年产2万吨乙醇—水精馏塔设计
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管道计算及规格选择......................... 错误!未定义书签。 管道设计步骤 ...................... 错误!未定义书签。 算例 .............................. 错误!未定义书签。 管道设计结果汇总表 ................ 错误!未定义书签。
塔底温度： 精馏段定性温度： 提馏段定性温度： 2.5.3 平均分子质量 Mm 塔顶：
加料板：Байду номын сангаас
塔底：
精馏段：精馏段定性温度
,由
气相平均分子质量：
图可知
液相平均分子质量：
提馏段：提馏段定性温度为
由
图可知
2.5.4 平均密度ρm
1、 液相平均密度
塔顶：塔顶温度
下查得水的密度为
。
，乙醇的密度为
进料板：加料板温度 。
理论塔板数 NT 的求取 ................ 错误!未定义书签。 全塔效率 ET ........................ 错误!未定义书签。 实际塔板数 Np ...................... 错误!未定义书签。 加料位置与状态的选择 .............. 错误!未定义书签。 物性参数计算............................... 错误!未定义书签。 定性压力 pm ........................ 错误!未定义书签。 定性温度 tm ........................ 错误!未定义书签。 平均分子质量 Mm .................... 错误!未定义书签。 平均密度 ρm ....................... 错误!未定义书签。 液体的平均表面张力 ................ 错误!未定义书签。 液体的平均粘度 μL,m ................ 错误!未定义书签。 汽液负荷计算............................... 错误!未定义书签。 精馏段气液负荷计算 ................ 错误!未定义书签。 提馏段汽液负荷计算 ................ 错误!未定义书签。 塔及塔板主要工艺结构尺寸结构的计算......... 错误!未定义书签。
1.1.3 设计参数
生产任务：年产量 加热蒸汽压力：（表压） 冷却器进口水温度：20
冷凝器出口水温：50
原料浓度：
塔顶产品浓度：
（质量分率）
塔釜浓度：
）
1.2 精馏过程简介 图 1 为连续精馏塔。乙醇水混合液自塔的中部某适当位置连续地加入塔内，
塔顶设有冷凝器将塔顶蒸汽冷凝为液体。冷凝液的一部分回入塔顶，称为回流液， 其余作为塔顶产品（馏出液）排出。在塔内上半部（加料位置以上）上升蒸汽和 回流液体之间进行着逆流接触和物质传递。塔底部装有再沸器以加热液体产生蒸 汽，蒸汽沿塔上升，与下降的液体逆流接触并进行物质传递，塔底连续排除部分
塔径的设计计算 .................... 错误!未定义书签。 塔板工艺结构尺寸的设计与计算 ...... 错误!未定义书签。 校核计算................................... 错误!未定义书签。 精馏段校核计算 .................... 错误!未定义书签。 提馏段校核计算 .................... 错误!未定义书签。 塔板负荷性能图的计算与绘制................. 错误!未定义书签。 精馏段塔板负荷性能图 .............. 错误!未定义书签。 提馏段塔板负荷性能图 .............. 错误!未定义书签。
液体作为塔底产品。
在塔的加料位置以上，上升蒸汽中所含的重组分向液相传递，而回流液中的
轻组分向气相传递。如此物质交换
的结果，使上升蒸汽中轻组分的浓
度逐渐升高。只要有足够的相际接
触表面和足够的液体回流量，到达
塔顶的蒸汽将成为高纯度的轻组 分。塔的上半部完成了上升蒸汽的
图 1 连续精馏过程
精制，即除去其中的重组分，因而
合物连续地、高纯度地分离为轻、重两组分。
精馏与蒸馏的区别在于“回流”，包括塔顶的液相回流与塔釜部分汽化造成
的气相回流，回流是构成气、液两相接触传质的必要条件，没有气液两相的接触
也就无从进行物质交换。另一方面，组分挥发度的差异造成了有利的相平衡条件
（y > x）。这使上升蒸汽在与自身冷凝回流液之间的接触过程中，重组分向液相
