甲醇水筛板精馏塔课程设计
设计甲醇-水溶液的常压筛板精馏塔化工课程设计
目录一、绪论 (4)二、设计方案简介 (6)2.1 设计分析 (6)2.2 设计方案 (6)2.3工艺流程 (6)2.4设计方案概述 (7)三、装置设备的工艺计算 (8)3.1设计题目中的已知条件： (8)3.2物料的衡算 (8)3.3塔板数的确定 (9)甲醇和水的气液平衡数据 (9)3.4 操作线方程 (10)3.5 理论塔板数的确定 (11)3.6实际塔板数 (13)3.7筛板的力学验算 (16)3.8漏液验算 (17)四、精馏塔热量衡算 (18)4.2塔顶蒸汽带出热量Q V (18)4.3塔底产品带出热量Q W (18)4.4进料带入热量Q F (18)4.5回流带入热量Q L (19)4.6塔釜加热量Q B (19)4.7总的热量衡算 (19)五、主要设备尺寸计算 (20)5.1塔和塔板工艺尺寸计算 (20)5.2塔径 (20)5.3精馏塔高度的计算 (21)5.4溢流装置 (21)5.5堰长 (21)5.6堰高 (21)5.7塔板的分块 (22)5.8筛孔计算及其排列 (24)5.9 塔高的计算 (24)六、辅助设备的选择 (25)6.1蒸汽管 (25)6.3进料管 (25)6.4塔釜液出口 (25)6.5间接蒸汽加热管 (26)七、设计结果与参考文献 (27)7.1计算结果总表 (27)7.2 参考文献： (28)八、主要符号说明 (29)九、后记 (30)一、绪论原理精馏一种利用回流使液体混合物得到高纯度分离的蒸馏方法，是工业上应用最广的液体混合物分离操作，广泛用于石油、化工、轻工、食品、冶金等部门。
精馏操作按不同方法进行分类。
根据操作方式，可分为连续精馏和间歇精馏；根据混合物的组分数，可分为二元精馏和多元精馏；根据是否在混合物中加入影响汽液平衡的添加剂，可分为普通精馏和特殊精馏（包括萃取精馏、恒沸精馏和加盐精馏）。
若精馏过程伴有化学反应，则称为反应精馏。
双组分混合液的分离是最简单的精馏操作。
甲醇-水精馏课程设计—化工原理课程设计
甲醇-水分离过程板式精馏塔的设计1.设计方案的确定本设计任务为分离甲醇和水混合物。
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入精馏塔内。
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，其余部分经产品冷凝冷却后送至储罐。
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1.8倍。
塔釜采用间接蒸汽加热①。
2.精馏塔的物料衡算2.1.原料液及塔顶、塔顶产品的摩尔分率甲醇的摩尔质量M A=32.04kg/kmol水的摩尔质量M B=18.02 kg/kmolx F=0.46/32.040.324 0.46/32.040.54/18.02=+x D=0.95/32.040.914 0.95/32.040.05/18.02=+x W=0.03/32.040.0171 0.03/32.040.97/18.02=+2.2.原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量M F=0.324*32.04(10.324)*18.0222.56+-=kg/kmol M D=0.914*32.04(10.914)*18.0230.83-=kg/kmol M W=0.0171*32.04(10.0171)*18.0218.26+-=kg/kmol 2.3.物料衡算原料处理量F=30000*1000184.724*300*22.56=kmol/h总物料衡算184.7=D+W甲醇物料衡算184.7*0.324=0.914D+0.0171W 联立解得D=63.21 kmol/hW=121.49 kmol/h3.塔板数的确定3.1.理论塔板层数N T的求取3.1.1.由手册查的甲醇-水物系的气液平衡数据温度饱和蒸汽压（甲醇）kPa 饱和蒸汽压（水）kPa 64.5 101.3 25.00370 125.1458 31.15775 150.8157 38.54480 180.667 47.34385 215.19957.80890 254.946970.09595 300.48384.513100 352.4169101.3由上数据可绘出x-y图和t-x(y)图。
化工原理课程设计-甲醇-水混合液筛板精馏塔设计
攀枝花学院生物与化学工程学院化工原理课程设计设计题目：甲醇－水混合液筛板精馏塔设计姓名：学号：年级：2012级指导老师：设计时间：二O一四年十二月设计任务书一、设计条件年处理量：104500吨料液初温：20℃料液浓度： 34.5% （甲醇质量分率）塔顶产品浓度：98%（甲醇质量分率）塔底釜液含甲醇量不高于1%(以质量计)每年实际生产天数：330天（一年中有一个月检修）精馏塔塔顶压强：4KPa（表压）单板压降不超过0.7KPa冷却水温度：20℃饱和水蒸汽压力：0.25MPa(表压)设备型式：筛板塔建厂地区压力：1atm二、设计任务完成精馏塔工艺设计，精馏设备设计，有关附属设备的设计和选用，绘制精馏工艺流程图，设备结构图，编制设计说明书。
目录第一章综述1.1精馏原理及其在工业生产中的应用………………………………1.2精馏操作对塔设备的要求（生产能力、效率、流动阻力、操作弹性、结构、造价和工艺特性）………………………………1.3常用板式塔类型及本设计的选型………………………………1.4本设计所选塔的特性………………………………第二章工艺条件的确定和说明2.1确定操作压力………………………………2.2确定进料状态………………………………2.3确定加热剂和加热方式………………………………第三章流程的确定和说明（附流程简图）3.1流程的说明………………………………3.2设置各设备的原因（精馏设备、物料的储存和输送、必要的检测手段、操作中的调节和重要参数的控制、热能利用）第四章精馏塔的设计计算4.1物料衡算………………………………4.2回流比的确定………………………………4.3塔板数的确定………………………………4.4工艺条件及物性数据计算………………………………4.5汽液负荷计算（将结果进行列表）………………………………4.6精馏塔工艺尺寸计算（塔高、塔径、溢流装置、塔板布置及筛孔数目与排列）………………………………4.7塔板流动性能校核（液沫夹带量校核、塔板阻力校核、降液管液泛校核、液体在降液管中停留时间校核以及严重漏液校核）4.8塔板负荷性能图………………………………第五章精馏塔附属设备设计5.1主要工艺接管尺寸的计算和选取（进料管、回流管、釜液出口管、塔顶蒸汽管、塔底蒸汽管、人孔等）………………………………5.2塔顶冷凝器/冷却器设计，热负荷、冷却剂及其进、出口温度5.3塔底再沸器设计………………………………5.4原料预热器设计（2-3选一项设计）………………………………5.5泵的设计………………………………第六章主要计算结果列表6.1塔板主要结构参数表………………………………6.2塔板主要流动性能参数表………………………………第七章设计结果的讨论和说明………………………………第八章参考文献………………………………第九章课程设计总结………………………………第一章综述1.1精馏原理及其在工业生产中的应用（1）精馏原理：液体混合物经多次部分汽化和冷凝后，便可得到几乎完全的分离。
大连民族学院甲醇-水板式精馏塔课程设计终极版本
⼤连民族学院甲醇-⽔板式精馏塔课程设计终极版本化⼯原理课程设计甲醇-⽔分离过程板式精馏塔设计3 .⽬录1.设计⽅案的确定说明书及⼯艺流程草图 (5)2. 精馏塔的物料衡算 (6)2.1 原料液及塔顶和塔底的摩尔分率2.2 原料液及塔顶和塔底产品的平均摩尔量2.3 物料衡算3 塔板数的确定 (6)3.1 理论板层数N的求取T3.1.1 相对挥发度的求取3.1.2 求最⼩回流⽐及操作回流⽐3.1.3 求精馏塔的⽓、液相负荷3.1.4 求操作线⽅程3.1.5 采⽤逐板法求理论板层数3.2 实际板层数的求取3.2.1 液相的平均粘度3.2.2 全塔相对挥发度3.2.3 全塔效率E T 和实际塔板数4 .精馏塔的⼯艺条件及有关物性数据的算 (12)4.1 操作压⼒的计算4.2 操作温度计算4.3 平均摩尔质量计算4.4 平均密度计算4.4.1 ⽓相平均密度计算4.4.2 液相平均密度计算4.5 液体平均表⾯张⼒的计算4.6 液体平均粘度5. 精馏塔的塔体⼯艺尺⼨计算 (15)5.1 塔径的计算5.2 精馏塔有效⾼度的计算6. 塔板主要⼯艺尺⼨的计算 (17)6.1 溢流装置计算6.1.1 堰长L w6.1.2 溢流堰⾼度W h6.1.3 ⼸形降液管宽度W d和截⾯积A f6.1.4 降液管底隙⾼度h06.2 塔板布置及浮阀数⽬与排列6.3 浮阀塔的型号选取7 .塔板的流体⼒学验算 (22)7.1 塔板压降7.1.1 ⼲板阻⼒h c计算7.1.2 板上充⽓液层阻⼒h1计算7.1.3 液体表⾯张⼒所的阻⼒hσ的计算7.2 淹塔7.3 液沫夹带8.塔板负荷性能图 (24)8.1 雾沫夹带线8.2 液泛线8.3 液相负荷上限线8.4 漏液线8.5 液相负荷下限线8.6 塔板负荷性能图9.设计过程评述和有关问题的讨论 (27)10.主要符号说明 (28)1.设计⽅案的确定说明书及⼯艺流程草图本设计任务为分离甲醇 -⽔混合物。
