生产用精馏塔设计方案Word文档下载推荐.docx
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7）厂址：
天津地区。
二、设计方案的确定及流程说明
2.1精馏塔对塔设备的要求
1）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。
2）效率高：
气液两相在塔保持充分的密切接触，具有较高的塔板效率或传
质效率。
3）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。
4）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。
5）结构简单，造价低，安装检修方便。
6）能满足某些工艺的特性：
腐蚀性，热敏性，起泡性等。
2.2塔的类型选择
从大的方面来说，精馏塔分为填料塔和板式塔。
填料塔分离效率较高，压力降相对于板式塔来说也较小，但是其操作弹性较小，并且生产能力较板式塔来说较小，一般小塔多采用填料塔，而板式塔虽然在某些方面不如填料塔，但是总的来说，其踏板效率稳定，操作弹性大，造价低，检修、清洗方便。
对于本工艺来说，采用板式塔是可行的，因此选择板式塔。
板式塔又分为泡罩塔，浮阀塔，筛板塔等多种类型。
泡罩塔是工业上应用最早的塔板，其操作弹性较大，液气比围较大，不易堵塞，适于处理各种物料。
但是其
结构复杂，造价高，塔板压降大等原因导致近年来泡罩塔已经逐渐被筛板塔、浮阀塔所取代，在新建的塔设备中以很少采用；
筛板塔结构简单，造价低，落差小，气体压降低，传质效率较高，但是缺点是筛孔易堵塞，不宜处理易结焦、粘度大
的物料，且若设计或操作不当，易产生漏液，使得操作弹性减小，传质效率下降，故在工业上应用较为谨慎；
浮阀塔是在泡罩塔和筛板塔的基础上发展起来的，它
吸收了两种塔的优点，浮阀塔结构也较简单、制造方便、造价低；
塔板开孔率大，生产能力大，而且其操作弹性也较大，气液接触时间较长，因此传质效率较高。
综合分析下来，选择浮阀塔作为最终的塔设备。
2.3塔压
精馏可以在减压、常压、加压条件下进行。
常压下为气态（如空气、石油气）或常压下泡点为室温的混合物，可以采用加压精馏；
常压下，泡点为室温至150℃左右的混合液，一般采用常压精馏；
对于常压下泡点较高或热敏性物质，宜采用减压精馏，以降低操作温度。
乙醇和水的常压沸点分别为78℃和100℃，因此采用常压精馏，稍稍加压，塔顶压力为（101.3+4）kPa。
2.4进料状态
进料状态分为五种状态，包括冷液进料、饱和液体进料（即泡点进料）、气液混合物进料、饱和蒸汽进料和过热蒸汽进料。
在实际生产中，以接近泡点的冷进料和泡点进料者居多，泡点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。
因此选择进料方式为泡点进料。
2.5塔釜加热方式
一般塔釜都设置再沸器，输入一定热量使部分液体汽化，产生上升蒸汽，使精馏过程得以进行，大多数情况下均采用间接加热，但是对于塔重组分是水的体系来说，由于水将作为塔釜产品从塔底排出，此时就可以省去一个再沸器，采用直接蒸汽加热的方式来对塔釜进行加热，本系统中乙醇为轻组分，水为重组分，
因此可以采用直接蒸汽加热，加热蒸汽的温度由塔釜温度和加热蒸汽规格决定，提供的加热蒸汽压力为101.3kPa（表压），可作为加热的热源。
2.6塔顶冷凝方式
精馏塔顶一般设置全凝器，以保证将上升蒸汽全部冷凝成液体，当塔顶有气相出料时，可以考虑在全凝器之前设置一个分凝器，将部分气体冷凝，剩下的气体作为气相采出，这时的分凝器相当于一层理论板。
在本工艺中，没有塔顶气相采出，因此采用全凝器即可满足要求。
2.7塔板溢流形式
板式塔常见的溢流方式（降液管布置方式）有U型流、单溢流、双溢流及阶
梯式双溢流等。
U型流液体流径长，可以提高板效率，其板面利用率也高，但它
的液面落差大，只适用于小塔和液体流量较小的塔；
单溢流液体流径较长，塔板
效率较高，结构简单，加工方便，在直径小于2.2m的塔中被广泛应用；
双溢流
的液体流动的路程短，可降低液面落差，但塔板结构复杂，板面利用率低，一般
用于直径大于2m的塔中。
阶梯式双溢流结构最为复杂，只适用于塔径很大、液流量很大的特殊场合[2]。
对产量做简单估计后，选择单溢流作为塔板溢流形式的初步结果，具体设计视情况决定。
