毕业设计-乙醇和水的精馏塔设计

这道题目有点意思，比较绕。

==========================先看题目

进料中给出各组分质量分数：乙苯0.5843，苯乙烯0.415，焦油0.0007（本题采用正十七烷烃表示焦油）

最后要求塔顶产品中乙苯的含量不低于99%（质量分数），塔底产品中苯乙烯含量不低于99.7%（质量分数）

按照摩尔回收率的定义，摩尔回收率=塔顶产品中组分摩尔流率/进料中组分摩尔流率，那么苯乙烯的摩

尔回收率应该这么算：

首先要要明白，计算重关键组分摩尔回收率需要用塔顶物流，那理论上，塔顶物流含有99%的乙苯，1%的苯乙烯

假设进料流量为F，塔顶抽出量为D（均为质量流量），则苯乙烯摩尔回收率为

(1%*(0.5843F/99%))/0.415F=0.0142

这里主要是要求出塔顶产品中苯乙烯的流量，然后除以原料中的苯乙烯的流量，与摩尔百分比是等效的（因为是同一种物质）

化工原理课程设计

题目 乙醇-水溶液连续精馏塔优化设计

目录

设计任务书………………………………………………………………3

英文摘要前言……………………………………………………………4

前言………………………………………………………………………4

精馏塔优化设计…………………………………………………………5

精馏塔优化设计计算……………………………………………………5

设计计算结果总表………………………………………………………22

参考文献…………………………………………………………………23

课程设计心得……………………………………………………………23

精馏塔优化设计任务书

一、设计题目

乙醇—水溶液连续精馏塔优化设计

二、设计条件

1．处理量： 15000 （吨/年）

2．料液浓度： 35 （wt%）

3．产品浓度：93（wt%）

4．易挥发组分回收率：99%

5．每年实际生产时间：7200小时/年

6. 操作条件：①间接蒸汽加热；

②塔顶压强：1.03 atm（绝对压强）③进料热状况：泡点进料；

三、设计任务

a) 流程的确定与说明；

b) 塔板和塔径计算；

c) 塔盘结构设计

i. 浮阀塔盘工艺尺寸及布置简图；

ii. 流体力学验算；

iii. 塔板负荷性能图。 d) 其它

i. 加热蒸汽消耗量；

ii. 冷凝器的传热面积及冷却水的消耗量e) 有关附属设备的设计和选型，绘制精馏塔系统工艺流程图和精馏塔装配 图，编写设计说明书。

乙醇——水溶液连续精馏塔优化设计

（南华大学化学化工学院，湖南衡阳 421001）

摘要：设计一座连续浮阀塔，通过对原料，产品的要求和物性参数的确定及对主要尺寸的计算，工艺设计和附属设备结果选型设计，完成对乙醇-水精馏工艺流程和主题设备设计。

关键词：精馏塔，浮阀塔，精馏塔的附属设备。

（Department of Chemistry,University of South China,Hengyang 421001）

Abstract: The design of a continuous distillation valve column, in the material, product requirements and the main physical parameters and to determine the size, process design and selection of equipment and design results, completion of the ethanol-water distillation process and equipment design theme.

Keywords: rectification column, valve tower, accessory equipment of the rectification column.

前言

乙醇在工业、医药、民用等方面，都有很广泛的应用，是很重要的一种原料。在很多方面，要求乙醇有不同的纯度，有时要求纯度很高，甚至是无水乙醇，这是很有困难的，因为乙醇极具挥发性，也极具溶解性，所以，想要得到高纯度的乙醇很困难。

要想把低纯度的乙醇水溶液提升到高纯度，要用连续精馏的方法，因为乙醇和水的挥发度相差不大。精馏是多数分离过程，即同时进行多次部分汽化和部分冷凝的过程，因此可使混合液得到几乎完全的分离。化工厂中精馏操作是在直立圆形的精馏塔内进行的，塔内装有若干层塔板或充填一定高度的填料。为实现精馏分离操作，除精馏塔外，还必须从塔底引入上升蒸汽流和从塔顶引入下降液。可知，单有精馏塔还不能完成精馏操作，还必须有塔底再沸器和塔顶冷凝器，有时还要配原料液预热器、回流液泵等附属设备，才能实现整个操作。

浮阀塔与20世纪50年代初期在工业上开始推广使用，由于它兼有泡罩塔和筛板塔的优点，已成为国内应用最广泛的塔型，特别是在石油、化学工业中使用最普遍。浮阀有很多种形式，但最常用的形式是F1型和V-4型。F1型浮阀的结果简单、制造方便、节省材料、性能良好，广泛应用在化工及炼油生产中，现已列入部颁标准（JB168-68）内，F1型浮阀又分轻阀和重阀两种，但一般情况下都采用重阀，只有处理量大且要求压强降很低的系统中，才用轻阀。浮阀塔具有下列优点：1、生产能力大。2、操作弹性大。3、塔板效率高。4、气体压强降及液面落差较小。5、塔的造价低。浮阀塔不宜处理易结焦或黏度大的系统，但对于黏度稍大及有一般聚合现象的系统，浮阀塔也能正常操作。