换热器的计算与设计选型..................... 错误!未定义书签。 预热器 ............................ 错误!未定义书签。 再沸器 ............................ 错误!未定义书签。 冷凝器 ............................ 错误!未定义书签。 冷却器 ............................ 错误!未定义书签。
传递，轻组分向气相传递。相平衡条件 y > x 使必需的回流液的数量小于塔顶冷
凝液的的总量，即只需要部分回流，而无需全部回流。唯有如此，才能从塔顶抽
出部分凝液作为产品。因此，精馏过程的基础是组分挥发度的差异。
2 工艺设计部分
2.1 全塔物料衡算
质量分率化为摩尔分率，得 2.2 乙醇-水的气液平衡数据
下查得水的表面张力为
，乙醇的表面
塔底：塔底温度
下查得水的表面张力为
，乙醇的表面张
力为
。
精馏段：精馏段定性温度
表面张力为
。
下查得水的表面张力为
，乙醇的
提馏段：提馏段定性温度 表面张力为
下查得水的表面张力为为
,乙醇的
2.5.6 液体的平均粘度 μL,m
塔顶：在塔顶温度 。
下，查得水的黏度为
，乙醇的黏度为
化简，得 提馏段操作线方程：
化简，得 根据气液相平衡数据及精馏段、提馏段操作线方程，利用 MATLAB 编程计算
理论板数，得图 4。
即理论板数
图 4 图解法计算理论板数
2.4.2 全塔效率 ET
采用
法，根据
可得：
塔顶相对挥发度：
塔顶温度： 塔底相对挥发度：
塔底温度： 代入数值，结合相平衡曲线计算得 相对挥发度 全塔效率
3 设备设计及辅助设计部分............ 错误!未定义书签。
塔体结构的初步设计......................... 错误!未定义书签。 筒体和封头厚度计算 ................ 错误!未定义书签。 椭圆封头的选型 .................... 错误!未定义书签。
2.4.3 实际塔板数 Np 以塔釜作为一块理论板，根据
精馏段塔板数
提馏段塔板数
总塔板数
2.4.4 加料位置与状态的选择
加料位置：第 33 块塔板 进料状态：泡点进料 2.5 物性参数计算
2.5.1 定性压力 pm
取每层塔板压降为 塔顶：
计算
加料板：
塔底压力：
精馏段定性压力：
提馏段定性压力：
2.5.2 定性温度 tm 塔顶温度： 加料板温度：
6 参考文献 ......................... 错误!未定义书签。
1 概述
1.1 设计题目及要求 1.1.1 设计题目 年产两万吨乙醇-水连续精馏塔（筛板塔） 1.1.2 设计任务
由设定值浓度 的酒精-水二元均相混合物作原料，根据所需要的年产量 D、 塔顶产品浓度 、塔釜浓度 等参数设计出酒精连续精馏塔。
下查得水的密度为
，乙醇的密度为
塔底：塔底温度 。
下查得水的密度为
，乙醇的密度为
精馏段：精馏段定性温度
为
。
下查得水的密度为
，乙醇的密度
提馏段：提馏段定性温度
为
。
下查得水的密度为
,乙醇的密度
2、 气相平均密度
2.5.5 液体的平均表面张力
塔顶：塔顶温度
为为
。
下查得水的表面张力为
，乙醇的表面张力
加料板：加料板温度 张力为
液相回流摩尔流率： 液相体积流量：
2.6.2 提馏段汽液负荷计算 气相摩尔流率： 气相体积流量：
液相回流摩尔流率： 液相体积流量：
2.7 塔及塔板主要工艺结构尺寸结构的计算 2.7.1 塔径的设计计算
初选塔板间距
，及板上液层高度
，则
按 Smith 法求取允许的空塔气速 （即泛点气速 ）
查 Smith 通用关联图，得 负荷因子：
成绩
西北大学化工学院 化工原理课程设计说明书
设计名称： 年产两万吨乙醇-水精馏塔 年级专业： 2013 级化学工程与工艺 姓 名： 指导老师：
2016 年 1 月 15 日
目录
1 概述 ............................. 错误!未定义书签。
设计题目及要求............................. 错误!未定义书签。 设计题目 .......................... 错误!未定义书签。 设计任务 .......................... 错误!未定义书签。 设计参数 .......................... 错误!未定义书签。
泛点气速：
操作气速：取
精馏段塔径： 提馏段塔径： 圆整，取 此时的泛点气速：
操作气速
：
2.7.2 塔板工艺结构尺寸的设计与计算
1、塔板工艺结构尺寸的设计与计算 ⑴ 溢流装置： a. 精馏段
采用单溢流型的平形溢流堰、弓形降液管、平行受液盘，且不设进口内堰。 ① 溢流堰长（出口堰长） ：取
， 堰上溢流强度：
称为精馏段。
在塔的加料位置以下，下降液
体（包括回流液和加料液中的液体）中的轻组分向气相传递，上升蒸汽中的重组
分向液相传递。这样，只要两相接触面和上升蒸汽量足够，到达塔底的液体中所
含的轻组分可降至很低，从而获得高纯度的重组分。塔的下半部完成了下降液体