化工原理课程设计之甲醇水连续筛板塔设计
化工原理课程设计题目甲醇-水连续精馏塔的设计姓名胡士彭学号200907120237年级2009级专业化学工程与工艺系（院）化学化工学院指导教师杨兰2012年5月（一）设计题目甲醇-水连续精馏塔的设计（二）设计任务及操作条件1) 进料：甲醇含量为42 %（质量百分率，下同）的常温液体；2) 产品的甲醇含量为90%；3) 残液中甲醇含量为1%；4) 年处理甲醇-水混合液：30000吨（开工率300 天/年）；5) 操作条件a) 塔顶压力：常压b) 进料热状态：泡点进料c) 回流比：R=2.7Rmin d) 加热方式：间接蒸汽e) 单板压降：≤0.7kPa （三）板类型筛板塔（四）厂址临沂地区（五）设计内容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) 塔板主要工艺尺寸的计算；6) 塔板的流体力学验算；7) 塔板负荷性能图；8) 精馏塔接管尺寸计算；9) 对设计过程的评述和有关问题的讨论。
本设计主要符号说明：英文字母A a---- 塔板的开孔区面积，m2 △P P----气体通过每层筛板的压降A f---- 降液管的截面积, m2 t----筛孔的中心距A o---- 筛孔区面积, m2u’o----液体通过降液管底隙的速度A T----塔的截面积m2 W c----边缘无效区宽度C----负荷因子无因次W d----弓形降液管的宽度C20----表面张力为20mN/m的负荷因子W s----破沫区宽度d o----筛孔直径Z----板式塔的有效高度D----塔径m 希腊字母e v----液沫夹带量kg液/kg气θ----液体在降液管内停留时间E T----总板效率μ----粘度R----回流比ρ----密度Rmin----最小回流比σ----表面张力M----平均摩尔质量kg/kmol φ----液体密度校正系数、开孔率t m----平均温度℃下标g----重力加速度9.81m/s2 max----最大的F o----筛孔气相动能因子kg1/2/(s.m1/2) min----最小的hl----进口堰与降液管间的水平距离m L----精馏段液相的h c----与干板压降相当的液柱高度m V----精馏段气相的、h d----与液体流过降液管的压降相当的液注高度m L'----提馏段液相的h f----塔板上鼓层高度m V'----提馏段气相的h L----板上清液层高度mh1----与板上液层阻力相当的液注高度mho----降液管的义底隙高度mh ow----堰上液层高度mh W----出口堰高度mh’W----进口堰高度mhσ----与克服表面张力的压降相当的液注高度mH----板式塔高度mH d----降液管内清液层高度mH D----塔顶空间高度mH F----进料板处塔板间距mH T----塔板间距mK----稳定系数l W----堰长mq v,L,h----液体体积流量m3/hq v,v,h----气体体积流量m3/h目录一、设计方案的确定 (5)二、精馏塔的物料衡算 (5)三、塔板数的确定 (5)四、精馏塔的工艺条件及有关物性数据数据的计算错误！未定义书签。
甲醇水筛板精馏塔课程设计
甲醇水筛板精馏塔课程设计《化工原理》专业课程设计设计题目常压甲醇－水筛板精馏塔设计姓名：潘永春班级：化工101 学号：xx054052 指导教师：朱宪荣课程设计时间xx、6、8xx、6、20 化工原理课程设计任务书专业：化学与化学工程学院：化工101 姓名：潘永春学号 xx0054052 指导教师朱宪荣设计日期：xx 年6月8日至 xx年6月20日一、设计题目：甲醇－水精馏塔的设计二、设计任务及操作条件：1、设计任务生产能力（进料）413、34Kmol/hr操作周期8000小时/年进料组成甲醇0、4634 水0、5366（质量分率下同）进料密度233、9Kg/m3 平均分子量22、65塔顶产品组成 >99%塔底产品组成 <0、04%2、操作条件操作压力1、45bar （表压）进料热状态汽液混合物液相分率98% 冷却水20℃ 直接蒸汽加热低压水蒸气塔顶为全凝器，中间汽液混合物进料，连续精馏。
3、设备形式筛板式或浮阀塔4、厂址齐齐哈尔地区三、图纸要求1、计算说明书（含草稿）2、精馏塔装配图（1号图，含草稿）一、前言51、精馏与塔设备简介52、体系介绍53、筛板塔的特点64、设计要求:6二、设计说明书7三、设计计算书81、设计参数的确定81、1进料热状态81、2加热方式81、3回流比（R）的选择81、4 塔顶冷凝水的选择82、流程简介及流程图82、1流程简介83、理论塔板数的计算与实际板数的确定93、1理论板数计算93、1、1物料衡算93、1、2 q线方程93、1、3平衡线方程103、1、4 Rmin和R的确定103、1、5精馏段操作线方程的确定103、1、6精馏段和提馏段气液流量的确定103、1、7提馏段操作线方程的确定103、1、8逐板计算103、1、9图解法求解理论板数如下图:123、2实际板层数的确定124精馏塔工艺条件计算124、1操作压强的选择124、2操作温度的计算134、3塔内物料平均分子量、张力、流量及密度的计算134、3、1 密度及流量134、3、2液相表面张力的确定：144、3、3 液体平均粘度计算154、4塔径的确定154、4、1精馏段154、4、2提馏段174、5塔有效高度174、6整体塔高175、塔板主要工艺参数确定185、1溢流装置185、1、1堰长lw185、1、2出口堰高hw185、1、3弓形降液管宽度Wd和面积Af185、1、4降液管底隙高度h0195、2塔板布置及筛孔数目与排列195、2、1塔板的分块195、2、2边缘区宽度确定195、2、3开孔区面积Aa计算195、2、4筛孔计算及其排列206、筛板的力学检验206、1塔板压降206、1、1干板阻力hc计算206、1、2气体通过液层的阻力Hl计算216、1、4气体通过每层塔板的液柱高hp216、2 筛板塔液面落差可忽略216、3液沫夹带216、4漏液226、5液泛227、塔板负荷性能图227、1漏液线227、2液沫夹带线237、3液相负荷下限线247、4液相负荷上限线247、5液泛线247、6操作弹性258、辅助设备及零件设计268、1塔顶冷凝器（列管式换热器）268、1、1方案Ⅰ：垂直管268、1、2方案Ⅱ：水平管298、2各种管尺寸的确定308、2、1进料管308、2、2釜残液出料管308、2、3回流液管318、2、4再沸器蒸汽进口管318、2、5 塔顶蒸汽进冷凝器出口管318、2、6冷凝水管328、3冷凝水泵329、设计结果汇总3310、参考文献及设计手册35四、设计感想35 一、前言1、精馏与塔设备简介蒸馏是分离液体混合物的一种方法，是传质过程中最重要的单元操作之一，蒸馏的理论依据是利用溶液中各组分蒸汽压的差异，即各组分在相同的压力、温度下，其探发性能不同（或沸点不同）来实现分离目的。
基于AspenPlus的甲醇与水筛板板精馏塔设计书
基于AspenPlus的甲醇与水筛板板精馏塔设计书第一章流程确定和说明1.1塔板类型1）精馏塔的塔板类型有三种：泡罩塔板，筛孔塔板，浮阀塔板。
筛板塔板具有结构简单，制造方便，造价低等优点；2）本设计采用筛板精馏塔；3）加料方式本精馏塔加料选择泵接加料，结构简单，安装方便，而且可以引入自动控制系统来实时调节流量及流速。
1.2进料状况本精馏塔选择泡点进料，常温原料经换热后进料。
1.3塔顶冷凝方式甲醇与水不反应，且容易冷凝，故本精馏塔塔顶选择全凝器，可用水冷凝。
