广西大学化工设计精馏塔设计
化工原理课程设计板式精馏塔设计[1]
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化工原理课程设计板式精馏塔设计[1]
•
(4)有关具体机械结构和塔体附件的选定
•
*接管规格：
•
根据流量和流体的性质，选取经验流速，选择标准管道。
•
*全塔高度：
•
包括上、下封头，裙座高度。
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化工原理课程设计板式精馏塔设计[1]
• 3. 附属设备设计和选用
• (1)加料泵选型，加料管规格选型
• 加料泵以每天工作3小时计（每班打1小时）。
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化工原理课程设计板式精馏塔设计[1]
•4.编写设计说明书
• 设计说明书应根据设计指导思想阐明设计特点，列出设计主 要技术数据，对有关工艺流程和设备选型作出技术上和经济上的 论证和评价。应按设计程序列出计算公式和计算结果；对所选用 的物性数据和使用的经验公式图表应注明来历。
• 设计说明书应附有带控制点工艺流程图，塔板结构简图和计算 机程序框图和原程序。
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化工原理课程设计板式精馏塔设计[1]
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化工原理课程设计板式精馏塔设计[1]
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化工原理课程设计板式精馏塔设计[1]
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化工原理课程设计板式精馏塔设计[1]
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•(1)雾沫夹带线
•(5) 液 相 负荷下限 线
•B Vs,max
•(2) 液 泛 线
•P操作点
•(3)液相上限线
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•A Vs,min
•(4)漏夜线
化工原理课程设计精馏塔
最常用的塔设备可分为两大类：板式塔和填料塔。此外，还 有多种内部装有机械运动构件的塔，例如脉动塔河转盘塔等，则 主要用于萃取操作。
1 概述 均相物系的分离方法有吸收、萃取、干燥、精馏等操作，其 中工业上分离均相液体混合物最常用的过程是蒸馏。利用液体混 合物中组分挥发性能的差异，以热能为媒介使其部分汽化，从而 在气相富集易挥发组分，液相富集难挥发组分，使混合物得以分
-2-
化工原理课程设计
离的方法称为蒸馏。根据操作方式，蒸馏分为简单蒸馏、平衡蒸 馏和精馏。前两种只能实现初步分离，而精馏能实现混合物的高 纯度分离，无需与外界进行热量交换，采用多次平衡级的蒸馏过 程来实现混合液的高纯度分离，这种多级蒸馏过程的组合就是精 馏。
3.2、物料衡算
-6-
化工原理课程设计
3.2.1、质量流量 全塔物料横算式：
mF=mD+mW mFωF=mDωD+mwωw 已知mF=9200kg·h-1,代入数据得 9200=mD+mW 9200 × 0.248=mD × 0.893+mw × 0.0095 联立，解方程得
mD=2383.531 kg·h-1
4、选择进料泵进料，进料温度为 20℃冷液。 5、塔釜采用分离式间接蒸汽加热、塔顶蒸汽采用全凝器冷凝。 三、塔型
板式塔型自选 四、设计内容
1、二元物系精馏用筛板塔的工艺设计，主要包括精馏系统工艺流 程的确定、物料衡算、热量衡算、理论塔板数的计算、精馏塔的工艺 条件及有关物性数据设计计算、精馏塔的工艺尺寸计算，气体通过塔 板的压力降、降液管内液体停留时间和液面高度的计算，塔顶冷凝器 及管道的工艺计算和选型，泵的工艺选型等附属设备的选型计算。
化工原理课程设计_乙醇-水精馏_酒精精馏(广西大学化工学院)
广西大学化工原理课程设计题目：乙醇-水精馏塔及其主要附属设备设计院（系）：专业：学生姓名：学号：指导教师：2010年9月15日目录一概述 (4)1.1 设计依据 (4)1.2 技术来源 (4)1.3 设计内容 (4)1.4 工艺条件 (5)1.5 塔型选择 (5)二塔板的工艺设计 (5)2.1 物料衡算 (5)2.2 精馏塔内各物性参数 (6)2.2.1 温度 (6)2.2.2 密度 (7)2.2.3 粘度 (8)2.2.4 相对挥发度 (9)2.2.5 混合液体表面张力 (9)2.2.6 气液体积流量 (11)2.3 理论塔板数 (12)2.3.1 最小回流比Rmin及操作回流比R的确定 (12)2.3.2 操作线方程 (13)2.4 实际塔板数 (13)2.4.1 精馏段 (13)2.4.2 提馏段 (13)2.4.3 全塔效率 (14)2.5 塔径的初步计算 (14)2.5.1 精馏段 (14)2.5.2 提馏段 (14)2.6 塔有效高度的计算 (15)2.7 溢流装置 (15)2.7.1 堰长 (15)2.7.2 方形降液管的宽度和横截面 (15)2.7.3 降液管底隙高度 (16)2.8 塔板布置及复发数目与排列 (16)2.8.1 踏板分布 (16)2.8.2 浮阀数目与排列 (16)三塔板的流体力学计算 (17)3.1 气相通过浮阀塔板的压降 (17)3.1.1 精馏段 (17)3.1.2 提馏段 (17)3.2 淹塔 (17)3.2.1 精馏段 (18)3.2.2 提馏段 (18)3.3 雾沫夹带 (18)3.3.1 精馏段 (19)3.3.2 提馏段 (19)3.4 塔板负荷性能图 (19)3.4.1 雾沫夹带线 (19)3.4.2 液泛线 (20)3.4.3 液相负荷上限 (21)3.4.4 漏液线 (21)3.4.5 液相负荷下限线 (21)四接管尺寸的确定 (23)4.1 进料管 (23)4.2 回流管 (23)4.3 塔釜出料管 (23)4.4 塔顶蒸汽出料管 (24)4.5 塔釜进气管 (24)五附属设备设计 (24)5.1 冷凝器 (24)5.2 再沸器 (25)六总结 (25)七参考文献 (26)八附件 (26)一、概述乙醇—水是工业上最常见的溶剂，也是非常重要的化工原料之一，是无色、无毒、无致癌性、污染性和腐蚀性小的液体混合物。
广西大学化工设计精馏塔设计
广西大学化工原理课程设计说明书设计题目：酒精精馏塔设计学院：专业年级：姓名：学号：指导老师：周龙昌龙云飞设计日期：2013.1.15--2013.1.24前言本化工原理设计是按照化工原理课程教学的基本要求，并根据广西大学对学生的设计水平编写而成的。
对于精馏塔的设计，一方面要求综合应用物理、化学、化工原理的机械制图、CAD 等课程的理论知识以决定工艺流程，确定设备结果并设计设备尺寸，另一方面又要根据设计对象的具体特征，凭借设计者的经验（或前人的经验），了解设计的诀窍，对过程和设备参数作合理的选择和优化。
本设计说明书包括概述、流程简介、精馏塔工艺设计计算、精馏塔设备设计计算、设计结果讨论共五章。
说明中对酒精精馏塔的设计的技术的先进性和可靠性、过程的经济性、过程的安全性、环境保护，清洁生产以及过程的可操作性和可控性做了简要分析，并对精馏塔的过程方案设计、工艺流程设计、单元过程模拟计算、单元设备的工艺设计做了详细的阐述，并绘制出单元过程流程图、工艺设计的技术文件和详细的设备的总装配图。
限于设计者经验有限，设计中不当之处仍在所难免，希望老师给予指正。
在此，感谢老师的指导和参阅！2013年1月15日设计任务书设计条件：年产量 10800吨（按年生产300天计）原料浓度 0.19 mol乙醇/mol(水+乙醇）产品浓度 0.8265 mol乙醇/mol） (水+乙醇)残液浓度 0.00012mol乙醇/mol(水+乙醇）单板压降 < 5mmHg进料状态：自定塔型：自定目录第1章：概述 (4)1．1 设计依据与指导思想 (4)1．2 设计原则与设计范围 (4)1．3 设计方案 (5)1．4 设计条件及主要物性参数表 (6)第2章：精馏塔工艺设计计算 (8)2．1 精馏塔的物料衡算 (8)2．2 塔板数的确定 (8)2．3 精流塔的工艺条件及有关物性数据的计算............. . (10)第3章：精馏塔设备设计计算 (14)3．1 精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (14)3．2 塔板主要工艺尺寸的计算 (16)3．3 筛板的流体力学验算 (19)3．4 塔板负荷性能 (21)第4章精馏塔塔体总高和辅助设备的计算及选型 (26)4．1 精馏塔筒体厚度计算 (26)4．2 管路的设计 (27)4.3 辅助设备的计算及选型 (28)第5章设计结果讨论 (30)第6章参考资料 (33)第一章概述1. 1设计依据与指导思想本设计根据广西大学《化工原理》课程教学的要求，是加强化工原理课程教学中综合性和实践性的教学环节，是理论联系实际的桥梁，设计目的是综合运用本课程和前修课程的基本知识，完成以某项单元操作为主的一次化工设计实践。
精馏塔课程设计..
600～700 800～1000 1200～1400 1600～3000 3200～4200 注: 带*者不推荐使用
表1 塔板间距与塔径的关系
塔板间距／mm 300 350 450 *350 450 500 600 *350 450 500 600 *800 *450 500 600 800 600 800
27
塔板的负荷性能图绘制 ⒈过量雾沫夹带线 ⒉淹塔线（液泛线） ⒊过量泄漏线（气相负荷下限线） ⒋降液管超负荷线（液相负荷上限线） ⒌液相负荷下限线 ⒍操作线： Origin 绘制塔板负荷性能图， 并计算塔的操作弹性K，要求K不小于3。 根据塔板的流体力学计算结果和塔板的负荷性能图，分析讨 论所设计塔板的特点及优缺点。
1、冷凝器热负荷的计算 冷凝器的热负荷是塔顶饱和蒸汽从露 点气相冷凝为泡点液相所放出的热量，可 用以下办法计算。
露点气 相，Td HV 液相，Td Qc 泡点液 相，Tb HL=Cp(Td-Tb)
Qc=Hv+HL
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2、再沸器热负荷的计算 再沸器的热负荷是塔底液相部分汽化成饱 和蒸汽所吸收的热量，蒸汽的量就是塔内气相 流量，可用全塔热平衡计算。 QB＋FHF＝DHLD＋WHLW＋QC＋Q损 QB＝DHLD＋WHLW＋QC＋Q损－FHF Q损＝5％ QB 或近似由下式计算 QB＝V’w(HV’W-HLW)
1.2
表5 液体的汽化潜热 汽化潜热与温度的关系：
r 1 Tr rb 1 Trb
0.38
21
