化工原理课程设计--乙醇—水分离过程板式精馏塔设计
课程设计说明书论文题目：乙醇—水分离过程板式精馏塔设计
2012年6月28日
课程设计任务书
一、课程设计题目
乙醇-水溶液连续精馏塔设计
二、课程设计的内容
1．设计方案的确定
2．带控制点的工艺流程图的确定
3．操作条件的选择（包括操作压强、进料状态、回流比等）4．塔的工艺计算
（1）全塔物料衡算
（2）最佳回流比的确定
（3）理论板及实际板的确定
（4）塔径的计算
（5）降液管及溢流堰尺寸的确定
（6）浮阀数及排列方式（筛板孔径及排列方式）的确定
（7）塔板流动性能的校核
（8）塔板负荷性能图的绘制
（9）塔板设计结果汇总表
5．辅助设备工艺计算
（1）换热器的面积计算及选型
（2）各种接管管径的计算及选型
（3）泵的扬程计算及选型
6．塔设备的结构设计：（包括塔盘、裙座、进出口料管）
三、课程设计的要求
1、撰写课程设计说明书一份
2、工艺流程图一张
3、设备总装图一张
四、课程设计所需的主要技术参数
原料：乙醇-水溶液
原料温度： 30℃
处理量： 2万吨/年
原料组成（乙醇的质量分数）：50%
产品要求：塔顶产品中乙醇的质量分数：92%；
塔顶产品中乙醇的回收率：99%
生产时间： 300天（7200 h）
冷却水进口温度：30℃
加热介质： 0.6MPa饱和水蒸汽
五、课程设计的进度安排
1、查找资料，初步确定设计方案及设计内容，1-2天
2、根据设计要求进行设计，确定设计说明书初稿，2-3天
3、撰写设计说明书，总装图，答辩，4-5天
六、课程设计考核方式与评分方法
指导教师根据学生的平时表现、设计说明书、绘图质量及答辩情况评定成绩，采用百分制。
其中：平时表现20%
设计说明书40%
绘图质量20%
答辩20%
目录
摘要 ................................................................................................................ 错误！未定义书签。第一章概述 (1)
1.1精馏操作对塔设备的要求 (1)
1.2板式塔类型 (2)
第二章设计方案的确定 (2)
2.1操作条件的确定 (3)
2.2确定设计方案的原则 (4)
第三章塔的工艺尺寸得计算 (5)
3.1精馏塔的物料衡算........................................................................... 错误！未定义书签。
3.2塔板数的确定................................................................................... 错误！未定义书签。
3.2.1理论板层数N的求取............................................................... 错误！未定义书签。
3.2.2最小回流比及操作回流比计算 (8)
3.2.3图解法求理论塔板数 (8)
3.3 精馏塔有关物性数据的计算.............................................................. 错误！未定义书签。
3.3.1 操作温度计算 (10)
3.3.2液体平均黏度计算.......................................................................... 错误！未定义书签。
3.3.3 平均摩尔质量计算......................................................................... 错误！未定义书签。
3.3.4 平均密度计算................................................................................. 错误！未定义书签。
3.3.5 液体平均表面张力计算................................................................. 错误！未定义书签。
3.4 精馏塔的塔体工艺尺寸设计................................................................ 错误！未定义书签。
3.4.1塔径的计算...................................................................................... 错误！未定义书签。
3.4.2精馏塔有效高度的计算.................................................................. 错误！未定义书签。
3.5 塔板主要工艺尺寸的计算.................................................................... 错误！未定义书签。
3.5.1 溢流装置计算................................................................................... 错误！未定义书签。
3.5.2 塔板布置........................................................................................... 错误！未定义书签。
3.6 筛板的流体力学验算............................................................................ 错误！未定义书签。
3.6.1气体通过浮阀塔板的压力降（单板压降）............................ 错误！未定义书签。
3.6.2干板阻力 (19)
3.6.3由表面张力导致的阻力 (19)
3.6.4漏液验算 (19)
3.6.5液泛验算 (19)
3.6.6雾沫夹带验算 (19)
3.7操作性能负荷图............................................................................... 错误！未定义书签。
3.7.1雾沫夹带上限线...................................................................... 错误！未定义书签。
3.7.2液泛线...............................................................................................................错
误！未定义书签。
3.7.3液体负荷上限线.......................................................................................................错
误！未定义书签。
3.7.4漏液线.......................................................................................................................错
