等行业。近些年来，由于燃料价格的上涨，乙醇燃料越来越有取代传统燃料的趋势，且已在郑州济南等地的公交出租车行业内被采用。山东业已推出了推广燃料乙醇的法规。长期以来，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，无论是填料塔还是板式塔都在化工生产过程中得到了广泛的应用，在此我们作板式塔的设计以熟悉单元操作设备的设计流程和应注意的事项是非常必要的。设计依据本设计依据于教科书的设计实例，对所提出的题目进行分析并做出理论计算。技术来源目前，精馏塔的设计方法以严格计算为主，也有些简化的模型，但是严格计算法对于连续精馏塔是最常采用的，我们此次所做的计算也采用严格计算法。设计任务及要求原料乙醇水溶液，年产量吨乙醇含量质量分数，原料液温度设计要求塔顶的乙醇含量不小于质量分数塔底的乙醇含量不大于质量分数表乙醇水溶液体系的平衡数据液相中乙醇的含量摩尔分数汽相中乙醇的含量摩尔分数液相中乙醇的含量摩尔分数汽相中乙醇的含量摩尔分数二计算过程塔型选择根据生产任务，若按年工作日天，每天开动设备小时计算，产品流量为，由于产品粘度较小，流量较大，为减少造价，降低生产过程中压降和塔板液面落差的影响，提高生产效率，选用浮阀塔。操作条件的确定操作压力由于乙醇水体系对温度的依赖性不强，常压下为液态，为降低塔的操作费用，操作压力选为常压其中塔顶压力为塔底压力进料状态虽然进料方式有多种，但是饱和液体进料时进料温度不受季节气温变化和前段工序波动的影响，塔的操作比较容易控制此外，饱和液体进料时精馏段和提馏段的塔径相同，无论是设计计算还是实际加工制造这样的精馏塔都比较容易，为此，本次设计中采取饱和液体进料加热方式精馏塔的设计中多在塔底加个再沸器以采用间接蒸汽加热以保证塔内有足够的热量供应由于乙醇水体系中，乙醇是轻组分，水由塔底排出，且水的比热较大，故可采用直接水蒸气加热，这时只需在塔底安装个鼓泡管，于是可省去个再沸器，并且可以利用压力较底的蒸汽进行加热，无论是设备费用还是操作费用都可以降低。热能利用精馏过程的原理是多次部分冷凝和多次部分汽化。因此热效率较低，通常进入再沸器的能量只有左右可以被有效利用。虽然塔顶蒸汽冷凝可以放出大量热量，但是由于其位能较低，不可能直接用作为塔底的热源。为此，我们拟采用塔釜残液对原料液进行加热。有关的工艺计算由于精馏过程的计算均以摩尔分数为准，需先把设计要求中的质量分数转化为摩尔分数。原料液的摩尔组成同理可求得,原料液的平均摩尔质量同理可求得,下，原料液中,由此可查得原料液，塔顶和塔底混合物的沸点，以上计算结果见表。表原料液馏出液与釜残液的流量与温度名称原料液馏出液釜残液摩尔分数摩尔质量沸点温度最小回流比及操作回流比的确定由于是泡点进料，，过点,做直线交平衡线于点，由点可读得，因此又过点,作平衡线的切线，切点为，读得其坐标为,，因此所以，可取操作回流比塔顶产品产量釜残液量及加热蒸汽量的计算以年工作日为天，每天开车小时计，进料量为由全塔的物料衡算方程可写出蒸汽泡点全凝器冷凝介质的消耗量塔顶全凝器的热负荷可以查得,，所以取动能因数，那么，因此个排列由于采用分块式塔板，故采用等腰三角形叉排。若同横排的阀孔中心距，那么相邻两排间的阀孔中心距计为计计取时画出的阀孔数目只有个，不能满足要求，取画出阀孔的排布图如图所示，其中,图中，通道板上可排阀孔个，弓形板可排阀孔个，所以总阀孔数目为个校核气体通过阀孔时的实际速度实际动能因数在之间开孔率阀孔面积塔截面积开孔率在之间，满足要求。