精馏塔优化设计计算

在常压连续浮阀精馏塔中精馏乙醇——水溶液，要求料液浓度为35%，产品浓度为93%，易挥发组分回收率99%。年生产能力15000吨/年

操作条件：①间接蒸汽加热

②塔顶压强：1.03atm（绝对压强）

③进料热状况：泡点进料

一 精馏流程的确定

乙醇——水溶液经预热至泡点后，用泵送入精馏塔。塔顶上升蒸气采用全冷凝后，部分回流，其余作为塔顶产品经冷却器冷却后送至贮槽。塔釜采用间接蒸汽再沸器供热，塔底产品经冷却后送入贮槽。工艺流程图见图

二 塔的物料衡算

查阅文献，整理有关物性数据

⑴水和乙醇的物理性质

名称

分子式

相对分子质量

密度　

20℃

沸 点

101.33kPa

℃

比热容

(20℃)

Kg/(kg.℃)

黏度

(20℃)

mPa.s

导热系数

(20℃)

/(m.℃) 表面

张力

(20℃)

N/m

水 18.02 998 100 4.183 1.005 0.599 72.8

乙醇 46.07 789 78.3 2.39 1.15 0.172 22.8

⑵常压下乙醇和水的气液平衡数据，见表

常压下乙醇—水系统t—x—y数据如表1—6所示。

表1—6 乙醇—水系统t—x—y数据

沸点t/℃ 乙醇摩尔数/% 沸点t/℃ 乙醇摩尔数/%

气相 液相 气相 液相

99.9 0.004 0.053 82 27.3 56.44

99.8 0.04 0.51 81.3 33.24 58.78

99.7 0.05 0.77 80.6 42.09 62.22

99.5 0.12 1.57 80.1 48.92 64.70

99.2 0.23 2.90 79.85 52.68 66.28

99.0 0.31 3.725 79.5 61.02 70.29

98.75 0.39 4.51 79.2 65.64 72.71

97.65 0.79 8.76 78.95 68.92 74.69

95.8 1.61 16.34 78.75 72.36 76.93

91.3 4.16 29.92 78.6 75.99 79.26

87.9 7.41 39.16 78.4 79.82 81.83

85.2 12.64 47.49 78.27 83.87 84.91

83.75 17.41 51.67 78.2 85.97 86.40

82.3 25.75 55.74 78.15 89.41 89.41

乙醇相对分子质量：46；水相对分子质量：18

25℃时的乙醇和水的混合液的表面张力与乙醇浓度之间的关系为：

式中 σ——25℃时的乙醇和水的混合液的表面张力，N／m；

x——乙醇质量分数，％。

其他温度下的表面张力可利用下式求得

式中 σ1——温度为T1时的表面张力；N／m；

σ2——温度为T2时的表面张力；N／m；

TC——混合物的临界温度，TC＝∑xiTci ，K；

xi——组分i的摩尔分数；

TCi——组分i的临界温度， K。

料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数

X==0.174

X==0.838

X==0.0039

平均摩尔质量

M=0.17446.07+（1-0.174）18.02=22.9 kg/kmol

M= 0.83846.07+ (1-0.838) 18.02=41.52kg/kmol

M=0.003946.07+（1-0.0039）18.02=18.12kg/kmol

物料衡算

已知：F==74.83

总物料衡算 F=D+W=74.83

易挥发组分物料衡算 0.838D+0.0039W=74.830.174

联立以上二式得：

D=15.25kg/kmol

W=59.57kg/kmol

三 塔板数的确定

理论塔板数的求取

⑴根据乙醇——水气液平衡表1-6，作图

⑵求最小回流比Rmin和操作回流比

因为乙醇-水物系的曲线是不正常的平衡曲线,当操作线与q线的交点尚未落到平衡线上之前,操作线已经与平衡线相切,如图g点所示. 此时恒浓区出现在g点附近, 对应的回流比为最小的回流比. 最小回流比的求法是由点a(,)向平衡线作切线，再由切线的斜率或截距求