1.4塔釜加热方式塔釜使用200℃的饱和蒸汽间接加热。
1.5回流比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1.2〜2倍，本设计规定回流比取最小回流比的1.5倍。
1.6回流方式本设计处理量大，所需塔板数多，塔较高，回流冷凝器不适宜塔顶安装，故采用强制回流。
1.7操作压力甲醇-水在常压下相对挥发度较大，因此在常压下也比较容易分离，故本设计采用常压精馏。
1.8工艺流程确定如图1是甲醇-水工艺流程草图：图1.甲醇-水分离工艺流程第二章 塔板工艺设计2.1精馏塔全塔物料衡算2.1.1设计要求及条件表1.设计要求及条件处理量（万吨/年）X D （质量分数，％） X F （质量分数，％）XW （质量分数，％）R/Rmin4.598.5450.31.52.1.2原料液级塔顶、塔底产品的摩尔分率已知：甲醇的摩尔质量M A =32.04Kg /Kmol , 水的摩尔质量M B =18.02Kg /Kmol 。
原料液组成可（摩尔分数，下同）0.45/32.04 0.45/32.04 + 0.55/18.02塔顶组成0.985/32.040.985/32.04 + 0.015/18.02塔底组成0.003/32.040.003/32.04 + 0.997/18.022.1.3原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量M = 0.3151 x 32.04 + (1-0.315D x 18.02 = 22.44kg/km )l F M = 0.9736 x 32.04 + (1 - 0.9736) x 18.02 = 31.67kg/kmDl D M = 0.0017 x 32.04 + (1 -0.0017)x 18.02 = 18.04kg/kmol W2.1.4 全塔物料衡算一年以300天，一天以24小时计，计算可得进料流率：4.5x 104 x 103 x l n.45/32.04 + (1 -0.45)/18.021 f 一 1Z1F = 4.5万吨/年=-- ----- ----- 二 278.54km )l/h=0.3151二 0.9736= 0.001689300x24全塔物料衡算式：Fx = Dx + Wx联立代入求解：D=89.82kmol/h, W=188.72kmol/h2.1.5 塔顶回收率2.2利用Aspen Plus 模拟进行塔工艺计算过程2.2.1 常压下甲醇-水气液平衡组成与温度关系2.2.2 甲醇-水精馏塔的简捷计算DSTWU 简捷塔模块的任务是从反应混合物中从塔顶分离甲醇。
分离甲醇—水混合液的筛板精馏塔化工原理课程设计大学论文
化工原理课程设计说明书设计题目：分离甲醇—水混合液的筛板精馏塔设计时间：专业名称：学生姓名：设计成绩：化工原理课程设计任务书一、设计题目分离甲醇——水混合液的筛板精馏塔二、设计数据及条件生产能力：年处理甲醇——水混合液 8.3 万吨（年开工300天）原料：轻组分含量为 40% （质量百分率，下同）的常温液体分离要求：塔顶轻组分含量不低于 93%塔底轻组分含量不高于 24%建厂地区：沈阳市三、设计要求：1、编制一份精馏塔设计说明书，主要内容要求：<1>.前言<2>.流程确定和说明<3>.生产条件确定和说明<4>.精馏塔的设计计算<5>.主要附属设备及附件的选型计算<6>.设计结果列表<7>.设计结果的自我总结评价与说明<8>.注明参考和使用的设计资料2、编制一份精馏塔工艺条件单，绘制一份带控制点的工艺流程图。
前言精馏是利用液体混合物中各组分挥发性的差异对其进行加热，然后进行多次混合蒸气的部分冷凝和混合液的部分加热汽化以达到分离目的的一种化工单元操作。
精馏操作应在塔设备中完成，塔设备提供气液两相充分接触的场所，有效地实现气液两相间的传热、传质，以达到理想的分离效果，在化工、炼油、石油化工等工业中得到广泛应用。
精馏是分离液体混合物最常用的一种单元操作，精馏过程中气液两相多次直接接触和分离，利用液相混合物个各组分的挥发度不同，使易挥发组分由液相向气相转移，实现原料液中各组分的分离。
本设计的题目是甲醇-水二元物系板式精馏塔的设计。
采用板式塔分离甲醇-水的液相混合物。
板式塔与填料塔相比用于精馏装置有诸多优势。
板式塔是逐级接触，混合物浓度呈阶跃式变化。
板式塔主要功能：在每块踏板上气液两相若保持充分接触，可为传质过程提供足够大且不断更新的相际接触面，减小传质阻力;在塔内使气液两相呈逆流流动，以提供最大的传质阻力。
板式塔可方便地住塔板安装冷却盘管。
甲醇—水精馏分离板式塔设计
3.3.5 提馏段平均摩尔质量
MVm 25.67 18.08 2 21.88 Kg mol
M
Lm
20.1118.01
2 19.06 Kg
mol
4.精馏塔的塔体工艺尺寸
4.1 精馏段塔径的计算
由上面可知精馏段 L 45 Kmol h V 68 Kmol h
精馏段的气、液相体积流率为
Vs VMVm 3600 Vm 68 28.73 3600 1.01 1.481 m3 s
根据回收率： xD D xF F 99%
则有：
D 23 Kmol h
由总物料衡算： F D W
以及:
xF F xD D W xW
容易得出： W 94 Kmol h , xW 0.0012
2.塔板数的确定
2.1 逐板计算法求取理论板层数 NT
甲醇-水汽液平衡数据：
x
y
x
y
3600 Af
HT Lh
3600 0.0448 0.40 3600 0.0084
21.31s5s 其中 HT 即为板间距
0.40m， Lh 即为每小时的体积流量
验证结果为降液管设计符合要求。 5.1.1.4 降液管底隙高度 ho
10
ho Lh 3600 lw uo 取 uo 0.07 m s ho 0.0084 3600 3600 0.6 0.07 0.020024 m0.02m
故精馏塔有效高度为 Z Z精 Z提 0.8 10.4m
5.塔板主要工艺尺寸
5.1 精馏段塔板工艺尺寸计算
5.1.1 溢流装置计算
9
因塔径
，
所以可选取单溢流弓形降液管，采用凹形受液盘。( 此种溢流方式液体流径较长， 塔板效率较高，塔板结构简单，加工方便，在直径小于 2.2m 的塔中被广泛使用。) 各项计算如下：
甲醇水筛板精馏塔课程设计
化学与化学工程学院《化工原理》专业课程设计设计题目常压甲醇－水筛板精馏塔设计姓名：潘永春班级：化工101学号：2010054052指导教师：朱宪荣课程设计时间2013、6、8——2013、6、20化工原理课程设计任务书专业：化学与化学工程学院：化工101 姓名：潘永春学号20100054052 指导教师朱宪荣设计日期：2013 年6月8日至2013年6月20日一、设计题目：甲醇－水精馏塔的设计二、设计任务及操作条件：1、设计任务生产能力（进料）413.34Kmol/hr操作周期8000小时/年进料组成甲醇0.4634 水0.5366（质量分率下同）进料密度233.9Kg/m3 平均分子量22.65塔顶产品组成>99%塔底产品组成<0.04%2、操作条件操作压力 1.45bar （表压）进料热状态汽液混合物液相分率98%冷却水20℃直接蒸汽加热低压水蒸气塔顶为全凝器，中间汽液混合物进料，连续精馏。