误！未定义书签。
3.7.5液相负荷下限线 (21)
第四章塔附属设计 (23)
4.1 冷凝器的选择...................................................................................................................错误！未定义书签。
4.2各种接管管径的计算及选型 (24)
4.2.1进料管 (24)
4.2.2釜液出料管 (24)
4.2.3回流液管 (25)
4.2.4塔顶上升蒸汽管 (25)
4.3泵的扬程计算及选型 (26)
4.4塔设备的结构设计 (27)
4.4.1法兰 (27)
4.4.2筒体 (27)
4.4.3封头 (27)
4.4.4裙座 (27)
4.4.5人孔 (28)
4.5 塔总体高度设计 (28)
4.5.1 塔的顶部空间高度 (28)
4.5.2 塔的底部空间高度 (28)
4.5.3 塔体高度 (28)
4.6热能的利用 (28)
设计小结 (29)
附录 (30)
参考文献 (31)
摘要
在化工生产中，气体吸收过程是利用气体混合物中各组分在液体中溶解度或化学反应活性的差异，在气液两相接触时发生传质，实现气液混合物的分离。在化学工业中，经常需要将气体混合物中的各个组分加以分离，其目的是: 回收或捕获混合物中的有用物质，以制造产品。
除去工艺气体中的有害成分使气体净化，以便进一步加工处理，除去工业中排放到空气中的有害气体，以免污染大气。
实际过程往往兼有净化和回收的双重目的。
实际混合气体的分离，总是根据混合物中各组分间某种物理和化学性质的差异而进行的。根据不同性质上的差异，可以开发出不同的分离方法，吸收操作仅为其中之一，它利用混合物中各组分在液体中的溶解度不同或化学性质差异，在气液两相接触时发生传质，实现气液混合物的分离。
一般说来完整的吸收过程包括吸收和解吸两部分。在化工生产过程中，原气的净化，气体产品的精制，治理有害气体，保护环境等方面都要用到气体吸收过程。填料塔作为其中的主要设备之一，越来越受到青睐。二氧化硫填料吸收塔以水为溶剂，经济合理，净化度高，污染小。除此之外，由于二氧化硫和水反应生成硫酸，具有很大的作用。
第一章概述
化工原理课程设计是化工原理教学的一个重要环节，是综合应用本门课程和有关先修课程所学知识，完成以单元操作为主的一次设计实践。通过课程设计使学生掌握化工设计的基本程序和方法，并在查阅技术资料、选用公式和数据、用简洁文字和图表表达设计结果、制图以及计算机辅助计算等能力方面得到一次基本训练，在设计过程中还应培养学生树立正确的设计思想和实事求是、严肃负责的工作作风。
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。因其良好的理化性能，而被广泛地应用于化工、日化、医药等行业。近些年来，由于燃料价格的上涨，乙醇燃料越来越有取代传统燃料的趋势，且已在郑州、济南等地的公交、出租车行业内被采用。山东业已推出了推广燃料乙醇的法规。
长期以来，乙醇多以蒸馏法生产，但是由于乙醇~水体系有共沸现象，普通的精馏对于得到高纯度的乙醇来说产量不好。但是由于常用的多为其水溶液，因此，研究和改进乙醇`水体系的精馏设备是非常重要的。
塔设备是最常采用的精馏装置，无论是填料塔还是板式塔都在化工生产过程中得到了广泛的应用，在此我们作板式塔的设计以熟悉单元操作设备的设计流程和应注意的事项是非常必要的。
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。
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。
第二章设计方案的确定
本设计任务为乙醇—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2倍。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。
2.1操作条件的确定
操作条件对操作有着重要的影响，若条件不当则会导致生产效果不理想，例如组分的分离顺序、塔设备的型式、操作压力、进料热状态、塔顶蒸汽的冷凝方式等都岁生产有着重要的影响。下面结合课程设计的需要，对某些问题作些阐述。
2.1.1操作温度
操作温度主要计算进料口温度、塔顶温度、塔釜温度，从而得到精馏段温度和提馏段温度。
2.1.2 进料状态
进料状态与塔板数、塔径、回流量及塔的热负荷都有密切的联系。在实际的生产中进料状态有多种，但一般都将料液预热到泡点或接近泡点才送入塔中，这主要是由于此时塔的操作比较容易控制，不致受季节气温的影响。此外，在泡点进料时，精馏段与提馏段的塔径相同，为设计和制造上提供了方便。
2.1.3加热方式
蒸馏釜的加热方式通常采用间接蒸汽加热，设置再沸器。有时也可采用直接蒸汽加热。若塔底产物近于纯水，而且在浓度稀薄时溶液的相对挥发度较大(如酒精与水的混合液)，便可采用直接蒸汽加热。直接蒸汽加热的优点是：可以利用压力较低的蒸汽加热；在釜内只须安装鼓泡管，不须安置庞大的传热面。这样，可节省一些操作费用和设备费用。然而，直接蒸汽加热，由于蒸汽的不断通入，对塔底溶液起了稀释作用，在塔底易挥发物损失量相同的情况下，塔底残液中易挥发组分的浓度应较低，因而塔板数稍有增加。但对有些物系(如酒精与水的二元混合液)，当残液的浓度稀薄时，溶液的相对挥发度很大，容易分离，故所增加的塔板数并不多，此时采用直接蒸汽加热是合适的。
值得提及的是，采用直接蒸汽加热时，加热蒸汽的压力要高于釜中的压力，以便克服蒸汽喷出小孔的阻力及釜中液柱静压力。对于酒精水溶液，一般采用0.4~0.7KPa（表压）。
2.1.4冷却装置
冷却剂的选择由塔顶蒸汽温度决定。如果塔顶蒸汽温度低，可选用冷冻盐水或深井水作冷却剂。如果能用常温水作冷却剂，是最经济的。水的入口温度由气温决定，出口温度由设计者确定。冷却水出口温度取得高些，冷却剂的消耗可以减少，但同时温度差较小，传热面积将增加。冷却水出口温度的选择由当地水资源确定，但一般不宜超过50℃，否则溶于水中的无机盐将析出，生成水垢附着在换热器的表面而影响传热。
2.2确定设计方案的原则
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：
2.2.1满足工艺和操作的要求
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。
2.2.2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。
2.2.3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，都会使塔受到破坏，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。
第三章塔的工艺尺寸得计算
3.1精馏塔的物料衡算
乙醇的摩尔质量 46/A M kg kmol = 水的摩尔质量 18/B M kg kmol = 原料液50/46
0.281350/4650/18
F x ==+
塔顶92/46
0.818292/468/18
D x =
=+
原料液平均摩尔质量：
0.281346(10.2813)1825.8764/F M kg kmol =?+-?=
同理可得：塔顶0.818246(10.8182)1840.9096/D M kg kmol =?+-?= 进料流量200001000
107.3479/25.876430024
F kmol h ?=
=??