作图可知 b=0.342 b==0.342 Rmin =1.45

由工艺条件决定 R=1.6R

故取操作回流比 R=2.32

⑶求理论板数

塔顶，进料，塔底条件下纯组分的饱和蒸气压

组分 饱和蒸气压/kpa

塔顶 进料 塔底

水 44.2 86.1 101.33

乙醇 101.3 188.5 220.0

①求平均相对挥发度

塔顶 ===2.29

进料 ==2.189

塔底 ==2.17

全塔平均相对挥发度为

===2.23

===2.17

②理论板数

由芬斯克方程式可知

N===7.96

且

由吉利兰图查的 即

解得 =14.2 （不包括再沸器）

③进料板

前已经查出 即

解得 N=6.42

故进料板为从塔顶往下的第7层理论板 即=7

总理论板层数 =14.2 （不包括再沸器）

进料板位置=7

2、全塔效率

因为=0.17-0.616lg

根据塔顶、塔釜液组成，求塔的平均温度为，在该温度下进料液相平均粘计划经济为

=0.1740.41+（1-0.174）0.3206=0.336

=0.17-0.616lg0.336=0.462

3、实际塔板数

精馏段塔板数：

提馏段塔板数：

四、塔的工艺条件及物性数据计算

以精馏段为例：

操作压力为

塔顶压力： =1.04+103.3=104.34

若取每层塔板压强 =0.7

则进料板压力：=104.34+130.7=113.4kpa

精馏段平均操作压力 =kpa

2、温度

根据操作压力，通过泡点方程及安托因方程可得

塔顶 =78.36

进料板=95.5

=

3、平均摩尔质量

⑴ 塔顶==0.838 =0.825

= 0.83846.07+（1-0.838）18.02=41.52 kg/kmol

=0.82546.07+（1-0.825）18.02=41.15 kg/kmol

⑵ 进料板： = 0.445 =0.102

= 0.44546.07+（1-0.445）18.02=30.50 kg/kmol

=0.10246.07+（1-0.102）18.02=20.88 kg/kmol

精馏段的平均摩尔质量

= kg/kmol

= kg/kmol

4、平均密度

⑴液相密度

=

塔顶： ==796.7

进料板上 由进料板液相组成 =0.102

=

=

=924.2

故精馏段平均液相密度=

⑵气相密度

=

5、液体表面张力

=

=0.83817.8+(1-0.838)0.63=15.0

=0.10216.0+(1-0.102)0.62=2.20

=

6、液体粘度

=

=0.8380.55+(1-0.838)0.37=0.521

=0.1020.34+(1-0.102)0.29=0.295

=

以提馏段为例

平均摩尔质量

塔釜= 0.050=0.0039

=0.05046.07+(1-0.050)18.02=19.42 kg/kmol

=0.003946.07+(1-0.0039)18.02=18.12 kg/kmol

提馏段的平均摩尔质量

= kg/kmol

= kg/kmol

平均密度

塔釜，由塔釜液相组成 =0.0039

=0.01

=

∴ =961.5

故提馏段平均液相密度

=

⑵气相密度

==

五 精馏段气液负荷计算

V=（R+1）D=(2.32+1)15.25=50.63

== m

L=RD=2.3215.25=35.38

= m

六 提馏段气液负荷计算

V’=V=50.63

=0.382 m

L’=L+F=35.38+74.83=110.2

=0.0006 m

七 塔和塔板主要工艺尺寸计算

1塔径

首先考虑精馏段：

参考有关资料，初选板音距=0.45m

取板上液层高度=0.07m

故 -=0.45-0.07=0.38m

==0.0239

查图可得 =0.075

校核至物系表面张力为9.0mN/m时的C，即

C==0.075=0.064

=C=0.064=1.64 m/s

可取安全系数0.70，则

u=0.70=0.71.64=1.148 m/s

故 D==0.645 m

按标准，塔径圆整为0.7m，则空塔气速为0.975 m/s

2 精馏塔有效高度的计算

精馏段有效高度为

=(13-1)0.45=5.4m

提馏段有效高度为

=(20-1)0.45=8.55m

在进料孔上方在设一人孔，高为0.6m

故精馏塔有效高度为:5.4+8.55+0.6=14.55m

3 溢流装置

采用单溢流、弓形降液管

⑴ 堰长

取堰长=0.75D

=0.750.7=0.525m

⑵ 出口堰高

=

选用平直堰，堰上液层高度由下式计算

=

近似取E=1.03,则

=0.017

故 =0.07-0.017=0.053m

⑶ 降液管的宽度与降液管的面积

由查《化工设计手册》

得 =0.17,=0.08

故 =0.17D=0.12 =0.08=0.031

停留时间 =39.9s (>5s符合要求)

⑷ 降液管底隙高度

=-0.006=0.053-0.006=0.047m

塔板布置及浮阀数目击者及排列

取阀孔动能因子 =9

孔速 ===8.07m

浮阀数 n===39(个)