3、设备形式筛板式或浮阀塔4、厂址齐齐哈尔地区三、图纸要求1、计算说明书（含草稿）2、精馏塔装配图（1号图，含草稿）一．前言 51.精馏与塔设备简介 52.体系介绍 53.筛板塔的特点 64.设计要求: 6二、设计说明书7三．设计计算书8 1.设计参数的确定81.1进料热状态 81.2加热方式81.3回流比（R）的选择 81.4 塔顶冷凝水的选择82.流程简介及流程图82.1流程简介83.理论塔板数的计算与实际板数的确定93.1理论板数计算93.1.1物料衡算93.1.2 q线方程93.1.3平衡线方程103.1.4 Rmin和R的确定103.1.5精馏段操作线方程的确定103.1.6精馏段和提馏段气液流量的确定 103.1.7提馏段操作线方程的确定103.1.8逐板计算103.1.9图解法求解理论板数如下图: 123.2实际板层数的确定124精馏塔工艺条件计算124.1操作压强的选择124.2操作温度的计算134.3塔内物料平均分子量、张力、流量及密度的计算134.3.1 密度及流量 134.3.2液相表面张力的确定：144.3.3 液体平均粘度计算154.4塔径的确定 154.4.1精馏段154.4.2提馏段174.5塔有效高度 174.6整体塔高175.塔板主要工艺参数确定185.1溢流装置185.1.1堰长lw 185.1.2出口堰高hw 185.1.3弓形降液管宽度Wd和面积Af 185.1.4降液管底隙高度h0195.2塔板布置及筛孔数目与排列 195.2.1塔板的分块195.2.2边缘区宽度确定 195.2.3开孔区面积Aa计算195.2.4筛孔计算及其排列206.筛板的力学检验206.1塔板压降206.1.1干板阻力h c计算206.1.2气体通过液层的阻力Hl计算216.1.4气体通过每层塔板的液柱高h p21 6.2 筛板塔液面落差可忽略 216.3液沫夹带216.4漏液226.5液泛227.塔板负荷性能图227.1漏液线227.2液沫夹带线 237.3液相负荷下限线247.4液相负荷上限线247.5液泛线247.6操作弹性258. 辅助设备及零件设计268.1塔顶冷凝器（列管式换热器）268.1.1方案Ⅰ：垂直管 268.1.2方案Ⅱ：水平管 298.2各种管尺寸的确定308.2.1进料管308.2.2釜残液出料管308.2.3回流液管318.2.4再沸器蒸汽进口管318.2.5 塔顶蒸汽进冷凝器出口管318.2.6冷凝水管328.3冷凝水泵329.设计结果汇总3310. 参考文献及设计手册35四．设计感想35一．前言1.精馏与塔设备简介蒸馏是分离液体混合物的一种方法，是传质过程中最重要的单元操作之一，蒸馏的理论依据是利用溶液中各组分蒸汽压的差异，即各组分在相同的压力、温度下，其探发性能不同（或沸点不同）来实现分离目的。
化工原理课程设计甲醇和水筛板精馏塔分离
设计计算<一>设计方案的确定本设计任务为分离甲醇-水混合物。
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，将原料液通过预加热器至泡点后送入精馏塔内。
塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝，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。
该物系属易分离系，最小回流比，故操作回流比取最小回流比的2倍。
塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。
<二>精馏塔的物料衡算1、原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率甲醇的摩尔质量 M 甲醇=32.04kg/ kmol 水的摩尔质量 M 水=18.02kg/kmolX F =0.432.04=0.2730.40.6+32.0418.02X D =0.999732.04=0.99470.99970.0003+32.0418.02X W =0.00532.04=0.0028180.0050.995+32.0418.022、原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量M F =0.273×32.04+（1—0.273）×18.02=21.85kg/kmol M D =0.9947×32.04+(1—0.9947）×18.02=31.96kg/kmol M W =0.002818×32.04+(1—0.002818)×18.02=18.06kg/kmol 3、物料衡算 原料处理量：F=210000000=115.573302421.85⨯⨯⨯kmol/h总物料衡算：F=D+W 115.57=D+W甲醇物料衡算：FX F =DX D +WX W 115.57×0.273=D×0.9947+W×0.002818 联立解得 D=31.48kmol/h w=84.09kmol/h <三>塔板数的确定 1、理论板数的求取 ①由 y=1+(-1)xxαα及甲醇—水在不同温度下的汽—液平衡组成温度 液相 气相 a 温度 液相 气相 a 92.9 0.0531 0.2834 7.05 81.6 0.2083 0.6273 6.4 90.3 0.0767 0.4001 8.03 80.2 0.2319 0.6485 6.11 88.9 0.0926 0.4353 7.55 78 0.2818 0.6775 5.35 86.6 0.1257 0.4831 6.5 77.8 0.2909 0.6801 5.18 85 0.1315 0.5455 7.93 76.7 0.3333 0.6918 4.49 83.2 0.1674 0.5586 6.29 76.2 0.3513 0.7347 5.11 82.3 0.1818 0.5775 6.15 73.8 0.462 0.7756 4.02 72.7 0.5292 0.7971 3.49 68 0.7701 0.8962 2.57 71.3 0.5937 0.8183 3.08 66.9 0.8741 0.9194 1.6470 0.6849 0.8492 2.59am=1919......3.2.1a a a a =4.83 得到相平衡方程 y=4.83=1+(-1)x 1+3.83x xxαα因为泡点进料，所以q=1 且Xq=XF=0.273 且q 点过相平衡线 则y q=4.83=0.6451+3.83qqx x =0.645Rmin=D q q qx y y x --=0.94取操作回流比 min 2.0 1.88R R ==2、求精馏塔的气液相负荷==RD L 1.88×31.48=59.18kmol/h V=(R+1)D =2.88×31.48=90.66kmol/h =L+F=59.18+115.57=174.75kmol/h=V=90.66kmol/h 3、求操作线方程精馏段操作线方程 1n y +=1RR ++1D x R +=0.6528Xn+0.3454提馏段操作线方程 1W n n Wx Ly x V V+=-=1.927Xn-2.614×10-35、逐板计算法求理论板数因为塔顶为全凝器 10.9947D y X == 通过相平衡方程求 X 1=11=0.97494.83-3.83y y再通过精馏段操作线方程 y 2=0.6528X 1+0.3454=0.9818 ，如此反复得当X 6<Xq后，改用相平衡方程与提馏段操作方程yn+1=1.927Xn-12.614×10-3计算.如此反y 12=7.88×10-3x 12=1.64×10-3<0.002818可得到进料板位置 N F=6总理论板数N T =12<包括再沸器> 2、实际板层数的求取精馏段实际板层数：N 精=50.6=8.3≈9 提馏段实际板层数：N 提=60.6≈10（不包括再沸器）<四>精馏塔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 D =101.3+4=105.3KPa 每层塔板压力降 P=0.7KPa进料板压力 P F =105.3+0.7×9=111.6KPa 塔底压力 Pw=P F +0.7×10=118.6KPa精馏段平均压力 Pm=105.3+111.6=108.452KPa提馏段平均压力 P m ′=111.6+120=115.12KPa2、 操作温度计算（内插法得）根据甲醇-水的气-液平衡组成表，再通过内插法得： 塔顶温度 t D =64.79℃ 进料板温度 t F =78.3℃ 塔釜温度 t w =99.6℃精馏段平均温度 t m =+64.79+78.3==71.5422D F t t ℃ 提馏段平均温度 t m ′=+78.3+99.6==88.9522F W t t ℃3、 平均摩尔质量的计算塔顶平均摩尔质量计算由X D =y 1=0.9947 通过相平衡方程求得 X 1=0.9749M VDM =y 1M 甲+（1-y 1）M 水=0.9947×32.04+(1-0.9947) ×18.02=31.97Kg/Kmol M LOM =X 1M 甲+（1-X 1）M 水=0.9749×32.04+(1-0.9749) ×18.02=31.69 Kg/Kmol 进料板平均摩尔质量计算通过逐板计算得进料板y F =0.5603，再通过相平衡方程得X F =0.2087 M VFM = y F M 甲+（1-y F ）M 水=0.5603×32.04+（1-0.5603）×18.02=25.87Kg/Kmol M LFM =X F M 