馏出液流量0.99107.34790.2813
100%
36.5375/0.8182
A
F D
F x D kmol h x η????==
=
釜液流量107.347936.537570.8094/W F D kmol h =-=-= 由f D W
Fx Dx Wx =+
得107.34790.281336.53750.818270.80940.004265
w w
x x ?=?+?=
0.00426546(10.004265)1818.1194w M =?+-?=
水的回收率：(1)(1)w B f w x F x η-=
-70.8094(10.004265)
100%91.39%
107.3479(10.2813)
?-=?=?-
3.2塔板数的确定
3.2.1相对挥发度
由相平衡方程式1(1)x y x αα=
+- 可得(1)
(1)y x x y α-=
-
根据乙醇水体系的相平衡数据可得：
10.8182D y x == 10.8()
x =塔顶第一块板
0.575
f y =
0.28125(
f x =加料板
0.004265w x = 0.053()w y =塔釜 因此可以求得：
11111(1)0.8182(0.81)=
1.1251
(1)0.8(0.81821)y x x y α-?-==-?-
(1)0.575(0.281251)
= 3.4575
(1)
0.28125(0.5751)
f f f f f y x x y α-?-=
=-?-
(1)0.053(0.004261)
=
13.0816
(1)0.00426(0.0531)w w w w w y x x y α-?-==-?-
相对挥发度：
3
3
1f =
1.1251 3.457513.0816 3.7057
w αααα=
??=
3.2.2最小回流比及操作回流比计算：
由origin 作图可知min 0.34
1D
x R =+
m i n 0.81821 1.40650.34R =-= min 22 1.4065 2.813R R ==?= m i n 1.1 1.1 1.4065
1.5472R R ==?=
R=1.5472~2.813
故取最佳操作回流比R=2.5
3.2.3图解法求理论塔板数：
精馏段操作线方程
10.71430.233811D n n n x R
y x x R R +=
+=+++
提留段操作线方程11
1.55390.0023611n n w n F F
R D D y x x x R R ++
-=-=-++
精馏段操作线、提留段操作线、乙醇-水汽液相平衡线如下图所示：
x y x
y
0.8182
0.8182 0.0201 0.1838 0.797667752 0.8182
0.0507 0.3306 0.797668 0.797668 0.0795 0.4018 0.768699929 0.797667752 0.1048 0.4461 0.7687 0.768699929 0.1495 0.4977 0.724938451 0.768699929 0.2 0.5309 0.724938451 0.724938451 0.25 0.5548 0.650748462 0.724938451 0.3001 0.577 0.650748462 0.650748462 0.3509 0.5955 0.495567482 0.650748462 0.4 0.6144 0.495567482 0.495567482 0.4541 0.6343 0.15016712 0.495567482 0.5016 0.6534 0.15016712 0.15016712 0.54 0.6692 0.016157982 0.15016712 0.5955 0.6989 0.016157982 0.016157982 0.6405 0.7186 0.001738599 0.016157982
0.7063 0.7582
0.7599 0.7926
0.7982 0.8183
0.8597 0.864
0.8941 0.8941
由图可知：精馏段理论塔板数9块，提留段理论塔板数4块；
总的理论塔板数13块，从第10块板开始加料。
3.3 精馏塔有关物性数据的计算
3.3.1操作温度计算
表5-1乙醇—水气、液平衡组成（摩尔）与温度关系
温度
/℃ 液相 气相 温度
/℃
液相 气相
温度
/℃
液相 气相
100
0 0
82.7 23.37 54.45 79.3 57.32 68.41
95.5 1.90 17.00 82.3 26.08 55.80 78.74 67.63 73.85 89.0 7.21 38.91 81.5 32.73 59.26 78.41 74.72 78.15 86.7 9.66
43.75 80.7
39.65 61.22 78.15 89.43 89.43 85.3 12.38 47.04 79.8 50.79 65.64 84.1
16.61 50.89 79.7
51.98 65.99
利用表5-1中数据由拉格朗日插值可求得F t 、D t 、W t 。
进料口F t ：
82.382.381.526.0832.7328.1326.08
F t --=-- , F t =82.05℃
塔顶D t ：78.1578.1578.41
89.4374.7281.8289.43
D t --=--，D t =78.28℃
塔釜W t ：10010095.5
0 1.900.42650
W t --=--，W t =98.99℃
精馏段平均温度 182.0578.28
80.1722F D t t t -++==
=℃ 提馏段平均温度 282.0598.99
90.5222
F W t t t -++==
=℃ 全塔的平均温度78.2882.0598.99
86.443
3
D f w
m t t t t ++++=
=
=℃
3.3.2 液体平均黏度和实际塔板数计算
在温度86.44℃下查得水的粘度20.3298H O a mp s μ=?
因为
n
L i Li
X μμ=∑
所以有
0.28130.392(10.2813)0.32980.3473
Lf μ=?+-?=
0.81820.392(10.8182)0.32980.3807LD μ=?+-?=
0.0042650.392(10.004265)0.32980.3301Lw μ=?+-?=
全塔效率0.245
0.49()T m Lm E μ-=??
0.34730.38070.3301
()/30.3527
3Lm Lf LD LW μμμμ++=++=
=
所以
0.245
1
0.49100%45.89%46%
(3.7040.3527)T E =?
?=≈?
