xw =
0.5 / 46
= 0.0019
0.5 / 46 + 99.5 /18
8
4.2.2 平均摩尔质量
MF = 0.0891× 46 + (1− 0.0891) ×18 = 20.4948
MD = 0.8598× 46 + (1− 0.8598) ×18 = 42.0744
Mw = 0.0019 × 46 + (1 − 0.0019) ×18 = 18.0532
7
4.1.1 乙醇和水的物性参数 表（1） 乙醇和水的物理性质
4.1.2 常压下乙醇和水的汽液平衡数据 表（2） 乙醇－水系统 t－x－y 数据
4.2 进料液、塔顶及塔底产品计算 4.2.1 进料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数
xF =
20 / 46
= 0.0891
20 / 46 + 80 /18
xD = 94 / 46 = 0.8598 94 / 46 + 6 /18
4.3 理论塔板数的计算(NT) 4.3.1 最小回流比及操作回流比
由于是泡点进料，xq=xf=0.0891,过点e（0.0891.，0.0891），因为是泡点进料，所
以q值为 1,故作垂直线x=0.0891 交平衡线于点d，由点d可读出yq=0.42125，因此：
R min(1) = xD − yq = 0.8598 − 0.42125 = 1.3203 yq − xq 0.42125 − 0.0891
其中xS为蒸汽中挥发组分的含量，因为易挥发组分是乙醇，所以xS=0。因为缺少已知 条件，所以按照常规塔（间接加热方式）的计算方法来估算进料液及塔顶、塔底产品的 流量（老师要求的）。
2.因为该塔是泡点进料，所以 q = 1,V´= V (V′为提馏段上升蒸汽量，V 为精
馏段上升蒸汽量)，所以： S = V ' = V = (R +1)D 。
5
5、液面梯度小。 6、使用周期长。粘度稍大以及有一般聚合现象的系统也能正常操作。 7、结构简单，安装容易，制造费为泡罩塔板的 60～80％,为筛板塔的 120～130％。 8、浮阀对材料的耐磨性要求较高，一般采用不锈钢制造。 而浮阀塔也有不足之处，其缺点为阀孔易磨损，阀片易脱落。
第三章 设计条件与操作条件选择
第七章 操作性能负荷图……………………………………………………23
2
7.1 气相负荷下限线 7.2 过量雾沫夹带线 7.3 液相负荷下限线 7.4 液相负荷上限线 7.5 液泛线
第八章 各接管尺寸的确定……………………………………………… 26
8.1 进料管 8.2 塔釜残液出料管 8.3 回流液管 8.4 塔顶上升蒸汽管 8.5 水蒸汽进口管
所以（2）式变为： F + 3.1332D = W （4）
联立（1）（3）（4）三个式子可得：
F = 113.1994kmol / h
D = 11.4016kmol / h
又因为：
W = 148.9229kmol / h
L = RD = 3.1332×11.4016 = 35.7235kmol / h
经查阅相关资料得：精馏是分离均相液体混合物的最有效方法之一，而且精馏已是 一种很成熟的工业分离混合物化工单元操作。精馏操作可以同时对液体混合物进行多次 部分汽化和对混合物的蒸汽进行多次部分冷凝，最终可以在气相中得到纯度较高的易挥 发组分，在液相中得到纯度较高的难挥发组分。
最终选用精馏法来提炼该原材料，选用的装置为浮阀精馏塔，并设计以下设计任务 书。
验证：
W = L + qF = L + F = 36.0508 += 149.2502kmol / h (q = 1)
V = RD + D = 3.1332×11.4016 +11.4016 = 47.1251kmol / h
9
S = V '= V = 47.1251kmol / h
第五章 精馏塔尺寸计算……………………………………………………14
5.1 塔径 5.2 总塔高 5.3 塔板主要工艺尺寸 5.4 浮阀数目及排列
第六章 流体力学验算………………………………………………………20
6.1 气体通过浮阀塔板的压力降 6.2 漏液验算 6.3 液泛验算 6.4 雾沫夹带验算
本设计精馏过程采用蒸汽直接加热，在塔顶设冷凝冷却器，将塔顶蒸汽完全冷凝后 一部分泡点回流入塔。冷凝器安装在塔的顶部，通过回流比控制器分流后回流液直接流 入塔内，馏出产品经再次冷却进入产品储罐。
第四章 精馏塔的工艺计算
4.1 相关数据与资料 xF:原料液中易挥发组分的摩尔分率 xD:馏出液中易挥发组分的摩尔分率 xW:直接水蒸汽加热时釜液中易挥发组分的摩尔分率 F:原料流量，kmol/h D：馏出液流量，kmol/h S：加热蒸汽流量： W：釜液流量： V：提馏段中各块板上升的蒸汽量，m3/s L:精馏段中各块板下降的液体量，m3/s R：回流比 L´:精馏段中每块板下降的液体量，m3/s V´：提馏段中各块板上升的蒸汽量, m3/s Cp:摩尔比热，kg/kmol·k
