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吉林化工学院化工原理课程设计

摘 要

化工生产常需进行二元液相混合物的分离以达到提纯或回收有用组分的目的，精馏是利用液体混合物中各组分挥发度的不同并借助于多次部分汽化和多次部分冷凝达到轻重组分分离目的的方法。精馏操作在化工、石油化工、轻工等工业生产中占有重要的地位。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。

塔设备是化工、炼油生产中最重要的设备类型之一。本次设计的筛板塔是化工生产中主要的气液传质设备。此设计针对二元物系的精馏问题进行分析、选取、计算、核算、绘图等，是较完整的精馏设计过程，该设计方法被工程技术人员广泛的采用。

本设计书对醋酸乙酯和醋酸丁酯的分离设备─筛板精馏塔做了较详细的叙述，主要包括：工艺计算，辅助设备计算,塔设备等的附图。

采用筛板精馏塔，塔高13.11米，塔径1.4米，按逐板计算理论板数为25。算得全塔效率为0.534。塔顶使用全凝器，部分回流。精馏段实际板数为13，提馏段实际板数为12。实际加料位置在第13块板(从上往下数)，操作弹性为3.43。通过板压降、漏液、液泛、雾沫夹带的流体力学验算，均在安全操作范围内。

塔的附属设备中，所有管线均采用无缝钢管。再沸器采用卧式浮头式换热器。用152℃饱和蒸汽加热，用20℃循水作冷凝剂。饱和蒸汽走管程，釜液走壳程。

关键词：醋酸乙酯-醋酸丁酯、精馏、图解法、负荷性能图、精馏塔设备结构、节能改造

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绪 论

化工生产中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。互溶液体混合物的分离有多种方法，蒸馏及精馏是其中最常用的一种。蒸馏是分离均相混合物的单元操作之一，精馏是最常用的蒸馏方式，是组成化工生产过程的主要单元操作。为实现高纯度的分离已成为蒸馏方法能否广泛应用的核心问题，为此而提出了精馏过程。精馏的核心是回流，精馏操作的实质是塔底供热产生蒸汽回流，塔顶冷凝造成液体回流。

筛板塔也是传质过程常用的塔设备，它的主要优点有：

(１) 结构比浮阀塔更简单，易于加工，造价约为泡罩塔的60％，为浮阀塔的80％左右。 (２) 处理能力大，比同塔径的泡罩塔可增加10～15％。 (３) 塔板效率高，比泡罩塔高15％左右。

(４) 压降较低，每板压力比泡罩塔约低30％左右。 筛板塔的缺点是：

(１) 塔板安装的水平度要求较高，否则气液接触不匀。 (２) 操作弹性较小(约2～3)。 (３) 小孔筛板容易堵塞。

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第一章 设计方案的选择和论证

1.1 设计流程

本设计任务为分离醋酸乙酯-醋酸丁酯混合物。对于二元混合物的分离，采用连续精馏流程。设计中采用60℃进料，将原料液送入精馏塔内。塔顶上升蒸气采用全凝器冷凝，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。该物系属易分离物系，最小回流比较小，故操作回流比取最小回流比的2倍。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。

2 设计思路

在本次设计中，我们进行的是醋酸乙酯-醋酸丁酯二元物系的精馏分离，简单蒸馏和平衡蒸馏只能达到组分的部分增浓，如何利用两组分的挥发度的差异实现高纯度分离，是精馏塔的基本原理。实际上，蒸馏装置包括精馏塔、蒸馏釜、冷凝器、釜液冷却器和产品冷却器等设备。蒸馏过程按操作方式不同，分为连续蒸馏和间歇蒸馏，我们这次所用的就是筛板式连续精馏塔。蒸馏是物料在塔内的多次部分汽化与多次部分冷凝所实现分离的。热量自塔釜输入，由冷凝器和冷却器中的冷却介质将余热带走。在此过程中，热能利用率很低，有时后可以考虑将余热再利用，在此就不叙述。要保持塔的稳定性，流程中除用泵直接送入塔原料外也可以采用高位槽。

塔顶冷凝器可采用全凝器、分凝器-全能器连种不同的设置。在这里准备用分凝器，因为可以准确的控制回流比。此次设计是在常压下操作。 因为这次设计采用间接加热，所以需要再沸器。回流比是精馏操作的重要工艺条件。选择的原则是使设备和操作费用之和最低。在设计时要根据实际需要选定回流比。

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图1-2 设计思路流程图

从苯—甲苯的相关物性中可看出它们可近似地看作理想物系。而且浮阀与塔盘板之间的流通面积能随气体负荷的变动而自动调节，因而在较宽的气体负荷范围内，均能保持稳定操作。气体在塔盘板上以水平方向吹出，气液接触时间长，雾沫夹带量少，液面落差也较小。

塔板工艺计算 流体力学验算 塔负荷性能图 全塔热量衡算 塔附属设备计算 4

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第一章 塔板的工艺设计

1.1基础物性数据

温度(℃) 液相中乙酸乙气相中乙酸乙温度(℃) 液相中乙酸乙气相中乙酸乙酯的摩尔分率 酯的摩尔分率 126.0 120.6 115.9 111.7 107.9 104.6 101.5 98.7 96.2 93.9

0 0.05 0.11 0.16 0.21 0.26 0.32 0.37 0.42 0.47 0 0.19 0.34 0.45 0.54 0.62 0.68 0.73 0.77 0.81 91.7 89.7 87.8 86.0 84.3 82.8 81.3 79.8 78.5 77.2 酯的摩尔分率 酯的摩尔分率 0.53 0.58 0.63 0.68 0.74 0.79 0.84 0.89 0.95 1 0.84 0.87 0.89 0.91 0.93 0.95 0.96 0.98 0.99 1 1.2物料衡算 1.2.1塔的物料衡算 （1）题目已知条件

乙酸乙酯的摩尔质量：MA?88.11kg/kmol 乙酸丁酯的摩尔质量：MB=116.16kg/kmol 原料液的摩尔分数：

xF?wF/MA0.361/88.11??0.361

wF/MA?(1?wF)/MB0.300/88.11?0.600/116.167.2?1061000?3000?70%F??1000kg/h???9.431kmol/h

300?2488.11116.16

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