乙醇-水混合液浮阀精馏塔设计毕设说明书.doc

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1、乙醇-水混合液浮阀精馏塔设计摘 要塔设备是化工、石油化工和炼油等生产中广泛应用的气液传质设备。在塔设备中可完成的常见单元操作有：精馏、吸收、解吸和萃取等。塔设备的类型比较多，按照两相接触的基本构件可分为两类：板式塔和填料塔。板式塔属于逐级接触逆流操作，填料塔属于微分接触操作。工业上对塔器的主要要求：生产能力达；分离效率高；操作弹性大；结构简单；设备取材面广等。设计的首要环节是合理选择塔型，选择时考虑的因素包括物料的性质、操作的条件、塔设备的性能以及制造、安装、运转和维修等方面。板式塔具有结构简单、造价较低、适应性强、易于放大等特点。精馏是分离液体混合物的典型单元操作，在化工等行业中广泛应用。精

2、馏过程是通过加热造成气液两相物系，利用物系中各组分挥发度不同的特性以实现分离的目的。根据生产要求的不同，可分为连续或间歇精馏，有些特殊物系还可采用萃取精馏或恒沸精馏进行分离。本设计的题目是乙醇-水混合液浮阀精馏塔的设计，采用连续操作的方式来分离易挥发的乙醇和不易挥发的水，需设计一板式塔进行分离。关键词：乙醇，水，浮阀精馏塔Ethanol-water Mixture Distillation of the Valve Tower DesignABSTRACTThis paperKEY WORDS: ehanol，water，float valve distillation column目 录摘要

3、ABSTRACT第一章 综述11.1封面11.2 毕业设计任务11.3 中文摘要和关键词11.4 英文摘要和关键词 11.5录 11.6 正文 11.7 致谢 21.8. 参考文献 21.9 附录 22 本科毕业论文（设计说明书）的字数及页面设置 32.1 本科毕业论文（设计说明书）的字数及基本要求 32.2 毕业论文（设计说明书）的版面要求 32.2.1 页边距的设置 32.2.2 纸张的设置 32.2.3 版式 32.2.4 文档网格的设置 42.3 毕业论文（设计说明书）设有页眉及页码 43 毕业论文（设计说明书）打印、排版规范 53.1 中文摘要及关键词 53.2 英文摘要及关键词 5

4、前 言本设计的任务是乙醇-水精馏塔的设计，塔型选为浮阀塔。主要特点是在塔板的开孔上装有可浮动的浮阀，气流从浮阀的周边以稳定的速度水平的进入塔板上液层，进行两相接触。浮阀可根据其流量的大小上下浮动自行调节。浮阀塔的特点：生产能力大，操作弹性大，塔板效率高，气体压强降及液面落差小，塔的造价低，塔的结构较泡罩塔的结构简单。本设计的工艺中，进料为饱和液体进料，操作压力是一个大气压。对于乙醇和水的二元混合物，采用连续精馏流程。设计中采用泡点进料，将原料液预热后加热至泡点后送入精馏塔内。塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，其余部分经产品冷凝器冷却后送至储罐。该物系属于易分离物系，最

5、小回流比较小，故最小回流比取最小回流比的1.4倍。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。第一章 论文综述1.1课题现状1.1.1 课题研究的背景在化工、石油化工、炼油厂中，塔设备的性能对于整个装置的产品质量和环境保护等各个方面都有重大影响。塔设备的设计和研究受到化工炼油等行业的极大重视。统计表明，石油化工企业塔设备中板式塔占92。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。精馏塔是石化工业中最为常见和能耗较大的设备之一，它是进行精馏的一种塔式汽液接触装置，又称为蒸馏塔。根据操作方式又可分为连续精馏塔与间歇精馏塔。精馏塔的工作原理