实际塔板数=理论塔板数
全塔效率 精馏段实际塔板数
9
2046%= 提留段实际塔板数4
946%=
总的实际塔板数29块
3.3.3平均摩尔质量计算
精馏段的平均摩尔质量 精馏段平均温度1t -
=80.17℃ 液相组成1x ：
180.779.880.1779.8
39.6550.7950.79x --=
--，1x =46.21% 气相组成 1y ：
180.779.880.1779.8
61.2265.6465.64
y --=
--，1y =63.82% 所以 1460.462118(10.4621)30.94L M -
=?+?-= kg/kmol 1460.638218(10.6382)35.87V M -
=?+?-= kg/kmol 提馏段平均摩尔质量 提馏段平均温度2t -
=90.52℃ 液相组成2x ：
295.589.090.5289.0
1.97.217.21x --=
--，2x =5.97% 气相组成2y ：
295.589.090.5289.0
17.0038.9138.91
y --=
--，2y =33.79% 所以 2460.059718(10.0597)19.67L M -
=?+?-= kg/kmol 2460.337918(10.3379)27.46V M -
=?+?-= kg/kmol
3.3.4平均密度计算
求得在1t -
与2t -
下乙醇与水的密度。不同温度下乙醇和水的密度见表5-2。
表5-2不同温度下乙醇和水的密度
温度/℃ ρ乙
ρ水
温度/℃ ρ乙
ρ水
80 735 971 95 720 961.85 85 730 968.6 100 716 958.4 90 724
965.3
1、精馏段
平均温度1t -
=80.17℃
858080.1780
730735735
ρ--=--乙，ρ乙=734.83 kg/3m
858080.1780968.6971.8971.8
ρ--=
--水, ρ水=971.69 kg/3m 在精馏段，液相密度1L ρ：
1
1
0.462146/[0.46214618(10.4621)]10.6870734.83971.69
L ρ??+?--=
+
31795.54/L kg m ρ=
气相密度1V ρ：
1V ρ=
35.87273.15
22.4(273.1580.17)
??+=1.2380 kg/3m
2、提馏段
平均温度 2t -
=90.52℃ 959090.5290720724
724
ρ--=--乙， ρ乙=723.584 kg/3m
959090.5290961.85965.3965.3
ρ--=
--水， ρ水=964.9412 kg/3m 液相密度2L ρ：
2
10.059746/[0.05974618(10.0597)]10.1396
723.584964.9412
L ρ??+?--=
+
32921.999/L kg m ρ=
气相密度2V ρ：
2V ρ=
27.46273.15
22.4(273.1590.52)
??+=0.921 kg/3m
3.3.5液体平均表面张力计算
不同温度下乙醇和水的表面张力见表5-3。
表5-3乙醇和水不同温度下的表面张力
温度/℃
70 80 90 100 乙醇表面张力/3
3
10/N m - 18 17.15 16.2 15.2 水表面张力/3
3
10/N m -
64.3
62.6
60.7
58.8
3.3.5.1 精馏段液体平均表面张力 提馏段平均温度1t -
=80.17℃ 乙醇表面张力：
33908016.217.15
17.1310/80.178017.15
乙乙N m σσ---=?=?--
水表面张力：
33908080.1780
62.5710/60.762.662.6
水水N m σσ---=?=?--
乙醇的质量分数
460.4621
=
460.4621+18(1-0.4621)w ???乙
由
=
+A B
m A B A B w w σσσσσ
-33
117.1362.57
=
22.1710/17.13(1-0.6871)+62.570.6871m N m σ?=???
3.3.5.2 提馏段精馏段液体平均表面张力 提馏段平均温度2t -
=90.52℃ 乙醇表面张力：
'33'
1009090.52-90
16.14810/15.216.2-16.2
乙乙N m σσ--=?=?- 水表面张力：
'33
'
1009090.52-9060.601210/58.860.7-60.7
水水N m σσ--=?=?- 乙醇的质量分数
460.0597
=
460.0597+18(1-0.0597)w ???乙
由
=
+A B
m A B A B w w σσσσσ
-33
116.14860.6012
=
43.7810/16.148(1-0.1396)+60.60120.1396m N m σ?=???
3.4 精馏塔的塔体工艺尺寸设计
3.4.1塔径的计算
精馏段的气、液相体积流率为
3v11(2.51)36.37535.87
1.0292/36003600 1.2380
S v VM V m s ρ+??=
==?
-431111 2.536.537530.949.8710/360036003600795354
L L S L L LM RD M L m s ρρ??=
===??
(精馏段V=L+D=(R+1)+D,L=RD) 提馏段的气、液相体积流率为
/(+1) 3.536.5375127.881V V R D ===?=
/ 2.536.5375+107.3479198.962L =?=
''3v22127.88127.46
1.0591/360036000.921
s
v V M V m s ρ?===?
''
-332
2198.69219.67 1.177510/36003600921.999L S L LM L m s ρ?===??
由 max L
v
u C
ρρ= 式中 C 由式0.220(
)20
M
C C σ= 计算，其中20C 由史密斯关联图查取，图横坐标为
（1）精馏段11-4
12219.87103600795.54
()()0.02431.02923600 1.2380
h L h v L V ρρ??==?
取板间距 0.45T H m =，板上液层高度0.07L h m = ，则
0.450.070.38T L H h m -=-=
200.078C =
0.20.2
2022.17(
)0.078(
)0.0796220
20
M
C C σ==?= max 795.54 1.238
0.07962
2.0168/1.238
u m s -==
取安全系数0.7，则空塔气速为
max 0.70.7 2.0168 1.41176/u u m s ==?= 44 1.0292
0.961.41176
s V D m u ππ?=
==?