取无效区宽度 =0.06m

安定区宽度=0.07m

开孔区面积

R==0.29m

x==0.16m

故 ==0.175m

浮阀排列方式采用等腰三角形叉排

取同一磺排的孔心距 a=75mm=0.075m

估算排间距h

h===0.06m

八 塔板流体力学校核

1、气相通过浮塔板的压力降，由下式

⑴ 干板阻力 ==0.027

⑵ 液层阻力 取充气系数数 =0.5,有

==0.50.07=0.035

⑶ 液体表面张力所造成阻力此项可以忽略不计。

故气体流经一层浮阀塔塔板的压力降的液柱高度为：

=0.027+0.035=0.062m

常板压降

=0.062860.59.81=523.4(<0.7K,符合设计要求)。

淹塔

为了防止淹塔现象了生，要求控制降液管中清液层高度符合，其中

由前计算知 =0.061m,按下式计算

=0.153=0.153=0.00002m

板上液层高度 =0.07m,得：

=0.062+0.07+0.00002=0.132m

取=0.5,板间距今为0.45m,=0.053m,有

=0.5(0.45+0.053)=0.252m

由此可见：<，符合要求。

雾沫夹带

由下式可知 <0.1kg液/kg气

===0.069

浮阀塔也可以考虑泛点率，参考化学工程手册。

泛点率=100%

=D-2=0.7-20.12=0.46

=-2=0.3875-20.031=0.325

式中——板上液体流经长度，m

——板上液流面积，；

——泛点负荷系数，取0.126

K——特性系数，取1.0.

泛点率=

=36.2% (<80%,符合要求)

九 塔板负荷性能图

1、雾沫夹带线

按泛点率=80%计

100%=80%

将上式整理得

0.039+0.626=0.0328

与分别取值获得一条直线，数据如下表。

0.00035 0.00085

0.835 0.827

2、泛液线

通过式以及式得

=

由此确定液泛线方程。

=

简化上式得关系如下

计算数据如下表。

0.00035 0.00055 0.00065 0.00085

0.8215 0.8139 0.8105 0.8040

3、液相负荷上限线

求出上限液体流量值（常数）

以降液管内停留时间=5s

则

4、漏夜线

对于型重阀，由，计算得

则

5、液相负荷下限线

去堰上液层高度=0.006m

根据计算式求的下限值

取E=1.03

经过以上流体力学性能的校核可以将精馏段塔板负荷性能图划出。如图

由塔板负荷性能图可以看出：

① 在任务规定的气液负荷下的操作点

P（0.00083，0.630）（设计点），处在适宜的操作区内。

② 塔板的气相负荷上限完全有雾沫夹带控制，操作下限由漏液控制。

③ 按固定的液气比，即气相上限=0.630 ，气相下限=0.209 ，求出操作弹性K，即

K==3.01

十 精馏塔的主要附属设备

1 冷凝器

（1）冷凝器的选择：强制循环式冷凝器

冷凝器置于塔下部适当位置，用泵向塔顶送回流冷凝水，在冷凝器和泵之间需设回流罐，这样可以减少台架，且便于维修、安装，造价不高。

（2）冷凝器的传热面积和冷却水的消耗量

热流体为78.36℃的93%的乙醇蒸汽，冷流体为20℃的水

Q=qm1r1 Q=qm2r2

Q—单位时间内的传热量，J/s或W；

qm1, qm2—热、冷流体的质量流量，kg/s

r1 ,r2—热，冷流体的汽化潜热，J/kg

r1=600 kJ/㎏ r2=775 kJ/㎏qm1=0.153kg/s

Q=qm1r1=0.153×600000=91800J/s

Q=qm2r2=775000 qm2=91800

∴ qm2=0.12 kg/s

传热面积：

A=

==21.2

K取700W·m-2/℃

∴ A=

2 再沸器

（1）再沸器的选择：釜式再沸器

对直径较大的塔，一般将再沸器置于踏外。其管束可抽出，为保证管束浸于沸腾器液中，管束末端设溢流堰，堰外空间为出料液的缓冲区。其液面以上空间为气液分离空间。釜式再沸器的优点是气化率高，可大80%以上。

