化工原理课程设计
1.3板式塔
板式塔是分级接触型气液传质设备，种类繁多，根据目前国内外的现状，主要的塔型是浮阀塔、筛板塔和泡罩塔。
1.3.1泡罩塔
泡罩塔是历史悠久的板式塔，长期以来，在蒸馏、吸收等单元操作使用的设备中曾占有主要的地位，泡罩塔具有一下优点：
（1）.操作弹性大 （2）.无泄漏 （3）.液气比范围大
（4）.不易堵塞，能适应多种介质
泡罩塔的不足之处在于结构复杂、造价高、安装维修方便以及气相压力降较大。
1.3.2筛板塔
筛板塔液是很早就出现的板式塔，20世纪50年代起对筛板塔进行了大量工业规模的研究，形成了较完善的设计方法，与泡罩塔相比，具有以下的优点：
（1）.生产能力大（提高20％－40％） （2）.塔板效率高（提高10％－15％）
（3）.压力降低（降低30％－50％），而且结构简单，塔盘造价减少40％左右，安装维修都比较容易。
[1]
1.3.3浮阀塔
20世纪50年代起，浮阀塔板已大量的用于工业生产，以完成加压、常压、减压下的蒸馏、脱吸等传质过程。
浮阀式之所以广泛的应用，是由于它具有以下优点： （1）.处理能力大 （2）.操作弹性大 （3）.塔板效率高 （4）.压力降小
其缺点是阀孔易磨损，阀片易脱落。
浮阀的形式有很多，目前常用的浮阀形式有F1型和V-4型，F1型浮阀的结构简单，制造方便，节省材料，
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性能良好。F1型浮阀又分为轻阀和重阀两种。V-4型浮阀其特点是阀孔冲成向下弯曲的文丘里型，以减小气体通过塔板的压强降，阀片除腿部相应加长外，其余结构尺寸与F1型轻阀无异，V-4型阀适用于减压系统。
第二章 设计方案的确定及流程说明
2.1 塔型选择
根据生产任务，若按年工作日300天，每天开动设备24小时计算，产品流量为15t/h，由于产品粘度较小，流量较大，为减少造价，降低生产过程中压降和塔板液面落差的影响，提高生产效率，选用筛板塔。 2.2 操作流程
乙醇——水溶液经预热至泡点后，用泵送入精馏塔。塔顶上升蒸气采用全冷凝后，部分回流，其余作为塔顶产品经冷却器冷却后送至贮槽。塔釜采用间接蒸汽再沸器供热，塔底产品经冷却后送入贮槽。
精馏装置有精馏塔、原料预热器、再沸器、冷凝器、釜液冷却器和产品冷却器等设备。热量自塔釜输入，物料在塔内经多次部分气化与部分冷凝进行精馏分离，由冷凝器和冷却器中的冷却介质将余热带走。
乙醇—水混合液原料经预热器加热到泡点温度后送入精馏塔进料板，在进料板上与自塔上部下降的的回流液体汇合后，逐板溢流，最后流入塔底。在每层板上，回流液体与上升蒸汽互相接触，进行热和质的传递过程。
流程示意图如下图
第三章 塔的工艺计算
3.1查阅文献，整理有关物性数据
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（1）水和乙醇的物理性质
表3—1：水和乙醇的物理性质
相对分密沸 名称 分子式 子质量 度 点 20101.℃ 33kPkg/m3a ℃ 水 乙醇 H2O 比热容 (20℃) Kg/(kg.℃) 黏度 (20℃) mPa.s 表面 导热系数 张力 ????? (20℃) ?/(m.℃(20℃) ) N/m 18.02 46.07 998 789 100 78.3 4.183 2.39 1.005 1.15 0.599 0.172 72.8 22.8 C2H5OH （2）常压下乙醇和水的气液平衡数据，见表3—2
表3—2 乙醇—水系统t—x—y数据
沸点t/℃ 99.9 99.8 99.7 99.5 99.2 99.0 98.75 97.65 95.8 91.3 87.9 85.2 83.75 乙醇摩尔数/% 气相 0.004 0.04 0.05 0.12 0.23 0.31 0.39 0.79 1.61 4.16 7.41 12.64 17.41 液相 0.053 0.51 0.77 1.57 2.90 3.725 4.51 8.76 16.34 29.92 39.16 47.49 51.67 沸点t/℃ 82 81.3 80.6 80.1 79.85 79.5 79.2 78.95 78.75 78.6 78.4 78.27 78.2 78.15 乙醇摩尔数/% 气相 27.3 33.24 42.09 48.92 52.68 61.02 65.64 68.92 72.36 75.99 79.82 83.87 85.97 89.41 液相 56.44 58.78 62.22 64.70 66.28 70.29 72.71 74.69 76.93 79.26 81.83 84.91 86.40 89.41 82.3 25.75 55.74 乙醇相对分子质量：46；水相对分子质量：18 3.1.1进料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数
原料乙醇组成(摩尔分数): xF= 塔顶组成： xD=0.80 塔底组成： xW=0.05 3.1.2平均摩尔质量
MF=0.3235?46+（1-0.3235）?18=27.058 kg/kmol
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0.55/46=0.3235
0.55/46?(1?0.55)/18化工原理课程设计
MD= 0.80?46+ (1-0.80) ?18=40.4kg/kmol MW=0.05?46+（1-0.05）?18=19.4kg/kmol
3.2全塔物料衡算
进料量： F?15t/h?15?1000??0.55/46??1?0.55?/18??0.154kmol/s
3600 总物料衡算： F=D+W
易挥发组分物料衡算： D* xD +W *xW =F* xF 联立以上二式得：
D=0.0562kmol/s W=0.0978/kmol/s
表3-3 物料衡算数据记录:
F：进料量（kmol/s） D：塔顶产品流量（kmol/s） W：塔底残液流量（kmol/s
3.3塔板数的确定 3.3.1理论塔板数
0.154 kmol/s xF：原料组成 (摩尔分数) 0.3235 0.0562kmol/s 0.0978 kmol/s xD：塔顶组成 xW：塔底组成 0.80 0.05 NT的求取
（1）求最小回流比Rmin和操作回流比R。 根据乙醇——水气液平衡表1-6，作图
乙醇-水——x-y相平衡图 1 0.8 y 0.6 0.4 0.2 0 0 0.2 0.4 x 平衡线 对角线 0.6 0.8 1 - -第 8 页 共 38 页