化工原理课程设计-板式精馏塔的设计
化工原理课程设计任务书-精馏塔
板式精馏塔的设计指导书一、设计内容1.设计方案的确定（设计方案简介：对给定或选定的工艺流程、主要设备的形式进行简要的论述。
）(1)操作压力 (2)进料状态 (3)加热方式 (4)热能利用2.主要设备的工艺设计计算(1)物料衡算; (2)热量衡;(3)回流比的确定;(4)工艺参数的选定;(5)理论塔板数的确定3.塔板及塔的主要尺寸的设计(设备的结构设计和工艺尺寸的设计计算。
)(1)塔板间距的确定(2) 塔径的确定(3) 塔板布置及板上流体流程的确定4. 流体力学的计算及有关水力性质的校核5. 板式精馏塔辅助设备的选型:典型辅助设备主要工艺尺寸的计算，设备的规格、型号的选定。
6.绘制流程图及精馏塔的装配图: 工艺流程图：以单线图的形式绘制，标出主体设备与辅助设备的物料方向，物流量、能流量，主要测量点。
主要设备的工艺条件图：主体设备工艺条件图是将设备的结构设计和工艺尺寸的计算结果用一张总图表示出来。
图面上应包括如下内容:①设备图形：指主要尺寸(外形尺寸、结构尺寸、连接尺寸)、接管、人孔等；②.技术特性：指装置的用途、生产能力、最大允许压强、最高介质温度、介质的毒性和爆炸危险性；③.设备组成一览表：注明组成设备的各部件的名称等。
应予以指出，以上设计全过程统称为设备的工艺设计。
完整的设备设计，应在上述工艺设计基础上再进行机械强度设计，最后提供可供加工制造的施工图7.编写设计说明书：设计说明书的内容：①目录；②设计题目及原始数据(任务书)；③简述酒精精馏过程的生产方法及特点(设计方案简介)，④论述精馏总体结构(塔型、主要结构)的选择和材料选择；⑤精馏过程有关计算(物料衡算、热量衡算、理论塔板数、回流比、塔高、塔径塔板设计、进出管径等) (工艺计算及主要设备设计);⑥设计结果概要(设计结果汇总):主要设备尺寸、衡算结果等;⑦主体设备设计计算及说明；⑧主要零件的强度计算（选做）；⑨附属设备的选择(辅助设备的计算和选型,选做）；⑩参考文献；(11)设计评述(后记)及其它．整个设计由论述，计算和图表三个部分组成，论述应该条理清晰，观点明确；计算要求方法正确，误差小于设计要求，计算公式和所有数据必需注明出处；图表应能简要表达计算的结果。
化工原理课程设计任务书精馏塔
化工原理课程设计任务书精馏塔本篇文档主要介绍化工原理课程设计任务书中关于精馏塔的要求和内容。
一、设计任务设计一座丙酮-甲醇精馏塔，要求：1. 产品：A级丙酮、B级丙酮、水、甲醇2. 输入流量：1000kg/h，A级丙酮50%，B级丙酮50%3. 操作压力：常压4. 输出流量：1000kg/h，A级丙酮90%，B级丙酮10%5. 设计基准：精馏32个板层二、设计步骤1. 精馏塔的结构设计(1) 塔的类型：管式塔(2) 塔的高度：设定32个板层，按传质条件设计最小高度(3) 填料类型：采用网格填料(4) 塔的直径：根据输入流量、精馏塔高度和填料设计(5) 塔的材质：不锈钢(6) 填料厚度：1.5cm2. 精馏塔的操作参数及控制(1) 操作压力：常压(2) 丙酮的重心温度：58℃(3) 甲醇的重心温度：52℃(4) 塔顶压力：1atm(5) 塔底压力：1atm(6) 板间压力降：0.015atm(7) 蒸汽进口管直径：50mm(8) 汽液分离器直径：100mm(9) 泵的扬程：15m3. 精馏塔的热力学计算(1) 设定板层数：32(2) 输入流量：1000kg/h，A级丙酮50%，B级丙酮50%(3) 设定塔顶压力：1atm(4) 设定塔底压力：1atm(5) 设定塔板温度，参考数值文献或软件计算(6) 根据塔板温度确定物质的蒸汽压(7) 根据物质的蒸汽压计算物质的分馏、回流比等参数4. 精馏塔的动力学模拟(1) 建立模型：使用MATLAB或其他模拟软件建立动力学模型(2) 确定控制方案：根据设定的输出要求，确定控制方案(3) 模拟仿真：进行塔的动态仿真，查找可能的故障及出现的问题(4) 评价：对模拟结果进行评价，并应对出现的问题进行处理三、设计成果1. 绘制精馏塔的结构图：包含填料、板层、进口出口等2. 绘制精馏塔的液相、气相平衡图3. 计算精馏塔流程图：包括输入和输出物质流量、温度、压力等参数4. 编写精馏塔的操作说明：包括操作控制、参数设定、操作步骤等5. 输出精馏塔的动态模拟成果：包括MATLAB或其他模拟软件的代码和仿真结果以上是化工原理课程设计的精馏塔任务书的要求和内容，本文档中介绍了设计步骤和要求，设计成果等部分，可以为读者提供一定帮助，同时也展示了精馏塔设计工作的一般流程和方法。
化工原理课程设计《板式塔课程设计》省名师优质课赛课获奖课件市赛课一等奖课件
塔
高
加料口板间距加大，设测试
口；
塔釜空间=1-3m，设人孔、测试口；
裙座=2m，设人孔两个。
绘图
➢物料流程图： 只标设备名称，物料构成、流量。
➢塔板构造图： 塔板分块、孔旳排列、降液管旳尺寸；
➢塔体工艺图： 总高、管口位置、板间距、管口方位、 管口表、技术特征表。
河北科技大学
设计 制图 审核 批准
D圆整 初选塔径 1米下列100
进制
构造参数旳设计
hw , ho ,Ws ,Ws' ,Wc ,do , t
how
hn
溢流强度 i= Lh < 3.5 ~ 4.5
hw
LW
计算hOW
hw 20 ~ 50mm
hw hL - how
ho 20 ~ 25mm hw
hL = 60mm
降液管、受液盘旳构造及尺寸
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
（3）冷却剂、加热剂用量
Qc Vrc WcC p t2 t1
QB VrB W蒸汽 r蒸汽
t2 400C ~ 450C
冷却剂用量 加热剂用量
将工艺计算成果列表
用途
塔顶蒸汽管 排空管 回流管 进料管
塔底蒸进口管 热电阻接口 压力计接口 液位计接口
塔底液体出口管 人孔
河北科技大学
设计 制图 审核 批准
浮阀精馏塔 工艺条件图
图号
材料 比例
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5、设计阐明书内容
每项单独一页 正文
每项单独一页
化工原理 课程设计 精馏塔
化工原理课程设计精馏塔
化工原理课程设计：精馏塔
一、设计题目
设计一个年产10万吨的乙醇-水溶液精馏塔。
该精馏塔将采用连续多级蒸馏的方式，将乙醇与水进行分离。
乙醇的浓度要求为95%（质量分数），水含量要求低于5%。
二、设计要求
1. 设计参数：
操作压力：常压
进料流量：10万吨/年
进料组成：乙醇40%，水60%（质量分数）
产品要求：乙醇95%，水5%
2. 设计内容：
完成精馏塔的整体设计，包括塔高、塔径、填料类型、进料位置、塔板数、回流比等参数的计算和选择。
同时，还需完成塔内件（如进料口、液体分布器、再沸器等）的设计。
3. 绘图要求：
需要绘制精馏塔的工艺流程图和结构示意图，并标注主要设备参数。
4. 报告要求：
完成设计报告，包括设计计算过程、结果分析、经济性分析等内容。
三、设计步骤
1. 确定设计方案：根据题目要求，选择合适的精馏塔类型（如筛板塔、浮阀塔等），并确定进料位置、塔板数和回流比等参数。
2. 计算塔高和塔径：根据精馏原理和物料性质，计算所需塔高和塔径，以满足分离要求。
3. 选择填料类型：根据物料的特性和分离要求，选择合适的填料类型，以提高传质效率。