（2）加热蒸汽消耗量

Q=qm1r1 Q=qm2r2

Q—单位时间内的传热量，J/s或W；

qm1, qm2—热、冷流体的质量流量，kg/s

r1 ,r2—热，冷流体的汽化潜热，J/kg

∵ r1=2257 kJ/㎏r2=1333 kJ/㎏ qm2=0.43kg/s

∴ Q=qm2r1=0.43×1333=573.2 kJ/s=2257 qm1

∴ 蒸汽消耗量qm1为0.254 kg/s

表 浮阀塔板工艺设计计算结果

序号 项目 数值

1 平均温度tm，℃ 86.93

2 平均压力Pm，kPa 108.89

3 液相流量LS，m3/s 0.00035

4 气相流量VS，m3/s 0.375

5 实际塔板数 33

6 塔径，m 0.70

7 板间距,m 0.45

8 溢流形式 单溢流

9 堰长，m 0.525

10 堰高，m 0.053

11 板上液层高度，m 0.07

12 堰上液层高度，m 0.047

13 安定区宽度，m 0.07

14 无效区宽度，m 0.06

15 开孔区面积，m2 0.175

16 阀孔直径，m 0.039

17 浮阀数 39

18 孔中心距，m 0.075

19 开孔率 0.147

20 空塔气速，m/s 0.8

21 阀孔气速，m/s 8.07

22 每层塔板压降，Pa 700

23 液沫夹带，（kg液/kg气） 0.069

24 气相负荷上限，m3/s 0.00356

25 液相负荷上限，m3/s 0.00028

26 操作弹性 3.01

参考文献

[1]陈英男、刘玉兰.常用华工单元设备的设计[M].上海：华东理工大学出版社，2005、4

[2]刘雪暖、汤景凝.化工原理课程设计[M].山东：石油大学出版社，2001、5

[3]贾绍义、柴诚敬.化工原理课程设计[M].天津：天津大学出版社，2002、8

[4]路秀林、王者相.塔设备[M].北京：化学工业出版社，2004、1

[5]王明辉.化工单元过程课程设计[M].北京：化学工业出版社，2002、6

[6]夏清、陈常贵.化工原理（上册）[M].天津：天津大学出版社，2005、1

[7]夏清、陈常贵.化工原理（下册）[M].天津：天津大学出版社，2005、1

[8]《化学工程手册》编辑委员会.化学工程手册—气液传质设备[M]。北京：化学工业出版社，1989、7

[9]刘光启、马连湘.化学化工物性参数手册[M].北京：化学工业出版社，2002

[10]贺匡国.化工容器及设备简明设计手册[M].北京：化学工业出版社，2002

课程设计心得

通过这次课程设计使我充分理解到化工原理课程的重要性和实用性，更特别是对精馏原理及其操作各方面的了解和设计，对实际单元操作设计中所涉及的个方面要注意问题都有所了解。通过这次对精馏塔的设计，不仅让我将所学的知识应用到实际中，而且对知识也是一种巩固和提升充实。在老师和同学的帮助下，及时的按要求完成了设计任务，通过这次课程设计，使我获得了很多重要的知识，同时也提高了自己的实际动手和知识的灵活运用能力。

http://zhidao.baidu.com/question/359183620.html

http://zhidao.baidu.com/question/363556826.html

这几个哥们貌似有，追问他们！

筛板精馏塔的工艺设计，用它来分离乙醇-水溶液.

分离任务：

1.乙醇的质量分数为30%；

2.处理量为20000t/a；

3.塔顶产品组成（质量分数）为93.5%；

4.塔顶易挥发组分回收率为99%；

5.每年实际生产时间为7200h.

6.操作条件

：

(1)操作压力：常压

(2)进料热状态：自选

(3)回流比：自选

(4)间接低压蒸汽

(表压为0.3mpa)

加热

(5)单板压降：0.7

kpa

我以前做过这个

包挂工艺尺寸计算

再沸器

原料预热器

离心泵

费用计算

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课程目的和要求 目的： 锻炼学生的综合能力：资料查阅、知识综合应用、理论计算、设备选型、绘制图形、编写说明书。 培养工程观念：理论→小试→放大。 要求： 设定大致框架，绘制工艺流程图； 进行有关计算，得出设备主要尺寸和参数（塔高，直径，塔板数等）； 选择附属设备； 根据计算结果绘制主体设备图形； 编写设计说明书。 具体要求 所有工作必须独立完成； 时间：5月24-6月11日： 6月2日提交设计说明书草稿、乙醇—水溶液的y-x图、主体设备草图和流程图，老师批改后返回学生。 6月9日完成正式的设计说明书、乙醇—水溶液的y-x图、主体设备图和流程图。 说明书右边留30mm，用来标注参考文献，图纸必须规范，标注清楚。 6月10日—11日答辩。 化工原理课程设计题目 酒精生产过程板式精馏塔的设计： 设计题目： 设计生产能力为X吨/日的二级酒精精馏塔。 一、 设计条件 1、生产能力： X吨／日二级酒精 2、原料：乙醇含量29．8（W）的粗馏冷凝液，以乙醇——水二元系为主； 3、采取直接蒸汽加热： 4、采取泡点进料： 5、馏出液中乙醇含量>95％(V)，并符合二级酒精标准： 6、釜残液中乙醇含量不大于0．2％(W)： 一、 设计条件 7、四级酒精(含乙醇为95％(V)其它无要求)的产出率为二级酒精的2％； 8、塔顶温度 78℃，塔底温度100-104℃； 9、塔板效率0.3-0.4或更低； 10、精馏段塔板数计算值 ～22层，工厂 32层， 提馏段塔板数计算值 ～10层，工厂 16层； 11、二级酒精从塔第三、四、五层提取； 12、二、四级酒精的冷却温度为25℃， 冷却水温度：进口20℃，出口35-40℃ 13、回流比大致范围 3.5-4.5（通过最少回流比计算） 14、其他参数(除给出外)可自选。 二、设计说明书的内容 1、目录； 2、设计题目及原始数据(任务书)； 3、简述酒精精馏过程的生产方法及特点， 4、论述精馏总体结构(塔型、主要结构)的选择和材料选择； 5、精馏过程有关计算(物料衡算、热量衡算、理论塔板数、回流比、塔高、塔径塔板设计、进出管径等)设计说明书的内容 6、设计结果概要(主要设备尺寸、衡算结果等)7、主体设备设计计算及说明； 8、主要零件的强度计算（选做）； 9、主要附属设备的选择（换热器等）； 10、参考文献 ； 11、后计及其它． 三、设计图要求 1、用594×841图纸绘制装置图一张：一主视图，一俯视图，一剖面图，两个局部放大图。设备技术要求、主要参数、接管表、部件明细表、标题栏。 2、 用420×594图纸绘制设备流程图一张； 3、用坐标纸绘制乙醇—水溶液的y-x图一张，并用图解法求理论塔板数