其中：Tr、Trb分别为温度T和常压沸点温度Tb时的对比温度。
表6 各组分的Antoine常数
B ln P A T C
o
(mmHg)
化工原理和化工机械课程设计—精馏塔设计
1.1.1 精馏原理..................................................................................................................8 1.1.2 在工业生产中的运用........................................................................................... 10
FUNDAＭENTAL CHEICAL PROCESS EQUIPMENT
The design of continuous distillation for ethylbenzene and benzene
Candidate: Long Yu Speciality: Applied chemistry Supervisor: Tan Zhidou and zhou Hongyan
利用混合物中各组分的沸点不同挥发能力的差异通过液相和气相的回流使气液两相逆向多级接触在热能驱动和相平衡关系的约束下使得易挥发组分轻组分不断从液相往气相中转移而难挥发组分却由气相向液相中迁移使混合物得到不断分离称该过程为精馏
化工原理及化工机械课程设计
HUBEI UNIVERSITY FOR NATIONALITIES
2.3 塔板结构.....................................................................................................22 2.4 流体力学计算............................................................................................. 25
精馏塔的设计(毕业设计)
精馏塔的设计(毕业设计)精馏塔的设计(毕业设计) 精馏塔尺寸设计计算初馏塔的主要任务是分离乙酸和水、醋酸乙烯，釜液回收的乙酸作为气体分离塔吸收液及物料，塔顶醋酸乙烯和水经冷却后进行相分离。
塔顶温度为102℃，塔釜温度为117℃，操作压力4kPa。
由于浮阀塔塔板需按一定的中心距开阀孔，阀孔上覆以可以升降的阀片，其结构比泡罩塔简单，而且生产能力大，效率高，弹性大。
所以该初馏塔设计为浮阀塔，浮阀选用F1型重阀。
在工艺过程中，对初馏塔的处理量要求较大，塔内液体流量大，所以塔板的液流形式选择双流型，以便减少液面落差，改善气液分布状况。
4.2.1 操作理论板数和操作回流比初馏塔精馏过程计算采用简捷计算法。
（1）最少理论板数Nm 系统最少理论板数，即所涉及蒸馏系统（包括塔顶全凝器和塔釜再沸器）在全回流下所需要的全部理论板数，一般按Fenske方程[20]求取。
Nm=lgxD,lxD,h×xW,hxW,llgαav （4－9）式中xD,l，xD,h——轻、重关键组分在塔顶馏出物（液相或气相）中的摩尔分数；xW,l，xW,h——轻、重关键组分在塔釜液相中的摩尔分数；αav——轻、重关键组分在塔内的平均相对挥发度；Nm——系统最少平衡级（理论板）数。
塔顶和塔釜的相对挥发度分别为αD=1.78，αW=1.84，则精馏段的平均相对挥发度：αav=αDαW=1.78×1.84=1.81 由式（4－9）得最少理论板数：Nm =lg0.77140.001×0.99990.0001lg1.81=27 初馏塔塔顶有全凝器与塔釜有再沸器，塔的最少理论板数Nm应较Nm 小，则最少理论板数：Nm=Nm -1=27-1=26。
（2）最小回流比最小回流比，即在给定条件下以无穷多的塔板满足分离要求时，所需回流比Rm，可用Underwood 法计算。
此法需先求出一个Underwood参数θ。
i=1cαixF,iαi-θ=1-q （4－10）求出θ代入式（4－11）即得最小回流比。
化工原理课程设计(化工机械设计部分)精馏塔
化工机械设计部分设计条件：设计压力0.1Mpa ，工作温度130℃，设计温度150℃，介质名称为苯—氯苯，介质密度为973㎏/3m ，基本风压300N/㎡[1]，地震烈度为8，场地类别Ⅱ，塔板数量22，塔高26m ，保温层材料厚度为100mm ，保温层密度为300㎏/3m一 塔体及封头厚度设计1壳体材料选取 该塔工作温度为130℃，设计压力为0.12Mpa ，塔体内径3400mm ，塔高21米。
介质苯-氯苯有轻微的腐蚀性，选用强度较好的16MnR ，16MnR 在设计温度下的许用应力[]t σ=170Mpa ，Rel=345Mpa ，腐蚀裕量2C =2mm ，采用双面对接焊缝，局部无损探伤，焊接系数为Φ=1.02塔体厚度计算计算压力：0.12c p MPa = 2C mm = []170tMPa σ= D=4600mm 1.0φ=圆筒的计算厚度：[]0.1246001.35217010.12c i tcp D mm p δσφ⨯===⨯⨯--设计厚度：2 1.352 3.35d C mm δδ=+=+=考虑到其受到风载荷、地震载荷、偏心载荷和介质压力作用，取名义厚度：8n mm δ= 有效厚度：.8 2.8 5.2e n C mm δδ=-=-=3封头厚度计算 （封头采用标准椭圆形封头，材料与筒体相同）计算压力：0.12c