化工原理课程设计--板式精馏塔

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1、共 28 页 第 1 页 前言 乙醇水是工业上最常见的溶剂，也是非常重要的化工原料之一，是无色、无毒、无 致癌性、污染性和腐蚀性小的液体混合物。因其良好的理化性能，而被广泛地应用于化工、 日化、医药等行业。乙醇多以蒸馏法生产，但是由于乙醇水体系有共沸现象，普通的精馏 对于得到高纯度的乙醇来说产量不好。但是由于常用的多为其水溶液，因此，研究和改进乙 醇水体系的精馏设备是非常重要的。 塔设备是最常采用的精馏装置， 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。 有板式塔与填料塔两种主要类型。 根据操作方式又可分为连续精馏塔与间歇精馏塔。 一般有板式塔和填料塔，板式塔可分为泡罩塔、浮阀塔和

2、筛板塔。 泡罩塔是最早使用的板式塔，其优点是操作弹性大，液气比范围宽，使用多种介质，操 作稳定可靠， 但是其结构复杂， 造价高， 安装维修不方便， 气相压降大， 故限制了它的使用。 浮阀塔可根据气体流量的大小而上下浮动，可自行调节开度，而且结构简单，造价低；塔板 开孔率大，生产能力大；气液接触时间长，塔板效率高，操作弹性大。缺点是处理易结焦、 高黏性的物料时， 阀片易与塔板黏结， 有时阀片会脱落或卡死， 使塔板效率及操作弹性降低。 筛板塔是在塔板上钻有均布的筛孔，气体经筛孔与液体密切接触。优点是结构简单，制造维 修方便，造价低，生产能力高于浮阀塔，塔板效率与之相当。缺点是操作范围窄，孔径易堵

3、塞。综合考虑生产能力、塔板效率、成本及操作弹性等因素，本设计选用筛板塔更有优势。 影响精馏操作的主要因素有：操作压力和物料特性、生产能力和产品质量、塔顶回流比 和回流液的温度、进料热状况参数和进料口位置、全塔效率、再沸器和冷凝器的传热性能、 加热介质和冷却介质的温位。 精馏过程是能量消耗较大的单元操作，降低精馏过程的能量消耗具有重要的经济意义， 减少有效能损失是精馏过程节能的基本途径。 一般的方法有提高分离因子、 降低向再沸器的 供热量、热泵精馏、多效精馏、热能的综合利用。因此在操作过程中要主要节能，提高节能 意识。 共 28 页 第 页 2 目录 前言. 1 第一章 设计方案的确定 . 4

4、（一)装置流程的选定 . 4 （二）进料热状况的选择 5 （三）加热方式的选定 5 （四）操作回流比的选定 5 第二章 板式精馏塔的工艺计算 6 （一）塔的物料衡算 . 6 1.料液及塔顶、塔釜产品含乙醇的摩尔分数 . 6 2.平均摩尔质量 . 6 3.物料衡算 6 （二）塔板数的确定 . 6 1.理论板 NT的确定 . 6 2.乙醇和水的物性参数. 7 3.塔效率 ET 9 4.实际塔板数 N 9 (三）精馏段、提馏段气液负荷计算 9 1.精馏段 9 2.提馏段 9 （四）塔和塔板主要工艺尺寸的设计. 9 1.塔径的计算. 9 2.有效塔高的计算.10 3.溢流装置与液体流型10 4.塔板设

5、计 . 11 第三章 流体力学验算 .13 （一）筛板的流体力学验算13 1.塔板的压强降P .13 2. 雾沫夹带量 eV(kg 液/kg 气） .14 3.漏液的验算14 4.液泛验算 .14 （二）塔板负荷性能图.15 1.雾沫夹带线 15 2.液泛线 .15 3.液相负荷上限线 .16 4.漏液线（气相负荷下限线）16 5.液相负荷下限线 .17 6.塔的操作弹性 17 （三）工艺设计计算总表 .18 第四章 板式塔的结构与附属设备 20 （一）塔附件设计20 共 28 页 第 页 3 1.接管和法兰20 2.筒体和封头21 3. 除沫器 .21 4.人孔 21 5.塔顶空间和塔底空间

6、22 6.裙座 22 7. 塔高 H22 8.塔板结构 .22 （二）精馏塔的附属设备 .22 1.再沸器（塔釜）.22 2.预热器.23 3. 塔顶产品冷却器 .23 4. 塔釜废液冷却器 .23 5.进料泵.24 6.压缩机.24 第五章 总结 .25 附录26 1.主要字母符号的说明.26 2.参考的书籍和文献 27 3.附图一 乙醇水气液平衡 yx 图28 4.附图二 塔板负荷性能图 .28 共 28 页 第 页 4 第一章 设计方案的确定 （一)装置流程的选定 一个完整的精馏装置一般包括精馏塔、原料预热器、再沸器、冷凝器等，原料液可用高 位槽进料，也可以通过泵输送原料液，为了保持塔的操作稳定性，本设计选用泵进料。 在进行精馏 时，需加热和冷却，耗能量很大，为了节约能量，采用热泵精馏。将塔顶蒸 汽经压缩升温后作为塔底再沸器的热源，冷凝液经节流阀减压降温后一部分作为产品出料， 另一部分作为塔顶回流液回流。 热泵精馏一般分为间接式热泵精馏、 塔顶气体直接式呵塔釜 液体闪蒸再沸式三种，本设计选用直接热泵精馏，因为直接热泵精馏设备简