大庆师范学院。
化工原理》课程设计说明书。
设计题目年产5万吨乙醇精馏塔的设计
学生姓名张三千。
指导老师李卫宏。
学院化学化工学院
专业班级化工1班。
完成时间2023年7月6日
化工原理》课程设计成绩评定表。
说明： 评定成绩分为优秀(90-100)，良好(80-89)，中等(70-79)，及格（60-69）和不及格(<60)。
目录。第一节概述 5
1.1 精馏操作对塔设备的要求 5
1.2板式塔类型 5
1.2.1筛板塔 5
1.2.2浮阀塔 6
1.3精馏塔的设计步骤 6
第二节设计方案的确定 7
2.1操作条件的确定 7
2.1.1操作压力 7
2.1.2 进料状态 7
2.1.3加热方式 7
2.1.4冷却剂与出口温度 7
2.1.5热能的利用 8
2.2确定设计方案的原则 8
2.2.1 满足工艺和操作的要求 8
2.2.2 满足经济上的要求 8
2.2.3 保证安全生产 8
第三节板式精馏塔的工艺计算 9
3.1 物料衡算与操作线方程 9
3.1.1 常规塔 9
3.1.2 直接蒸汽加热 9
第四节板式塔主要尺寸的设计计算 11
4.1塔的有效高度和板间距的初选 11
4.1.1 塔的有效高度 11
4.1.2 板间距的初选 11
4.2 塔径 11
4.2.1 初步计算塔径 11
第五节板式塔的结构 13
5.1 塔的总体结构 13
5.2 塔体总高度 13
第六节精馏装置的附属设备 14
6.1 回流冷凝器 14
6.2 管壳式换热器的设计与选型 14
6.3 再沸器 14
精馏塔设计结果一览表 15
参考文献 17
后记及其他 18
附件1：酒精精馏工艺流程图 19
附件2：主体设备条件图 20
精馏所进行的是气(汽)、液两相之间的传质，而作为气(汽)、液两相传质所用的塔设备，首先必须要能使气(汽)、液两相得到充分的接触，以达到较高的传质效率。但是，为了满足工业生产和需要，塔设备还得具备下列各种基本要求：
（1）气(汽)、液处理量大，即生产能力大时，仍不致发生大量的雾沫夹带、拦液或液泛等破坏操作的现象。
气－液传质设备主要分为板式塔和填料塔两大类。精馏操作既可采用板式塔，也可采用填料塔。
板式塔为逐级接触型气－液传质设备，其种类繁多，根据塔板上气－液接触元件的不同，可分为泡罩塔、浮阀塔、筛板塔、穿流多孔板塔、舌形塔、浮动舌形塔和浮动喷射塔等多种。
筛板塔也是传质过程常用的塔设备，它的主要优点有：
1）结构比浮阀塔更简单，易于加工，造价约为泡罩塔的60％，为浮阀塔的80％左右。
2） 处理能力大，比同塔径的泡罩塔可增加10～15％。
3）塔板效率高，比泡罩塔高15％左右。
4）压降较低，每板压力比泡罩塔约低30％左右。
筛板塔的缺点是：
1）塔板安装的水平度要求较高，否则气液接触不匀。
2）操作弹性较小(约2～3)。
3）小孔筛板容易堵塞。
浮阀塔是在泡罩塔的基础上发展起来的，它主要的改进是取消了升气管和泡罩，在塔板开孔上设有浮动的浮阀，浮阀可根据气体流量上下浮动，自行调节，使气缝速度稳定在某一数值。
浮阀塔之所以这样广泛地被采用，是因为它具有下列特点：
本设计按以下几个阶段进行：
1）设计方案确定和说明。根据给定任务，对精馏装置的流程、操作条件、主要设备型式及其材质的选取等进行论述。
2）蒸馏塔的工艺计算，确定塔高和塔径。
3）塔板设计：计算塔板各主要工艺尺寸，进行流体力学校核计算。接管尺寸、泵等，并画出塔的操作性能图。
4）管路及附属设备的计算与选型，如再沸器、冷凝器。
5）抄写说明书。
6）绘制精馏装置工艺流程图和精馏塔的设备图。
确定设计方案是指确定整个精馏装置的流程、各种设备的结构型式和某些操作指标。例如组分的分离顺序、塔设备的型式、操作压力、进料热状态、塔顶蒸汽的冷凝方式、余热利用方案以及安全、调节机构和测量控制仪表的设置等。下面结合课程设计的需要，对某些问题作些阐述。
蒸馏操作通常可在常压、加压和减压下进行。确定操作压力时，必须根据所处理物料的性质，兼顾技术上的可行性和经济上的合理性进行考虑。
进料状态与塔板数、塔径、回流量及塔的热负荷都有密切的联系。在实际的生产中进料状态有多种，但一般都将料液预热到泡点或接近泡点才送入塔中，这主要是由于此时塔的操作比较容易控制，不致受季节气温的影响。此外，在泡点进料时，精馏段与提馏段的塔径相同，为设计和制造上提供了方便。
蒸馏釜的加热方式通常采用间接蒸汽加热，设置再沸器。有时也可采用直接蒸汽加热。若塔底产物近于纯水，而且在浓度稀薄时溶液的相对挥发度较大(如酒精与水的混合液)
冷却剂的选择由塔顶蒸汽温度决定。如果塔顶蒸汽温度低，可选用冷冻盐水或深井水作冷却剂。如果能用常温水作冷却剂，是最经济的。
精馏过程是组分反复汽化和反复冷凝的过程，耗能较多，如何节约和合理地利用精馏过程本身的热能是十分重要的。
确定设计方案总的原则是在可能的条件下，尽量采用科学技术上的最新成就，使生产达到技术上最先进、经济上最合理的要求，符合优质、高产、安全、低消耗的原则。为此，必须具体考虑如下几点：
所设计出来的流程和设备，首先必须保证产品达到任务规定的要求，而且质量要稳定，这就要求各流体流量和压头稳定，入塔料液的温度和状态稳定，从而需要采取相应的措施。
要节省热能和电能的消耗，减少设备及基建费用。如前所述在蒸馏过程中如能适当地利用塔顶、塔底的废热，就能节约很多生蒸汽和冷却水，也能减少电能消耗。
例如酒精属易燃物料，不能让其蒸汽弥漫车间，也不能使用容易发生火花的设备。又如，塔是指定在常压下操作的，塔内压力过大或塔骤冷而产生真空，都会使塔受到破坏，因而需要安全装置。
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