第一章設計概述
塔裝置是是化工、石油化工和煉油等生產中最重要的裝置之一。它可使氣液或液液兩相間進行緊密接觸，達到相際傳質及傳熱的目的。可在塔裝置中完成常見的單元操作有：
精餾、吸收、解吸和萃取等。此外，工業氣體的冷卻與**、氣體的濕法淨制和乾燥以及兼有氣液兩相傳質和傳熱的增濕、減溼等。
在化工、石油化工、煉油廠中，塔裝置的效能對於整個裝置的產品質量和環境保護等各個方面都有重大影響。塔裝置的設計和研究受到化工煉油等行業的極大重視。
塔裝置經過長期的發展，形成了形式繁多的結構，以滿足各方面的特殊需要，為研究和比較的方便，人們從不同的角度對塔裝置進行分類，按操作壓力分為加壓塔、常壓塔和減壓塔；按單元操作分為精餾塔、吸收塔、解吸塔、萃取塔、反應塔和乾燥塔；按形成相際介面的方式分為具有固定相介面的塔和流動過程中形成相介面的塔，長期以來，人們最長用的分類按塔的內件結構分為板式塔、填料塔兩大類。
板式塔是分級接觸型氣液傳質裝置，種類繁多，根據目前國內外的現狀，主要的塔型是浮閥塔、篩板塔和泡罩塔。
泡罩塔是歷史悠久的板式塔，長期以來，在蒸餾、吸收等單元操作使用的裝置中曾占有主要的地位，泡罩塔具有一下優點：
（1）.操作彈性大
（2）.無洩漏
（3）.液氣比範圍大
（4）.不易堵塞，能適應多種介質
泡罩塔的不足之處在於結構複雜、造價高、安裝維修方便以及氣相壓力降較大。
篩板塔液是很早就出現的板式塔，20世紀50年代起對篩板塔進行了大量工業規模的研究，形成了較完善的設計方法，與泡罩塔相比，具有以下的優點：
（1）.生產能力大（提高20％－40％）
（2）.塔板效率高（提高10％－15％）
（3）.壓力降低（降低30％－50％），而且結構簡單，塔盤造價減少40％左右，安裝維修都比較容易[1]。
20世紀50年代起，浮閥塔板已大量的用於工業生產，以完成加壓、常壓、減壓下的蒸餾、脫吸等傳質過程。
浮閥式之所以廣泛的應用，是由於它具有以下優點：
（1）.處理能力大
（2）.操作彈性大
（3）.塔板效率高
（4）.壓力降小
其缺點是閥孔易磨損，閥片易脫落。
浮閥的形式有很多，目前常用的浮閥形式有f1型和v-4型，f1型浮閥的結構簡單，製造方便，節省材料，效能良好。f1型浮閥又分為輕閥和重閥兩種。v-4型浮閥其特點是閥孔沖成向下彎曲的文丘里型，以減小氣體通過塔板的壓強降，閥片除腿部相應加長外，其餘結構尺寸與f1型輕閥無異，v-4型閥適用於減壓系統。
第二章設計方案的確定及流程說明
2.1 塔型選擇
根據生產任務，若按年工作日300天，每天開動裝置24小時計算，產品流量為10.8t/h，由於產品粘度較小，流量較大，為減少造價，降低生產過程中壓降和塔板液面落差的影響，提高生產效率，選用篩板塔。
2.2 操作流程
乙醇——水溶液經預熱至泡點後，用幫浦送入精餾塔。塔頂上公升蒸氣採用全冷凝後，部分回流，其餘作為塔頂產品經冷卻器冷卻後送至貯槽。塔釜採用間接蒸汽再沸器供熱，塔底產品經冷卻後送入貯槽。
精餾裝置有精餾塔、原料預熱器、再沸器、冷凝器、釜液冷卻器和產品冷卻器等裝置。熱量自塔釜輸入，物料在塔內經多次部分氣化與部分冷凝進行精餾分離，由冷凝器和冷卻器中的冷卻介質將餘熱帶走。
乙醇—水混合液原料經預熱器加熱到泡點溫度後送入精餾塔進料板，在進料板上與自塔上部下降的的回流液體匯合後，逐板溢流，最後流入塔底。在每層板上，回流液體與上公升蒸汽互相接觸，進行熱和質的傳遞過程。
流程示意圖如下圖
圖1：精餾裝置流程示意圖
第三章塔的工藝計算
3.1查閱文獻，整理有關物性資料
（1）水和乙醇的物理性質