乙醇水精馏塔设计
⑴综合运用“化工原理”和相关选修课程的知识，联系化工生产的实际完成单元操作的化工设计实践，初步掌握化工单元操作的基本程序和方法。 ⑵熟悉查阅资料和标准、正确选用公式，数据选用简洁，文字和工程语言正确表达设计思路和结果。 ⑶树立正确设计思想，培养工程、经济和环保意识，提高分析工程问题的能力。二、设计任务及操作条件在一常压操作的连续精馏塔分离乙醇－水混合物。 生产能力（塔顶产品）3000 kg/h 操作周期 300 天／年 进料组成 25% （质量分数，下同） 塔顶馏出液组成≥94% 塔底馏出液组成≤0.1% 操作压力 4kPa（塔顶表压） 进料热状况泡点 单板压降：≤0.7 kPa 设备型式筛板 三、设计容： (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件数据的计算； (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) 绘制生产工艺流程图； (10) 绘制精馏塔设计条件图； (11) 对设计过程的评述和有关问题的讨论。 [ 设计计算 ] （一）设计方案选定 本设计任务为分离水－乙醇混合物。 原料液由泵从原料储罐中引出，在预热器中预热至84℃后送入连续板式精馏塔（筛板塔），塔顶上升蒸汽流采用强制循环式列管全凝器冷凝后一部分作为回流液，其余作为产品经冷却至25℃后送至产品槽；塔釜采用热虹吸立式再沸器提供气相流，塔釜残液送至废热锅炉。 1精馏方式：本设计采用连续精馏方式。原料液连续加入精馏塔中，并连续收集产物和排出残液。其优点是集成度高，可控性好，产品质量稳定。由于所涉浓度围乙醇和水的挥发度相差较大，因而无须采用特殊精馏。 2操作压力：本设计选择常压，常压操作对设备要求低，操作费用低，适用于乙醇和水这类非热敏沸点在常温（工业低温段）物系分离。 3塔板形式：根据生产要求，选择结构简单，易于加工，造价低廉的筛板塔，筛板塔处理能力大，塔板效率高，压降较低，在乙醇和水这种黏度不大的分离工艺中有很好表现。 4加料方式和加料热状态：加料方式选择加料泵打入。由于原料温度稳定，为减少操作成本采用30度原料冷液进料。
苯-甲苯精馏塔课程设计报告书
课程设计任务书 一、课题名称 苯——甲苯混合体系分离过程设计 二、课题条件（原始数据） 1、设计方案的选定 原料：苯、甲苯 年处理量：108000t 原料组成（甲苯的质量分率）：0.5 塔顶产品组成：%99>D x 塔底产品组成：%2 设计容 摘要：精馏是分离液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的应用。本设计的题目是苯—甲苯二元物系板式精馏塔的设计。在确定的工艺要求下，确定设计方案，设计容包括精馏塔工艺设计计算，塔辅助设备设计计算，精馏工艺过程流程图，精馏塔设备结构图，设计说明书。关键词：板式塔；苯--甲苯；工艺计算；结构图 一、简介 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。根据塔气液接触部件的结构型式，可分为板式塔和填料塔。板式塔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：（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。 苯的沸点为80.1℃，熔点为5.5℃，在常温下是一种无色、味甜、有芳香气味的透明液体，易挥发。苯比水密度低，密度为0.88g/ml，但其分子质量比水重。苯难溶于水，1升水中最多溶解1.7g苯；但苯是一种良好的有机溶剂，溶解有机分子和一些非极性的无机分子的能力很强。 甲苯是最简单，最重要的芳烃化合物之一。在空气中，甲苯只能不完全燃烧，火焰呈黄色。甲苯的熔点为-95 ℃，沸点为111 ℃。甲苯带有一种特殊的芳香味（与苯的气味类似），在常温常压下是一种无色透明，清澈如水的液体，密度为0．866克／厘米3，对光有很强的折射作用（折射率：1,4961）。甲苯 化工原理课程设计 题目：乙醇水精馏筛板塔设计 ( 设计时间：2010、12、20-2011、1、6 / 》 ： 化工原理课程设计任务书（化工1） 一、设计题目板式精馏塔的设计 二、设计任务：乙醇-水二元混合液连续操作常压筛板精馏塔的设计 三、工艺条件 } 生产负荷（按每年7200小时计算）：6、7、8、9、10、11、12万吨/年 进料热状况：自选 回流比：自选 加热蒸汽：低压蒸汽 单板压降：≤ 工艺参数 四、设计内容 1.确定精馏装置流程，绘出流程示意图。 ` 2.工艺参数的确定 基础数据的查取及估算，工艺过程的物料衡算及热量衡算，理论塔板数，塔板效率，实际塔板数等。 3.主要设备的工艺尺寸计算 板间距，塔径，塔高，溢流装置，塔盘布置等。 4.流体力学计算 流体力学验算，操作负荷性能图及操作弹性。 5.主要附属设备设计计算及选型 塔顶全凝器设计计算：热负荷，载热体用量，选型及流体力学计算。 | 料液泵设计计算：流程计算及选型。 管径计算。 