设计者：
学号：
专业： 石油与化工学院 班级：化工本 141 班 指导教师：
设计时间： 2016年 12月 20日
一、 概述 4
1、 精馏与塔设备简介 4
2、 筛板塔的特点 5
3、 体系介绍 6
4、 设计要求 6
二、 设计说明书 6
(2)筛板塔设计须知 7
(3)筛板塔的设计程序 7
(4)塔板操作情况的校核计算一一作负荷性能图及确定确定操作点 7
三•设计计算书 7
1.设计参数的确定 7
1.1进料热状态 7
1.2加热方式 8
1.3回流比(R)的选择 8
1.4塔顶冷凝水的选择 8
2.流程简介及流程图 8
2.1流程简介 8
2.2流程简介图 9
3.理论塔板数的计算与实际板数的确定 10
3.1理论板数的确定 10
3.1.1物料恒算 10
3.1.2 q线方程 错误!未定义书签。
3.1.3平衡线方程 10
3.1.4 R min 和 R 的确定 12
3.1.5精馏段操作线方程 13
3.1.6 提镏段操作线方程 13
3.1.7图解法求理论塔板数 13
3.2实际塔板数确定 14
4.精馏塔工艺条件计算 14
4.2操作温度的计算 14
4.3塔内物料平均分子量、张力、流量及密度的计算 15
4.4热量衡算 20
4.5热量衡算 21
4.6塔径的确定 22
4.7塔有效高度 错误!未定义书签。
4.8整体塔高 25
5.塔板主要参数确定 25
5.1溢流装置 25
5.2塔板布置及筛孔数目与排列 27
6.筛板的流体力学计算 28
6.1塔板压降 28
6.2 雾沫夹带量 eV 的计算 30
6.3漏液的验算 31
6.4液泛验算 31
7.塔板负荷性能图 32
7.1液沫夹带线 32
7.2液泛线 33
7.3液相负荷上限线 34
7.4液相负荷下线 35
8.辅助设备及零件设计 38
8.1 塔 38
8.2塔的接管 39
8.4塔的附属设计 41
9.参考文献及设计手册 42
42
四、设计感想 各级标题的层次不对 请参考课程设计课本 165 页标题的设置方法，另外每章的表和图 要按照顺序进行命名。 参考课本 166 页进行 修改，如第二章第 2 个按照顺序出现的表格 命名为表 2-2 xxxxxxxx 依此类推。 所有公式 方程式按照课本 166 页所示按章排序标注。 课程设计书的页面设置按照课本 164 页进行 排版。正文字体汉字一般采用小四宋体，汉 字以外的数字／字母／符号用 times new man。
一、概述
1、精馏与塔设备简介
蒸馏是分离液体混合物的一种方法， 是传质过程中最重要的单元操作之一， 蒸馏的理论 依据是利用溶液中各组分蒸汽压的差异， 即各组分在相同的压力、 温度下， 其探发性能不同 （或沸点不同）来实现分离目的。例如，设计所选取的乙醇-水体系，加热乙醇（沸点78C） 和水（沸点100 C）的混合物时，由于乙醇的沸点较水为低，即乙醇挥发度较水高，故乙醇较 水易从液相中汽化出来。 若将汽化的蒸汽全部冷凝， 即可得到乙醇组成高于原料的产品， 依 此进行多次汽化及冷凝过程，即可将乙醇和水分离。这多次进行部分汽化成部分冷凝以后， 最终可以在汽相中得到较纯的易挥发组分， 而在液相中得到较纯的难挥发组分， 这就是精馏。
在工业中，广泛应用精馏方法分离液体混合物，从石油工业、酒精工业直至焦油分离， 基
本有机合成，空气分离等等，特别是大规模的生产中精馏的应用更为广泛。
蒸馏按操作可分为简单蒸馏、平衡蒸馏、 精馏、 特殊精馏等多种方式。按原料中所含组 分数目可分为双组分蒸馏及多组分蒸馏。 按操作压力则可分为常压蒸馏、 加压蒸馏、 减压（真 空）蒸馏。此外，按操作是否连续蒸馏和间歇蒸馏。工业中的蒸馏多为多组分精馏，本设计 着重讨论常压下的双组分精馏，即乙醇 -水体系。
在化学工业和石油工业中广泛应用的诸如吸收，解吸，精馏， 萃取等单元操作中， 气液
传质设备必不可少。 塔设备就是使气液成两相通过紧密接触达到相际传质和传热目的的气液 传质设备之一。
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。
塔设备一般分为阶跃接触式和连续接触式两大类。 前者的代表是板式塔， 后者的代表则 为填料塔。