实验8 筛板精馏塔实验

一、实验目的

1.了解筛板式精馏塔的结构流程及操作方法.

2.测取部分回流或全回流条件下的总板效率.

3.观察及操作状况.

二、实验原理

在板式精馏塔中,混合液的蒸汽逐板上升,回流液逐板下降,汽液两相在塔板上接触,实现传质,传热过程而达到两相一定程度的分离.如果在每层塔板上,液体与其上升的蒸汽到平衡状态,则该塔板称为理论板,然而在实际操作中、汽、液接触时间有限,汽液两相一般不可能达到平衡,即实际塔板的分离效果,达不到一块理论板的作用,因此精馏塔的所需实际板数一般比理论板要多,为了表示这种差异而引入了“板效率”这一概念,板效率有多种表示方法,本实验主要测取二元物系的总板效率Ep ：

板式塔内各层塔板的传质效果并相同,总板效率只是反映了整个塔板的平均效率,概括地讲总板效率与塔的结构,操作条件,物质性质、组成等有关是无法用计算方法得出可靠值,而在设计中需主它,因此常常通过实验测取.实验中实验板数是已知的,只要测取有关数据而得到需要的理论板数即可得总板效率,本实验可测取部分回流和全回流两种情况下的板效,当测取塔顶浓度,塔底浓度进料浓度 以及回流比 并找出进料状态、即可通过作图法画出平衡线、精馏段操作线、提馏段操作线,并在平衡线与操作线之间画梯级即可得出理论板数.如果在全回流情况下,操作线与对角线重合,此时用作图法求取理论板数更为简单.

三、实验装置与流程

实验装置分两种：

（1）用于全回流实验装置

精馏塔为一小型筛板塔,蒸馏釜为卧直径229m长3000mm内有加热 器.塔内径50mm共有匕块塔板,每块塔板上开有直径2mm筛孔12个板间距100mm,塔体上中下各装有一玻璃段用 以观察塔内的操作情况.塔顶装有蛇管式冷凝器蛇管为φ10×1紫铜管长3．25m,以水作冷凝剂,无提馏段,塔傍设有仪表控制台,采用1kw调压变压器控制釜内电加热器.在仪表控制台上设有温度指示表.压强表、流量计以及有关的操作控制等内容.

（2）用于部分回流实验装置

装置由塔、供料系统、产品贮槽和仪表控制柜等部份组成.蒸馏釜为φ250×340×3mm不锈钢罐体,内设有2支1kw电热器,其中一支恒加热,另一支用可调变压器控制.控制电源,电压以及有关温,压力等内容均有相应仪表指示,

塔身采用φ57×3.5mm不锈钢管制成,设有二个加料口,共十五段塔节,法兰连接,塔 身主要参数有塔板十五块,板厚1mm不锈钢板,孔径2mm,每板21孔三形排列,板间距100mm,溢流管为φ14×2不锈钢管堰高10mm.

在塔顶和灵敏板塔段中装有WEG—001微型铜阻感温计各一支由仪表柜上的XCE—102温度指示仪显示,以监测相组成变化.

塔顶上装有不锈钢蛇管冷凝器,蛇管为φ14×2长250mm以水作冷凝剂以LZB10型转子流量计计量,冷凝器装有排气旋塞.

