【正文】 板式精餾塔設(shè)計(jì)方案一、設(shè)計(jì)方案確定 精餾流程 精餾裝置包括精餾塔，原料預(yù)熱器，再沸器，冷凝器，釜液冷卻器和產(chǎn)品冷卻器等,為保持塔的操作穩(wěn)定性，流程中用泵直接送入塔原料，乙醇、水混合原料液經(jīng)預(yù)熱器加熱至泡點(diǎn)后，送入精餾塔。塔頂上升蒸汽采用全凝器冷凝后經(jīng)分配器 一部分回流，一部分經(jīng)過(guò)冷卻器后送入產(chǎn)品儲(chǔ)槽，塔釜采用間接蒸汽再沸器供熱，塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后為冷卻水循環(huán)利用。塔板是板式塔的主要構(gòu)件，分為錯(cuò)流式塔板和逆流式塔板兩類，工業(yè)中以錯(cuò)流式為主，常用的錯(cuò)流式塔板有：泡罩塔板，篩孔塔板，浮閥塔板。泡罩塔板是工業(yè)上應(yīng)用最早的塔板，其主要的優(yōu)點(diǎn)是操作彈性較大，液氣比范圍較大，不易堵塞；但由于生產(chǎn)能力及板效率底，已逐漸被篩孔塔板和浮閥塔板所替代。篩孔塔板優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，板上液面落差小，氣體壓強(qiáng)底，生產(chǎn)能力大；其缺點(diǎn)是篩孔易堵塞，易產(chǎn)生漏液，導(dǎo)致操作彈性減小，傳質(zhì)效率下降。而浮閥塔板是在泡罩塔板和篩孔塔板的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，它吸收了前述兩種塔板的優(yōu)點(diǎn)。浮閥塔板結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，造價(jià)底；塔板開孔率大，故生產(chǎn)能力大；由于閥片可隨氣量變化自由升降，故操作彈性大；因上升氣流水平吹入液層，氣液接觸時(shí)間長(zhǎng)，故塔板效率較高。但浮閥塔板也有缺點(diǎn)，即不易處理易結(jié)焦、高粘度的物料，而設(shè)計(jì)的原料是乙醇水溶液，不屬于此類。故總結(jié)上述，設(shè)計(jì)時(shí)選擇的是浮閥塔板。 生產(chǎn)時(shí)日及處理量的選擇：—水溶液系統(tǒng)，年工作日300d，每天工作24h。 選擇用板式塔不用填料塔的原因：因?yàn)榫s塔精餾塔對(duì)塔設(shè)備的要求大致如下： （1）生產(chǎn)能力大：即單位塔截面大的氣液相流率，不會(huì)產(chǎn)生液泛等不正常流動(dòng)。 （2）效率高：氣液兩相在塔內(nèi)保持充分的密切接觸，具有較高的塔板效率或傳質(zhì)效率。 （3）流體阻力?。毫黧w通過(guò)塔設(shè)備時(shí)阻力降小，可以節(jié)省動(dòng)力費(fèi)用，在減壓操作是時(shí)，易于達(dá)到所要求的真空度。 （4）有一定的操作彈性：當(dāng)氣液相流率有一定波動(dòng)時(shí)，兩相均能維持正常的流動(dòng)，而且不會(huì)使效率發(fā)生較大的變化。 （5）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，安裝檢修方便。 （6）能滿足某些工藝的特性：腐蝕性，熱敏性，起泡性等。 故選用板式塔。 板式精餾塔選擇浮閥塔的原因：（1）生產(chǎn)能力大，由于塔板上浮閥安排比較緊湊，其開孔面積大于泡罩塔板，生產(chǎn)能力比泡罩塔板大 20%～40%，與篩板塔接近。 （2）操作彈性大，由于閥片可以自由升降以適應(yīng)氣量的變化，因此維持正常操作而允許的負(fù)荷波動(dòng)范圍比篩板塔，泡罩塔都大。 （3）塔板效率高，由于上升氣體從水平方向吹入液層，故氣液接觸時(shí)間較長(zhǎng)，而霧沫夾帶量小，塔板效率高。 （4）氣體壓降及液面落差小，因氣液流過(guò)浮閥塔板時(shí)阻力較小，使氣體壓降及液面落差比泡罩塔小。 （5）塔的造價(jià)較低，浮閥塔的造價(jià)是同等生產(chǎn)能力的泡罩塔的 50%～80%，但是比篩板塔高 20%～30%。 . 操作壓力：常壓精餾對(duì)于乙醇－水體系，在常壓下已經(jīng)是液態(tài)，且乙醇－水不是熱敏性材料，在常壓下也可成功分離，所以選用常壓精餾。因?yàn)楦邏夯蛘哒婵詹僮鲿?huì)引起操作上的其他問題以及設(shè)備費(fèi)用的增加，尤其是真空操作不僅需要增加真空設(shè)備的投資和操作費(fèi)用，而且由于真空下氣體體積增大，需要的塔徑增加，因此塔設(shè)備費(fèi)用增加。綜上所述，選擇常壓操作。 ．q值得選擇：泡點(diǎn)進(jìn)料進(jìn)料狀態(tài)有五種，如果選擇泡點(diǎn)進(jìn)料，即q=1時(shí)，操作比較容易控制，且不受季節(jié)氣溫的影響，此外，泡點(diǎn)進(jìn)料時(shí)精餾段和提餾段的塔徑相同，設(shè)計(jì)和制造時(shí)比較方便。 ．加熱方式：間接蒸汽加熱蒸餾釜的加熱方式通常采用間接蒸汽加熱，設(shè)置再沸器。直接蒸汽加熱只能用于塔底產(chǎn)物基本是水，由于蒸汽的不斷通入，對(duì)塔底溶液起了稀釋作用，在塔底易揮發(fā)物損失量相同的情況下，塔底殘液中易揮發(fā)組分的濃度應(yīng)較低，因而塔板數(shù)稍有增加，成本增加，故采用間接加熱。 ：回流比的選擇主要從經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)出發(fā)，力求操作費(fèi)與設(shè)備費(fèi)最低， R=。 工藝草圖 工藝流程說(shuō)明一整套精餾裝置應(yīng)該包括精餾塔、原料預(yù)熱器、再沸器、冷凝器、釜液冷卻器和產(chǎn)品冷卻器等設(shè)備。熱量自塔釜輸入，物料在塔內(nèi)經(jīng)多次部分氣化與部分冷凝進(jìn)行精餾分離，由冷凝器和冷卻器中的冷卻介質(zhì)將余熱帶走。乙醇—水混合液原料經(jīng)預(yù)熱器加熱到泡點(diǎn)溫度后送入精餾塔進(jìn)料板，在進(jìn)料板上與自塔上部下降的的回流液體匯合后，逐板溢流，最后流入塔底。在每層板上，回流液體與上升蒸汽互相接觸，進(jìn)行熱和質(zhì)的傳遞過(guò)程。操作時(shí)，連續(xù)地從再沸器取出部分液體作為塔底產(chǎn)品，部分液體氣化，產(chǎn)生上升蒸汽，一起通過(guò)各層塔板。塔頂蒸汽進(jìn)入冷凝器中被冷凝，并將部分冷凝液送回塔頂作為回流液，其余部分經(jīng)冷凝器冷凝后送出作為塔頂產(chǎn)品，經(jīng)冷凝器冷卻后送入貯槽。塔釜采用再沸器加熱。塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送入貯槽。二． 工藝計(jì)算 物料衡算. 將質(zhì)量分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)換成摩爾分?jǐn)?shù) 解方程組，得 塔板數(shù)確定．理論塔板數(shù)NT的求取由乙醇—水相平衡數(shù)據(jù)畫得相平衡圖，作出對(duì)角線y=x，取點(diǎn)（,）液體中酒精質(zhì)量分?jǐn)?shù)蒸汽中酒精質(zhì)量質(zhì)量分?jǐn)?shù)沸點(diǎn)／℃液體中酒精摩爾分?jǐn)?shù)蒸汽中酒精摩爾分?jǐn)?shù)9991234537678950101112131415608916171819206587212223246811252627288529303132333435363738743920404142434445462547484982507751525354785556575879596081616280634064656681676869707172807374755476777879808182838485868788788990919292939495從像圖中可知在點(diǎn)(。)處有斜率最大值。設(shè)其值為K.K=由此可得R=經(jīng)編程（）可得R=R=原設(shè)回流比與所求最優(yōu)回流比相差不大，符合要求。