【正文】 第一章 設計概述 塔設備是是化工、石油化工和煉油等生產中最重要的設備之一。它可使氣液或液液兩相間進行緊密接觸，達到相際傳質及傳熱的目的。此外，工業(yè)氣體的冷卻與回收、氣體的濕法凈制和干燥以及兼有氣液兩相傳質和傳熱的增濕、減濕等。塔設備的設計和研究受到化工煉油等行業(yè)的極大重視。 板式塔是分級接觸型氣液傳質設備，種類繁多，根據(jù)目前國內外的現(xiàn)狀，主要的塔型是浮閥塔、篩板塔和泡罩塔。 篩板塔 篩板塔液是很早就出現(xiàn)的板式塔， 20世紀 50年代起對篩板塔進行了大量工業(yè)規(guī)模的研究，形成了較完善的設計方法，與泡罩塔相比，具有以下的優(yōu)點： （ 1） .生產能力大（提高 20％－ 40％） （ 2） .塔板效率高（提高 10％－ 15％） （ 3） .壓力降低（降低 30％－ 50％ ），而且結構簡單，塔盤造價減少 40％左右，安裝維修都比較容易 [1]。 浮閥式之所以廣泛的應用，是由于它具有以下優(yōu)點： （ 1） .處理能力大 （ 2） .操作彈性大 （ 3） .塔板效率高 （ 4） .壓力降小 其缺點是閥孔易磨損，閥片易脫落。 F1 型浮閥又分為輕閥和重閥兩種。 化工原理課程設計 第 3 頁 共 30 頁 第二章 設計方案的確定及流程說明 塔型選擇 根據(jù)生產任務，若按年工作日 300 天，每天開動設備 24 小時計算，產品流量為 ，由于產品粘度較小，流量較大，為減少造價，降低生產過程中壓降和塔板液面落差的影響，提高生產效率，選用篩板塔。塔頂上升蒸氣采用全冷凝后，部分回流，其余作為塔頂產品經冷卻 器冷卻后送至貯槽。 精餾裝置有精餾塔、原料預熱器、再沸器、冷凝器、釜液冷卻器和產品冷卻器等設備。 乙醇 — 水混合液原料經預熱器加熱到泡點溫度后送入精餾塔進料板，在進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。 流程示意圖如下圖 圖 1： 精餾裝置流程示意圖 化工原理課程設計 第 4 頁 共 30 頁 第三章 塔的工藝計算 查閱文獻，整理有關物性數(shù)據(jù) （ 1）水和乙醇的物理性質 表 3— 1：水和乙醇的物理性質 名稱 分子式 相對分子質量 密度 20℃ 3/kgm 沸 點 ℃ 比熱容 (20℃ ) Kg/(kg.℃ ) 黏度 (20 ℃) 導熱系數(shù) (20℃ ) ? /(m.℃ ) 表面 張力 ????? (20 ℃) N/m 水 2HO 998 100 乙醇 25CHOH 789 （ 2）常壓下乙醇和水的氣液平衡數(shù)據(jù)，見表 3— 2 表 3— 2 乙醇 — 水系統(tǒng) t— x— y 數(shù)據(jù) 沸點 t/℃ 乙醇摩爾數(shù) /% 沸點 t/℃ 乙醇摩爾數(shù) /% 氣相 液相 氣相 液相 82 乙醇相對分子質量： 46；水相對分子質量： 18 、塔底產品的摩爾分數(shù) 1 3 ???Fx?Dx?Wx化工原理課程設計 第 5 頁 共 30 頁 MF =?46+（ ） ? 18= kg/kmol MD = ?46+ () ?18=MW =?46+（ ） ?18= 全塔物料衡算 總物料衡算 D+W=F+S （ 1） 易揮 發(fā)組分物料衡算 F Fx = D Dx + Wχ W （ 2） 恒摩爾流假設 S=V=(R+1)D (3） 通過 由 RMIN 專用計算程序知 Rmin= 由工藝條件決定 R==? =2 F=?103 /=聯(lián)立上式（ 1）、（ 2）、 (3)得： S= 塔板數(shù)的確定 TN 的求取 根據(jù)乙醇 —— 水氣液平衡表 16，作圖 圖 2： 乙醇 —— 水氣液平衡圖 ?Fx ?Dx化工原理課程設計 第 6 頁 共 30 頁 由圖可知總理論板數(shù)為 15，第十三塊板為進料板，精餾段理論板數(shù)為 12，提留段理論板數(shù)為 3（包括蒸餾釜） 用奧康奈爾法 ( 39。 16151 ??? ??? 化工原理課程設計 第 7 頁 共 30 頁 全塔的相對平均揮發(fā)度： （ 1） 精餾段： ???? ??? （ 2） 提餾段： ???? ??? 全塔的平均溫度： （ 1） 精餾段： cttt fdm ??? （ 2） 提餾段： cttt fwm 0/ ??? 在 c0 時，根據(jù)上圖知對應的 X=，由《化工原理》課本附錄十一（水在不同溫度下的黏度表）查得 sPa ?? ? ，由附錄十二（液體黏度共線圖）查得sPa ?? ? （圖中，乙醇的 X=， Y=）。 因為 L i Lix???? 所以，平均黏度： （ 1） 精餾段： sm P aL ??????? 3 6 4 )2 9 ( 9 ? （ 2） 提餾段： sm PaL ??????? )(? 用奧康奈爾法 ( 39。 （ 2） 提餾段： %.542/3 ??PN ，取整 8 塊，考慮安全系數(shù)加一塊，為 9塊。 第四章 精餾塔主題尺寸的計算 精餾段與提餾段的汽液體積流量 精餾段 的汽液體積流量 整理精餾段的已知數(shù)據(jù)列于表 3(見下頁 )，由表中數(shù)據(jù)可知： 液相平均摩爾質量： M=(+)/2=液相平均溫度： tm=(tf+td)/2=(+)/2=℃ 表 3 精餾段的已知數(shù)據(jù) 位置 進料板 塔頂 (第一塊板 ) 摩爾分數(shù) xf= y1=xD= yf= x1= 摩爾質量 / /kg kmol Mlf= MLf= Mvf= Mvl= 溫度 /℃ 在平均溫度下查得2 3 2339 7 1 . 1 / , 7 3 5 /H O C H C H O Hk g m k g m???? 液相平均密度為： 3 2 239。11 Lm LmLm CH CH O H H Oxx? ? ???? 其中，平均質量分數(shù) x39。 表 4 精餾段的汽液相負荷 名稱 汽相 液相 平均摩爾質量 / /kg kmol 平均密度 / 3/kgm 體積流量 / 3/mh ( 3/ms) ( 3/ms) 提餾段 的汽液體積流量 整理提餾段的已知數(shù)據(jù)列于表 5，采用與精餾段相同的計算方法可以得到提餾段的負荷，結果列于表 6。= xf39。= yf39。有以上的計算結果可以知道： 汽