产品贮槽上方设有观测罩,用于检测产品.

回流量、产品量及供料量分别由转子流量计计量.料液从料液槽用液下泵输送.釜液进料液和馏出液分别可由采出取样,此外在塔身上、中、下三部分各在二块上设有取样口,只要用针筒穿取样口中的硅胶板即可取样品,因此本装置不但可以进精馏操作性能的训练和塔冲总效率的测定,而且还可以进行全回流下单板效率的测定.

四、实验方法

（一）全回流操作实验方法

1、熟悉了解装置,检查加热釜中料液量是否适当,釜中液面必须浸没电加热器(为液面计高1/2以上,约5升0釜内料液组成乙醇10－25％(重量)左右的水溶液.

2、打开电源和加热器开关,控制加热功率在700W左右,打开冷却水,注意观察塔顶、塔釜情况,当上升蒸汽开始回流时此时塔顶冷凝器内冷却水流量应控制好使蒸汽基本处于全凝状况（50－100升/小时范围）若流量过小会使蒸汽从塔顶喷出,过大塔板上泡沫层不均,温度变低.

3、当塔板上泡沫层正常各泡沫层高度大体相等,且各点温度基本保持稳定、操作稳定持续一段时间（20分钟以上）后即可开始取样.

4、由塔顶取样管和釜底取样考克用烧瓶接取试样（150mι左右）取样前应取少许试样冲洗烧瓶,取样后用塞子塞好,并用水冲瓶外部,使其冷却到常温.

5、将常温试样用比重天平称出相对密度,然后用相对密度与质量百分数对照表查出质量百分数.

6、可加大加热电流（5安培左右）观察到液泛现象,此时塔内压力明显增加,观察后,将加热电流缓慢减到零,关闭电源开关.

（二）部分回流时操作方法

1、配制4～5％（体积）洒精水溶液,注入蒸馏釜（或由供料泵注入）至液位计上的标记为止.

2、在供料槽中配制15～20％（体积）洒精水溶液.

3、通电启动加热釜液,先可将可调变压器达到额定电压,开冷却水,观察塔各部情况.

4、进行全回流操作,控制蒸发量“灵敏板”温度应在80℃左右.

5、开加料泵,控制流量（需经几度调节才能适宜流量）

6、为了首先满足回流要求、故在回流分配器中的产品管（φ8）管口高于回流管的管口,应调小回流量（过一段时间即可馏出产品）进行部分回流并控制一定回比,使产品达到 要求的浓度94～95％（体积）

7、控制釜底排料量,使釜液面保持不变.

8、控制好冷却水用量(即塔顶冷凝器冷流体)便塔顶蒸汽基本处于全凝状态.

9、操作均达到稳定后,进行样品采集,可按进料、塔釜、塔顶、顺序采集.并记录进料回流、馏出各流量及温度等有关数据.

10、将样品降到常温后,在教师指导下用液体比重天平测定相对密度,再用对照关系曲线,查出质量百分数.

11、可加大加热电流观察液泛现象.

12、注意观察操作条件不同对结果的影响.

五、数据处理

1、用作图法确定实验条件下理论板数,并进一步得出总板效率.

2、对结果的可靠性进行分析.

六、实验讨论题

1、在实验中应测定哪些数据?如何测得?

2、比重天平如何使用?应注意什么问题?

3、全回流和部分回流在操作上有何差异?

4、塔顶回流液浓度在实验过程中有否改变?

（全回流及部分回流两种情况）

5、怎样采集样品才能合乎要求?

6、比较两种装置在内容和操作方面的不同?

7、在操作过程中各塔板上泡沫层状态有何不同?各发生过怎样的变化?为什么?

8、塔釜内压强由何决定?为会么会产生波动?

9、塔顶和塔底温度和什么条件有关?

10、精馏塔板效率都有几种表示方法,试讨论如何以板效率?

11、全回流操作是否为稳定操作?当采集塔顶样品时,对全回流操作可能有何影响?

12、塔顶冷凝器内冷流体用量大小,对精馏操作有何影响?

13、如何判别部分回流操作已达到稳定操作状态?