6、：根据各混合气体的汽化点（或沸点）的不同，控制塔各节的不同温度，达到分离提纯的目的。化工生产常需进行液体混合物的分离以达到提纯或回收有用组分的目的，精馏操作在化工、石油化工、轻工等工业生产中中占有重要的地位。为此，掌握气液相平衡关系，熟悉各种塔型的操作特性，对选择、设计和分析分离过程中的各种参数是非常重要的。要想把低纯度的乙醇水溶液提升到高纯度， 要用连续精馏的方法， 因为乙醇和水的挥发度相差不大。精馏是多数分离过程，即同时进行多次部分汽化和部分冷凝的过程，因此可使混合液得到几乎完全的分离。化工厂中精馏操作是在直立圆形的精馏塔内进行的， 塔内装有若干层塔板或充填一定高度的填料。为实现精馏分离操

7、作，除精馏塔外，还必须从塔底引入上升蒸汽流和从塔顶引入下降液。可知，单有精馏塔还不能完成精馏操作，还必须有塔底再沸器和塔顶冷凝器，有时还要配原料液预热器、回流液泵等附属设备，才能实现整个操作。 1.1.2 课题研究的目的和意义精馏塔能正常操作的同时，往往还存在一些设计不合理之处，但因塔板数过多、塔径过大等原因而掩盖了这些方面的不足。精馏过程的特点是重复进行汽化和冷凝即不同沸点的组分通过一系列的馏分汽化和冷凝来实现分离，因此热效率很低。通常再沸器加热到精馏塔上的能量有95以上被塔顶冷凝器的冷却水带走，只有约5的能量被有效利用。我国目前蒸馏系统消耗的的能量占总能耗的12以上。由于能源价格迅速升高，

8、迫使人们想方设法降低能耗。如何降低蒸馏系统的能耗就成为化工设计工作者关注的重点。化工生产中常需要进行混合物的分离以达到提纯或回收有用组分的目的，蒸馏就是一种分离互溶的液体混合物的常用方法之一。蒸馏在选择分离方案时常被优先考虑因为它有下列优点：1.蒸馏是一个使用能量分离剂的平衡分离过程2.系统内不含固体物料操作方便3.有成熟的理论和实践4.没有产品数量的限制从很小到很大的规模都能采用5.常常只需要能位等级很低的分离剂。 对于工科类专业的学生到工作岗位后都会遇到与设计基本知识有关的各种问题。在工厂中技术人员必须对自己主管的设计有着清晰的了解再结合现场的生产实际情况就能正确判断生产是否有进一步改善和

9、提高的可能。因此掌握化工设计的基本概念和方法能帮助我们完成从学校走向工作岗位的转变对个人学科素质有质的提高。再者，乙醇是基本工业原料之一，与酸碱并中。地球上可开发利用的煤、石油和天然气等非可再生能源愈加短缺，所以燃料乙醇以其节能、低排放、原料充裕等优点受到全球广泛关注。乙醇的蒸馏则受到人们重视在乙醇生产过程中，蒸馏则是关键性的技术。我国常用的传统旧式塔型中主要为泡罩塔、浮阀塔、筛板塔和舌型塔等，更提出了斜空塔和浮动喷射塔等新塔型。1.2 板式塔设备的分类1.2.1 传统旧式塔 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

10、广泛的应用，是由于它具有处理能力大、操作弹性大、塔板效率高、压力降小等优点。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，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。 泡罩塔泡罩塔是历史悠久的板式塔，从1813年Cellier首次提出，在工业上应用已近200年历史。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，泡罩塔具有以下优点：操作弹性大、无

11、泄漏、液气比范围大、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。 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： 生产能力大（提高2040） 塔板效率高（提高1015） 压力降低（降低3050），而且结构简单，塔盘造价减少40左右，安装维修都比较容易。1.2.2 新型板式塔当前,塔板的开发研究主要有两个侧重点,一是针对提高效率,一是针对某些特定要求,如满足低压降、大通量等。工业生产对塔板的要求主要是：通过能力要大，塔板效率要高，塔板压力降要低，操作