p MPa = 2C mm = []170tMPa σ= 4600i D mm = 1φ=封头厚度：[]0.146001.35217010.50.120.5c itcp D mm p δσφ⨯===⨯⨯-⨯-设计厚度：2 1.352 3.35d C mm δδ=+=+= 取名义厚度：8n mm δ=有效厚度：.8 2.8 5.2e n C mm δδ=-=-=二 塔设备质量载荷计算1 筒体、圆筒、封头、裙座的质量【8】()2222000.785(4.616 4.6)227.851000236254i m D D H kgπρ=⨯-=⨯-⨯⨯⨯=2附件的质量010.252375a m m kg ==3塔内构件的质量筛板塔塔盘单位质量265/N q kg m = 塔内构件的质量：22020.785 4.62265237534i m D Nq kg πN ==⨯⨯⨯=4 保温层的质量22220302()()0.785(4.816 4.616)(277)300237534i m D D H H kgπρ=⨯-⨯-⨯=⨯-⨯-⨯=5平台、扶梯的质量查得平台单位质量2150/P q kg m = 笼式扶梯单位质量40/F q kg m = 其中平台数3n =，笼式扶梯高度为26000mm 平台、扶梯的质量㎏()()222204002340210.785 4.6162 4.616150389754f p m q H D D q kg π⎡⎤⎡⎤=⨯++-⨯⨯=⨯+⨯+-⨯⨯=⎣⎦⎣⎦6操作时物料的质量220510.785 4.60.04422973156454i m D h kg πρ==⨯⨯⨯⨯=7水压试验质量220.785 4.6(267)1000315604w i w m D H kg πρ==⨯⨯-⨯=8 操作质量：0010203040586345 am m m m m m m kg =+++++=9 全塔最大质量m max=m01+ m02+ m03+ m04+ m a+ m w=377326 10 全塔最小质量m min =m01+0.2 m02+ m03+ m04=43256kg计算前先对塔进行分段，以地面为0-0截面，裙座人孔为1-1截面，塔低封头焊缝为2-2截面，筒体分为两段,总共四段。
化工原理课程设计板式精馏塔设计共56页文档
31、只有永远躺在泥坑里的人，才不会再掉进坑里。——黑格尔 32、希望的灯一旦熄灭，生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭沫若 35、学到很多东西的诀窍，就是一下子不要学很多。——洛克
化工原理课程设计板式精馏塔设计
36、“不可能”这个字(法语是一个字 )，只 在愚人 的字典 中找得 到。--拿 破仑。 37、不要生气要争气，不要看破要突 破，不 要嫉妒 要欣赏 ，不要 托延要 积极， 不要心 动要行 动。 38、勤奋，机会，乐观是成功的三要 素。(注 意：传 统观念 认为勤 奋和机 会是成 功的要 素，但 是经过 统计学 和成功 人士的 分析得 出，乐 观
化工原理课程设计《板式塔课程设计》
三、设计内容：
三、设计内容： 1、确定设计方案 ( 精馏装置流程设计与论证 )。 2、板式塔的工艺计算： (1). 确定塔顶，塔底产品的质量与流量； (2). 确定塔顶，塔底控制温度； (3). 求算最小回流比，确定操作回流比； (பைடு நூலகம்). 求算理论板层数 N ，确定加料位置； (5). 确定实际板层数，实际加料板位置； (6). 全塔热平衡，计算塔顶冷凝，冷却器热负荷及冷却水消耗量；塔底再沸器热负荷及加热蒸汽消耗量；
计算а、μ（以定性温度下、进料组成计算）
ET=0.49(аμ)-0.245
关联图
校验
将工艺计算结果列表
接管尺寸
冷却剂用量
加热剂用量
（3）冷却剂、加热剂用量
（2）各接口尺寸
注意u的选择：根据第1章流体流动选择合适的流速
进料管：泵加料 u= 1-3m/s；高位槽进料u= 0.5-1m/s
回流液管：泵回流 u= 1.5-3m/s；重力回流u= 0.5-1m/s
绘图
物料流程图： 塔板结构图： 塔体工艺图：
只标设备名称，物料组成、流量。
总高、管口位置、板间距、管口方位、管口表、技术特性表。
塔板分块、孔的排列、降液管的尺寸；
5、设计说明书内容
1.设计任务书 2.目录 3.符号表 4.精馏方案的选择 5.工艺计算 6.精馏塔的工艺尺寸设计 7.参考文献 8.结束语：评价、感受
正文
每项单独一页
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设计任务书 一、设计题目：年产 A 吨乙醇板式精馏塔工艺设计。 二、已知条件： 1．原料组成：含 B %（质量）的粗乙醇溶液，其余为水。 2．产品要求：含量≥ 93.5 %（质量）的乙醇。 3．塔底残液要求：含乙醇≤0.1%（质量）。 4．加热剂：经压力调节后为0.2MPa（表压）的饱和水蒸气。 5．冷却剂：30℃的循环冷却水。 6、进料状况：
化工原理课程设计-精馏塔
化工原理课程设计任务书(一)设计题目在抗生素类药物生产过程中,需要用甲醇溶液洗涤晶体,洗涤过滤后产生废甲醇溶液,其组成为含甲醇46%、水54%（质量分数），另含有少量的药物固体微粒。
为使废甲醇溶液重复利用，拟建立一套填料精馏塔，以对废甲醇溶液进行精馏，得到含水量≤0.3%（质量分数）的甲醇溶液。