4. 设计塔内件：根据塔板数和填料类型，设计合适的进料口、液体分布器、再沸器等塔内件。
5. 进行工艺计算：根据进料组成、产品要求和操作条件，计算每块塔板的温度和组成，以及回流比等参数。
6. 进行经济性分析：根据设计方案和工艺计算结果，分析项目的投资成本和运行成本，评估项目的经济可行性。
化工原理课程设计精馏板式塔的设计
确保停留时间大于或等于3～5s，这样使得溢流中的泡沫有足够的时间在降
液管中分离。
（27）
⑤ 降液管底隙高度hb：
（28）
• 采用合适的回流比； • 蒸馏系统的合理设置，如采用中间再沸器和中间 冷凝器的流程，可以提高精馏塔的热力学效率。
3.板式精馏塔的工艺计算
釜。 （1） （2）
得出：
3.1物料衡算及操作线方程
• 常规塔：一处进料和塔顶、塔底各有一个产品，塔釜间接蒸汽加热的精馏
（3）
（4）
式中：F、D、W——分别为原料液、馏出液和釜残液流量，kmol/h；
2.2进料状态的选择
• • • • • • •
进料状态以进料热状态参数q表示，有五种进料状态； q>1.0时，为低于泡点温度的冷液进料； q＝1.0时，为泡点下饱和液体； q＝0时，为露点下的饱和蒸气； 1>q>0时，为介于泡点和露点间的气液混合物； q<0时，为高于露点的过热蒸气进料。 为使塔的操作稳定，免受季节气温影响，精、提馏段采 用相同塔径以便于制造，则采用饱和液体（泡点）进料， 但需增设原料预热器。
• 4、塔的负荷性能图（放在说明书的流体力学验算后、用 标准坐标纸绘制）
2.设计方案的确定
2.1操作压力
精馏操作可以在常压、减压和加压下进行。
除热敏性物料外，凡通过常压精馏即可实现分离要 求，并能用江河水或循环水将馏出物冷凝下来的 系统，都采用常压精馏；
对热敏性物料或混合物沸点过高的系统，宜采用减 压精馏； 常压下成气态的物料必须采用加压精馏。
化工原理课程设计任务书苯-甲苯板式精馏塔的设计
化工原理课程设计任务书苯-甲苯混合液筛板（浮阀）精馏塔设计2021年6月16日苯-甲苯混合液筛板（浮阀）精馏塔设计一.设计概述塔设备是化工、炼油生产中国最重要的设备之一。
塔设备的设计和研究已经受到化工行业的极大重视。
在化工生产中，塔设备的性能对于整个装置的产品产量、质量、生产能力和消耗定额，以及三废处理和环境保护等各个方面，都有非常重大的影响。
精馏是分离液体混合物（含可液化的气体混合物）最常用的一种单元操作，在化工、炼油。
石油化工等工业中得到广泛应用。
精馏过程在能量剂驱动下（有时加质量剂），使气液两相多次直接接触和分离，利用液相混合物中各组分的挥发度的不同，使易挥发组分由液相向气相转移，难挥发组分由气相向液相转移，实现原料混合液中各组分的分离，根据生产上的不同要求，精馏操作可以是连续的或间歇的，有些特殊的物系还可以采用恒沸精馏或萃取精馏等特殊方法进行分离。
本设计的题目是苯-甲苯混合液筛板精馏塔的设计，即需设计一个精馏塔用来分离易挥发的苯和不易挥发的甲苯。
二.原始数据1.年处理量：50000吨2.料液初温：35℃3.料液浓度：45%（苯质量分率）4.塔顶产品浓度：98%（苯质量分率）5.塔底釜液含甲苯量不低于：98%（以质量计）6.每年实际生产天数：330天（一年中有一个月检修）7.精馏塔塔顶压强：4kkk（表压）8.冷却水温度：30℃9.饱和水蒸气压力：2.5kkk/kk2（表压）10.设备类型：筛板（浮阀）塔三.基础数据1.组分的液相密度（见表-1）温度/℃80859095100105110115苯814.24 808.68 803.08 797.44 791.75 786.01 780.21 774.36甲苯809.80 804.87 799.90 794.90 789.85 784.76 779.63 774.45表-1烃类化合物实测k值多，也有系统的关联工作，最好的关联成果发表在k−k手册中，方程是：k=k+kk+kk2+kk3+kk4关联系数通过查找《化工物性简明手册》得知，k的单位是kk/k3，k的单位是k。
化工原理课程设计板式精馏塔设计
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。
其 中 利 用 t～ x～ y 关 系 ，并 借 助 二 次 样 条 插 入 的 方 法 ，求 得
塔顶塔底的温度，进而求取全塔的平均温度，从而可以根据全
塔平均温度求取全塔平均相对挥发度。
式 中 ： R ---回 流
R m in — 最 小 回 流 比
—全塔平均相对挥发度
12
3.理论板数和实际板数的确定
用双溢流型塔板。
2
平 直 堰 的 hOW 按 下 式 计 算
hOW
2 .8 4 1000
E
Lh
3
lW
式中
lW Lh
—堰 —塔
长, 内液
m; 体流
量
，
m
3
h
E — 液 流 收 缩 系 数 ， 查 图 求 取 。 一 般 可 取 为 1， 误 差 不 大
(2)、提馏段气液负荷计算(同上)
2021/3/12
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5、热量衡算
总热量衡算 QV QW QL QB QF QR
式中： QV 、QW、QL、QB、QF、QR 分别是塔顶蒸汽带出的热
量、塔底产品带出的热量、塔设备的热损失、塔釜加热量、进料带入 的热量、回流带入热量、
其中：塔设备的热损失Q L 0.1QB
（ 4） 实 际 板 数 的 确 定
板效率：利用奥康奈尔的经验公式
板式精馏塔的设计--化工原理课程设计
《化工原理课程设计》教案板式精馏塔的设计绪论................................................................................................... 错误！未定义书签。
第一节概述 (11)1.1精馏操作对塔设备的要求 (11)1.2板式塔类型 (11)1.2.1筛板塔 (12)1.2.2浮阀塔 (12)1.3精馏塔的设计步骤 (13)第二节设计方案的确定 (14)2.1操作条件的确定 (14)2.1.1操作压力 (14)2.1.2 进料状态 (14)2.1.3加热方式 (14)2.1.4冷却剂与出口温度 (15)2.1.5热能的利用 (15)2.2确定设计方案的原则 (16)第三节板式精馏塔的工艺计算 (17)3.1 物料衡算与操作线方程 (17)3.1.1 常规塔 (18)3.1.2 直接蒸汽加热 (19)第四节板式塔主要尺寸的设计计算 (21)4.1塔的有效高度和板间距的初选 (21)4.1.1塔的有效高度 (21)4.1.2板间距的初选 (21)4.2 塔径 (22)4.2.1初步计算塔径 (23)4.2.2塔径的圆整 (24)4.2.3 塔径的核算 (24)第五节板式塔的结构 (25)5.1塔的总体结构 (25)5.2 塔体总高度 (25)5.2.1塔顶空间H D (26)5.2.2人孔数目 (26)5.2.3塔底空间H B (28)5.3塔板结构 (28)5.3.1整块式塔板结构 (28)第六节精馏装置的附属设备 (29)6.1 回流冷凝器 (29)6.2管壳式换热器的设计与选型 (30)6.2.1流体流动阻力（压强降）的计算 (30)6.2.2管壳式换热器的选型和设计计算步骤 (31)6.3 再沸器 (31)6.4接管直径 (32)6.4加热蒸气鼓泡管 (33)6.5离心泵的选择 (33)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。