12、弹性要大，结构简单，易于制造。在这些要求中，对于要求产品纯度高的分离操作，首先应考虑高效率。基于此，近20年来提出了许多新型的塔板结构。a) 喷射型塔板前面叙述的几种塔板，气体是以鼓泡或泡沫状态和液体接触，当气体垂直向上穿过液层时，使分散形成的液滴或泡沫具有一定向上的初速度。若气速过高，会造成较为严重的液沫夹带，使塔板效率下降，因而生产能力受到一定的限制。喷射型塔板就是为克服这一缺点于近年来开发出的大致有以下几种类型： 舌型塔板舌型塔板在塔板上冲出许多舌孔，方向朝塔板液体流出口一侧张开。舌片与板面成一定的角度，塔板的液体流出口一侧不设溢流堰，只保留降液管。操作时，上升的气流沿舌片喷出，当液体流

13、过每排舌孔时，即被喷出的气流强烈扰动而形成液沫，被斜向喷射到液层上方，喷射的液流冲至降液管上方的塔壁后流入降液管中，流到下一层塔板。舌型塔板的优点是：生产能力大，塔板压降低，传质效率较高；缺点是：操作弹性较小，气体喷射作用易使降液管中的液体夹带气泡流到下层塔板，从而降低塔板效率。 浮舌塔板与舌型塔板相比，浮舌塔板的结构特点是其舌片可上下浮动。因此，浮舌塔板兼有浮阀塔板和固定舌型塔板的特点，具有处理能力大、压降低、操作弹性大等优点，特别适宜于热敏性物系的减压分离过程。、 斜孔塔板板上开有斜孔，孔口向上与板面成一定角度。斜孔的开口方向与液流方向垂直，同一排孔的孔口方向一致，相邻两排开孔方向相反，使

14、相邻两排孔的气体向相反的方向喷出。这样，气流不会对喷，既可得到水平方向较大的气速，又阻止了液沫夹带，使板面上液层低而均匀，气体和液体不断分散和聚集，其表面不断更新，气液接触良好，传质效率提高。斜孔塔板克服了筛孔塔板、浮阀塔板和舌型塔板的某些缺点。斜孔塔板的生产能力比浮阀塔板大30%左右，效率与之相当，且结构简单，加工制造方便，是一种性能优良的塔板。在酒精工业中，斜孔塔不仅可用作精馏塔，也可用作醪塔，由于它的板效率高，需要的塔板数少，可将传统的两塔蒸馏合并为单塔去完成。b) 基于老式塔板的改进新塔板型 大孔径筛板筛板塔的设计和操作精度要求较高，过去工业上应用较为谨慎，近年来，由于设计和控制水平的

15、不断提高，通过改进可使筛板塔的操作非常精确，故应用日趋广泛。研究表明只要维持适当的流体力学条件，不但可以保证大孔径筛板的漏液量很少，而且由于使用大的孔径，可有效地解决筛板塔的堵塞问题。它相当大的缺点是塔板的漏液与雾沫夹带都比较大，故板效率较低，弹性范围较窄，所以对夹杂有固形物质的发酵成熟醪采用这种大孔径筛板，才可显示出其独特的优越性。 浮阀-筛孔复合塔板在原有浮阀塔板上再开若干筛孔，即构成此种浮阀筛孔塔板。这是提高浮阀塔生产能力，减低浮阀塔压降的简易有效措施，塔板兼具了筛板塔和浮阀塔的优越性能。某石油工厂塔板上浮阀开孔率为14.1，加开的筛孔均匀布于浮阀行间，筛孔开孔率为3.7，总开孔率为17

16、.8，使用结果生产能力提高1.8倍。新型塔虽然有的还不完善，但它们的趋向是全面的把高速、高效与简化结构结合起来。在许多新结构的塔板中，酒精厂采用浮阀塔，它的优点日益被人们所认识，因此采用的工厂愈来愈多。其它新型蒸馏塔结构尚有多种，其原理总不外乎设法增加气体和液体的接触面积或调节流体动力条件，使之形成泡沫层，以扩大接触面积，所以它们都能提高蒸馏效率并增加产量。较之以泡罩塔为代表的旧型设备，性能都有所改进，材料与加工方面也有节约。但它们都多少还存在某些问题，如操作稳定性尚差，气液分配还有一定的缺陷等。当然随着进一步研究和生产数据的完善，新型蒸馏设备和其它化工设备一样，将不断更新换代，日趋完善。带有