甲+（1-X F ）M 水=0.2087×32.04+（1-0.2087×18.02）=20.95Kg/Kmol塔釜平均摩尔质量的计算由X w =0.002818 查平衡曲线得 y w =0.01346M VWM =y w M 甲+（1-y w ）M 水=0.01346×32.04+（1-0.01346）×18.02=18.21Kg/Kmol M LWM =X W X 甲+（1-X W ）M 水=0.002818×32.04+（1-0.002818）×18.02=18.06Kg/Kmol 精馏段平均摩尔质量M VM =VDM VFM (M +M )31.97+25.87==28.92/22Kg KmolM LM =LDM LFM (M +M )31.69+20.95==26.32/22Kg Kmol提馏段平均摩尔质量M VM ′=VDM VFM (M +M )25.87+18.21==22.04/22Kg KmolM LM ′=LFM LWM (M +M )20.95+18.06==19.50/22Kg Kmol4、平均密度计算⑴气相平均密度计算由理想气体状态方程计算 即 精馏段VM =m vm P M 108.4528.92==1.0948.314(71.54+273.15)m RT ⨯⨯Kg/m提馏段vm ′=m vm P M 115.122.04==0.84278.314(88.95+273.15)m RT ''⨯'⨯ ⑵液相平均密度计算 液相平均密度按下式计算 即i 1a =m i∑ρL ρ塔顶液相平均密度的计算 由t D =64.79℃ 查手册得 甲=747.168Kg/m水=980.613Kg/mLPM =11==747.70.9970.003++746.168980.613甲水D wωωρρKg/m进料板液相平均密度计算 由t F =78.3℃ 查手册得 甲=735.53 Kg/m 水=972.82 Kg/m进料板液相的质量分率F x 0.208732.04===0.3192x +(1-x )M 0.208732.04+0.791318.02F F M aA M ⨯⨯⨯甲甲水LFM =11==881.91-0.31920.6808++735.53972.82甲水A A ααρρKg/m提馏段液相平均密度计算 由t w =99.6℃ 查手册得 甲=716.36Kg/m 水=958.176Kg/mLWM =11==957.061-0.0050.995++716.36958.676甲水w w ωωρρKg/m精馏段液相平均密度为LM =747.7881.91814.822LDM LFM ρ+ρ+==Kg/m 提馏段液相平均密度LM′=881.91+957.06919.4822LFM LWM ρ+ρ==Kg/m 5、液体平均表面张力的计算 液相平均表面张力依下式计算 即LM =X ii塔顶液相平均表面张力的计算 由t D =64.79℃查手册得甲=18.31mN/m水=65.29Mn/mLOM =X D甲+（1-X D ）水=0.9947×18.31+0.0053×65.29=18.56mN/m进料板液相平均表面张力的计算 由t F =78.3℃ 查手册得 甲=17.0647mN/m水=62.889mN/mLFM =X F甲+（1-X F ）水=0.2087×17.0647+0.7913×62.889=53.32mN/m塔釜液相平均表面张力的计算 由tw=99.6℃ 查手册得 甲=14.93mN/m 水=58.9mN/mLWM =X w甲+(1-X w )水=0.002818×14.93+（1-0.2087）×62.889=53.32mN/m精馏段液相平均表面张力为LM =18.5653.3235.9422L LFM OM δ+δ+==mN/m提馏段液相平均表面张力为L M′=53.3258.7856.0522LFM LW M δ+δ+==mN/m 6、液体平均粘度计算 液相平均粘度以下式计算，即LM=X i i塔顶液相平均粘度计算 由t D =64.79℃查手册得甲=0.3289mpa.s水=0.4479mpa.sLDM =X D甲+（1-X D ）水=0.9947g （0.3289）+（1-0.9947）（0.4479）= —0.4825LDM =0.3292mpa.s进料板液相平均粘度计算 由t F =78.3℃查手册得甲=0.28193mpa.s水=0.37084mpa.sLFM =X F甲+（1-X F ）水=0.2087(0.28193)+(1-0.2087)(0.37084)=—0.4557LFM =0.35mpa.s由t w =99.6℃ 查手册得甲=0.226mpa.s 水=0.289mpa.sLWM =X w 甲+(1-X w )水=0.002818lg(0.226)+(1-0.002818)(0.289)=-0.5394LWM =0.2888mpa.s精馏段液相平均黏度为LM =+0.32920.350.339722LDM LFM μμ+==mpa.s 提馏段液相平均黏度为L M′=0.28880.350.319422LFM LW M μ+μ+==mpa.s <五>精馏塔的塔体工艺尺寸计算1、 塔径的计算精馏段的气液相体积流率为 Vs=90.6628.92==0.665736003600 1.094vm vm VM ⨯⨯ρm/sLs=59.1826.32==0.00053136003600814.8lm lm LM ⨯⨯ρm/s提馏段的气液相体积流率为V s ′=90.6622.04==0.6586360036000.8427vm vm VM '⨯'⨯ρm /sL s ′=174.7519.50==1.02936003600919.48lm lm LM '⨯'⨯ρ×10-3 精馏段 u max =-L VVc ρρρ式中C 由C 20求取，C 20可通过查图（P 129页）筛板塔的泛点关联图的横坐标 0.000531814.8=0.6657 1.094sL sV L V ρρ 取板间距H T =0.35m （通过筛板塔的的泛点关联图）（书P 129 图10-42）得到C 20=0.068 C=C 20（20dL ）0.2=0.068×(35.9420) 0.2=0.07646 最大空塔气速u max =-814.8-1.094=0.0746=2.085/1.094L V V cm s ρρρ 取安全系数为0.8，则空塔气速u=0.8u max =0.8×2.085=1.668m/s 440.6657==0.7133.14 1.668s V m u π⨯⨯ 按标准塔径圆整后 D=0.8m （据书P 129 表10-1）塔截面积为A T = 3.140.8==0.502444D π⨯²²m ² 实际空塔气速 u=0.6657==1.325/0.5024s T V m s Amax 1.325==0.632.085u u 实(安全系数在允许范围内，符合设计要求) 提馏段同理查阅得C201.0291030.6586⨯-=0.05161查表得H T =0.35m C 20′=0.07 C ′=C20′(20L δ')0.2=0.07(56.0520)0.2=0.08602 Umax ′=C同上取安全系数0.8 u ′=0.8Umax ′=0.8×2.84=2.272m/s D ′=圆整取D ′=0.8m 同上A T ′=0.5024㎡ 实际空塔气速u ′=T 0.65861.313A 0.5024s V '==' max 1.313==0.462.84u U ''（符合安全系数范围，设计合理）2、精馏塔有效高度的计算精馏段有效高度为Z 精=（N 精-1）H T =（9-1）×0.35=2.8m 提馏段有效高度为Z 提=（N 提-1）H T =（10-1）×0.35=3.15m 在加料板上设一人孔，其高度为0.7m故精馏塔的有效高度为Z=Z 精+Z 提+0.7=2.8+3.15+0.7=6.65m <六>塔板主要工艺尺寸的计算 1、溢流装置计算因塔径D=0.8，可选用单溢流弓形降液管，采用凹形受液盘 ⑴堰长l w 取l w=0.6D=0.48m ⑵溢流堰高度h w 由h w =h L —h ow选用平直堰，堰上液层高度h ow =2.84()/31000hwL E l ² 取E=1.03 h ow =2.840.00053136001.03()/3=7.3510000.48⨯⨯⨯²mmh ow ′=2.840.00102936001.03()/3=11.3110000.48⨯⨯⨯²mm 取板上清液高度为h L =60mm h w =60-7,35=0.05265m h w ′=60-11.31=0.04869m ⑶弓形降液管宽度w d 和截面积A f 由=0.6lw D 查图（P127页 弓形降液管的宽度与面积图）得=0.052f T A A =0.1d w D所以A f =0.052A T =0.052×0.5024=0.02612㎡W d =0.1D=0.1×0.8=0.08m所以依式计算液体在降液管中的停留时间精馏段：=360036000.026120.35==17.2170.0005313600f T h A H s L ⨯⨯⨯> 3~5s （故设计合理） 提馏段：′=360036000.026120.35==8.8840.0010293600f T h A H s L '⨯⨯'⨯ >3~5s(故设计合理)⑷降液管低隙高度h 。