2.8塔径的选取
精馏塔的塔径由塔的气相体积流量和空塔气速决定，一般来说，精馏段和提馏段由于操作条件的不同，塔径会有所区别，在两者相差不大的情况下，应尽量按照较大的那个圆整至标准尺寸，产用的标准塔径为（mm）：
400、500、600、700、800、1000、1200、1400、1600、2000、。
若精馏段和提馏段的塔径相差较大，应考虑采用变径塔。
另外，塔径的选取还应通过流体力学的验算。
2.9回流比的选取
回流比对于精馏操作的费用有很大的影响。
回流比大，完成相同的任务所需要的理论板数就少，相应的塔高就会较低，设备费用会减少，但是增大回流比会导致回流量增大，需要消耗更多的能量，操作费用会上升，回流比小则反之。
因此选择一个合适的回流比是很重要的，一般来说，操作回流比都选为最小回流比的一个倍数，本工艺中选择系数为1.7。
2.10操作流程
来自储罐的混合液经预热至泡点后，由泵送入精馏塔的进料板上，塔气液两相不断接触，进行传热和传质，使轻组分不断上升，重组分不断下降。
塔顶蒸汽
在全凝器中冷凝后，一部分作为产品采出，一部分回流继续和塔气相接触；
塔釜液体一部分采出，一部分由直接蒸汽加热汽化回到塔和液相接触。
塔顶产品经冷却后进入产品储罐。
操作流程简图见附图。
图1：
流程示意图
三、塔的工艺计算
3.1物料衡算
将进料和产品中乙醇的质量分数换算为摩尔分数，乙醇和水的摩尔质量分别为（这里下标1代表乙醇，下标2代表水）：
M146g/mol，M218g/mol
则
0.25
xF
46
0.1154
0.75
4618
0.94
xD
0.8598
0.06
0.001
xW
0.00039
0.999
18
乙醇产量为130t/day，则其每小时的产量为5.4167t/hr，从而得到乙醇产品中乙醇和水的产量分别是：
m1
5.4167
5.0917t/hr
m2
0.3250t/hr
则馏出液的摩尔流量为：
5.0917
103
0.3250
D
128.74kmol/hr
因为回流比仍未知，且塔气相流量未知，还不能完成整个的物料衡算，因此
下一步应确定回流比，首先需要计算精馏操作的最小回流比。
由于本工艺的操作条件在常压附近，可以认为在压力围，常压的相平衡数据
可以满足设计计算的需要，因此可以用常压下的汽液平衡数据绘制相图从而进行
设计工作，汽液平衡数据见表1。
表1常压下乙醇-水气液平衡组成（摩尔）与温度的关系
温度t/
乙醇摩尔数（%）
℃
气相（y）
液相（x）
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
4.50
79.2
65.64
72.71
97.65
0.79
8.76
78.95
68.92
74.96
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
首先作出常压下的x-y相图，再连接一条对角线。
然后作出进料线，即q线。
由于进料为泡点进料，所以进料线方程为X=0.1154。
由于乙醇-水物系的特殊性，平衡曲线具有下凹部分，在寻找最小回流比对
应的操作线时，发现操作线尚未落到平衡线前，已与平衡线相切，此时的操作线在纵轴上的截距为：
27.62％
Rmin
1
从而得到：
2.113
R
1.72.1133.592
由物料平衡关系：
FVO
W
FxFVOxODxDWxW
F代表进料量，V0代表加热蒸汽量，D代表馏出液量，W代表釜残液量。
而精馏段的气相摩尔流量为：
V（R1）D（3.5921）128.74591.174kmol/hr
由于是泡点进料，所以提馏段和精馏段的气相摩尔流量应该是相同的，且由
于塔恒摩尔流的假设，提馏段和加入的直接蒸汽的摩尔流量也是相同的，
所以：
VVV0362.864kmol/h
将数据代入上述物料衡算关系中，在加热蒸汽中不含有乙醇的前提下，联立
方程组，解得：
F964.134kmol/hrW1426.570kmol/hr
3.2理论板数，板效率及实际板数的计算
3.2.1理论板数计算
在精馏塔设计计算中，确定理论板数经常采用的方法是逐板计算法和图解法。
本次设计采用图解法，其步骤如下：
1）在已做好的X-Y相图中找到A（XD,XD）点，即（0.8598，0.85
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