设计要求废甲醇溶液的处理量为 3.6万吨/年，塔底废水中甲醇含量≤0.5%（质量分数）。
(二)操作条件1)操作压力常压2)进料热状态自选3)回流比自选4)塔底加热蒸汽压力 0.3Mpa（表压）(三)填料类型因废甲醇溶液中含有少量的药物固体微粒，应选用金属散装填料，以便于定期拆卸和清洗。
填料类型和规格自选。
(四)工作日每年工作日为300天，每天24小时连续运行。
(五)设计内容1、设计说明书的内容1)精馏塔的物料衡算；2)塔板数的确定；3)精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算；4)精馏塔的塔体工艺尺寸计算；5)填料层压降的计算；6)液体分布器简要设计；7)精馏塔接管尺寸计算；8)对设计过程的评述和有关问题的讨论。
摘要甲醇最早由木材和木质素干馏制的，故俗称木醇，这是最简单的饱和脂肪组醇类的代表物。
无色、透明、高度挥发、易燃液体。
略有酒精气味。
近年来，世界甲醇的生产能力发展速度较快。
甲醇工业的迅速发展，是由于甲醇是多种有机产品的基本原料和重要的溶剂，广泛用于有机合成、染料、医药、涂料和国防等工业。
由甲醇转化为汽油方法的研究成果，从而开辟了由煤转换为汽车燃料的途径。
近年来碳化学工业的发展，甲醇制乙醇、乙烯、乙二醇、甲苯、二甲苯、醋酸乙烯、醋酐、甲酸甲酯和氧分解性能好的甲醇树脂等产品，正在研究开发和工业化中。
甲醇化工已成为化学工业中一个重要的领域。
目前，我国的甲醇市场随着国际市场的原油价格在变化，总体的趋势是走高。
随着原油价格的进一步提升，作为有机化工基础原料——甲醇的价格还会稳步提高。
国内又有一批甲醇项目在筹建。
这样，选择最好的工艺利设备，同时选用最合适的操作方法就成为投资者关注的重点。
化工原理课程设计--板式精馏塔设计
化工原理课程设计--板式精馏塔设计设计目标：基于给定的物料性质和操作要求，设计一座板式精馏塔，以实现对原料的分离和提纯。
1. 物料和操作要求：- 原料：A和B两种无限稀溶液，其组成为xA和xB，两者可以通过精馏分离。
- A和B的沸点相差较大，有利于分离。
- 要求从塔顶得到纯度高于90%的A，而底部给出纯度低于1%的A。
2. 原料性质和物料平衡：- 通过库仑方程计算A和B的蒸气压随温度的变化关系，并绘制出压力-温度图。
- 在工作温度下，A的蒸气压明显高于B，为确保物料能够充分分离，需保持塔顶温度在A液体的沸点温度之下。
3. 塔板设计：- 通过McCabe-Thiele图确定塔板数目和进料位置。
- 塔板数目的计算依赖于设定的塔上液回流比，一般经验值约为1.2-2.5。
- 进料位置选择在第一个塔板的位置，以确保传热效果和传质效果的最大化。
4. 塔的传热与传质设计：- 通过热力学分析确定A和B的传质系数，以及A和B在板上气液两相之间的传质速率。
- 根据传质速率和A、B的质量流率计算板上液流速，并选取波纹板（sieve tray）作为塔板，以提高传质效果。
- 通过HETP方法确定塔板高度，确保有效的液-液接触。
5. 动力学分析：- 根据操作要求和物料性质，进行动态模拟，分析A和B的浓度随时间的变化。
- 设计适当的控制策略，以稳定操作并使塔的性能达到最佳状态。
6. 安全与能耗：- 根据设计要求，确定塔的最佳工作温度和压力范围，以保证操作的安全性。
- 通过热力学计算，确定塔的能耗，并采取措施减少能量损失。
综上所述，通过对物料性质、物料平衡、塔板设计、传热与传质设计、动力学分析、安全与能耗等方面的综合考量，可以设计出一座高效、安全、经济的板式精馏塔，实现对原料组分的有效分离和提纯。
7. 材料选择和规格设计：- 选择耐腐蚀、耐高温的材料作为塔内部构件的材质，例如不锈钢。
- 根据操作条件和设计要求，确定塔的规格，包括直径、高度、板数、板间距等，以确保塔的工作效率和稳定性。
化工原理课程设计精馏塔的设计-终稿
化工原理课程设计操强何艺青郝青丽马蕴莉彭宇绪论 (3)第一节概述 (7)1.1精馏操作对塔设备的要求 (7)1.2板式塔类型 (7)1.2.1筛板塔 (7)1.2.2浮阀塔 (8)1.3精馏塔的设计步骤 (8)第二节设计方案的确定 (8)2.1操作条件的确定 (8)2.1.1操作压力 (8)2.1.2 进料状态 (9)2.1.3加热方式 (9)2.1.4冷却剂与出口温度 (9)2.1.5热能的利用 (9)2.2确定设计方案的原则 (10)第三节板式精馏塔的工艺计算 (10)3.1 物料衡算与操作线方程 (10)3.1.1 常规塔 (11)3.1.2 直接蒸汽加热 (12)第四节板式塔主要尺寸的设计计算 (12)4.1塔的有效高度和板间距的初选 (13)4.1.1塔的有效高度 (13)4.1.2板间距的初选 (13)4.2 塔径 (13)4.2.1初步计算塔径 (14)4.2.2塔径的圆整 (14)4.2.3 塔径的核算 (15)第五节板式塔的结构 (15)5.1塔的总体结构 (15)5.2 塔体总高度 (16)5.2.1塔顶空间H D (16)5.2.2人孔数目 (16)5.2.3塔底空间H B (17)5.3塔板结构 (18)5.3.1整块式塔板结构 (18)绪论一、化工原理课程设计的目的和要求课程设计是《化工原理》课程的一个总结性教学环节，是培养学生综合运用本门课程及有关选修课程的基本知识去解决某一设计任务的一次训练。
在整个教学计划中，它也起着培养学生独立工作能力的重要作用。