设计题目： 乙醇－水连续浮阀式精馏塔的设计

二 任务要求

设计一连续筛板浮阀精馏塔以分乙醇和水

具体工艺参数如下：

原料加料量 F＝100kmol/h

进料组成 xF＝273

馏出液组成 xD＝0.831

釜液组成 xw＝0.012

第 1 页

塔顶压力 p＝100kpa

单板压降 ≤0.7 kPa

2 工艺操作条件：常压精馏，塔顶全凝器，塔底间接加热，泡点进料，泡点回流。

三 主要设计内容

1、设计方案的选择及流程说明

2、工艺计算

3、主要设备工艺尺寸设计

（1）塔径及 提 馏段塔板结构尺寸的确定

（2）塔板的流体力学校核

第 2 页

（3）塔板的负荷性能图

（4）总塔高

4、设计结果汇总

5、工艺流程图及精馏塔工艺条件图

目 录

化工原理课程设计任务书 I

摘 要 Ⅳ

第一章 前言 1

1.1 精馏原理及其在化工生产上的应用 1

1.2 精馏塔对塔设备的要求 1

第 3 页

1.3 常用板式塔类型及本设计的选型 1

1.4 本设计所选塔的特性 1

第二章 流程的确定和说明 3

2.1 设计思路 3，提溜段

精馏塔是进行精馏的一种塔式汽液接触装置，又称为蒸馏塔。蒸汽由塔底进入，与下降液进行逆流接触，两相接触中，下降液中的易挥发(低沸点)组分不断地向蒸汽中转移，蒸汽中的难挥发(高沸点)组分不断地向下降液中转移，蒸汽愈接近塔顶，其易挥发组分浓度愈高，而下降液愈接近塔底，其难挥发组分则愈富集，达到组分分离的目的

这是人家找的！！！

a.吸收.95-98肠硫酸和乙烯在塔式反应器内逆流通过.操作温度}a}，压力为1 . 3----

:s'_VIPao未反应的乙烯由最后1台吸收塔放出，经过碱洗作为燃料气或回到乙烯装置进料

系统。

b‘水解.吸收液和水进入加水分解器，使硫酸二乙酷进行水解。操作温度so--}o } ,

在此温度下，硫酸氢乙醋水解缓慢。水解器的接触时间约z。分钟。加入水解器的水量约为吸

收液的1--1.4倍(重量)口二乙醋水解以后，水解液混合物加热到}s0},恒温i小时，使单

酚水解。实质上汽提塔相当于第二水解器口在汽提塔内，，用水蒸汽汽提，使乙醇与乙醚从稀

酸中蒸出。经碱洗、冷凝，送入精馏工段.塔底稀酸送往酸提浓工段。

C.精馏。在乙醚塔分馏出乙醚后，乙醚塔釜液送往提纯塔，提纯塔塔顶蒸出9B帕〔体积)

的乙醇产品.

d.稀酸提浓。稀硫酸的提浓是费用昂贵的操作，亦是造成设备腐蚀的主要原因。稀硫酸

经两级真空蒸发系统送往再沸器，把酸浓度提高到9U帕，然后用1U3呱的发烟硫酸掺和，使

硫酸含量达到86-88%，

水解‘精馏和稀酸提浓都存在设备} }.',问题，一般设备材质都是低碳钢衬以青铅、祖成

(b)提纯.稀乙1}溶液进入脱轻组分塔中部，塔顶加入水，洗涤稀乙醇蒸气，塔一顶流

出的乙醛、乙醚及循环气都进入水合系统以抑制醛、醚的生成.塔底稀乙醇溶液引出后，一

部分经汽化返回脱轻组分塔，一部分送往精馏塔。合格的乙醇从精馏塔上部侧线抽出经冷凝

送往成品槽.

高沸点物进入辅助精馏塔，在乙醇完全蒸出后，由塔底排出集中处理。

精馏塔废水由塔底抽出，一部分作洗涤塔和轻组分塔的洗涤水，另一部分则排入下水

道。

经过精馏得到的乙醇，浓度最高只能达到95.fiojo,为乙醇和水共沸混合物。实验室中要

制备无水乙醇时，可将95.fi肠乙醇与生石灰(Ca0)共热、蒸得ss.s}o乙醇，再用镁处

理，除去微量水分而得到”,95肠乙醇。工业上无水乙醇的制法是:在95 . fi呱的乙醉中加入

一定量的苯，进行蒸馏，先蒸出的是苯、乙醇和水的三元共沸物(沸点64. 85 `}，含苯

74.E肠，乙醉15.5肠，水7.4肠)，然后蒸出苯和乙醇的二元共沸物(沸点8}.25}，乙醇

32.41肠，苯67.59肠)，最后得到无水乙醇(沸点78.3 0 ,

(c)工艺条件

①温度。最佳温度在于乙醇生成速率达到最大值，温度太低:乙烯转化率受催化剂活

性限制而偏低，温度太高，反应受平衡限制。、

②压力。增加压力，使乙醇生成速度增加，但也会加速聚合物的生成，因而压力的增

加有一定的限度.

③乙烯与水的比例。乙烯与水的克分子比值高有利于乙烯的转化。

④空速，体积空速增加，乙醉的产率也增加，但相对来说循环操作费用也有所增

加。

⑥原料乙烯浓度，乙烯浓度越高，对反应越有利.常用聚合级纯度的乙烯作原料，但