乙醇水连续浮阀式精馏塔的研究设计文档格式.docx
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浮阀塔是化工生产中主要的气液传质设备，此设计针对二元物系乙醇－－水的精馏问题进行分析，选取，计算，核算，绘图等，是较完整的精馏设计过程。
通过逐板计算得出理论板数为16块，回流比为3.531,算出塔效率为0.518，实际板数为32块，进料位置为第11块，在板式塔主要工艺尺寸的设计计算中得出塔径为1M，有效塔高13.6M，浮阀数（提馏段每块76）。
通过浮阀塔的流体力学验算，证明各指标数据均符合标准。
本次设计过程正常，操作合适。
关键词：
乙醇、水、二元精馏、浮阀连续精馏精馏塔、提馏段
第1章前言
1.1精馏原理及其在化工生产上的应用
实际生产中，在精馏柱及精馏塔中精馏时，上述部分气化和部分冷凝是同时进行的。
对理想液态混合物精馏时，最后得到的馏液（气相冷却而成）是沸点低的B物质，而残液是沸点高的A物质，精馏是多次简单蒸馏的组合。
精馏塔底部是加热区，温度最高；
塔顶温度最低。
精馏结果，塔顶冷凝收集的是纯低沸点组分，纯高沸点组分则留在塔底。
1.2精馏塔对塔设备的要求
精馏设备所用的设备及其相互联系，总称为精馏装置，其核心为精馏塔。
常用的精馏塔有板式塔和填料塔两类，通称塔设备，和其他传质过程一样，精馏塔对塔设备的要求大致如下：
一：
生产能力大：
即单位塔截面大的气液相流率，不会产生液泛等不正常流
动。
二：
效率高：
气液两相在塔内保持充分的密切接触，具有较高的塔板效率或传质效率。
三：
流体阻力小：
流体通过塔设备时阻力降小，可以节省动力费用，在减压操作是时，易于达到所要求的真空度。
四：
有一定的操作弹性：
当气液相流率有一定波动时，两相均能维持正常的流动，而且不会使效率发生较大的变化。
五：
结构简单，造价低，安装检修方便。
六：
能满足某些工艺的特性：
腐蚀性，热敏性，起泡性等。
1.4常用板式塔类型及本设计的选型
常用板式塔类型有很多，如：
筛板塔、泡罩塔、舌型塔、浮阀塔等。
而浮阀塔具有很多优点，且加工方便，故有关浮阀塔板的研究开发远较其他形式的塔板广泛，是目前新型塔板研开发的主要方向。
近年来与浮阀塔一直成为化工生中主要的传质设备，浮阀塔多用不锈钢板或合金。
实际操作表明，浮阀在一定程度的漏夜状态下，使其操作板效率明显下降，其操作的负荷范围较泡罩塔窄，但设计良好的塔其操作弹性仍可达到满意的程度。
浮阀塔塔板是在泡罩塔板和筛孔塔板的基础上发展起来的，它吸收了两者的优点。
所以在此我们使用浮阀塔，浮阀塔的突出优点是结构简单，造价低，制造方便；
塔板开孔率大，生产能力大等。
乙醇与水的分离是正常物系的分离，精馏的意义重大，在化工生产中应用非常广泛，对于提纯物质有非常重要的意义。
所以有必要做好本次设计
1.4．本设计所选塔的特性
浮阀塔的优点是：
1．生产能力大，由于塔板上浮阀安排比较紧凑，其开孔面积大于泡罩塔板，生产能力比泡罩塔板大20%～40%，与筛板塔接近。
2．操作弹性大，由于阀片可以自由升降以适应气量的变化，因此维持正常操作而允许的负荷波动范围比筛板塔，泡罩塔都大。
3．塔板效率高，由于上升气体从水平方向吹入液层，故气液接触时间较长，而雾沫夹带量小，塔板效率高。
4．气体压降及液面落差小，因气液流过浮阀塔板时阻力较小，使气体压降及液面落差比泡罩塔小。
5．塔的造价较低，浮阀塔的造价是同等生产能力的泡罩塔的50%～80%，但是比筛板塔高20%～30。
但是，浮阀塔的抗腐蚀性较高（防止浮阀锈死在塔板上），所以一般采用不锈钢作成，致使浮阀造价昂贵，推广受到一定限制。
随着科学技术的不断发展，各种新型填料，高效率塔板的不断被研制出来，浮阀塔的推广并不是越来越广。
近几十年来，人们对浮阀塔的研究越来越深入，生产经验越来越丰富，积累的设计数据比较完整，因此设计浮阀塔比较合适
第二章流程的确定和说明
2.1设计思路
首先，乙醇和水的原料混合物进入原料罐，在里面停留一定的时间之后，通过泵进入原料预热器，在原料预热器中加热到泡点温度，然后，原料从进料口进入到精馏塔中。
因为被加热到泡点，混合物中既有气相混合物，又有液相混合物，这时候原料混合物就分开了，气相混合物在精馏塔中上升，而液相混合物在精馏塔中下降。
气相混合物上升到塔顶上方的冷凝器中，这些气相混合物被降温到泡点，其中的液态部分进入到塔顶产品冷却器中，停留一定的时间然后进入乙醇的储罐，而其中的气态部分重新回到精馏塔中，这个过程就叫做回流。
液相混合物就从塔底一部分进入到塔底产品冷却器中，一部分进入再沸器，在再沸器中被加热到泡点温度重新回到精馏塔。
塔里的混合物不断重复前面所说的过程，而进料口不断有新鲜原料的加入。
最终，完成乙醇和水的分离。
2.1设计流程
