专业：化学工程与工艺。
班级： 黔化升 061
姓名： 唐尚奎。
指导教师： 王瑾老师。
设计时间： 2024年1月
前言。在化学工业和石油工业中广泛应用的诸如吸收、解吸、精馏、萃取等单元操作中，气液传质设备必不可少。塔设备就是使气液成两相通过精密接触达到相际传质和传热目的的气液传质设备之一。
塔设备一般分为级间接触式和连续接触式两大类。前者的代表是板式塔，后者的代表则为填料塔，在各种塔型中，当前应用最广泛的是筛板塔与浮阀塔。
筛板塔在十九世纪初已应用与工业装置上，但由于对筛板的流体力学研究很少，被认为操作不易掌握，没有被广泛采用。五十年代来，由于工业生产实践，对筛板塔作了较充分的研究并且经过了大量的工业生产实践，形成了较完善的设计方法。筛板塔和泡罩塔相比较具有下列特点：
生产能力大于10.5%，板效率提高产量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，也便于清理检修。
本次设计就是针对水乙醇体系，而进行的常压二元筛板精馏塔的设计及其辅助设备的选型。
由于此次设计时间紧张，本人水平有限，难免有遗漏谬误之处，恳切希望各位老师指出，以便订正。
目录。一、设计任务。
二、方案选定。
三、总体设计计算05
3.1气液平衡数据05
3.2物料衡算05
3.3操作线及塔板计算06
3.4全塔et%和np的计算06
四、混合参数计算07
4.1混合参数计算07
4.2塔径计算08
4.3塔板详细计算10
4.4校核12
4.5负荷性能图14
五、筛板塔数据汇总16
5.1全塔数据16
5.2精馏段和提馏段的数据17
六、讨论与优化18
6.1讨论18
6.2优化18
七、辅助设备选型18
7.1全凝器18
7.2泵18
八、 英文字母说明21
九、参考文献23
一、 设计任务。
1、设计题目：年产8000吨乙醇板式精馏塔工艺设计。
2、已知条件：
a.进料f=6kmol/h q=0 xf=0.45 b.压力： p顶=4kpa 单板压降≤0.7kpa
c.采用电加热，塔顶冷凝水采用12℃深井水 d.要求：xd=0.88 xw=0.01 e.选定 r/rmin=1.6
3、设计要求（1）物料流程图，塔版图，塔体工艺图（2）各接口尺寸（3）加热剂及冷却剂用量。
二、 设计方案选定。
2.1精馏方式：本设计采用连续精馏方式。
原料液连续加入精馏塔中，并连续收集产物和排出残液。其优点是集成度高，可控性好，产品质量稳定。由于所涉浓度范围内乙醇和水的挥发度相差较大，因而无须采用特殊精馏。
2.2操作压力：本设计选择常压，常压操作对设备要求低，操作费用低，适用于乙醇和水这类非热敏沸点在常温（工业低温段）物系分离。
2.3塔板形式：根据生产要求，选择结构简单，易于加工，造价低廉的筛板塔，筛板塔处理能力大，塔板效率高，压降教低，在乙醇和水这种黏度不大的分离工艺中有很好表现。
2.4加料方式和加料热状态：加料方式选择加料泵打入。由于原料温度稳定，为减少操作成本采用30度原料冷液进料。
2.5 由于蒸汽质量不易保证，采用间接，蒸汽加热。
2.6再沸器，冷凝器等附属设备的安排：塔底设置再沸器，塔顶蒸汽完全冷凝后再冷却至65度回流入塔。
冷凝冷却器安装在较低的框架上，通过回流比控制期分流后，用回流泵打回塔内，馏出产品进入储罐。塔釜产品接近纯水，一部分用来补充加热蒸汽，其余储槽备稀释其他工段污水排放。
三、总体设计计算。
3.1汽液平衡数据（760mm hg）
乙醇%（mol) 温度液相x气相y℃
3.2 物料衡算。
3.2.1已知：
a.进料：f=6 kmol/h q=0 xf=0.45
b.压力：p顶=4kpa 单板压降≤0.7kpa
c.采用电加热，塔顶冷凝水采用12℃深井水。
d.要求：xd=0.88 xw=0.01
e、选定：r/rmin=1.6
d=(xf-xw)/(xd-xw)×f
(0.45-0.01)/(0.88-0.01)×6=3.03 kmol/h
w=f-d=6-3.03=2.97 kmol/h
查y-x图得 xd/(rmin+1)=0.218
rmin=3.037 ∴r=1.6rmin=4.859
饱和蒸汽进料 ∴q=0
l=rd=4.859×3.03=14.723 kmol/h
v=(r+1)d=(4.859+1)×3.03=17.753 kmol/h
l'=l+qf=14.723+0×6=14.723 kmol/h
v'=v-(1-q)f=17.753-(1-0)×6=11.753 kmol/h
1.3操作线及塔板计算。
1.精馏段操作线：
y=r×x/(r+1)+xd/(r+1)
y=0.829x+0.150
3.2.2.提馏段操作线：
y=(l'/v')×x-(w/v')×xw
y=1.253x-0.00025
3.3.理论塔板的计算。
利用计算机制图取得理论板数。
nt=29.33块， 其中精馏段塔板nt1=26.85块，第27块为加料板，提馏段nt2=2.48块。
3.4全塔et%和np的计算。
3.4.1.精馏段：
t=(t顶+t进)=(79.25+87.32)/2=83.285℃
xa=0.34 xb=1-xa=0.66
ya=0.59 yb=1-ya=0.41
查得液体粘度共线图 μa=0.382 cp, μb=0.592 cp
μl=yaxbμl/xayb=1.454
查得：et1%=0.49(αμl) -0.245=0.5471
np1=nt1/et1=49.08
3.4.2. 提馏段：t=(t底+t进)/2=(99.9+87.32)/2=93.61
xa=0.045 xb=1-xa=0.955
ya=0.27 yb=1-ya=0.730
查得液体粘度共线图 μa=0.468cp, μb=0.532 cp
l=σxiμi=0.045×0.468+0.955×0.532=0.5291
μl=yaxbμl/xayb=4.15
查得：et2%=0.49(αμl) -0.245=0.346
np2=nt2/et2=7.17
np=np1+np2=49.08+7.17=56.25
圆整为57块其中精馏段49块，提馏段8块。
四、 混合参数计算。
4.1混合参数计算。
溶质 c2h5oh 分子量 ： ma=46.07kg/kmol
溶剂 h2o 分子量：mb=18.016 kg/kmol
a=0.789g/mlb=1.000 g/ml
4.1.1精馏段：
进料板液体温度 ：t进=87.32℃
塔顶温度：t顶=79.25 ℃
tm=(87.32+79.25)/2=83.285℃
xm=0.34 ym=0.59
a=0.382cp μb=0.592cp
ml=xm×ma+(1-xm)mb=0.34×46.07+(1-0.34)×18.016=27.55kg/kmol
mg=ym×ma+(1-ym)mb=0.59×46.07+(10.59)
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