化工原理课程的设计
△Pp= hPρLg=0.0693×809.30×9.81=550.189Pa＜0.9KPa（设计允许值） （2）液面落差
• 对于筛板塔，液面落差很小，由于塔径和液流量均不大，所以可忽 略液面落差的影响。
（3）液沫夹带
• 液沫夹带量，采用公式
•
ev=5.7×10-6/σL×[ ua/(HT－hf)]3.2
直径do=5mm 筛孔按正三角形排列，取孔中心距t为
t=3do=15mm 筛孔的数目n为
n1.15A051.1505.537 2756
t2
0.012 5
开孔率为φ=0.907（do/t）2=0.907×(0.05/0.015)2=10.1%
气体通过阀孔的气速为 u0V As00.10.08 01 .65431 7.9 5m 3/s
• 验证结果为降液管设计符合要求。
• 4）降液管底隙高度ho • ho= Lh/（3600×lw×uo′）取uo'=0.07m/s • 则ho=0.00055×3600/(3600×0.60×0.07) =0.0406 m﹥ 0.006m • 故降液管底隙高度设计合理。
• 选用凹形受液盘，深度 hW'' 50mm
二、工艺过程及相关计算
工艺过程 及
相关计算
塔板数 的计算
工艺条件及 有关物性数 据的计算
塔体工艺 尺寸计算
塔板主要 工艺尺寸
的计算
塔板数的计算
• 物料衡算
F14 .51 9 km 8/holxF 0.324 D=48.462kmol/h xD 0.914 W=93.136kmol/h xW 0.017
84.7
110.05KPa
塔体工艺尺寸计算
《化工原理课程设计》板式精馏塔设计报告
《化工原理课程设计》报告4万吨/年甲醇~水板式精馏塔设计目录一、概述 (4)1.1 设计依据·································错误！未定义书签。
1.2 技术来源·································错误！未定义书签。
1.3 设计任务及要求 (5)二：计算过程 (7)1. 塔型选择 (7)2. 操作条件的确定 (8)2.1 操作压力 (8)2.2 进料状态 (8)2.3 加热方式 (8)2.4 热能利用 (8)3. 有关的工艺计算 (9)3.1 最小回流比及操作回流比的确定·········错误！未定义书签。
3.2 塔顶产品产量、釜残液量及加热蒸汽量的计算错误！未定义书签。
3.3 全凝器冷凝介质的消耗量 (17)3.4 热能利用·····························错误！未定义书签。
化工原理课程设计--分离苯—甲苯混合液的筛板精馏塔
设计题目：分离苯—甲苯混合液的筛板精馏塔生产能力：年处理苯—甲苯混合液30000t（开工率300天/a）;原料：组成为45%（苯的质量分数）的苯—甲苯混合液；分离要求：塔顶流出液的组成为0.92，塔底釜液的组成为0.02。
设计条件:1、处理量： 30000 （吨/年）。
2、进料组成：甲苯、乙苯的混合溶液，含甲苯的质量分数为30%。
3、进料状态：泡点进料4、料液初温： 35℃5、冷却水的温度： 25℃6、饱和蒸汽压强：5Kgf/cm2(1Kgf/cm2=98.066)KPa7、精馏塔塔顶压强: 4 KPa(表压)8、单板压降不大于 0.7 kPa9、总塔效率为 0.5210、分离要求：塔顶的甲苯含量不小于92%(质量分数),塔底的甲苯含量不大于2%(质量分数)。
11、设备热损失为加热蒸汽供热量的5%12、年开工时间： 300（天）13、完成日期： 2011 年 12 月 25 日14、厂址：湖北荆门地区（大气压为760mmHg）一、精馏塔的物料衡算(1)原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率苯的摩尔质量 MA=78.11kg/kmol 甲苯的摩尔质量 MB=92.13 kg/kmol x F =13.92/55.011.78/45.011.78/45.0+= 0.491x D =13.92/08.011.78/92.011.78/92.0+= 0.931x w =13.92/98.011.78/02.011.78/02.0+=0.024（2）原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 M F =0.491*78.11+(1-0.491)*92.13=85.24 kg/kmol M D =0.931*78.11+(1-0.931)*92.13=79.08 kg/kmolM W =0.024*78.11+(1-0.024)*92.13=91.80 kg/kmol（3）物料衡算原料处理量 F=3*10^7/(300*24)/85.24=48.88kmol/h 总物料衡算 F=D+W苯物料衡算 48.88*0.491=0.931*D+0.024*W D=25.17kmol/hW=23.71kmol/h二、塔板数的确定(1)理论板层数NT 的求取苯-甲苯物系在某些温度下的α值取α=2.48①二元物系的相平衡方程： y=x*48.11x*48.2+②求最小回流比及操作回流比采用作图法求最小回流比。
化工原理课程设计—板式精馏塔的设计
板式精馏塔的设计1.1 概述塔设备是炼油、化工、石油化工等生产中广泛应用的气液传质设备。
根据塔内气液接触部件的结构型式，可分为板式塔和填料塔。
板式塔内设置一定数目的塔板，气体以鼓泡或喷射形式穿过板上液层进行质热传递，气液相组成呈阶梯变化，属逐级接触逆流操作过程。
填料塔内装有一定高度的填料层，液体自塔顶沿填料表面下流，气体逆流向上（也有并流向下者）与液相接触进行质热传递，气液相组成沿塔高连续变化，属微分接触操作过程。
工业上对塔设备的主要要求是：（1）生产能力大；（2）传热、传质效率高；（3）气流的摩擦阻力小；（4）操作稳定，适应性强，操作弹性大；（5）结构简单，材料耗用量少；（6）制造安装容易，操作维修方便。
此外，还要求不易堵塞、耐腐蚀等。
板式塔大致可分为两类：（1）有降液管的塔板，如泡罩、浮阀、筛板、导向筛板、新型垂直筛板、蛇形、S型、多降液管塔板；（2）无降液管的塔板，如穿流式筛板（栅板）、穿流式波纹板等。
工业应用较多的是有降液管的塔板，如浮阀、筛板、泡罩塔板等。
（一）泡罩塔泡罩塔是最早使用的板式塔，是Celler于1813年提出的，其主要构件是泡罩、升气管及降液管。
泡罩的种类很多，国内应用较多的是圆形泡罩。
泡罩塔的主要优点是：因升气管高出液层，不易发生漏液现象，操作弹性较大，液气比范围大，适用多种介质，操作稳定可靠，塔板不易堵塞，适于处理各种物料；但其结构复杂，造价高、安装维修不便，板上液层厚，气体流径曲折，塔板压降大，因雾沫夹带现象较严重，限制了起诉的提高。
现虽已为其他新型塔板代替，但鉴于其某些优点，仍有沿用。
（a b）图1 泡罩塔（二）浮阀塔浮阀塔广泛用于精馏、吸收和解吸等过程。
其主要特点是在塔板的开孔上装有可浮动的浮阀，气流从浮阀周边以稳定的速度水平地进入塔板上液层进行两相接触。
浮阀可根据气体流量的大小而上下浮动，自行调节。
浮阀有盘式、条式等多种，国内多用盘式浮阀，此型又分为F－1型（V－1型）、V－4型、十字架型、和A型，其中F－1型浮阀结构较简单、节省材料，制造方便，性能良好，故在化工及炼油生产中普遍应用，已列入部颁标准（JB－1118－81）。
