0.7, 则。
进料板压强。
气相平均压强。
气相平均摩尔质量。
气相平均密度。
汽相负荷 v=（r+1)d=（3.396+1）36.88=173.19kmol/h
精馏段的负荷列于表4。
表4 精馏段的汽液相负荷。
2）提馏段的汽液体积流量。
整理提馏段的已知数据列于表5，采用与精馏段相同的计算方法可以得到提馏段的负荷，结果列于表6。
表5 提馏段的已知数据。
表6 提馏段的汽液相负荷。
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