中重组分的提浓即提出了轻组分，因而称为提馏段。
一个完整的精馏塔应包括精馏段和提馏段，再这样的塔内可将一个双组分混
精馏过程简介............................... 错误!未定义书签。
2 工艺设计部分...................... 错误!未定义书签。
全塔物料衡算............................... 错误!未定义书签。 乙醇-水的气液平衡数据...................... 错误!未定义书签。 确定 Rmin 及工业生产常用 R 的选择 ............. 错误!未定义书签。 板效率、塔板数的计算和进料位置与状态的选择. 错误!未定义书签。
4 设计数据总汇表.................... 错误!未定义书签。
物性参数数据............................... 错误!未定义书签。 工艺设计数据............................... 错误!未定义书签。
5 认识与体会 ....................... 错误!未定义书签。
图 2 乙醇—水相平衡曲线图
t/ ℃
x
图 3 乙醇-水等压相图（p=1atm）
2.3 确定 Rmin 及工业生产常用 R 的选择
根据图 1，得 Rmin 时精馏段操作线斜率为
最小回流比 回流比
取回流比
，则
2.4 板效率、塔板数的计算和进料位置与状态的选择 2.4.1 理论塔板数 NT 的求取 精馏段操作线方程：
加料板：在加料板温度
为
。
下，查得水的黏度为
，乙醇的黏度
塔底：在塔底温度 。
下，查得水的黏度为
，乙醇的黏度为
精馏段：在精馏段定性温度
黏度为
。
，下查得水的黏度为
提馏段：在提馏段定性温度 黏度为
下，查得水的黏度为
2.6 汽液负荷计算 2.6.1 精馏段气液负荷计算 气相摩尔流率： 气相体积流量：
，乙醇的 ,乙醇的
泵的计算及设计选型......................... 错误!未定义书签。 原料泵 ............................ 错误!未定义书签。 冷却水泵 .......................... 错误!未定义书签。
储罐的计算与选型........................... 错误!未定义书签。 原料储罐 .......................... 错误!未定义书签。 产品储罐 .......................... 错误!未定义书签。 热水储罐 .......................... 错误!未定义书签。
塔底温度： 精馏段定性温度： 提馏段定性温度： 2.5.3 平均分子质量 Mm 塔顶：
加料板：Байду номын сангаас
塔底：
精馏段：精馏段定性温度
,由
气相平均分子质量：
图可知
液相平均分子质量：
提馏段：提馏段定性温度为
由
图可知
2.5.4 平均密度ρm
1、 液相平均密度
塔顶：塔顶温度
下查得水的密度为
。
，乙醇的密度为
进料板：加料板温度 。
理论塔板数 NT 的求取 ................ 错误!未定义书签。 全塔效率 ET ........................ 错误!未定义书签。 实际塔板数 Np ...................... 错误!未定义书签。 加料位置与状态的选择 .............. 错误!未定义书签。 物性参数计算............................... 错误!未定义书签。 定性压力 pm ........................ 错误!未定义书签。 定性温度 tm ........................ 错误!未定义书签。 平均分子质量 Mm .................... 错误!未定义书签。 平均密度 ρm ....................... 错误!未定义书签。 液体的平均表面张力 ................ 错误!未定义书签。 液体的平均粘度 μL,m ................ 错误!未定义书签。 汽液负荷计算............................... 错误!未定义书签。 精馏段气液负荷计算 ................ 错误!未定义书签。 提馏段汽液负荷计算 ................ 错误!未定义书签。 塔及塔板主要工艺结构尺寸结构的计算......... 错误!未定义书签。
1.1.3 设计参数
生产任务：年产量 加热蒸汽压力：（表压） 冷却器进口水温度：20
冷凝器出口水温：50
原料浓度：
塔顶产品浓度：
（质量分率）
塔釜浓度：
）