化工原理课程设计精馏塔
化工原理课程设计精馏塔
精馏塔是化工原理课程设计中的重要内容，它是一种用于分离液体混合物的设备，广泛应用于石油化工、化工制药等领域。
精馏塔的设计和操作对于提高产品纯度、降低能耗、优化生产工艺具有重要意义。
首先，精馏塔的结构通常包括进料口、塔板、塔顶、冷凝器和回流器等部分。
进料液体在塔顶进入塔板，经过塔板上的填料或者气液分布器，与上升的蒸汽进行接触和传质，从而实现组分的分离。
冷凝器用于将顶部的蒸汽冷凝成液体，回流器则用于控制塔内液体的回流比例，保证塔内的稳定操作。
其次，精馏塔的操作原理是利用不同组分在塔内的汽液平衡特性，通过多级塔
板的作用，将混合物中的各组分逐级分离。
在精馏过程中，液体在塔板上停留时间较长，与上升的蒸汽进行充分接触，从而实现组分的分离。
较轻的组分在顶部得到富集，而较重的组分则在底部得到富集，通过塔顶和塔底的出口分别收集这两部分液体，从而实现分离。
在进行精馏塔的设计时，需要考虑原料的性质、产品的要求、能耗的控制等因素。
通过合理地选择填料类型、确定塔板数目、优化冷凝器和回流器的设计，可以实现精馏塔的高效运行。
此外，还需考虑操作条件的控制，如进料流量、回流比例、塔顶温度等参数的调节，以保证塔内的稳定操作。
总的来说，精馏塔在化工原理课程设计中具有重要的地位，它不仅是理论知识
的应用，更是对学生综合运用化工原理、热力学、传质动力学等知识进行工程设计和操作的重要实践。
通过对精馏塔的学习和设计，不仅可以加深对化工原理的理解，更可以培养学生的工程实践能力和创新思维，为将来的工程实践打下坚实的基础。
化工原理课程设计苯甲苯板式精馏塔
化工原理课程设计——苯-甲苯连续精馏筛板塔的设计学院：生命科学学院专业年级：姓名：指导老师：目录一、序言 (2)二、设计任务 (2)三、设计条件 (2)四、设计方案 (2)五、工艺计算 (3)1、设计方案的选定及基础数据的搜集 (5)2、精馏塔的物料衡算 (6)3、精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (10)4、精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (15)5、塔板主要工艺尺寸的计算 (16)6、筛板的流体力学验算 (19)7、塔板负荷性能图 (22)六、设计结果一览表 (27)七、参考书目 (28)八、心得体会 (28)九、附录 (29)一、序言化工原理课程设计是综合运用化工原理课程和有关先修课程物理化学,化工制图等所学知识,完成一个单元设备设计为主的一次性实践教学,是理论联系实际的桥梁,在整个教学中起着培养学生能力的重要作用;通过课程设计,要求更加熟悉工程设计的基本内容,掌握化工单元操作设计的主要程序及方法,锻炼和提高学生综合运用理论知识和技能的能力,问题分析能力,思考问题能力,计算能力等;精馏是分离液体混合物含可液化的气体混合物最常用的一种单元操作,在化工,炼油,石油化工等工业中得到广泛应用;精馏过程在能量剂驱动下有时加质量剂,使气液两相多次直接接触和分离,利用液相混合物中各组分的挥发度的不同,使易挥发组分由液相向气相转移,难挥发组分由气相向液相转移,实现原料混合液中各组分的分离;根据生产上的不同要求,精馏操作可以是连续的或间歇的,有些特殊的物系还可采用衡沸精馏或萃取精馏等特殊方法进行分离;本设计的题目是苯-甲苯连续精馏筛板塔的设计,即需设计一个精馏塔用来分离易挥发的苯和不易挥发的甲苯,采用连续操作方式,需设计一板式塔将其分离;二、设计任务1原料液中苯含量：质量分率＝75％质量,其余为甲苯;2塔顶产品中苯含量不得低于98％质量;3残液中苯含量不得高于％质量;4生产能力：90000 t/y苯产品,年开工310天;三、设计条件1精馏塔顶压强：表压2进料热状态：自选3回流比：自选;4单板压降压：≯四、设计方案1设计方案的确定及流程说明2塔的工艺计算3塔和塔板主要工艺尺寸的设计4塔高、塔径以及塔板结构尺寸的确定；塔板的流体力学验算;5编制设计结果概要或设计一览表6辅助设备选型与计算7绘制塔设备结构图五、工艺计算1、设计方案的选定及基础数据的搜集本设计任务为分离苯一甲苯混合物;由于对物料没有特殊的要求,可以在常压下操作;对于二元混合物的分离,应采用连续精馏流程;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人精馏塔内;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,其余部分经产品冷却器冷却后送至储罐;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倍;塔底设置再沸器采用间接蒸汽加热,塔底产品经冷却后送至储罐;其中由于蒸馏过程的原理是多次进行部分汽化和冷凝,热效率比较低,但塔顶冷凝器放出的热量很多,但其能量品位较低,不能直接用于塔釜的热源,在本次设计中设计把其热量作为低温热源产生低压蒸汽作为原料预热器的热源之一,充分利用了能量;塔板的类型为筛板塔精馏,筛板塔塔板上开有许多均布的筛孔,孔径一般为3～8mm,筛孔在塔板上作正三角形排列;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;下图是板式塔的简略图：82、精馏塔的物料衡算1 原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 苯的摩尔质量甲苯的摩尔质量 kmol kg M B /13.92=780.013.92/25.011.78/75.011.78/75.0x F =+= 2原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量)/(kg 0.2813.192)780.01(11.78780.0kmol M F =⨯-+⨯=3物料衡算原料处理量)/(1049.12431020.81900000002h kmol F ⨯=⨯⨯= 总物料衡算 21094.1W D ⨯=+苯物料衡算 W D F 099.0983.0780.0+=联立解得式中 F------原料液流量 D------塔顶产品量 W------塔底产品量 塔板数的确定1理论板层数NT 的求取苯一甲苯属理想物系,可采逐板计算求理论板层数;①求最小回流比及操作回流比; 采用恩特伍德方程求最小回流比; 解得,最小回流比73.0=m R 取操作回流比为②求精馏塔的气、液相负荷 )/(89.15511931.1h kmol RD L =⨯==)/(89.27411931.2)1()1('h kmol F q D R V =⨯=--+= 泡点进料：q=1③求操作线方程 精馏段操作线方程为 提馏段操作线方程为 2逐板法求理论板又根据min (1)1[]11d D F fx x R x x α-=-α-- 可解得 α=相平衡方程 2.4751(1)1 1.475x xy x xαα==+-+解得 x x y 47.1147.2+=变形得y y x 47.147.2-=用精馏段操作线和相平衡方程进行逐板计算1D y x = = , 1111111(1) 2.475(1)y y x y y y y ==+α-+-=970.0426.0567.012=+=x y ,959.047.147.22=-=y yx953.0426.0567.023=+=x y ,891.047.147.233=-=y yx931.0426.0567.034=+=x y ,845.047.147.244=-=y yx905.0426.0567.045=+=x y ,795.047.147.255=-=y yx 877.0426.0567.056=+=x y ,742.047.147.266=-=y yx因为,故精馏段理论板 n=5,用提留段操作线和相平衡方程继续逐板计算811.0426.0567.067=+=x y ,635.047.147.277=-=y yx693.0426.0567.078=+=x y ,478.047.147.288=-=y yx519.0426.0567.089=+=x y ,304.047.147.299=-=y yx326.0426.0567.0910=+=x y ,164.047.147.21010=-=y yx 171.0426.0567.01011=+=x y ,077.047.147.21111=-=y yx因为,所以提留段理论板 n=5不包括塔釜 3全塔效率的计算查温度组成图得到,塔顶温度TD=℃,塔釜温度TW=105℃,全塔平均温度Tm =℃; 分别查得苯、甲苯在平均温度下的粘度)(272.0s mPa A ⋅=μ,)(279.0s mPa B ⋅=μ 平均粘度由公式,得 全塔效率E T 4求实际板数 精馏段实际板层数 提馏段实际板层数 进料板在第11块板;3、精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算1操作压力计算 塔顶操作压力P ＝4+ kPa每层塔板压降 △P ＝ kPa 进料板压力F P ＝+×10＝ kPa塔底操作压力w P = kPa精馏段平均压力 P m1 ＝+／2＝ kPa 提馏段平均压力P m2 =+/2 = kPa 2操作温度计算依据操作压力,由泡点方程通过试差法计算出泡点温度,其中苯、甲苯的饱和蒸气压由 安托尼方程计算,计算过程略;计算结果如下： 塔顶温度0.980t =D ℃ 进料板温度F t ＝℃塔底温度w t =℃精馏段平均温度m t = .+/2 = ℃提馏段平均温度m t =+/2 =℃ 3平均摩尔质量计算 塔顶平均摩尔质量计算由x D=y 1=,代入相平衡方程得x 1= 进料板平均摩尔质量计算由上面理论板的算法,得F y ＝, F x ＝)/(73.8113.92)742.01(11.78742.0m ,kmol kg M F L =⨯-+⨯=塔底平均摩尔质量计算由xw=,由相平衡方程,得yw=)/(05.9113.92)077.01(11.78077.0m ,kmol kg M W L =⨯-+⨯=精馏段平均摩尔质量提馏段平均摩尔质量 （4）平均密度计算（5）①气相平均密度计算 由理想气体状态方程计算,精馏段的平均气相密度即)/(90.2)15.27324.83(314.809.798.1083m kg RT PV m M Vm =+⨯⨯==ρ提馏段的平均气相密度 ②液相平均密度计算 液相平均密度依下式计算,即塔顶液相平均密度的计算 由t D ＝℃,查手册得)/(1.809);/(0.81433m kg m kg B A ==ρρ 塔顶液相的质量分率98.0=a a 求得）（得3m ,m,/kg 9.813;1.80902.00.81498.01m D L D L =+=ρρ进料板液相平均密度的计算 由t F ＝℃,查手册得)/(36.804);/(6.80833m kg m kg B A ==ρρ进料板液相的质量分率 71.013.92)742.01(11.78742.011.78742.0=⨯-+⨯⨯=A α塔底液相平均密度的计算 由t w ＝℃,查手册得)/(3.785);/(4.78633m kg m kg B A ==ρρ 塔底液相的质量分率066.013.92)077.01(11.78077.011.78077.0=⨯-+⨯⨯=A a）（得3m ,m,/kg 9.784;3.785934.04.786066.01m W L W L =+=ρρ精馏段液相平均密度为6.81024.8079.813=+=Lm ρ提馏段液相平均密度为）（3/kg 15.79629.7844.807m Lm =+=ρ5 液体平均表面张力计算液相平均表面张力依下式计算,即塔顶液相平均表面张力的计算由 t D ＝℃,查手册得 )/(59.21);/(25.21m mN m mN B A ==σσ 进料板液相平均表面张力的计算由t F＝℃,查手册得 )/(72.2008.21258.060.20742.0)/(08.21);/(60.21,m mN m mN m mN Fm L B A =⨯+⨯===σσσ塔底液相平均表面张力的计算 由 t W ＝℃,查手册得)/(50.2118.19923.026.18077.0)/(18.19);/(26.18,m mN m mN m mN Wm L B A =⨯+⨯===σσσ精馏段液相平均表面张力为)/(99.20272.2026.21m mN Lm =+=σ提馏段液相平均表面张力为)/(11.21272.2050.21m mN Lm =+=σ6 液体平均粘度计算液相平均粘度依下式计算,即 μLm=Σxi μi塔顶液相平均粘度的计算由 t D＝℃,查手册得 )(311.0309.0017.0305.0983.0)(309.0);(305.0,s mPa s mPa s mPa DmL B A ⋅=⨯+⨯=⋅=⋅=μμμ进料板液相平均粘度的计算由t F＝℃,查手册得 )(294.0297.0258.0292.0742.0)(297.0);(292.0,s mPa s mPa s mPa DmL B A ⋅=⨯+⨯=⋅=⋅=μμμ塔底液相平均粘度的计算由tw ＝℃,查手册得 )(258.0259.0923.0244.0077.0)(259.0);(244.0,s mPa s mPa s mPa DmL B A ⋅=⨯+⨯=⋅=⋅=μμμ精馏段液相平均粘度为)(303.02294.0311.0,s mPa m L ⋅=+=μ提馏段液相平均粘度为7气液负荷计算 精馏段： 提馏段：4 精馏塔的塔体工艺尺寸计算1 塔径的计算塔板间距H T 的选定很重要,它与塔高、塔径、物系性质、分离效率、塔的操作弹性,以及塔的安装、检修等都有关;可参照下表所示经验关系选取;表7 板间距与塔径关系塔径D T ,m ～ ～ ～ ～ ～ 板间距H T ,mm 200～300 250～350 300～450 350～600 400～600对精馏段：初选板间距0.40T H m =,取板上液层高度m h L 06.0=, 故0.400.060.34T L H h m -=-=；查史密斯关联图 得C 20=；依式2.02020⎪⎭⎫⎝⎛=σC C校正物系表面张力为)/m (99.20m N 时2020.980.0720.07132020C C σ⎛⎫⎛⎫==⨯= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭可取安全系数为,则安全系数—,故按标准,塔径圆整为,则空塔气速s; 对提馏段：初选板间距0.40T H m =,取板上液层高度m h L 06.0=,故0.400.060.34T L H h m -=-=；11220.0075783.40.0901.372.90S Lm S vm L V ρρ⎛⎫⎛⎫⎛⎫=⨯= ⎪⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭查2：165P 图3—8得C 20=；依式2.02020⎪⎭⎫⎝⎛=σC C =校正物系表面张力为19.58/mN m 时 按标准,塔径圆整为,则空塔气速s;将精馏段和提溜段相比较可以知道二者的塔径不一致,根据塔径的选择规定,对于相差不大的二塔径取二者中较大的,因此在设计塔的时候塔径取;5、塔板主要工艺尺寸的计算(1) 溢流装置计算 精馏段因塔径D ＝,可选用单溢流弓形降液管,采用平行受液盘;对精馏段各项计算如下： a 溢流堰长w l ：单溢流去l W =～D,取堰长w l 为=×= b 出口堰高W h ：OW L W h h h -= 故)(044.0016.006.0h m w =-=c 降液管的宽度d W 与降液管的面积f A ：由66.0/=D l w 查2：170P 图3—13得124.0/=D W d ,0722.0/=T f A A故0.1240.124 1.60.198d W D m ==⨯=,2223.140.07220.0722 1.60.145244f A D m π=⨯=⨯⨯= 利用2：170P 式3—10计算液体在降液管中停留时间以检验降液管面积, 即0.14520.4015.700.0037f T sA H s L τ⨯===大于5s,符合要求d 降液管底隙高度o h ：取液体通过降液管底隙的流速'0.08/o m s μ=依2：171P 式3—11：'0.00370.0351.060.09s o w o L h m l μ===⨯⨯符合00.006w h h =- e 受液盘采用平行形受液盘,不设进堰口,深度为60mm 同理可以算出提溜段相关数据如下：a 溢流堰长w l ：单溢流去l W =～D,取堰长w l 为=×=b 出口堰高W h ：OW L W h h h -=由/0.8W l D = 2.5/23.34h W L l m =查知E=,依式232.841000h ow w L h E l ⎛⎫=⎪⎝⎭可得232.840.0261000h OW W L h E m l ⎛⎫== ⎪⎝⎭故0.060.0260.034w h m =-=c 降液管的宽度d W 与降液管的面积f A ： 由60.0/=D l W查图得, 052.0,100.0==T f dA A D w 故计算液体在降液管中停留时间以检验降液管面积, 即11.6f T sA H s L τ==大于5s,符合要求d 降液管底隙高度o h ：取液体通过降液管底隙的流速'0.08/o m s μ=s '0.032so w oL h m l μ==⨯m 符合00.006w h h =- 2 塔板布置精馏段①塔板的分块因D ≥800mm,故塔板采用分块式;塔极分为4块;对精馏段： a)取边缘区宽度 安定区宽度b ⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-=-R x R x R x A a 1222sin 1802π计算开空区面积 )(96.004.012m w D R c =-=-=,)(73.0)07.02.0(1)(2m w w Dx s d =--=+-=解得,c 筛孔数n 与开孔率ϕ：取筛空的孔径0d 为mm 5,正三角形排列,一般碳的板厚为mm 3,取0.3/0=d t ,故孔中心距t 0.1550.3=⨯=5×5= 筛孔数则每层板上的开孔面积0A 为 气体通过筛孔的气速为6、筛板的流体力学验算塔板的流体力学计算,目的在于验算预选的塔板参数是否能维持塔的正常操作,以便决定对有关塔板参数进行必要的调整,最后还要作出塔板负荷性能图; 1 气体通过筛板压强相当的液柱高度计算 精馏段：a)干板压降相当的液柱高度c h ：依67.13/5/0==σd ,查干筛孔的流量系数图得,C 0=由式 b 气体穿过板上液层压降相当的液柱高度l h ：()()s m fT s A A V a /70.014.3052.0108.2===⨯--μ,19.190.27.0=⨯==v a a e u F由o ε与a F 关联图查得板上液层充气系数o ε=,依式()()0396.0016.0044.066.000=+⨯=+==ow w L l h h h h εεc 克服液体表面张力压降相当的液柱高度σh ： 依式00211.01099.2043-40=⨯⨯==∂gd e l h σ, 故0744.00327.00396.000211.0=++=p h则单板压强：()()p p g e h p l p p 7000.5918.965.8100744.0≤=⨯⨯==∆(2) 液面落差(3) 对于筛板塔,液面落差很小,且本例的塔径和液流量均不大,故可忽略液面落差的影响;3 雾沫夹带()()水液水液kg kg kg kg e fT a h H u v /1.0/1032.732.306.05.24.07.01099.20107.52.3107.5366≤⨯=⨯==-⨯-⨯⨯-⨯---σ故在设计负荷下不会发生过量雾沫夹带;4 漏液由式()()σμh h e e c L v l oow -+=13.00056.0/4.4筛板的稳定性系数5.171.157.624.110>===OW U U K ,故在设计负荷下不会产生过量漏液;5 液泛为防止降液管液泛的发生,应使降液管中清液层高度()w T d h H H +≤φ依式d l p d h h h H ++=, 而32201052.1036.02.10043.0153.0153.0-⨯=⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛•⨯=h L L h W S d取5.0=φ,则()()785.017.14.05.0=+⨯=+Φw T h H故()w T d h H H +<φ在设计负荷下不会发生液泛;根据以上塔板的各项液体力学验算,可认为精馏段塔径及各项工艺尺寸是适合的; 同精馏段公式计算,提溜段各参数计算如下：1 气体通过筛板压强相当的液柱高度计算 a)干板压降相当的液柱高度：b 气体穿过板上液层压降相当的液柱高度：679.0163.014.302.2=-=-'='f T S aA A V u , 22.121.3679.0=⨯=''=V aa u F ρ由o ε与a F 关联图查得板上液层充气系数o ε=,依式039.006.065.01=⨯='h c 克服液体表面张力压降相当的液柱高度：()m gd h L 00216.01058.94.7961011.2144330=⨯⨯⨯⨯⨯=='--ρσσ, 故)(0758.000216.0039.00346.0m h p =++='则单板压降：)(7.0591.08.94.7960758.0kPa p <=⨯⨯='∆ 2液面落差对于筛板塔,液面落差很小,且本例的塔径和液流量均不大,故可忽略液面落差的影响;3 液沫夹带故在设计负荷下不会发生过量雾沫夹带; 4 漏液查得：84.00=c ()()5.69.26.8100021.006.013.00056.084.4.4/13.00056.04.40=÷⨯-⨯+⨯⨯=-+='o