五、设计结果总汇 六、主要符号说明 七、参考文献 八、图纸要求 1、工艺流程图一张(A2 图纸) 2、主要设备工艺条件图（A2图纸） ^ ~ 目录 前言 (3) 1概述 (4) 设计目的 (4) 塔设备简介 (4) 2设计说明书 (6) 流程简介 (6) 工艺参数选择 (7) ) 3 工艺计算 (8) 物料衡算 (8) 理论塔板数的计算 (8) 查找各体系的汽液相平衡数据 (8) 如表3-1 (8) q线方程 (9) 平衡线 (9) 回流比 (10) … 操作线方程 (10) 理论板数的计算 (11) 实际塔板数的计算 (11) 全塔效率ET (11) 实际板数NE (12) 4塔的结构计算 (13) 混合组分的平均物性参数的计算 (13) 平均分子量的计算 (13) 】 平均密度的计算 (14) 塔高的计算 (15) 塔径的计算 (15) 初步计算塔径 (16) 塔径的圆整 (17) 塔板结构参数的确定 (17) 溢流装置的设计 (17) 塔盘布置（如图4-4） (17) ` 筛孔数及排列并计算开孔率 (18) 筛口气速和筛孔数的计算 (19) 5 精馏塔的流体力学性能验算 (20) 分别核算精馏段、提留段是否能通过流体力学验算 (20) 液沫夹带校核 (20) 化工原理课程设计 –––––板式精馏塔的设计 姓名单素民 班级 1114071 学号 111407102 指导老师刘丽华 河南城建学院 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。 目录 一、化工原理课程设计任书 (3) 二、设计计算 (3) 1.设计方案的确定 (3) 2.精馏塔的物料衡算 (3) 3.塔板数的确定 (4) 4.精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (8) 5.精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (10) 6.塔板主要工艺尺寸的计算 (11) 7.筛板的流体力学验算 (13) 8.塔板负荷性能图 (15) 9.接管尺寸确定 (30) 二、个人总结 (32) 三、参考书目 (33) 化工原理课程设计 分离乙醇-水混合物精馏塔设 计 学院：化学工程学院 专业： 学号： 姓名： 指导教师： 时间： 2012年6月13日星期三 化工原理课程设计任务书 一、设计题目：分离乙醇-水混合物精馏塔设计 二、原始数据： a）原料液组成：乙醇 20 % 产品中：乙醇含量≥94% 残液中≤4% b）生产能力：6万吨/年 c）操作条件 进料状态：自定操作压力：自定 加热蒸汽压力：自定冷却水温度：自定 三、设计说明书内容： a）概述 b）流程的确定与说明 c）塔板数的计算（板式塔）；或填料层高度计算（填料塔） d) 塔径的计算 e）1）塔板结构计算； a 塔板结构尺寸的确定； b塔板的流体力学验算；c塔板的负荷性能图。 2）填料塔流体力学计算； a 压力降； b 喷淋密度计算 f ）其它 （1） 热量衡算—冷却水与加热蒸汽消耗量的计算 （2） 冷凝器与再沸器传热面的计算与选型（板式塔） （3） 除沫器设计 g ）料液泵的选型 h ）计算结果一览表 第一章 课程设计报告内容 一、精馏流程的确定 乙醇、水混合料液经原料预热器加热至泡点后，送入精馏塔。塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝后，一部分作为回流，其余为塔顶产品经冷却器冷却后送至贮槽。塔釜采用间接蒸汽向沸热器供热，塔底产品经冷却后送入贮槽。 二、塔的物料衡算 (一) 料液及塔顶、塔底产品含乙醇摩尔分数 (二) 平均摩尔质量 (三) 物料衡算 总物料衡算 F W D =+ 易挥发组分物料衡算 F x W x D x F w D =+ 联立以上三式得 三、塔板数的确定 (一) 理论塔板数T N 的求取 根据乙醇、水的气液平衡数据作y-x 图 乙醇—水气液平衡数据 乙醇－水连续浮阀式精馏塔的设计方案 第1章前言 1.1精馏原理及其在化工生产上的应用 实际生产中，在精馏柱及精馏塔中精馏时，上述部分气化和部分冷凝是同时进行的。 对理想液态混合物精馏时，最后得到的馏液(气相冷却而成)是沸点低的B物质，而残液是沸点高的A物质，精馏是多次简单蒸馏的组合。精馏塔底部是加热区，温度最高；塔顶温度最低。精馏结果，塔顶冷凝收集的是纯低沸点组分，纯高沸点组分则留在塔底。 1.2精馏塔对塔设备的要求 精馏设备所用的设备及其相互联系，总称为精馏装置，其核心为精馏塔。常用的精馏塔有板式塔和填料塔两类，通称塔设备，和其他传质过程一样，精馏塔对塔设备的要求大致如下： 一：生产能力大：即单位塔截面大的气液相流率，不会产生液泛等不正常流 动。 二：效率高：气液两相在塔保持充分的密切接触，具有较高的塔板效率或传质效率。 三：流体阻力小：流体通过塔设备时阻力降小，可以节省动力费用，在减压操作是时，易于达到所要求的真空度。 四：有一定的操作弹性：当气液相流率有一定波动时，两相均能维持正常的流动，而且不会使效率发生较大的变化。 五：结构简单，造价低，安装检修方便。 六：能满足某些工艺的特性：腐蚀性，热敏性，起泡性等。 1.4常用板式塔类型及本设计的选型 常用板式塔类型有很多，如：筛板塔、泡罩塔、舌型塔、浮阀塔等。而浮阀塔具有很多优点，且加工方便，故有关浮阀塔板的研究开发远较其他形式的塔板广泛，是目前新型塔板研开发的主要方向。近年来与浮阀塔一直成为化工生中主要的传质设备，浮阀塔多用不锈钢板或合金。实际操作表明，浮阀在一定程度的漏夜状态下，使其操作板效率明显下降，其操作的负荷围较泡罩塔窄，但设计良好的塔其操作弹性仍可达到满意的程度。 浮阀塔塔板是在泡罩塔板和筛孔塔板的基础上发展起来的，它吸收了两者的优点。所以在此我们使用浮阀塔，浮阀塔的突出优点是结构简单，造价低，制造方便；塔板开孔率大，生产能力大等。 