1.2 精馏过程简介 图 1 为连续精馏塔。乙醇水混合液自塔的中部某适当位置连续地加入塔内，
塔顶设有冷凝器将塔顶蒸汽冷凝为液体。冷凝液的一部分回入塔顶，称为回流液， 其余作为塔顶产品（馏出液）排出。在塔内上半部（加料位置以上）上升蒸汽和 回流液体之间进行着逆流接触和物质传递。塔底部装有再沸器以加热液体产生蒸 汽，蒸汽沿塔上升，与下降的液体逆流接触并进行物质传递，塔底连续排除部分
塔径的设计计算 .................... 错误!未定义书签。 塔板工艺结构尺寸的设计与计算 ...... 错误!未定义书签。 校核计算................................... 错误!未定义书签。 精馏段校核计算 .................... 错误!未定义书签。 提馏段校核计算 .................... 错误!未定义书签。 塔板负荷性能图的计算与绘制................. 错误!未定义书签。 精馏段塔板负荷性能图 .............. 错误!未定义书签。 提馏段塔板负荷性能图 .............. 错误!未定义书签。
液体作为塔底产品。
在塔的加料位置以上，上升蒸汽中所含的重组分向液相传递，而回流液中的
轻组分向气相传递。如此物质交换
的结果，使上升蒸汽中轻组分的浓
度逐渐升高。只要有足够的相际接
触表面和足够的液体回流量，到达
塔顶的蒸汽将成为高纯度的轻组 分。塔的上半部完成了上升蒸汽的
图 1 连续精馏过程
精制，即除去其中的重组分，因而
合物连续地、高纯度地分离为轻、重两组分。
精馏与蒸馏的区别在于“回流”，包括塔顶的液相回流与塔釜部分汽化造成
的气相回流，回流是构成气、液两相接触传质的必要条件，没有气液两相的接触
也就无从进行物质交换。另一方面，组分挥发度的差异造成了有利的相平衡条件
（y > x）。这使上升蒸汽在与自身冷凝回流液之间的接触过程中，重组分向液相
换热器的计算与设计选型..................... 错误!未定义书签。 预热器 ............................ 错误!未定义书签。 再沸器 ............................ 错误!未定义书签。 冷凝器 ............................ 错误!未定义书签。 冷却器 ............................ 错误!未定义书签。
传递，轻组分向气相传递。相平衡条件 y > x 使必需的回流液的数量小于塔顶冷
凝液的的总量，即只需要部分回流，而无需全部回流。唯有如此，才能从塔顶抽
出部分凝液作为产品。因此，精馏过程的基础是组分挥发度的差异。
2 工艺设计部分
2.1 全塔物料衡算
质量分率化为摩尔分率，得 2.2 乙醇-水的气液平衡数据
下查得水的表面张力为
，乙醇的表面
塔底：塔底温度
下查得水的表面张力为
，乙醇的表面张
力为
。
精馏段：精馏段定性温度
表面张力为
。
下查得水的表面张力为
，乙醇的
提馏段：提馏段定性温度 表面张力为
下查得水的表面张力为为
,乙醇的
2.5.6 液体的平均粘度 μL,m
塔顶：在塔顶温度 。
下，查得水的黏度为
，乙醇的黏度为
化简，得 提馏段操作线方程：
化简，得 根据气液相平衡数据及精馏段、提馏段操作线方程，利用 MATLAB 编程计算
理论板数，得图 4。
即理论板数
图 4 图解法计算理论板数
2.4.2 全塔效率 ET
采用
法，根据
可得：
塔顶相对挥发度：
塔顶温度： 塔底相对挥发度：
塔底温度： 代入数值，结合相平衡曲线计算得 相对挥发度 全塔效率
3 设备设计及辅助设计部分............ 错误!未定义书签。
塔体结构的初步设计......................... 错误!未定义书签。 筒体和封头厚度计算 ................ 错误!未定义书签。 椭圆封头的选型 .................... 错误!未定义书签。
2.4.3 实际塔板数 Np 以塔釜作为一块理论板，根据
精馏段塔板数
提馏段塔板数
总塔板数
2.4.4 加料位置与状态的选择
加料位置：第 33 块塔板 进料状态：泡点进料 2.5 物性参数计算
2.5.1 定性压力 pm
取每层塔板压降为 塔顶：
计算
加料板：
塔底压力：
精馏段定性压力：
提馏段定性压力：
2.5.2 定性温度 tm 塔顶温度： 加料板温度：
6 参考文献 ......................... 错误!未定义书签。
1 概述
1.1 设计题目及要求 1.1.1 设计题目 年产两万吨乙醇-水连续精馏塔（筛板塔） 1.1.2 设计任务
由设定值浓度 的酒精-水二元均相混合物作原料，根据所需要的年产量 D、 塔顶产品浓度 、塔釜浓度 等参数设计出酒精连续精馏塔。
下查得水的密度为
，乙醇的密度为
塔底：塔底温度 。