17、中间贮槽的间歇精馏塔，作为一种新型的复合塔器，为我们提出了一种新的操作方式，它合理地利用了间歇精馏的动态特性，为多组元物系的分离提供了更好的选择。近年来还发展了存在多个中闻贮槽的复合塔，实现更为复杂的分离过程。作为一个复杂过程，还有待于深入研究其优化操作问题，不能仅局限于用模仿连续精馏的方法，可以用最小能量消耗为目标参数进行优化。对这种复杂塔设计和优化也应是进一步研究的方向。第二章 操作条件的选择2.1 设计基本条件原料乙醇含量：质量分数 42.49%产量：10万吨年分离要求：塔顶乙醇含量：质量分数 95%塔底乙醇含量：质量分数 0.3%工艺操作条件：平均操作压力1atm 饱和液体进料q1 回

18、流比R(1.12)Rmin塔板类型：浮阀塔板工作条件：常压连续精馏、开工300天年、工作24小时天2.2 设计思路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

19、上，回流液体与上升蒸汽互相接触，进行热和质的传递过程。图第三章 塔的工艺计算3.2 英文摘要及关键词英文摘要及关键词的书写作以下要求：（a）中文关键词后，另起一页，居中打印设计（论文）英文题目（单词首字母大写（虚词首字母不大写），三号Times New Roman，加粗，段后1行）。（b）另起一行居中打印“ABSTRACT”（四号Times New Roman，加粗，段后1行）。（c）另起一行英文摘要内容（小四号Times New Roman）。每段开头空四个英文字符。（d）摘要内容后左起打印“KEY WORDS”（小四号Times New Roman，加粗，段前0.5行），其后关键词用小写字

20、母（专有名词按规定书写）（小四号Times New Roman），每一关键词之间用逗号隔开，最后一个关键词后不打标点符号。3.3 目录另起一页，居中打印目录二字，（三号黑体，段后1行），字间空一字符；章、节、小节及其开始页码（字体均为小四号宋体）。节向右缩进两个字符，小节及以后标题均向右缩进四个字符。目录中应包含中、英文摘要以及正文及其后面部分的条目。3.4 正文每章标题以三号黑体居中打印（段后1行），章下为节，以四号黑体左起打印（段前段后各0.5行），节下为小节，以小四号黑体左起打印（段前段后各0.5行）。换行后以小四号宋体打印正文。章、节、小节分别以1、1.1、1.1.1依次标出，空一字符

21、后接各部分的标题。当论文结构复杂，小节以下的标题，左起顶格书写，编号依次用（1）、（2）或1）、2）顺序表示。字体为小四号宋体。 对条文内容采用分行并叙时，其编号用（a）、（b）或a）、b）顺序表示，如果编号及其后内容新起一个段落，则编号前空两个中文字符。3.4.1 正文中其他部分说明（1）正文中的图图的名称采用中文，中文字体为五号宋体，图名在图片下面。引用图应在图题右上角标出文献来源。图号以章为单位顺序编号。格式为：图1-1，空一字符后，接图名。（2）正文中的表格表的名称及表内文字采用中文，中文字体为五号宋体，表名在图片上面。表号以章为单位顺序编号，表内必须按规定的符号标注单位。格式为：表1

22、-1，空一字符后，接表格名称。（3）正文中的公式公式书写应在文中另起一行，居中排列。公式序号按章顺序编号。字体为五号宋体，序号靠页面右侧。格式为：（1-1）。下面举一例： F = m a （3-1）（4）新一章须另起一页3.5 致谢另起一页，居中打印致谢二字（三号黑体，段前段后各1行），字间空一字符；下面另起一行打印致谢内容（小四号宋体）。3.6 参考文献3.6.1 参考文献的基本要求另起一页，居中打印参考文献四字（三号黑体，段前段后1行），字间空一字符；另起一行，按论文中参考文献出现的先后顺序用阿拉伯数字连续编号（参考文献应在正文中注出）；参考文献中每条项目应齐全。（格式：编号作者.论文或著