CZ0、CZ1為飽和水蒸氣的價(jià)格系數(shù)，、元/（kgoC）TS為加熱用飽和水蒸氣溫度，q為進(jìn)料熱狀況參q=1F、B為進(jìn)料和塔底產(chǎn)品流率，F(xiàn)=,D=rB為塔釜物料的氣化潛熱，為操作時(shí)間，h/a由編程得在xD=，塔頂溫度T1=；進(jìn)料溫度T2=；塔底溫度T3=.精餾段平均溫度 提溜段平均溫度 、底平均摩爾質(zhì)量的計(jì)算由于，由內(nèi)插法得：且,塔頂平均摩爾質(zhì)量 塔底平均摩爾質(zhì)量 故 1精餾段：塔頂時(shí)，塔底時(shí)，以上為通過(guò)查液體密度與溫度關(guān)系圖求的乙醇密度有內(nèi)插法求得 時(shí)， 時(shí)，由，得由，得故2提留段：在提留段時(shí) 在提留段此時(shí)水的密度在t= 在精餾段時(shí)：在提留段：粘度的計(jì)算溫度 60 80 100乙醇 水 三 實(shí)際板數(shù)4. 塔尺寸 塔高塔高為H（不含底座） 塔徑 溢流裝置 塔板布置及浮閥數(shù)目驗(yàn)算液體在降液管中停留時(shí)間t均使用符合要求 流體力學(xué)驗(yàn)算閥空數(shù)的計(jì)算每層塔板上浮閥數(shù) 浮閥空數(shù)圖 塔板開孔率浮閥排列方式采用等腰三角形叉排，取等邊三角形高t39。=75mm=在常壓操作時(shí)開孔率在10%到14%之間，所以驗(yàn)算準(zhǔn)確。 淹塔校核與液（霧）沫夾帶為防止淹塔現(xiàn)象要控制降液管中請(qǐng)液層高度計(jì)算泛點(diǎn)百分率校核霧沫夾帶以上均符合要求精餾段在提留段： 漏液 五、機(jī)械強(qiáng)度計(jì)算塔底強(qiáng)度校核考慮到塔體較高，內(nèi)徑較小，應(yīng)適當(dāng)增加厚度且取為17mm適用，則有效厚度為15mm封頭壁厚．載荷與應(yīng)力分析質(zhì)量載荷計(jì)算扶梯平臺(tái)質(zhì)量扶梯單位長(zhǎng)度上的質(zhì)量為40kg/m,操作平臺(tái)共n層平臺(tái)間距（2m～8m）取5m。操作平臺(tái)寬1200mm，密度操作時(shí)塔內(nèi)物料質(zhì)量式中，， 風(fēng)載荷與風(fēng)彎矩：將塔沿高度分成五段：P=K1K2qofiliDe K1=， K2=， 塔高=， De=， qo=30105MPa 若在合肥郊區(qū)建廠，則fi如下： L1== f1= L2== f2= L3== f3= L4== f4= L5== f5=扶梯的附加寬度：K3=200mm（斜梯）操作平臺(tái)的附加量：K4=2∑（A/li）其最大值為一，計(jì)算塔段10m中有層平臺(tái)，K4=（25106）/1000=400mmDe=D0+2δi+K3+K4=1824+2100+200+400=2624mm塔體各段風(fēng)力：: P1=K1K21qof1l1De1=300=1020m: P2=K1K22qof2l2De2=30105100002624=2030m: P3=K1K23qof3l3De3=30105100002624=: P4=K1K24qof4l4De4=3010534002624= ：各截面的風(fēng)彎矩為：若00截面為裙座基底截面，11截面為裙座人孔處截面，22截面為裙座與塔體焊縫處截面 00處截面彎矩 地震載荷地震烈度為7時(shí)，地震影響系數(shù)最大值Error! No bookmark name given.Ⅱ類場(chǎng)地上，則：C——結(jié)構(gòu)系數(shù)，小于1，取C=，立式設(shè)備考略高振影響確定危險(xiǎn)截面：00截面為裙座基座截面 11截面為裙座人孔處截面 22截面為塔底焊縫處截面00截面地震彎矩11截面地震彎矩22截面地震彎矩 . 強(qiáng)度與穩(wěn)定性驗(yàn)算 塔底危險(xiǎn)截面22軸向應(yīng)力及穩(wěn)定性條件判斷 由于故塔底22截面滿足抗壓強(qiáng)度及軸向穩(wěn)定條件。 塔底（22）截面上的抗拉