流体力学验算气体通过浮阀塔板的压力降单板压降气体通过浮阀塔板的压力降单板压降干板阻力浮阀由部分全开转为全部全开时的临界速度为因为所以板上充气液层阻力取板上液层充气程度因数，那么由表面张力引起的阻力由表面张力导致的阻力般来说都比较小，所以般情况下可以忽略，所以漏液验算动能因数，相应的气相最小负荷为其中所以可见不会产生过量漏液。液泛验算溢流管内的清液层高度其中，,所以，为防止液泛，通常，取校正系数，则有可见，，即不会产生液泛。雾沫夹带验算泛点率查得物性系数，泛点负荷系数所以，泛点率可见，雾沫夹带在允许的范围之内操作性能负荷图雾沫夹带上限线取泛点率为代入泛点率计算式，有整理可得雾沫夹带上限方程为液泛线液泛线方程为其中，代入上式化简后可得液体负荷上限线取，那么漏液线取动能因数，以限定气体的最小负荷液相负荷下限线取代入的计算式整理可得操作性能负荷图由以上各线的方程式，可画出图塔的操作性能负荷图。根据生产任务规定的气液负荷，可知操作点，在正常的操作范围内。连接作出操作线，由图可知，该塔的雾沫夹带及液相负荷下限，即由漏液所控制。由图可读得,所以，塔的操作弹性为有关该浮阀塔的工艺设计计算结果汇总于表表浮阀塔工艺设计计算结果项目数值与说明备注塔径,板间距,塔板型式单溢流弓形降液管分块式塔板空塔气速,溢流堰长度,溢流堰高度,板上液层高度,降液管底隙高度,浮阀数,个等腰三角形叉排阀孔气速,阀孔动能因数临界阀孔气速,孔心距,同横排的孔心距排间距,相临二横排的中心线距离单板压降,液体在降液管内的停留时间,精馏段提馏段降液管内的清液高度,泛点率，气相负荷上限雾沫夹带控制气相负荷下限漏夜控制开孔率，操作弹性各接管尺寸的确定进料管进料体积流量取适宜的输送速度，故经圆整选取热轧无缝钢管，规格实际管内流速釜残液出料管釜残液的体积流量取适宜的输送速度，则计经圆整选取热轧无缝钢管，规格实际管内流速回流液管回流液体积流量利用液体的重力进行回流，取适宜的回流速度，那么计经圆整选取热轧无缝钢管，规格实际管内流速塔顶上升蒸汽管塔顶上升蒸汽的体积流量取适宜速度，那么计经圆整选取热轧无缝钢管，规格实际管内流速水蒸汽进口管通入塔的水蒸气体积流量取适宜速度，那么计经圆整选取热轧无缝钢管，规格实际管内流速参考资料华东理工大学化工原理教研室编化工过程设备及设计广州华南理工大学出版社天津大学化工原理教研室编化工原理下天津天津大学出版社取水为冷凝介质，其进出冷凝器的温度分别为和则平均温度下的比热，于是冷凝水用量可求热能利用以釜残液对预热原料液，则将原料加热至泡点所需的热量可记为其中在进出预热器的平均温度以及的情况下可以查得比热，所以，釜残液放出的热量若将釜残液温度降至那么平均温度其比热为，因此，可知，，于是理论上可以用釜残液加热原料液至泡点理论塔板层数的确定精馏段操作线方程提馏段操作线方程线方程在相图中分别画出上述直线，利用图解法可以求出块含塔釜其中，精馏段块，提馏段块。全塔效率的估算用奥康奈尔法对全塔效率进行估算由相平衡方程式可得根据乙醇水体系的相平衡数据可以查得塔顶第块板加料板塔釜因此可以求得,,全塔的相对平均挥发度全塔的平均温度在温度下查得,因为所以，全塔液体的平均粘度全塔效率实际塔板数块含塔釜其中，精馏段的塔板数为块精馏塔主体尺寸的计算精馏段与提馏段的体积流量精馏段整理精馏段的已知数据列于表见下页，由表中数据可知液相平均摩尔质量液相平均温度表精馏段的已知数据位置进料板塔顶第块板质量分数摩尔分数摩尔质量温度在平均温度下查得,