下查得水的密度为
，乙醇的密度为
精馏段：精馏段定性温度
为
。
下查得水的密度为
，乙醇的密度
提馏段：提馏段定性温度
为
。
下查得水的密度为
,乙醇的密度
2、 气相平均密度
2.5.5 液体的平均表面张力
塔顶：塔顶温度
为为
。
下查得水的表面张力为
，乙醇的表面张力
加料板：加料板温度 张力为
液相回流摩尔流率： 液相体积流量：
2.6.2 提馏段汽液负荷计算 气相摩尔流率： 气相体积流量：
液相回流摩尔流率： 液相体积流量：
2.7 塔及塔板主要工艺结构尺寸结构的计算 2.7.1 塔径的设计计算
初选塔板间距
，及板上液层高度
，则
按 Smith 法求取允许的空塔气速 （即泛点气速 ）
查 Smith 通用关联图，得 负荷因子：
成绩
西北大学化工学院 化工原理课程设计说明书
设计名称： 年产两万吨乙醇-水精馏塔 年级专业： 2013 级化学工程与工艺 姓 名： 指导老师：
2016 年 1 月 15 日
目录
1 概述 ............................. 错误!未定义书签。
设计题目及要求............................. 错误!未定义书签。 设计题目 .......................... 错误!未定义书签。 设计任务 .......................... 错误!未定义书签。 设计参数 .......................... 错误!未定义书签。
泛点气速：
操作气速：取
精馏段塔径： 提馏段塔径： 圆整，取 此时的泛点气速：
操作气速
：
2.7.2 塔板工艺结构尺寸的设计与计算
1、塔板工艺结构尺寸的设计与计算 ⑴ 溢流装置： a. 精馏段
采用单溢流型的平形溢流堰、弓形降液管、平行受液盘，且不设进口内堰。 ① 溢流堰长（出口堰长） ：取
， 堰上溢流强度：
称为精馏段。
在塔的加料位置以下，下降液
体（包括回流液和加料液中的液体）中的轻组分向气相传递，上升蒸汽中的重组
分向液相传递。这样，只要两相接触面和上升蒸汽量足够，到达塔底的液体中所
含的轻组分可降至很低，从而获得高纯度的重组分。塔的下半部完成了下降液体
中重组分的提浓即提出了轻组分，因而称为提馏段。
一个完整的精馏塔应包括精馏段和提馏段，再这样的塔内可将一个双组分混
精馏过程简介............................... 错误!未定义书签。
2 工艺设计部分...................... 错误!未定义书签。
全塔物料衡算............................... 错误!未定义书签。 乙醇-水的气液平衡数据...................... 错误!未定义书签。 确定 Rmin 及工业生产常用 R 的选择 ............. 错误!未定义书签。 板效率、塔板数的计算和进料位置与状态的选择. 错误!未定义书签。
4 设计数据总汇表.................... 错误!未定义书签。
物性参数数据............................... 错误!未定义书签。 工艺设计数据............................... 错误!未定义书签。
5 认识与体会 ....................... 错误!未定义书签。
图 2 乙醇—水相平衡曲线图
t/ ℃
x
图 3 乙醇-水等压相图（p=1atm）
2.3 确定 Rmin 及工业生产常用 R 的选择
根据图 1，得 Rmin 时精馏段操作线斜率为
最小回流比 回流比
取回流比
，则
2.4 板效率、塔板数的计算和进料位置与状态的选择 2.4.1 理论塔板数 NT 的求取 精馏段操作线方程：
加料板：在加料板温度
为
。
下，查得水的黏度为
，乙醇的黏度
塔底：在塔底温度 。
下，查得水的黏度为
，乙醇的黏度为
精馏段：在精馏段定性温度
黏度为
。
，下查得水的黏度为
提馏段：在提馏段定性温度 黏度为
下，查得水的黏度为
2.6 汽液负荷计算 2.6.1 精馏段气液负荷计算 气相摩尔流率： 气相体积流量：
，乙醇的 ,乙醇的
泵的计算及设计选型......................... 错误!未定义书签。 原料泵 ............................ 错误!未定义书签。 冷却水泵 .......................... 错误!未定义书签。
储罐的计算与选型........................... 错误!未定义书签。 原料储罐 .......................... 错误!未定义书签。 产品储罐 .......................... 错误!未定义书签。 热水储罐 .......................... 错误!未定义书签。