课程设计不同于平时的作业，在设计中需要学生自己做出决策，即自己确定方案，选择流程，查取资料，进行过程和设备计算，并要对自己的选择做出论证和核算，经过反复的分析比较，择优选定最理想的方案和合理的设计。
所以，课程设计是培养学生独立工作能力的有益实践。
通过课程设计,学生应该注重以下几个能力的训练和培养：1. 查阅资料，选用公式和搜集数据(包括从已发表的文献中和从生产现场中搜集)的能力；2. 树立既考虑技术上的先进性与可行性，又考虑经济上的合理性，并注意到操作时的劳动条件和环境保护的正确设计思想，在这种设计思想的指导下去分析和解决实际问题的能力；3. 迅速准确的进行工程计算的能力；4. 用简洁的文字，清晰的图表来表达自己设计思想的能力。
化工原理板式精馏塔的设计
1.2.1 设计原则 总的原则是尽可能多地采用先进的技术，使生产达到技术先进、经济合理的要求，符合优质、高产、
安全、低能耗的原则，具体考虑以下几点。 ⑴ 满足工艺和操作的要求 所设计出来的流程和设备能保证得到质量稳定的产品。由于工业上原料
的浓度、温度经常有变化，因此设计的流程与设备需要一定的操作弹性，可方便地进行流量和传热量的调 节。设置必需的仪表并安装在适宜部位，以便能通过这些仪表来观测和控制生产过程。
第一章 板式精馏塔的设计
1.1 概述
1.2 板式精馏塔的设计原则与步骤
1.3 理论塔板数的确定
1.4 塔板效率和实际塔板数
1.5 板式精馏塔的结构设计
1.6 板式精馏塔高度及其辅助设备
1.7 板式精馏塔的计算机设计
第二章 塔设备的机械计算
2.1 塔体及裙座的强度计算
2.2 塔盘板及其支撑梁的强度、挠度计算
精馏过程按操作压强可分为常压精馏、加压精馏和减压精馏。一般说来，当总压强增大时，平衡时气 相浓度与液相浓度接近，对分离不利，但对在常压下为气态的混合物，可采用加压精馏；沸点高又是热敏
性的混合液，可采用减压精馏。 虽然工业生产中以多组分精馏为常见，但为简化起见，本章主要介绍两组分连续精馏过程的设计计算。
蒸馏过程按操作方式可分为间歇蒸馏和连续蒸馏。间歇蒸馏是一种不稳态操作，主要应用于批量生产 或某些有特殊要求的场合；连续蒸馏为稳态的连续过程，是化工生产常用的方法。
蒸馏过程按蒸馏方式可分为简单蒸馏、平衡蒸馏、精馏和特殊精馏等。简单蒸馏是一种单级蒸馏操作， 常以间歇方式进行。平衡蒸馏又称闪蒸，也是一种单级蒸馏操作，常以连续方式进行。简单蒸馏和平衡蒸 馏一般用于较易分离的体系或分离要求不高的体系。对于较难分离的体系可采用精馏，用普通精馏不能分 离体系则可采用特殊精馏。特殊精馏是在物系中加入第三组分，改变被分离组分的活度系数，增大组分间 的相对挥发度，达到有效分离的目的。特殊精馏有萃取精馏、恒沸精馏和盐溶精馏等。
化工原理课程设计精馏塔详细版
广西大学化学化工学院化工原理课程设计任务书专业：班级：姓名：学号：设计时间：设计题目：乙醇——水筛板精馏塔工艺设计（取至南京某厂药用酒精生产现场）设计条件： 1. 常压操作，P=1 atm（绝压）。
2. 原料来至上游的粗馏塔，为95——96℃的饱和蒸汽。
因沿程热损失，进精馏塔时原料液温度降为90℃。
3. 塔顶产品为浓度92.41%（质量分率）的药用乙醇，产量为 40吨/日。
4．塔釜排出的残液中要求乙醇的浓度不大于0.03%（质量分率）。
5．塔釜采用饱和水蒸汽加热（加热方式自选）；塔顶采用全凝器，泡点回流。
6．操作回流比R=（1.1——2.0）R。
min设计任务： 1. 完成该精馏塔工艺设计，包括辅助设备及进出口接管的计算和选型。
2．画出带控制点的工艺流程图，t-x-y相平衡图，塔板负荷性能图，筛孔布置图以及塔的工艺条件图。
3．写出该精流塔的设计说明书，包括设计结果汇总和对自己设计的评价。
指导教师：时间1设计任务1.1 任务1.1.1 设计题目乙醇—水筛板精馏塔工艺设计（取至南京某厂药用酒精生产现场）1.1.2 设计条件 1.常压操作，P＝1 atm（绝压）。
2．原料来至上游的粗馏塔，为95－96℃的饱和蒸气。
因沿程热损失，进精馏塔时原料液温度降为90℃。
3．塔顶产品为浓度92.41%（质量分率）的药用乙醇，产量为40吨/日。
4．塔釜排出的残液中要求乙醇的浓度不大于0.03％(质量分率)。
5．塔釜采用饱和水蒸气加热（加热方式自选）；塔顶采用全凝器，泡点回流。
6．操作回流比R=(1.1—2.0)R。
min1.1.3 设计任务1.完成该精馏塔工艺设计，包括辅助设备及进出口接管的计算和选型。
2．画出带控制点的工艺流程示意图，t-x-y相平衡图，塔板负荷性能图，筛孔布置图以及塔的工艺条件图。
3．写出该精馏塔的设计说明书，包括设计结果汇总和对自己设计的评价。
1.2 设计方案论证及确定1.2.1 生产时日设计要求塔日产40吨92.41%乙醇，工厂实行三班制，每班工作8小时，每天24小时连续正常工作。
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广西大学化工原理课程设计说明书设计题目：酒精精馏塔设计学院：专业年级：姓名：学号：指导老师：周龙昌龙云飞设计日期：2013.1.15--2013.1.24前言本化工原理设计是按照化工原理课程教学的基本要求，并根据广西大学对学生的设计水平编写而成的。
对于精馏塔的设计，一方面要求综合应用物理、化学、化工原理的机械制图、CAD 等课程的理论知识以决定工艺流程，确定设备结果并设计设备尺寸，另一方面又要根据设计对象的具体特征，凭借设计者的经验（或前人的经验），了解设计的诀窍，对过程和设备参数作合理的选择和优化。