乙醇与水的分离是正常物系的分离，精馏的意义重大，在化工生产中应用非常广泛，对于提纯物质有非常重要的意义。所以有必要做好本次设计 1.4．本设计所选塔的特性 浮阀塔的优点是： 1．生产能力大，由于塔板上浮阀安排比较紧凑，其开孔面积大于泡罩塔板，生产能力 比泡罩塔板大 20%～40%，与筛板塔接近。 2．操作弹性大，由于阀片可以自由升降以适应气量的变化，因此维持正常操作而允许 的负荷波动围比筛板塔，泡罩塔都大。 3．塔板效率高，由于上升气体从水平方向吹入液层，故气液接触时间较长，而雾沫夹 带量小，塔板效率高。 4．气体压降及液面落差小，因气液流过浮阀塔板时阻力较小，使气体压降及液面落差 课程编号 化工原理课程设计 板式精馏塔设计 院系: 班级 姓名: 学号: 学分: 任课老师: 课程成绩: 2013年8月11日目录 一、设计任务书 (3) 二、概述 (5) 三、设计条件及要紧物性参数 (11) 四、工艺设计计算 (13) 五、精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (19) 六、塔板设计工艺设计 (21) 七、塔板的校核 (22) 八、塔板负荷性能 曲 (28) 九、辅助设备选型 (35) 十、设计结果汇总表 (42) 十一、对设计过程的评述和相关问题的讨论 (43) 十二、要紧符号讲明 (44) 一、设计任务书 1、设计题目 分离醋酸——水混合物常压精馏（筛板）塔的工艺 2、设计条件 1)生产能力：年产量D=3万吨(每年生产日按330天计算)； 2)原料：含醋酸30%（摩尔分数）的粗馏冷凝液，以醋酸——水二元体系； 3)采纳直接蒸汽加热； 4)采纳泡点进料； 5)塔顶馏出液中醋酸含量大于等于99.9%； 6)塔釜残出液中醋酸含量小于等于2%； 7)其他参数（除给出外）可自选； 8)醋酸——水的相对挥发度为α=1.65，醋酸密度为1.049，水的密度为0.998，混合液的表面张力=20mN/m； 3、设计讲明书的内容 1)目录； 2)设计题目及原始数据(任务书)； 3)简述醋酸—水精馏过程的生产方法以及特点； 4)论述精馏塔总体结构的选择和材料的选择； 5)精馏过程的有关计算（物料衡算，理论塔板数，回流比，塔高，塔径，塔板设计管径等）； 6)设计结果概要（要紧设备尺寸，衡算结果等）； 7)主体设备设计计算及讲明； 8)附属设备的选择； 9)参考文献； 10)后记及其他 4、设计图要求 1)绘制要紧装置图，设备技术要求，要紧参数，大小尺寸，部件明细表，标题栏； 2)绘制设备流程图一张； 3)用坐标纸绘制醋酸——水溶液y—x图一张，同时用图解法求理论塔板数； 4)用坐标纸绘制温度与气液相含量的关系图； 专业资料 化工原理课程设计题目乙醇-水溶液连续精馏塔优化设计 目录 1.设计任务书 (3) 2.英文摘要前言 (4) 3.前言 (4) 4.精馏塔优化设计 (5) 5.精馏塔优化设计计算 (5) 6.设计计算结果总表 (22) 7.参考文献 (23) 8.课程设计心得 (23) 精馏塔优化设计任务书 一、设计题目 乙醇—水溶液连续精馏塔优化设计 二、设计条件 1．处理量： 16000 （吨/年） 2．料液浓度： 40 （wt%） 3．产品浓度： 92 （wt%） 4．易挥发组分回收率： 99.99% 5．每年实际生产时间：7200小时/年 6. 操作条件： ①间接蒸汽加热； ②塔顶压强：1.03 atm（绝对压强） ③进料热状况：泡点进料； 三、设计任务 a) 流程的确定与说明； b) 塔板和塔径计算； c) 塔盘结构设计 i. 浮阀塔盘工艺尺寸及布置简图； ii. 流体力学验算； iii. 塔板负荷性能图。 d) 其它 i. 加热蒸汽消耗量； ii. 冷凝器的传热面积及冷却水的消耗量 e) 有关附属设备的设计和选型，绘制精馏塔系统工艺流程图和精馏塔装配 图，编写设计说明书。 乙醇——水溶液连续精馏塔优化设计 （某大学化学化工学院） 摘要：设计一座连续浮阀塔，通过对原料，产品的要求和物性参数的确定及对主要尺寸的计算，工艺设计和附属设备结果选型设计，完成对乙醇-水精馏工艺流程和主题设备设计。 关键词：精馏塔，浮阀塔，精馏塔的附属设备。 （Department of Chemistry,University of South China,Hengyang 421001） Abstract: The design of a continuous distillation valve column, in the material, product requirements and the main physical parameters and to determine the size, process design and selection of equipment and design results, completion of the ethanol-water distillation process and equipment design theme. Keywords: rectification column, valve tower, accessory equipment of the rectification column. 