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40.599
39.607
38.548
1.2设计方案
甲醇和水的混合液是使用机泵经原料预热器加热后，送入精馏塔。塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝后，冷凝液部分利用重力泡点回流；部分连续采出经冷却器冷却后送至产品罐。塔釜采用直接蒸汽（150℃的饱和蒸汽）直接加热，塔底废水经冷却后送入贮槽。具体连续精馏流程参见下图（图1.2.1）：
，查图（ ），得 ，
取安全系数为0.70,则空塔气速为
按标准,塔径圆整为0.8mFra bibliotek塔截面积： ，
实际空塔气速
4.1.2、精馏塔有效高度的计算
精馏段 ，
提馏段 ，
进料板上设置一人孔，高0.8m，
精馏塔有效高度Z=7.45m
4.2塔板主要工艺尺寸的计算
4.2.1溢流装置的计算
因塔径 ，可采用单溢流弓形降液管，采用凹形受液盘。各项计算如下：
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化工原理设计任务书
1、设计题目：甲醇-水筛板精馏塔设计
2、设计条件：
加料量F=100kmol/h
进料组成 =0.48＋0.001×（26－20）=0.486
馏出液组成 =0.92＋0.001×（26－20）=0.926
釜液组成 =0.02＋0.001×（26－20）=0.026
970.38
943.4
926.4
表1-.1.4水和甲醇液体的表面张力σ
温度t,℃
60
80
100
120
140
σA,mN/m
17.33
15.04
12.08
10.63
8.534
σB,mN/m
66.07
62.69
甲醇水精馏塔的设计方案
1.1课程设计甲醇-水分离板式精馏塔的设计系别：专业（班级）：作者（学号）：指导教师：完成日期：甲醇-水分离板式精馏塔的设计(一)设计题目在抗生素类药物生产过程中，需要用甲醇溶媒洗涤晶体，洗涤过滤后产生废甲醇溶媒，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。
为使废甲醇溶媒重复利用，拟建立一套板式精馏塔，设计要求废甲醇溶媒的处理量为5万吨/年，以对废甲醇溶媒进行精馏。
馏出液组成为含水2%，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) 全塔效率：Et=56%5）单板压降：<0.7KPa（三）塔板类型筛孔板（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) 塔板主要工艺尺寸的计算；6) 塔板的流体力学验算；7) 塔板负荷性能图；8) 精馏塔接管尺寸计算；9) 对设计过程的评述和有关问题的讨论。
2、设计图纸要求：1) 绘制生产工艺流程图（A3号图纸）；2) 绘制精馏塔设计条件图（A3号图纸）。
目录1 设计方案的确定 (1)2 精馏塔的物料衡算 (1)2.1 原料液及塔顶和塔底的摩尔分率 (1)2.2 原料液及塔顶和塔底产品的平均摩尔质量 (1)2.3 物料衡算 (1)3 塔板数的确定 (2)N的求取 (2)3.1 理论板层数T3.1.1 相对挥发度的求取 (2)3.1.2 求最小回流比及操作回流比 (2)3.1.3 求精馏塔的气、液相负荷 (3)3.1.4 求操作线方程 (3)3.1.5 采用逐板法求理论板层数 (3)3.2 实际板层数的求取 (4)3.2.1 液相的平均粘度 (4)3.2.2 精馏段和提馏段的相对挥发度 (5)3.2.3 全塔效率E T和实际塔板数 (5)4 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (5)4.1 操作压力的计算 (5)4.2 操作温度计算 (6)4.3 平均摩尔质量计算 (6)4.4 平均密度计算 (7)4.4.1 气相平均密度计算 (7)4.4.2 液相平均密度计算 (7)4.5 液体平均表面张力的计算 (7)4.6 液体平均粘度 (8)5 精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (8)5.1 塔径的计算 (8)5.2 精馏塔有效高度的计算 (9)6 塔板主要工艺尺寸的计算 (9)6.1 溢流装置计算 (9)l (10)6.1.1 堰长Wh (10)6.1.2 溢流堰高度W6.1.3 弓形降液管宽度d W 和截面积f A ................................................................ 10 6.1.4 降液管底隙高度0h . (11)6.2塔板布置 ..................................................................................................................... 11 6.2.1 塔板的分块 ..................................................................................................... 11 6.2.2 边缘区宽度确定 ............................................................................................. 11 6.2.3 开孔区面积计算 ............................................................................................. 11 6.2.4 筛孔计算及排列 ............................................................................................. 11 7塔板的流体力学验算 ............................................................................................................. 12 7.1 塔板压降 (12)7.1.1 干板阻力c h 计算 ............................................................................................ 12 7.1.2 气体通过液层的阻力1h 计算 ........................................................................ 12 7.1.3液体表面张力的阻力h 计算 (13)7.2 液面落差 ..................................................................................................................... 13 7.3 液沫夹带 ..................................................................................................................... 