表3—1：水和乙醇的物理性質
（2）常壓下乙醇和水的氣液平衡資料，見表3—2
表3—2 乙醇—水系統t—x—y資料
乙醇相對分子質量：46；水相對分子質量：18
3.1.1進料液及塔頂、塔底產品的摩爾分數
3.1.2平均摩爾質量
m=0.13846+（1-0.138）18=21.86 kg/kmol
m= 0.8246+ (1-0.82) 18=40.96kg/kmol
m=0.0246+（1-0.02）18=18.56kg/kmol
3.2全塔物料衡算
總物料衡算d+w=f+s1）
易揮發組分物料衡算 f = d + wχw2）
恆摩爾流假設s=v=(r+1)d3）
通過由rmin專用計算程式知 rmin=1.082
由工藝條件決定r=1.85rmin=1.081.85=2
f=10.810/21.86=494.1kmol/h
聯立上式（1）、（2）、(3)得：
s=203.4kmol/h w=629.7kmol/h d=67.8kmol/h
3.3塔板數的確定
3.3.1理論塔板數的求取
根據乙醇——水氣液平衡表1-6，作圖
圖2：乙醇——水氣液平衡圖
由圖可知總理論板數為15，第十三塊板為進料板，精餾段理論板數為12，提留段理論板數為3（包括蒸餾釜）
3.3.2全塔效率的估算
用奧康奈爾法()對全塔效率進行估算：
根據乙醇~水體系的相平衡資料可以查得：
塔頂第一塊板)
加料板)
塔底)由相平衡方程式可得
因此可以求得：
全塔的相對平均揮發度：
（1） 精餾段：
（2） 提餾段：
全塔的平均溫度：
（1） 精餾段：
（2） 提餾段：
在81.7時，根據上圖知對應的x=0.297，由《化工原理》課本附錄十一（水在不同溫度下的黏度表）查得，由附錄十二（液體黏度共線圖）查得（圖中，乙醇的x=10.
5，y=13.8）。
在91.1時，根據上圖知對應的x=0.044，由《化工原理》課本附錄十一（水在不同溫度下的黏度表）查得，由附錄十二（液體黏度共線圖）查得（圖中，乙醇的x=10.
5，y=13.8）。
因為所以，平均黏度：
（1） 精餾段：
（2） 提餾段：
用奧康奈爾法()計算全塔效率：
（1） 精餾段：
（2） 提餾段：
3.3.3實際塔板數
實際塔板數
（1） 精餾段：，取整22塊，考慮安全係數加一塊為23塊。
（2） 提餾段：，取整8塊，考慮安全係數加一塊，為9塊。
故進料板為第24塊，實際總板數為31塊。
整理精餾段的已知資料列於表3(見下頁)，由表中資料可知：
液相平均摩爾質量：m=(21.86+40.34)/2=31.1kg/kmol
液相平均溫度：tm=(tf+td)/2=(84.9+78.4)/2=81.7℃
表3 精餾段的已知資料
在平均溫度下查得
液相平均密度為：
其中，平均質量分數x'lm=(0.29+0.91)/2=0.6
所以，ρlm =814.2
精餾段的液相負荷l=rd=2×67.8=135.6kmol/h
ln=lm/ρlm=135.6×31.1/814.2=5.18
由 所以
精餾段塔頂壓強
若取單板壓降為0.7, 則
進料板壓強
氣相平均壓強
氣相平均摩爾質量
氣相平均密度
汽相負荷 v=（r+1)d=67.8×3=203.4
精餾段的負荷列於表4。
表4 精餾段的汽液相負荷
整理提餾段的已知資料列於表5，採用與精餾段相同的計算方法可以得到提餾段的負荷，結果列於表6。
表5 提餾段的已知資料
表6 提餾段的汽液相負荷
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