(5) 主要附属设备设计计算及选型
塔顶全凝器设计计算：热负荷，载热体用量，选型及流体力学计算。 料液泵设计计算;流程计算及选型。
4 设计结果总汇 5 主要符号说明 6 参考文献
二、主要设备设计计算和说明
1.课程设计的目的
化工原理课程设计是以个综合性和实践性较强的教学环节,也是培养学生独立工作的有益实践,更是理论联系实际的有效手段.通过课程设计达到如下目的: ⑴ 巩固化工原理课程学习的有关内容，并使它扩大化和系统化;
⑵ 培养学生计算技能及应用所学理论知识部分分析问题和解决问题的能力； ⑶ 熟悉化工工艺设计的基本步骤和方法；
⑷ 学习绘制简单的工艺流程图和主体设备工艺尺寸图； ⑸ 训练查阅参考资料及使用图表、手册的能力；
⑹ 通过对“适宜条件”的选择及对自己设计成果的评价，初步建立正确的设计思想，培养从工程技术观点出发考虑和处理工程实际问题的能力； ⑺ 学会编写设计说明书。
2.课程设计题目描述和要求
本设计采用连续操作方式。设计一板式塔，板空上安装浮阀，具体工艺参数如下：
生产能力:40000吨/年（料液） 年工作日：300天
原料组成：35%乙醇，65%水（质量分率，下同） 产品组成：馏出液 94%乙醇，釜液 0.2%乙醇 操作压强：塔顶压强为常压 进料温度：泡点 进料状况：泡点 加热方式：间接蒸汽加热 回流比：R=3.996
3.课程设计报告内容
3.1流程示意图
冷凝塔→塔顶产品冷却器→乙醇的储罐 ↓↑回流
原料→原料罐→原料预热器→精馏塔 ↓ 塔釜
3.2 流程和方案的说明及论证
3.2.1流程的说明
首先，苯和甲苯的原料混合进入原料罐，在里面停留一定的时间之后，通过进入原料预热器，在原料预热器中加热到泡点温度，然后原料从进料口进入到精馏塔中。因为被加热到了泡点，混合物中既有气相混合物，又有液相混合物，这时候原料混合物就分开了，气相混合物在精馏塔中上升，而液相混合物在精馏塔中下降。气相混合物上升到塔顶上方的冷凝器中，这些气相混合物被降温到泡点，部分进入到塔顶产品冷凝器中，停留一定的时间然后进入苯的储罐，而其中的气态部分重新回到精馏塔中，这个过程就叫做回流。塔里的混合物不断重复前面所说的过程，而进料口不断有新鲜原料的加入。最终，完成苯和甲苯的分离。 3.2.2方案的说明和论证
浮阀塔之所以广泛应用,是由于它具有下列特点:
⑴ 生产能力大,由于塔板上浮阀安排比较紧凑，其开孔面积大于泡罩塔板，生产能力比泡罩塔板大20％—40％，与筛板塔接近。
⑵ 操作弹性大，由于阀片可以自由升降以适应气量的变化，因此位置正常的操作而允许符合波动范围比筛板塔、泡罩塔都大。
⑶ 塔板效率高，由于上升气体从水平方向吹入液层，故汽液接触时间较长，而雾沫夹带量小，塔板效率高。
⑷ 气体压降及液面落差小，因汽液流过浮阀塔板时阻力较小，是气体压降及液面落差比泡罩塔小。
⑸ 塔的造价低，浮阀塔的造价是同等生产能力的泡罩塔的50％—80％，但是比筛板塔高20％—30％。 浮阀塔盘的操作原理和发展
浮阀塔的塔板上，按一定中心距开阀孔，阀孔里装有可以升降的阀片，阀孔的排列方式，应使绝大部分液体内有气泡透过，并使相邻两阀容易吹开，鼓泡均匀。为此常采用对液流方向成错排的三角形的排列方式。蒸汽自阀孔上升，顶开阀片，穿过环形缝隙，以水平方向吹入液层，形成泡沫，浮阀能随着气速的增减在相当宽的气速范围内自由升降，以保持稳定的操作。但是，浮阀塔的抗腐蚀性较高（防止浮阀锈死在塔板上），所以一般采用不锈钢作成，致使浮阀造价昂贵。推广受到一定限制。随着科学技术的不断发展。各种新型填料，高效率塔板不断被研制出来，浮阀塔的推广并不是越来越广。近几十年来，人们对浮阀塔的研究越来越深入，生产经验越来越丰富，积累的设计数据比较完整，因此设计浮阀塔比较合适。
3.2.3设计方案的确定 ⑴ 操作压力：
精馏操作可在常压，加压，减压下进行。应该根据处理物料的性能和设计总原则来确定操作压力。例如对于热敏感物料，可采用减压操作。本次设计苯和甲苯为一般物料，因此，采用常压操作。 ⑵ 进料状况
进料状况有五种：过冷液，饱和液，汽液混合物，饱和气，过热气。但在实际操作中一般将物料预热到泡点或近泡点，才送入塔内。这样塔的操作比较容易控制。不受季节气温的影响，此外泡点进料精馏段与提馏段的塔径相同，在设计和制造上也较方便。本次设计采用泡点进料，即q=1。 ⑶ 加热方式
精馏釜的加热方式一般采用间接加热方式。 ⑷ 冷却方式
塔顶的冷却方式通常用水冷却，应尽量使用循环水。如果要求的冷却温度较低，可考虑用冷却盐水来冷却。 ⑸ 热能利用
精馏过程的特性是重复进行气化和冷凝。因此，热效率很低，可采用一些改进措施来提高热效率。因此，根据上述设计方案的讨论及设计任务书的要求，本设计采用常压操作，泡点进料，直接蒸汽加热以及水冷的冷却方式，适当考虑热能利
用。
4.精馏塔的工艺计算 4.1 精馏塔的物料衡算 根据工艺的操作条件可知：
料液流量 F=152.6Kmol/h
料液含苯摩尔分数Xf =
40/78.11?0.441
40/78.11?60/92.13塔顶产品含苯摩尔分数为 xD=0.9744 塔底产品含苯摩尔分数为XW =0.0235 由公式： F=D+W
F?Xf?D?Xd?W?Xw 代入数值解方程组得：
塔顶产品(馏出液)流量 D=60.86 Kmol/h；
塔底产品(釜液)流量 W=81.7Kmol/h
4.2分段物料衡算 lgPa*=6.032? lgpb* Xa1206.350 安托尼方程
t?220.2371343.94?6.078? 安托尼方程
t?219.58*Pb总?P泡点方程 ?**P?Pab 根据xa从《化工原理》书中查出相应的温度 根据以上三个方程，运用试差法可求出 Pa*,Pb*
当 xa=0.395 时，假设t=92℃ Pa*=144.544P，Pb*=57.809P, 当 xa=0.98 时，假设t=80.1℃ Pa*=100.432P，Pb*=38.904P, 当 xa=0.02 时，假设t=108℃ Pa*=222.331P，Pb*=93.973P, t=99.0℃是进料口的温度，
t=81.9℃是塔顶蒸汽需被冷凝到的温度， t=108℃是釜液需被加热的温度。