13 7.4 漏液 ............................................................................................................................. 13 7.5 液泛 ............................................................................................................................. 14 8 塔板负荷性能图 (14)8.1 漏液线 ......................................................................................................................... 14 8.2 液沫夹带线 ................................................................................................................. 15 8.3 液相负荷下限线 ......................................................................................................... 16 8.4 液相负荷上限线 ......................................................................................................... 16 8.5 液泛线 ......................................................................................................................... 17 9 筛板塔设计计算结果 ............................................................................................................. 18 10 精馏塔接管尺寸计算 . (20)10.1 塔顶蒸气出口管的直径V d ................................................................................... 20 10.2 回流管的直径R d ................................................................................................... 20 10.3 进料管的直径F d ................................................................................................... 20 10.4 塔底出料管的直径W d (21)11 对设计过程的评述和有关问题的讨论 (21)12 设计图纸 ................................................................................................................................ 21 13 参考文献 ................................................................................................................................ 21 14主要符号说明 (22)2 设计方案的确定本设计任务为分离甲醇－水混合物。
甲醇-水筛板精馏塔的设计3-下发
化工原理课程设计任务书(一)设计题目甲醇-水筛板精馏塔的设计（4）(二)设计任务及操作条件1、原料液中含甲醇27%（质量分数），其余为水；2、产品中甲醇的含量不得低于89%（质量分数）；3、馏出液中甲醇的回收率96%；4、混合液处理量为5000kg/h。
5、操作条件：①精馏塔顶压强：4kPa（表压）②进料热状态：q=1③R=(1.1-2.0) Rmin④加热状态：低压蒸气⑤单板压降≯0.7kPa(三)设备类型设备类型为筛板塔(四)设计内容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、绘制t-x-y相平衡图、塔板负荷性能图、塔板结构示意图、工艺流程图；5、编写设计说明书，包括设计结果汇总、设计评价和致谢等。
设计任务书 (1)第一章总论 (3)第一节概述及设计原则 (3)第二节设计方案简介 (3)第三节进料状态和回流比的选择 (4)第二章精馏塔的工艺设备计算 (5)第一节总体设计计算 (5)第二节塔的工艺条件及物性数据计算 (7)第三节塔和塔板工艺计算 (9)第四节筛板流体力学验算 (9)第五节筛板流体力学验算 (12)第六节塔板负荷性能图 (14)第三章辅助设备选择 (17)第一节冷凝器 (17)第二节再沸器 (17)第四章设计结果 (19)第一节设计结果汇总 (19)第二节主要符号说明及主要参考资料 (20)第三节设计评价及致谢 (22)附录 (23)参考资料 (27)第一章：总论第一节概述及设计原则一．概述气液传质设备种类繁多，但基本上可以分为两大类：逐级接触式和微分接触式。
板式塔便是一种应用极为广泛的逐级接触式气液传质设备。
它大致可分为两类，一类是有降液管的塔板，如泡罩、浮阀、筛板、导向筛板、新型垂直筛板、舌形、S形、多降液管塔板等；另一类是无降液管塔板，如穿流式筛板(栅板)、穿流式波纹板等。
筛板是在塔板上钻有均布的筛孔，上升气流经筛孔分散，鼓泡通过板上液层，形成气液密切接触的泡沫层(或喷射的液滴群)。
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化学与化学工程学院《化工原理》专业课程设计设计题目常压甲醇－水筛板精馏塔设计姓名：***班级：化工101学号：2010054052指导教师：朱宪荣课程设计时间2013、6、8——2013、6、20化工原理课程设计任务书专业：化学与化学工程学院：化工101 姓名：潘永春学号 20100054052 指导教师朱宪荣设计日期： 2013 年6月8日至 2013年6月20日一、设计题目：甲醇－水精馏塔的设计二、设计任务及操作条件：1、设计任务生产能力（进料） 413.34Kmol/hr操作周期 8000小时/年进料组成甲醇0.4634 水0.5366（质量分率下同）进料密度 233.9Kg/m3 平均分子量 22.65塔顶产品组成 >99%塔底产品组成 <0.04%2、操作条件操作压力 1.45bar （表压）进料热状态汽液混合物液相分率98%冷却水 20℃直接蒸汽加热低压水蒸气塔顶为全凝器，中间汽液混合物进料，连续精馏。