23、作名称.期刊名或出版社.出版时间（字体均为小四号宋体）。（期刊应注明第几期、起止页数（包括论著）。3.6.2 各类参考文献条目的编排格式及示例（1）连续出版物序号主要责任者文献题名J刊名，出版年份，卷号（期号）：起止页码例如：1袁庆龙，候文义Ni-P合金镀层组织形貌及显微硬度研究J太原理工大学学报，2001，32（1）：51-53.（2）专著序号主要责任者文献题名M出版地：出版者，出版年：起止页码例如：3刘国钧，王连成图书馆史研究M北京：高等教育出版社，1979：15-18，31（3）论文集序号主要责任者文献题名C主编论文集名出版地：出版者，出版年：起止页码例如：6孙品一高校学报编辑工作现代化

24、特征C中国高等学校自然科学学报研究会科技编辑学论文集（2）北京：北京师范大学出版社，1998：10-22（4）学位论文序号主要责任文献题名D保存地：保存单位，年份例如：7张和生地质力学系统理论D太原：太原理工大学，1998（5）报告序号主要责任文献题名R报告地：报告会主办单位，年份例如：9冯西桥核反应堆压力容器的LBB分析R.北京：清华大学核能技术设计研究院，1997（6）专利文献序号 专利所有者专利题名P专利国别：专利号，发布日期例如：11姜锡洲一种温热外敷药制备方案P中国专利：881056078，1983-08-12（7）国际、国家标准序号 标准代号，标准名称S出版地：出版者，出版年例如：

25、1 GB/T 161591996，汉语拼音正词法基本规则S北京：中国标准出版社，1996（8）报纸文章序号 主要责任者文献题名N报纸名，出版日期（版次）例如：13谢希德创造学习的思路N人民日报，1998-12-25（10）（9）电子文献序号 主要责任者电子文献题名文献类型/载体类型电子文献的出版或可获得地址，发表或更新的期/引用日期（任选）例如：21 王明亮中国学术期刊标准化数据库系统工程的EB/OL 10-2.html,1998-08-16/1998-10-043.7 附录如果只有一个附录部分，附录后没有序号；如果有多个附录部分，附录依次为附录，附录。各附录须另起一页，居中打印附录名（三号黑

26、体，段后1行），另起一行打印附录内容，格式与正文部分相同，附录中的图表公式另编排序号（序号如：附图-1附图-1；附表-1附表-1；（附-1）（附-1）。致 谢这是毕业论文（设计说明书）装订的第七个部分。值此参 考 文 献1袁庆龙，候文义Ni-P合金镀层组织形貌及显微硬度研究J太原理工大学学报，2001，32（1）：51-53.2刘国钧，王连成图书馆史研究M北京：高等教育出版社，1979：15-18，313孙品一高校学报编辑工作现代化特征C中国高等学校自然科学学报研究会科技编辑学论文集（2）北京：北京师范大学出版社，1998：10-224张和生地质力学系统理论D太原：太原理工大学，19985姜锡洲一种温热外敷药制备方案P中国专利：881056078，1983-08-126GB/T 161591996，汉语拼音正词法基本规则S北京：中国标准出版社，19967谢希德创造学习的思路N人民日报，1998-12-25（10）8王明亮中国学术期刊标准化数据库系统工程的EB/OL 10-2.html,1998-08-16/1998-10-04附 录如果只有一个附录部分，附录后没有序号；如果有多个附录部分，附录依次为附录，附录。各附录须另起一页，居中打印附录名（三号黑体，段后1行），另起一行打印附录内容，格式与正文部分相同，附录中的图表公式另编排序号。