本设计说明书包括概述、流程简介、精馏塔工艺设计计算、精馏塔设备设计计算、设计结果讨论共五章。
说明中对酒精精馏塔的设计的技术的先进性和可靠性、过程的经济性、过程的安全性、环境保护，清洁生产以及过程的可操作性和可控性做了简要分析，并对精馏塔的过程方案设计、工艺流程设计、单元过程模拟计算、单元设备的工艺设计做了详细的阐述，并绘制出单元过程流程图、工艺设计的技术文件和详细的设备的总装配图。
限于设计者经验有限，设计中不当之处仍在所难免，希望老师给予指正。
在此，感谢老师的指导和参阅！2013年1月15日设计任务书设计条件：年产量 10800吨（按年生产300天计）原料浓度 0.19 mol乙醇/mol(水+乙醇）产品浓度 0.8265 mol乙醇/mol） (水+乙醇)残液浓度 0.00012mol乙醇/mol(水+乙醇）单板压降 < 5mmHg进料状态：自定塔型：自定目录第1章：概述 (4)1．1 设计依据与指导思想 (4)1．2 设计原则与设计范围 (4)1．3 设计方案 (5)1．4 设计条件及主要物性参数表 (6)第2章：精馏塔工艺设计计算 (8)2．1 精馏塔的物料衡算 (8)2．2 塔板数的确定 (8)2．3 精流塔的工艺条件及有关物性数据的计算............. . (10)第3章：精馏塔设备设计计算 (14)3．1 精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (14)3．2 塔板主要工艺尺寸的计算 (16)3．3 筛板的流体力学验算 (19)3．4 塔板负荷性能 (21)第4章精馏塔塔体总高和辅助设备的计算及选型 (26)4．1 精馏塔筒体厚度计算 (26)4．2 管路的设计 (27)4.3 辅助设备的计算及选型 (28)第5章设计结果讨论 (30)第6章参考资料 (33)第一章概述1. 1设计依据与指导思想本设计根据广西大学《化工原理》课程教学的要求，是加强化工原理课程教学中综合性和实践性的教学环节，是理论联系实际的桥梁，设计目的是综合运用本课程和前修课程的基本知识，完成以某项单元操作为主的一次化工设计实践。
通过课程设计，要求学生了解工程设计的基本内容，掌握化工设计的主要程序和方法，学会综合运用已学知识地分析和解决工程实际问题。
课程设计不同于平时作业，设计中需要学生自己作出决策，即确定方案、选择流程、查取资料、进行过程和设备计算，并要对自己的选择作出论证及核算，经过反复的分析比较，择优选定最理想的方案和合理的设计。
最终以精练的语言、简洁的文字、清晰的图表来表达自己的设计思想和计算结果。
设计的基本思想是，根据过程基本原理和工程实践经验，初步确定塔的主要工艺结构尺寸。
然后结合理论和实际经验进行塔板水力学性能的校核。
以考查塔板结构设计的合理性。
根据校核结果，针对设计不尽合理的结构尺寸进行调整，改进设计，使设计更加合理。
结合实例介绍实际设计过程1．2设计原则与设计范围确定设计方案总的原则是在可能的条件下，尽量采用科学技术上的最新成就，使生产达到技术上最先进、经济上最合理的要求，符合优质、高产、安全、低消耗的原则。
为此，必须具体考虑如下几点：(1) 满足工艺和操作的要求，达到指定的产量和质量所设计出来的流程和设备，首先必须保证产品达到任务规定的要求，而且质量要稳定，这就要求各流体流量和压头稳定，入塔料液的温度和状态稳定，从而需要采取相应的措施。
其次所定的设计方案需要有一定的操作弹性，各处流量应能在一定范围内进行调节，必要时传热量也可进行调整。
因此，在必要的位置上要装置调节阀门，在管路中安装备用支线。
计算传热面积和选取操作指标时，也应考虑到生产上的可能波动。
再其次，要考虑必需装置的仪表(如温度计、压强计，流量计等)及其装置的位置，以便能通过这些仪表来观测生产过程是否正常，从而帮助找出不正常的原因，以便采取相应措施。
(2) 满足经济上的要求要节省热能和电能的消耗，减少设备及基建费用。
如前所述在蒸馏过程中如能适当地利用塔顶、塔底的废热，就能节约很多生蒸汽和冷却水，也能减少电能消耗。
又如冷却水出口温度的高低，一方面影响到冷却水用量，另方面也影响到所需传热面积的大小，即对操作费和设备费都有影响。
同样，回流比的大小对操作费和设备费也有很大影响。
降低生产成本是各部门的经常性任务，因此在设计时，是否合理利用热能，采用哪种加热方式，以及回流比和其他操作参数是否选得合适等，均要作全面考虑，力求总费用尽可能低一些。
而且，应结合具体条件，选择最佳方案。
例如，在缺水地区，冷却水的节省就很重要；在水源充足及电力充沛、价廉地区，冷却水出口温度就可选低一些，以节省传热面积。
(3) 保证安全生产例如酒精属易燃物料，不能让其蒸汽弥漫车间，也不能使用容易发生火花的设备。
又如，塔是指定在常压下操作的，塔内压力过大或塔骤冷而产生真空，都会让塔受到破坏，因而需要安全装置。
以上三项原则在生产中都是同样重要的。
但在化工原理课程设计中，对第一个原则应作较多的考虑，对第二个原则只作定性的考虑，而对第三个原则只要求作一般的考虑。
设计范围：年 产 量 10800吨（按年生产300天计） 原料浓度 0.19 mol 乙醇/mol(水+乙醇） 产品浓度 0.8265 mol 乙醇/mol(水+乙醇） 残液浓度 0.00012mol 乙醇/mol(水+乙醇） 单板压降 <5mmHg 进料状态 泡点进料 塔 型 筛板塔由于本设计为假定的设计，因此有关任务书中的其他项目如：厂址或厂区的选择，主要技术经济指标，原料的供应，技术规格以及燃料种类，水电的主要来源，等从略。