3、设备形式筛板式或浮阀塔4、厂址齐齐哈尔地区三、图纸要求1、计算说明书（含草稿）2、精馏塔装配图（1号图，含草稿）一．前言51.精馏与塔设备简介 52.体系介绍 53.筛板塔的特点 64.设计要求: 6二、设计说明书7三．设计计算书8 1.设计参数的确定81.1进料热状态81.2加热方式81.3回流比（R）的选择81.4 塔顶冷凝水的选择 82.流程简介及流程图 82.1流程简介83.理论塔板数的计算与实际板数的确定93.1理论板数计算93.1.1物料衡算93.1.2 q线方程93.1.3平衡线方程103.1.4 Rmin和R的确定103.1.5精馏段操作线方程的确定103.1.6精馏段和提馏段气液流量的确定103.1.7提馏段操作线方程的确定103.1.8逐板计算103.1.9图解法求解理论板数如下图: 123.2实际板层数的确定124精馏塔工艺条件计算124.1操作压强的选择124.2操作温度的计算134.3塔内物料平均分子量、张力、流量及密度的计算134.3.1 密度及流量134.3.2液相表面张力的确定：144.3.3 液体平均粘度计算154.4塔径的确定154.4.1精馏段154.4.2提馏段174.5塔有效高度174.6整体塔高175.塔板主要工艺参数确定185.1溢流装置185.1.1堰长lw 185.1.2出口堰高hw 185.1.3弓形降液管宽度Wd和面积Af 185.1.4降液管底隙高度h195.2塔板布置及筛孔数目与排列195.2.1塔板的分块195.2.2边缘区宽度确定195.2.3开孔区面积Aa计算195.2.4筛孔计算及其排列206.筛板的力学检验206.1塔板压降20计算206.1.1干板阻力hc6.1.2气体通过液层的阻力Hl计算21216.1.4气体通过每层塔板的液柱高hp6.2 筛板塔液面落差可忽略216.3液沫夹带216.4漏液226.5液泛227.塔板负荷性能图227.1漏液线 227.2液沫夹带线237.3液相负荷下限线247.4液相负荷上限线247.5液泛线 247.6操作弹性258. 辅助设备及零件设计268.1塔顶冷凝器（列管式换热器）268.1.1方案Ⅰ：垂直管268.1.2方案Ⅱ：水平管298.2各种管尺寸的确定308.2.1进料管308.2.2釜残液出料管308.2.3回流液管318.2.4再沸器蒸汽进口管318.2.5 塔顶蒸汽进冷凝器出口管318.2.6冷凝水管328.3冷凝水泵329.设计结果汇总3310. 参考文献及设计手册35四．设计感想35一．前言1.精馏与塔设备简介蒸馏是分离液体混合物的一种方法，是传质过程中最重要的单元操作之一，蒸馏的理论依据是利用溶液中各组分蒸汽压的差异，即各组分在相同的压力、温度下，其探发性能不同（或沸点不同）来实现分离目的。
例如，设计所选取的甲醇-水体系，加热甲醇（沸点64.5℃）和水（沸点100.0℃）的混合物时,由于甲醇的沸点较水为低,即甲醇挥发度较水高,故甲醇较水易从液相中汽化出来。
若将汽化的蒸汽全部冷凝，即可得到甲醇组成高于原料的产品，依此进行多次汽化及冷凝过程，即可将甲醇和水分离。
这多次进行部分汽化成部分冷凝以后，最终可以在汽相中得到较纯的易挥发组分，而在液相中得到较纯的难挥发组分，这就是精馏。
在工业中，广泛应用精馏方法分离液体混合物，从石油工业、酒精工业直至焦油分离，基本有机合成，空气分离等等，特别是大规模的生产中精馏的应用更为广泛。
蒸馏按操作可分为简单蒸馏、平衡蒸馏、精馏、特殊精馏等多种方式。
按原料中所含组分数目可分为双组分蒸馏及多组分蒸馏。
按操作压力则可分为常压蒸馏、加压蒸馏、减压（真空）蒸馏。
此外，按操作是否连续蒸馏和间歇蒸馏。
工业中的蒸馏多为多组分精馏，本设计着重讨论常压下的双组分精馏，即苯-甲苯体系。
在化学工业和石油工业中广泛应用的诸如吸收，解吸，精馏，萃取等单元操作中，气液传质设备必不可少。
塔设备就是使气液成两相通过紧密接触达到相际传质和传热目的的气液传质设备之一。
塔设备一般分为阶跃接触式和连续接触式两大类。
前者的代表是板式塔，后者的代表则为填料塔。
筛板塔在十九世纪初已应用与工业装置上，但由于对筛板的流体力学研究很少，被认为操作不易掌握，没有被广泛采用。
五十年代来，由于工业生产实践，对筛板塔作了较充分的研究并且经过了大量的工业生产实践，形成了较完善的设计方法。
筛板塔和泡罩塔相比较具有下列特点：生产能力大于10.5%，板效率提高产量15%左右；而压降可降低30%左右；另外筛板塔结构简单，消耗金属少，塔板的造价可减少40%左右；安装容易，也便于清理检修。
本设计讨论的就是筛板塔。
2.体系介绍甲醇－水体系汽液平衡数据(101.325kPa)：x 0 0.0531 0.0767 0.0926 0.1257 0.1315 0.1674 0.1818 0.2083 0.2319y 0 0.2834 0.4001 0.4353 0.4831 0.5455 0.5585 0.5775 0.6273 0.6485t/℃100 92.9 90.3 88.9 86.6 85.0 83.2 82.3 81.6 80.2x0.2818 0.2909 0.3333 0.3513 0.4620 0.5292 0.5937 0.6849 0.7701 0.8741 1.00y0.6775 0.6801 0.6918 0.7347 0.7756 0.7971 0.8183 0.8492 0.8962 0.9194 1.00t/℃78.0 77.8 76.7 76.2 73.8 72.7 71.3 70.0 68.0 66.9 64.7 甲醇、水密度、粘度、表面张力在不同温度下的值：50 60 70 80 90 1ρ甲醇760 751 743 734 725 7ρ水988.1 983.2 977.8 971.8 965.3 9µ甲醇0.350 0.306 0.277 0.251 0µ水0.479 0.414 0.362 0.321 0σ甲醇18.76 17.82 16.91 15.82 1σ水66.2 64.3 62.6 60.7 53.筛板塔的特点筛板塔板简称筛板，结构持点为塔板上开有许多均匀的小孔。
根据孔径的大小，分为小孔径筛板(孔径为3—8mm)和大孔径筛板(孔径为10—25mm)两类。
工业应用小以小孔径筛板为主，大孔径筛板多用于某些特殊场合(如分离粘度大、易结焦的物系)。
筛板的优点足结构简单，造价低；板上液面落差小，气体压降低，生产能力较大；气体分散均匀，传质效率较高。
其缺点是筛孔易堵塞，不宜处理易结焦、粘度大的物料。
应予指出，尽管筛板传质效率高，但若设计和操作不当，易产生漏液，使得操作弹性减小，传质效率下降．故过去工业上应用较为谨慎。
近年来，由于设计和控制水平的不断提高，可使筛板的操作非常精确，弥补了上述不足，故应用日趋广泛。
在确保精确设计和采用先进控制手段的前提下，设计中可大胆选用。
4.设计要求:设计条件：体系：甲醇-水体系P=145kpa（表压）进料组成0。
4634 馏出液组成》0.99釜液组成《0.004 （以上均为质量分率）加料热状况q=1.0塔顶全凝器泡点回流回流比R=(1.1—2.0)R min单板压降≤0.7kPa二、设计说明书（1）设计单元操作方案简介蒸馏过程按操作方式的不同，分为连续蒸馏和间歇蒸馏两种流程。
连续蒸馏具有生产能力大，产品质量稳定等优点，工业生产中以连续蒸馏为主。
间歇蒸馏具有操作灵活、适应性强等优点，但适合于小规模、多品种或多组分物系的初步分离。
故分离苯-甲苯混合物体系应采用连续精馏过程。
蒸馏是通过物料在塔内的多次部分气化与多次部分冷凝实现分离的，热量自塔釜输入，由冷凝器和冷却剂中的冷却介质将余热带走。
塔顶冷凝装置可采用全凝器、分凝器-全凝器两种不同的设置。
工业上以采用全凝器为主，以便准确控制回流比。
（2）筛板塔设计须知（1）筛板塔设计是在有关工艺计算已完成的基础上进行的。
对于气、液恒摩尔流的塔段，只需任选其中一块塔板进行设计，并可将该设计结果用于此塔段中。
例如，全塔最上面一段塔段，通常选上面第一块塔板进行设计；全塔最下面一段塔段，通常选最下面一块塔板进行设计。
这样计算便于查取气液相物性数据。
（2）若不同塔段的塔板结构差别不大，可考虑采用同一塔径，若不同塔段塔板的筛孔数、空心距与筛孔直径之比t/d0可能有差异。
对筛孔少、塔径大的塔段，为减少进塔壁处液体“短路”，可在近塔壁处设置挡板。
只有当不同塔段的塔径相差较大时才考虑采用不同塔径，即异径塔。
（3）筛板塔的设计程序（1）选定塔板液流形式、板间距 HT、溢流堰长与塔径之比lw/D、降液管形式及泛点百分率。
（2）塔径计算。
（3）塔板版面布置设计及降液管设计。
（4）塔板操作情况的校核计算——作负荷性能图及确定确定操作点。
三．设计计算书1.设计参数的确定1.1进料热状态泡点进料时，塔的操作易于控制，不受环境影响。
饱和液体进料时进料温度不受季节、气温变化和前段工序波动的影响，塔的操作比较容易控制。
此外，泡点进料，提馏段和精馏段塔径大致相同，在设备制造上比较方便。
冷液进塔虽可减少理论板数，使塔高降低，但精馏釜及提馏段塔径增大，有不利之处。
所以根据设计要求，泡点进料，q＝1。
1.2加热方式精馏塔的设计中多在塔底加一个再沸器以采用间接蒸汽加热以保证塔内有足够的热量供应；由于甲醇-水体系中，甲醇是轻组分由塔顶冷凝器冷凝得到，水为重组分由塔底排出。
所以本设计应采用再沸器提供热量，采用直接（低压）水蒸汽加热。
1.3回流比（R）的选择实际操作的R必须大于R min，但并无上限限制。