2、筛板塔的特点
筛板塔板简称筛板， 结构持点为塔板上开有许多均匀的小孔。 根据孔径的大小， 分为小 孔径筛板（孔径为3—8mm和大孔径筛板（孔径为10—25mm两类。工业应用小以小孔径 筛板为主，大孔径筛板多用于某些特殊场合 （ 如分离粘度大、易结焦的物系 ）。
筛板塔在十九世纪初已应用与工业装置上， 但由于对筛板的流体力学研究很少， 被认为 操作不易掌握， 没有被广泛采用。五十年代来，由于工业生产实践，对筛板塔作了较充分的 研究并且经过了大量的工业生产实践， 形成了较完善的设计方法。 筛板塔和泡罩塔相比较具 有下列特点：生产能力大于 10.5%，板效率提高产量 15%左右；而压降可降低 30%左右；另 外筛板塔结构简单， 消耗金属少， 塔板的造价可减少 40%左右；安装容易， 也便于清理检修。 本设计讨论的就是筛板塔。
筛板的优点足结构简单，造价低；板上液面落差小，气体压降低，生产能力较大；气 体分散均匀，传质效率较高。其缺点是筛孔易堵塞，不宜处理易结焦、粘度大的物料。应予 指出，尽管筛板传质效率高，但若设计和操作不当，易产生漏液，使得操作弹性减小，传质 效率下降． 故过去工业上应用较为谨慎。 近年来， 由于设计和控制水平的不断提高，可
使筛 板的操作非常精确， 弥补了上述不足， 故应用日趋广泛。 在确保精确设计和采用先进控制手
段的前提下，设计中可大胆选用 。
3.体系介绍
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、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。 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。
本次设计就是针对乙醇与水体系， 而进行的常压二元筛板精馏塔的设计及其辅助设备的 选型。本次设计对筛板塔的工艺过程和结构进行了比较全面的设计， 并对其他辅助设备如冷 凝器，泵的选型做了计算。 通过 本次对筛板精馏塔的设计， 使我们初步掌握化工设计的基本 原理和方法。培养独立思考，事实求是 ，综合运用所学知识，解决实际问题的能力。
由于此次设计时间紧张，本人水平有限，难免有遗漏谬误之处，恳切希望各位老师指 正。
4、设计要求
进料量 F= 1322 kmol/h ；
进料状态：q = 1,泡点进料；
操作条件：常压操作，单板压降不大于 0.7kPa 。
塔顶冷凝水采用钦州水源，温度 T= 25 C；
塔釜加热方式：间接蒸汽加热，采用 120 C水蒸气；
分离要求： XD= 95%（质量分数,下同） ； X W=0.25% ； XF =22%回流比 R/Rmin =1.7 。
、设计说明书
1） 设计单元操作方案简介
蒸馏过程按操作方式的不同, 分为连续蒸馏和间歇蒸馏两种流程。 连续蒸馏具有生产能 力大, 产品质量稳定等优点,工业生产中以连续蒸馏为主。间歇蒸馏具有操作灵活、适应性 强等优点,但适合于小规模、多品种或多组分物系的初步分离。故分离乙醇 - 水混合物体系
应采用连续精馏过程。
蒸馏是通过物料在塔内的多次部分气化与多次部分冷凝实现分离的,热量自塔釜输入, 由冷凝器和冷却剂中的冷却介质将余热带走。塔顶冷凝装置可采用全凝器、分凝器 - 全凝器 两种不同的设置。工业上以采用全凝器为主，以便准确控制回流比。
( 2) 筛板塔设计须知
(1)筛板塔设计是在有关工艺计算已完成的基础上进行的。对于气、液恒摩尔流的塔 段，只需任选其中一块塔板进行设计，并可将该设计结果用于此塔段中。例如，全塔最上面 一段塔段， 通常选上面第一块塔板进行设计； 全塔最下面一段塔段， 通常选最下面一块塔板 进行设计。这样计算便于查取气液相物性数据。
(2)若不同塔段的塔板结构差别不大，可考虑采用同一塔径，若不同塔段塔板的筛孔 数、空心距与筛孔直径之比 t/d0 可能有差异。对筛孔少、塔径大的塔段，为减少进塔壁处 液体“短路” ，可在近塔壁处设置挡板。只有当不同塔段的塔径相差较大时才考虑采用不同 塔径，即异径塔。
(3) 筛板塔的设计程序
(1)选定塔板液流形式、板间距 HT、溢流堰长与塔径之比Iw/D、降液管形式及泛点 百分率。