1．3 设计方案本设计任务为分离乙醇—水混合物。
对于二元混合物的分离，应采用连续精馏装置。
设计中采用泡点进料，将原料液通过预热器加热至泡点后送入精馏塔内。
塔顶上升蒸汽采用全冷凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，其余部分经产品冷却后送至储存罐。
考虑到总费用和R 的关系，适宜回流比即为总费用最低的回流比，根据经验，适宜回流比的范围为R opt =(1.2～2.0)R min, .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。
塔釜采用直接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。
设计方案的论证及选定1、 装置流程的确定：该精馏过程的原料为二元物系——乙醇—水混合液，经原料预热器加热到泡点后，进入精馏塔，热量自塔釜输入，物料在塔内经多次部分汽化与多次部分冷凝进行精馏分离，由冷凝器和冷却器中冷却介质将余热带走。
在此过程中，热能利用率很低，为此，在确定装置流程时应考虑余热的利用，注意节能。
2、 操作压强：常压精馏3、 进料状况：泡点进料，q=1.04、 加热方式：直接蒸汽加热5、 回流比选择：m in 2R R6、 工作日、时：三班制24小时生产，全年生产10个月（按300天计），余下两个月用作设备检修、清洗。
每日生产能力为：46106.3300108.10⨯=⨯㎏/日每日24h 连续生产，则每小时生产能力为：433.610 1.51024⨯=⨯kg/h7、 精馏塔型式：筛板塔方案论证：乙醇—水二元体系，常压下均不挥发，故采用常压精馏，可减少对设备强度的要求，因此可以减少设备的费用。
采用泡点进料，可减少塔釜加热量。
精馏塔的分离动力来自塔釜再沸器的热量，而且全塔上下的负荷并不均匀，它与侧线采出和进料工况有关。
一般来说，塔底的气液量比塔顶的大，液泛都从塔底开始。
当进料是冷态时，则要求塔釜再沸器提供较多的热量，也增加塔底液气量。
对于给定的分离要求，精馏系统所需的热量基本不变，当提高进料温度，就会减少再沸器热负荷。
此外，采用泡点进料可免受季节气温影响，精、提馏段采用同塔径以便制造。
基于以上考虑，本次设计选择泡点进料。
采用直接蒸汽加热，可以利用压强较低的加热蒸汽以节省操作费用，并省掉间接加热设备。
工艺要求釜液浓度较低，故采用直接蒸汽加热就比较合适。
为满足工艺要求，本设计采用筛板板式塔的结构。
筛板塔结构较浮阀塔和泡罩塔简单，总造价比较低廉。
而且近几年生产实践研究表明，筛板塔的效率也较之以前得到了提高。
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。
1．4 设计条件及主要物性参数表设计条件：设计一酒精精馏塔年 产 量 10800吨（按年生产300天计）原料浓度 0.19 mol 乙醇/mol(水+乙醇） 产品浓度 0.8265 mol 乙醇/mol (水+乙醇) 残液浓度 0.00012mol 乙醇/mol(水+乙醇） 单板压降 < 5mmHg进料状态 泡点进料（q=1.0） 塔 型 筛板塔 主要物性参数表：酒精在常压下的饱和温度为：78.3℃ 气相密度：1.428kg/m 3液相密度：752.908kg/m 3设计条件如下：操作压力：101.3Kpa(绝对压力) 进料热状况：泡点进料 最小回流比: Rmin=1.437 回流比： R=2Rmin=2.87 单板压降： p ∆≤5mmHg第二章 精馏塔工艺设计计算2．1 物料衡算1.原料液及塔顶、塔底产品的质量分率 乙醇的摩尔质量 M A =46.07 kg/kmol 水的摩尔质量 M B =18.02 kg/kmol 原料液及塔顶、塔底产品的质量分数0.1946.070.37490.1946.070.8118.020.826546.070.92410.826546.070.173518.020.0001246.070.00030.0001246.070.9998818.02F D W a a a ⨯==⨯+⨯⨯==⨯+⨯⨯==⨯+⨯2.原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量M F =0.19⨯46.07+ (1-0.19)⨯18.02=23.35kg/kmolM D =0.8265⨯46.07+ (1-0.8265)⨯18.02=41.20kg/kmol M W =0.00012⨯46.07+ (1-0.00012)⨯18.02=18.02kg/kmol 3.全塔总物料衡算单位时间生产能力为 D=31.510⨯ kg/h ⨯41.20kg/kmol =36.40 kmol/h 总物料衡算 F= D+WFx D x W x F D W =+其中： x 0.19, x 0.8625,x 0.00012,D =36.40/F D W K m ol h ===解得： F=158.42 kmol/hW=122.02 kmol/h2．2 塔板数的确定1.理论板层数N T 的求取乙醇—水可看作理想物系，因为乙醇—水符合恒摩尔流假定，操作线为直线，且乙醇—水分离物系的相对挥发度比较大，操作线和平衡线相距比较远，可采取图解法求取理论板层数，在用图解法求解时，为了得到准确的结果，应采用适当的比例作图，且应将平衡线的两端局部放大，以减少作图误差。