h hL c u vL owρρσ筛板的稳定性系数5.171.157.624.11>===ow o u u K ,故在设计负荷下不会产生过量漏液;5 液泛为防止降液管液泛的发生,应使降液管中清液层高度()w T d h H H +≤φ依式d l p d h h h H ++=, 而32201052.1036.02.10043.0153.0153.0-⨯=⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛•⨯=h L L h W S d取5.0=φ,则()()785.017.14.05.0=+⨯=+Φw T h H故()w T d h H H +<φ在设计负荷下不会发生液泛;根据以上塔板的各项液体力学验算,可认为提馏段塔径及各项工艺尺寸是适合的;7、塔板负荷性能图精馏段： 1 雾沫夹带线雾沫夹带量2.36107.5⎪⎪⎭⎫⎝⎛-⨯=-f Tav hH u e σ取气）液kg kg e v /(1.0=,前面求得m mN m /99.20,=精σ,代入2.36107.5⎪⎪⎭⎫⎝⎛-⨯=-f Tav hH u e σ,整理得：s s L V 3205.2911.5-=在操作范围内,任取几个Ls 值,依上式计算出Vs 值,计算结果列于表3-19;表8由上表数据即可作出雾沫夹带线; 2 液泛线 由E=,l W =得：已算出)(1011.23m h -⨯=σ,3322311011.2405.0029.010555.7--⨯+++⨯=++=ssc p L V h h h h σm H T 4.0=,m h w 044.0=,5.0=Φ代入()dow w p w T h h h h h H +++=+Φ,整理得：2432210085.1878.134443.19s ssL L V ⨯--=在操作范围内,任取几个Ls 值,依上式计算出Vs 值,计算结果列于表3-20; 表10由上表数据即可作出液泛线2; 3 液相负荷上限线以θ＝4s 作为液体在降液管中停留时间的下限,)/(0163.04163.04.03m ax ,s m A H L fT s =⨯==τ据此可作出与气体流量无关的垂直液相负荷上限线m 3/s; 4 漏液线由32614.0044.0sow w L L h h h +=+=和0min ,A V u s ow =,代入()VLL ow h h C U ρρσ-+=13.00056.04.40得：整理得：32min ,314.22574.2684.0ss LV +⨯=在操作范围内,任取几个Ls 值,依上式计算出Vs 值,计算结果列于表3-21; 表11由上表数据即可作出液泛线4; 5 液相负荷下限线对于平直堰,取堰上液层高度h OW ＝作为最小液体负荷标准;E=sm L s /10167.334min ,-⨯=据此可作出与气体流量无关的垂直液相负荷下限线5;sm A H L fT s /013.05163.04.03max ,=⨯==τ根据以上各线方程,可作出筛板塔的负荷性能图,如图所示;图1 精馏段筛板负荷性能图在负荷性能图上,作出操作点P,连接OP,即作出操作线;由图可看出,该筛板的操作上限为液泛控制,下限为漏液控制; 同精馏段,得出提馏段的各曲线为：(1) 雾沫夹带线2.36107.5e ⎪⎪⎭⎫⎝⎛+⨯=-f TaLv hH u σ整理得：3207.1352.5ss L V -=(2) 液泛线()dow w p w T h h h h h H +++=+Φ已知E= lw=,同理精馏段得： 由此可作出精馏段液泛线2;3 漏液线 32628.00325.0h sow w L l h h +=+= 整理得：3225.2090.1688.0V min ,s s l += 据此可作出漏液线3; 4 液相负荷上限线以θ＝5s 作为液体在降液管中停留时间的下限,)/(013.05163.04.0L 3max ,s m A H fT s =⨯==τ据此可作出与气体流量元关的垂直液相负荷上限线; 5 液相负荷下限线以h ow ＝5s 作为液体在降液管中停留时间的下限,32min ,2.1360006.1100084.2⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯⨯=s ow L h 整理得：)/(1073.934min ,s m L s -⨯=由此可作出液相负荷下限线5; 根据以上各线方程,可作出筛板塔的负荷性能图,如图所示;六、设计结果一览表七、设计心得体会本次课程设计通过给定的生产操作工艺条件自行设计一套苯－甲苯物系的分离的塔板式连续精馏塔设备;通过近两周的团队努力,反经过复杂的计算和优化,我们三人组终于设计出一套较为完善的塔板式连续精馏塔设备;其各项操作性能指标均能符合工艺生产技术要求,而且操作弹性大,生产能力强,达到了预期的目的;通过这次课程设计我经历并学到了很多知识,熟悉了大量课程内容,懂得了许多做事方法,可谓是我从中受益匪浅,我想这也许就是这门课程的最初本意;从接到课题并完成分组的那一刻起我们就立志要尽最大努力把它做全做好;首先,我们去图书馆借阅了大量有关书籍,并从设计书上了解熟悉了设计的流程和方法;通过查阅资料我们从对设计一无所知变得初晓门路,而进一步的学习和讨论使我们使我们具备了完成设计的知识和方法,这使我们对设计有了极大的信心,我们确定了设计方案和具体流程及设计时间表,然后就进入了正是的设计工作当中;八、参考文献1 张浩勤,陆美娟.化工原理第二版上下册. 北京：化学工业出版社,2006.2 路秀林,王者相. 化工设备设计全书塔设备M. 北京：化学工业出版社,2004.3 姚玉英.天津大学出版社上下册,2003.4 王志魁. 化工原理第四版M. 北京：化学工业出版社,2010.5 王为国. 化工原理课程设计M. 北京：化学工业出版社,2010.6 马沛生. 化工数据. 北京：中国石化出版社,2003.。
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化工原理课程设计–––––板式精馏塔的设计摘要 (4)Abstract…………………………………………………………………………………………….引言第一章设计条件与任务 (8)第二章设计方案的确定 (10)第三章精馏塔的工艺计算 (12)3.1 实际回流比 (12)3.2 全塔物料衡算 (12)3.3 塔板数的计算 (12)3.3.1 理论塔板数 (12)3.3.2 实际塔板数 (13)3.4 精馏塔物性参数的计算 (12)3.4.1 操作压力计算 (12)3.4.2 操作温度计算 (13)3.4.3 平均摩尔质量计算 (12)3.4.4 平均密度计算 (13)3.4.5 液体表面张力计算 (12)3.4.6 液体表面黏度计算 (13)3.5 精馏塔的塔体工艺尺寸的计算 (12)3.5.1塔径计算 (12)3.5.2 精馏塔有效高度的计算 (13)第四章塔板工艺尺寸的计算 (14)4.1精馏段塔板工艺尺寸的设计 (15)4.1.1溢流装置的设计 (15)4.1.2塔板设计 (15)4.2提馏段塔板工艺尺寸的设计 (15)4.2.1溢流装置的设计 (15)4.2.2塔板设计 (15)4.3塔板的流体力学性能验算 (15)4.3.1精馏段塔板的流体力学性能验算 (15)4.3.2提馏段塔板的流体力学性能验算 (15)4.4塔板的负荷性能图 (15)4.4.1精馏段塔板的负荷性能图 (15)4.4.2提馏段塔板的负荷性能图 (15)第五章设计结果汇总 (17)5.1 设计小结与体会 (17)5.2 参考文献 (18)第六节精馏装置的附属设备 (20)6.1 回流冷凝器 (20)6.2 管壳式换热器的设计与选型 (21)6.2.1流体流动阻力（压强降）的计算 (21)6.2.2管壳式换热器的选型和设计计算步骤 (22)6.3 再沸器 (23)6.4接管直径 (24)6.4加热蒸气鼓泡管 (25)6.5离心泵的选择 (25)附录工艺流程图摘要一、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。