又过点 a（0.8598，0.8598）作平衡线的切线，切点记为 g,读取 g 点的坐标为 (xq´=0.7208,yq´=0.7681),因此：
R min(2) = xD − yq' = 0.8598 − 0.7681 = 2.0888 yq '−xq ' 0.7681− 0.7208
浮阀塔之所以这样广泛地被采用，是因为它具有下列特点： 1、处理能力大，比同塔径的泡罩塔可增加 20～40％，而接近于筛板塔。 2、操作弹性大，一般约为 5～9，比筛板、泡罩、舌形塔板的操作弹性要大得多。 3、塔板效率高，比泡罩塔高 15％左右。 4、压强小，在常压塔中每块板的压强降一般为 400～660N/m2。
4.2.3 进料液及塔顶、塔底产品的流量（直接蒸汽加热方式） 每小时处理摩尔量：
总物料衡算：
F = 2320 = 2320 = 113.1994kmol / h (1)
M F
20.4948
F + S = D +W （2）
1.易挥发组分物料衡算：
F • xF + S • xS = D • xD + W • xW （3）
3
第一章 绪论
1.1 前言
乙醇—水是工业上最常见的溶剂，也是非常重要的化工原料之一。广泛应用于化工、 食品饮料工业、军工、日用化工和医药卫生等领域。将无水乙醇与汽油混合(俗称汽油醇) 可作为内燃机的燃料,随着世界石油资源的减少,作为生物燃料的无水乙醇可能在今后的 动力燃料中占一席之地。某某公司要求把 20%（ω）的乙醇—水混合物原材料，提炼成含 乙醇≥94％（ω）的产品。
3.2 操作条件的选择 1、塔板形式的选择
综合泡罩塔、筛板塔和浮阀塔三种精馏塔特性，在考虑了生产能力、塔板效率、操 作弹性和塔板压强降等性能指标后，决定采用浮阀塔。浮阀塔的优点是生产能力大，操 作弹性大，雾沫夹带量小，塔板效率高，液面梯度小，蒸汽分布均匀，压降较泡罩塔小， 结构简单，安装容易，造价适中。 2、精馏方式的选择
课程设计题目：
浮阀精馏塔连续回收乙醇—水混合物中的乙醇
设计者： 化环学院 化学工程与工艺专业
指导老师：
罗儒显
设计任务书完成日期：
2011 年 4 月 17 日
设计任务书
目录
第一章 绪论 ……………………………………………………………… 4
1.1 前言
第二章 精馏塔 …………………………………………………………… 4
1、气(汽)、液处理量大，即生产能力大时，仍不致发生大量的雾沫夹带、拦液或液 泛等破坏操作的现象。
2、操作稳定，弹性大，即当塔设备的气(汽)、液负荷有较大范围的变动时，仍能在 较高的传质效率下进行稳定的操作并应保证长期连续操作所必须具有的可靠性。
3、流体流动的阻力小，即流体流经塔设备的压力降小，这将大大节省动力消耗，从 而降低操作费用。对于减压精馏操作，过大的压力降还将使整个系统无法维持必要的真 空度，最终破坏物系的操作。
2.1 精馏塔介绍 2.2 浮阀精馏塔的特点
第三章设计条件与操作条件选择………………………………………… 6
3.1 已知设计条件 3.2 操作条件的选择
第四章 精馏塔的工艺计算………………………………………………… 7
4.1 相关数据与资料 4.2 进料液、塔顶及塔底产品计算 4.3 理论塔板数的计算(NT) 4.4 实际塔板数的计算 4.5 塔体的热量衡算
加料方式采用加料泵加入塔内。加料热状况的选择在综合考虑了理论塔板数、能耗 和操作的稳定性，以及温度对泵的操作的影响等问题后，为了节省操作费用，对此原料 可使用直接冷液进料。 4、加热方式
本精馏塔要求利于“直接蒸汽加热方式”来加热物料，因为该原料仅是乙醇和水， 可以采取该加热方式，考虑到制造成本，所以本设置采用直接蒸汽加热方式。 5、再沸器、冷凝器等附属设备的安排
3.1 已知设计条件 1．处理量：乙醇—水混合物 2320 kg/h 2．进料浓度：20%（质量百分比） 3．进料状态：泡点进料 4．产品要求：含乙醇≥94％（ω）的塔顶产品 5．塔底釜液要求：含乙醇≤0.5％（ω） 6．冷凝水温度：T入≤25℃、T出≤45℃ 7．操作压力：常压操作 8．加热蒸汽压力：4kgf/cm2 9．加热方式：直接蒸汽加热
第二章 精馏塔
2.1 精馏塔介绍 第一节
精馏所进行的是气(汽)、液两相之间的传质，而作为气(汽)、液两相传质所用的塔 设备，首先必须要能使气(汽)、液两相得到充分的接触，以达到较高的传质效率。精馏 操作可以同时对液体混合物进行多次部分汽化和对混合物的蒸汽进行多次部分冷凝，最 终可以在气相中得到纯度较高的易挥发组分，在液相中得到纯度较高的难挥发组分。但 是，为了满足工业生产和需要，塔设备还得具备下列各种基本要求：