乙醇—水混合液经原料预热器加热，进料状况为汽液混合物q=1送入精馏塔，塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝，一部分入塔回流，其余经塔顶产品冷却器冷却后，送至储罐,塔釜采用直接蒸汽加热,塔底产品冷却后,送入贮罐（附流程图）。
第三章精馏塔的工艺计算
一、全塔物料衡算
3.1.1原料液及塔顶，塔底产品的摩尔分率
乙醇的摩尔质量
水的摩尔质量
原料加料量F＝100kmol/h
进料组成xF＝0.275
馏出液组成xD＝0.843
釜液组成xw＝0.013
3.1.2物料衡算
精馏塔二元系物料
解得：
D=31.6W=68.4
精馏段：
L=RD=2.36×
31.6=74.51kmol/h
V=（R+1）D=（2.36+1）×
31.6=106.08kmol/h
提馏段：
=L+qF=74.51+100=174.51kmol/h
=V+（q－1）F=V=106.08kmol/h
3.2回流比的确定
3.2.1平均相对挥发度的计算
查[1]由相平衡方程得
由常压下乙醇-水溶液的平衡数据
x
0.18
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
y
0.51
0.525
0.551
0.575
0.595
0.61
0.45
0.55
0.5
0.6
0.65
0.7
0.635
0.678
0.697
0.725
0.755
由道尔顿分压定律及
得
将上表数据代入得：
序号
1
2
3
4
5
3.6815
3.1569
2.7254
2.3501
2.1263
6
7
8
9
10
1.9155
1.7228
1.5408
1.4196
1.3207
则
则平衡线方程：
3.2.2最小回流比的计算和适宜回流比的确定
xF＝0.275xD＝0.843xw＝0.012=3.04因为q=1所以Xe=xF＝0.275
由相平衡方程=0.536
最小回流比
操作回流比取最小回流比的1.6倍
=1.6=2.36
3.3板数的确定
3.3.1精馏塔的气液相负荷
31.6=106.08kmol/h
3.3.2精馏段与提馏段操作线方程
精馏段操作线方程：
提馏段操作线方程：
3.3.3逐板法确定理论板数及进料位置
对于甲醇—水属物系，可采用逐板计算法求理论板层数。
根据求得的相对挥发度可知
相平衡方程为
因为泡点进料，q=1，
第一块板上升的蒸汽组成
第一块板下降的液体组成由式（c）求取
由第二块板上升的气相组成用（a）式求取:
由第二块板下降的液体组成
如此反复计算：
<
因第5块板上升的气相组成由提馏段操作方程（b）:
计算
=0.013
根据以上求解结果得：
总理论板数为9（包括再沸器）
进料板位置为4
精馏段理论板数3
提馏段理论板数6
3.3.4全塔效率
由进料组成
经查表得泡点温度℃℃
在此温度下查文献得：
则进料液再该温度下的平均粘度为：
则板效率E由计算
=0.401
则实际塔板数：
精馏段:
提馏段:
3.4精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算
3.4.1操作温度的计算
1.）塔顶温度计算
查文献乙醇-水溶液中乙醇摩尔分数为0.70和0.80时,其沸点分别为78.7℃78.4℃塔顶温度为,则由内插法:
℃
2.）进料板温度
查文献乙醇-水溶液中乙醇摩尔分数为0.20和0.30时,其沸点分别为83.2℃和81.7℃
设塔顶温度为,则由内插法:
3.）塔釜的温度
查文献乙醇-水溶液中乙醇摩尔分数为0.00和0.05时,其沸点分别为100℃和90.6℃设塔顶温度为,则由内插法:
则精馏段的平均温度:
提馏段的平均温度:
3.4.2操作压强
塔顶压强：
PD=100kpa
取每层塔板压降:
ΔP=0.7kpa
则进料板压力:
塔釜压力:
则精馏段的平均操作压强:
提馏段的平均操作压强:
3.4.3塔内各段气液两相的平均分子量
乙醇的摩尔质量
由公式得
1.）对于塔顶
对于气相平均分子量:
对于液相平均分子量:
2.）对于进料板
对于气相平均分子量。
对于液相平均分子量:
3.）对于塔釜
对于气相平均分子量:
则精馏段的平均分子量。
气相:
液相:
提馏段的平均分子量。
3.4.4精馏塔各组分的密度
1.）气相平均密度
由计算：
精馏段的气相平均密度：
提馏段的气相平均密度：
2.）液相的平均密度
由计算
（1.）对于塔顶
查文献，
质量分率
则
（2.）对于进料板
查文献，
（3.）对于塔釜
则精馏段的液相平均密度：
提馏段的液相平均密度：
3.4.5液体表面张力的计算
（1.）对于塔顶
则精馏段的液体平均表面张力：
提馏段的液体平均表面张力：
3.4.6液体平均粘度的计算
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