二、化工原理课程设计的内容和步骤（一）课程设计的基本内容1. 设计方案简介对给定或选定的工艺流程，主要的设备型式进行简要的论述；2. 主要设备的工艺设计计算包括工艺参数的选定、物料衡算、热量衡算、设备的工艺尺寸计算及结构设计；3. 典型辅助设备的选型和计算包括典型辅助设备的主要工艺尺寸计算和设备型号规格的选定；4. 带控制点的工艺流程简图以单线图的形式绘制，标出主体设备和辅助设备的物料流向、物流量、能流量和主要化工参数测量点；5. 主体设备工艺条件图图面上应包括设备的主要工艺尺寸，技术特性表和接管表；完整的课程设计由说明书和图纸两部分组成。
说明书是设计的书面总结，也是后续设计工作的主要依据，应包括以下主要内容：（1）封面（课程设计题目、班级、姓名、指导教师、时间）；（2）目录；（3）设计任务书；（4）设计方案简介；（5）设计条件及主要物性参数表；（6）工艺设计计算；（7）辅助设备的计算及选型；（8）设计结果汇总表；（9）设计评述及设计者对本设计有关问题的讨论；（10）工艺流程图及设备工艺条件图；（11）参考资料。
（二）课程设计的步骤1. 动员和布置任务；2. 阅读指导书和查阅资料；3. 现场调查；4. 设计计算,绘图和编写说明书；5. 考核和答辩。
整个设计是由论述、计算和绘图三部分组成。
论述应该条理清晰，观点明确；计算要求方法正确，误差小于设计要求，计算公式和所用数据必须注明出处；图表应能简要表达计算的结果。
设计后期的答辩，及时了解学生设计能力的补充过程，也是提高设计水平，交流心得和扩大收获的重要过程。
答辩通常包括个别答辩和公开答辩两种形式。
个别答辩的目的不仅是对学生进行全面考核，更主要的是促进学生开动脑筋,提高设计水平。
所以，在个别答辩后，应允许学生修改补充自己的图纸和说明书。
公开答辩是在个别答辩的基础上，选出几个有代表性的学生在全班公开答辩，实际上是以他们的中心发言来引导全班性的讨论，目的是交流心得、探讨问题和扩大收获。
三、带控制点的工艺流程图的绘制带控制点的工艺流程图是一种示意性的图样,它以形象的图形、符号、代号表示出化工设备、管路、附件和仪表自控等，借以表达出一个生产中物料及能量的变化始末。
工艺流程图绘制范围如下：必须反映出全部工艺物料和产品所经过的设备；1. 应全部反映出主要物料管路，并表达出进出装置界区的流向；2. 冷却水、冷冻盐水、工艺用的压缩空气、蒸汽(不包括副产品蒸汽)及蒸汽冷凝液系统等的整套设备和管线不在图内表示，仅示意工艺设备使用点的进出位置；3. 标出有助于用户确认及上级或有关领导审批用的一些工艺数据(例如:温度、压力、物流的质量流量或体积流量、密度、换热量等)；4. 包括绘制图例，图画上必要的说明和标注，并按图签规定签署；5. 必须标注工艺设备，工艺物流线上的主要控制点符及调节阀等。
这里指的控制点符包括被测变量的仪表功能(如调节、纪录、指示、积算、连锁、报警、分析、检测及集中,就地仪表等)。
流程图的绘制步骤如下：1. 用细实线(0.3mm)画出设备简单外形，设备一般按1:100或1:50的比例绘制，如某种设备过高(如精馏塔)，过大或过小，则可适当放大或缩小；2. 常用设备外形可参照图0-1所示，对于无示例的设备可绘出其象征性的简单外形，表明设备的特征即可；3. 用粗实线(0.9mm)画出连接设备的主要物料管线，并注出流向箭头；4. 物料平衡数据可直接在物料管道上用细实线引出并列成表；5. 辅助物料管道(如冷却水、加热蒸汽等)，用中粗实线(0.6mm)表示；6. 设备的布置原则上按流程图由左至右，图上一律不标示设备的支脚、支架和平台等，一般情况下也不标注尺寸。
工艺物料的介质代码自行编制，一般以分子式及其编写字母表示。
辅助物料如公用系统介质代号规定如表0-1。
表0-1 辅助物料和共用系数介质代号表0-2 单元设备分类代号四、主体设备工艺条件图主体设备是指在每个单元操作中处于核心地位的关键设备，如传热中的换热器，蒸发中的蒸发器，蒸馏和吸收中的塔设备(板式塔和填料塔)，干燥中的干燥器等。
一般，主体设备在不同单元操作中是不同的，即使同一设备在不同单元操作中其作用也不相同，如某一设备在某个单元操作中为主体设备，而在另一单元操作中就可变为辅助设备。
例如，换热器在传热中为主体设备，而在精馏或干燥操作中就变为辅助设备。
泵、压缩机等也有类似情况。
主体设备工艺条件图是将设备的结构设计和工艺尺寸的计算结果用一张总图表示出来。
图面上应包括如下内容:1. 设备图形指主要尺寸(外形尺寸、结构尺寸、连接尺寸)、接管、人孔等；图0-1 流程图设备外形图例2. 技术特性指装置的用途、生产能力、最大允许压强、最高介质温度、介质的毒性和爆炸危险性；3. 设备组成一览表注明组成设备的各部件的名称等。
应予以指出，以上设计全过程统称为设备的工艺设计。
完整的设备设计，应在上述工艺设计基础上再进行机械强度设计，最后提供可供加工制造的施工图。
这一环节在高等院校的教学中，属于化工机械专业中的专业课程，在设计部门则属于机械设计组的职责。
第一节概述1.1精馏操作对塔设备的要求精馏所进行的是气(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。
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：(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。
(４) 结构简单，材料耗用量小，制造和安装容易。
(５) 耐腐蚀和不易堵塞，方便操作、调节和检修。
(６) 塔内的滞留量要小。
实际上，任何塔设备都难以满足上述所有要求，况且上述要求中有些也是互相矛盾的。
不同的塔型各有某些独特的优点，设计时应根据物系性质和具体要求，抓住主要矛盾，进行选型。
1.2板式塔类型气－液传质设备主要分为板式塔和填料塔两大类。
精馏操作既可采用板式塔，也可采用填料塔，填料塔的设计将在其他分册中作详细介绍，故本书将只介绍板式塔。
板式塔为逐级接触型气－液传质设备，其种类繁多，根据塔板上气－液接触元件的不同，可分为泡罩塔、浮阀塔、筛板塔、穿流多孔板塔、舌形塔、浮动舌形塔和浮动喷射塔等多种。
板式塔在工业上最早使用的是泡罩塔(1813年)、筛板塔(1832年)，其后，特别是在本世纪五十年代以后，随着石油、化学工业生产的迅速发展，相继出现了大批新型塔板，如S型板、浮阀塔板、多降液管筛板、舌形塔板、穿流式波纹塔板、浮动喷射塔板及角钢塔板等。
目前从国内外实际使用情况看，主要的塔板类型为浮阀塔、筛板塔及泡罩塔，而前两者使用尤为广泛，因此，本章只讨论浮阀塔与筛板塔的设计。