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 第一章绪论 (2) 一、目的： (2) 二、已知参数： (2) 三、设计内容： (2) 第二章课程设计报告内容 (3) 一、精馏流程的确定 (3) 二、塔的物料衡算 (3) 三、塔板数的确定 (4) 四、塔的工艺条件及物性数据计算 (6) 五、精馏段气液负荷计算 (10) 六、塔和塔板主要工艺尺寸计算 (10) 七、筛板的流体力学验算 (15) 八、塔板负荷性能图 (18) 九、筛板塔的工艺设计计算结果总表 (22) 十、精馏塔的附属设备及接管尺寸 (22) 第三章总结 (23) . 乙醇——水连续精馏塔的设计 第一章绪论 一、目的： 通过课程设计进一步巩固课本所学的内容，培养学生运用所学理论知识进行化工单元过程设计的初步能力，使所学的知识系统化，通过本次设计，应了解设计的内容，方法及步骤，使学生具有调节技术资料，自行确定设计方案，进行设计计算，并绘制设备条件图、编写设计说明书。 在常压连续精馏塔中精馏分离含乙醇25%的乙醇—水混合液，分离后塔顶馏出液中含乙醇量不小于94%，塔底釜液中含乙醇不高于0.1%（均为质量分数）。 二、已知参数： （1）设计任务 ●进料乙醇 X = 25 %（质量分数，下同） ●生产能力 Q = 80t/d ●塔顶产品组成 > 94 % ●塔底产品组成 < 0.1 % （2）操作条件 ●操作压强：常压 ●精馏塔塔顶压强：Z = 4 KPa ●进料热状态：泡点进料 ●回流比：自定待测 ●冷却水： 20 ℃ ●加热蒸汽：低压蒸汽，0.2 MPa ●单板压强：≤ 0.7 ●全塔效率：E T = 52 % ●建厂地址：南京地区 ●塔顶为全凝器，中间泡点进料，筛板式连续精馏 三、设计内容： （1）设计方案的确定及流程说明 （2）塔的工艺计算 前言 化工生产中所处理的原料，中间产物，粗产品几乎都是由若干组分组成的混合物，而且其中大部分都是均相物质。生产中为了满足储存，运输，加工和使用的需求，时常需要将这些混合物分离为较纯净或几乎纯态的物质。 精馏是分离液体混合物最常用的一种单元操作，在化工，炼油，石油化工等工业得到广泛应用。精馏过程在能量计的驱动下，使气，液两相多次直接接触和分离，利用液相混合物中各相分挥发度的不同，使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。实现原料混合物中各组成分离该过程是同时进行传质传热的过程。本次设计任务为设计一定处理量的分离四氯化碳和二硫化碳混合物精馏塔。 板式精馏塔也是很早出现的一种板式塔，20世纪50年代起对板式精馏塔进行了大量工业规模的研究，逐步掌握了筛板塔的性能，并形成了较完善的设计方法。与泡罩塔相比，板式精馏塔具有下列优点：生产能力（2 0%——40%）塔板效率（10%——50%）而且结构简单，塔盘造价减少40%左右，安装，维修都较容易。 化工原理课程设计是培养学生化工设计能力的重要教学环节，通过课程设计使我们初步掌握化工设计的基础知识、设计原则及方法；学会各种手册的使用方法及物理性质、化学性质的查找方法和技巧；掌握各种结果的校核，能画出工艺流程、塔板结构等图形。在设计过程中不仅要考虑理论上的可行性，还要考虑生产上的安全性、经济合理性。 在设计过程中应考虑到设计的业精馏塔具有较大的生产能力满足工艺要求，另外还要有一定的潜力。节省能源，综合利用余热。经济合理，冷却水进出口温度的高低，一方面影响到冷却水用量。另一方面影响到所需传热面积的大小。即对操作费用和设备费用均有影响，因此设计是否合理的利用热能R等直接关系到生产过程的经济问题。 本课程设计的主要内容是过程的物料衡算，工艺计算，结构设计和校核。 【精馏塔设计任务书】 一设计题目 精馏塔及其主要附属设备设计 二工艺条件 题目：乙醇水精馏筛板塔设计 设计时间： 化工原理课程设计任务书（化工1） 一、设计题目板式精馏塔的设计 二、设计任务：乙醇-水二元混合液连续操作常压筛板精馏塔的设计 三、工艺条件 生产负荷（按每年7200小时计算）：6、7、8、9、10、11、12万吨/年 进料热状况：自选 回流比：自选 加热蒸汽：低压蒸汽 单板压降：≤0.7Kpa 工艺参数 组成浓度（乙醇mol%） 塔顶78 加料板28 塔底0.04 四、设计内容 1.确定精馏装置流程，绘出流程示意图。 2.工艺参数的确定 基础数据的查取及估算，工艺过程的物料衡算及热量衡算，理论塔板数，塔板效率，实际塔板数等。 3.主要设备的工艺尺寸计算 板间距，塔径，塔高，溢流装置，塔盘布置等。 4.流体力学计算 流体力学验算，操作负荷性能图及操作弹性。 5.主要附属设备设计计算及选型 塔顶全凝器设计计算：热负荷，载热体用量，选型及流体力学计算。 料液泵设计计算：流程计算及选型。 管径计算。 五、设计结果总汇 六、主要符号说明 七、参考文献 八、图纸要求 1、工艺流程图一张(A2图纸) 2、主要设备工艺条件图（A2图纸） 目录 前言 (4) 1概述 (5) 1.1设计目的 (5) 1.2塔设备简介 (6) 2设计说明书 (7) 2.1流程简介 (7) 2.2工艺参数选择 (8) 3工艺计算 (8) 3.1物料衡算 (8) 3.2理论塔板数的计算 (8) 3.2.1查找各体系的汽液相平衡数据 (8) 如表3-1 (8) 3.2.2q线方程 (9) 3.2.3平衡线 (9) 3.2.4回流比 (10) 3.2.5操作线方程 (11) 3.2.6理论板数的计算 (11) 3.3实际塔板数的计算 (11) 3.3.1全塔效率ET (11) 3.3.2实际板数NE (12) 4塔的结构计算 (13) 《化工原理》课程设计报告 苯-氯苯分离过程板式精馏塔设计 学院 专业 班级 学号 姓名 合作者 指导教师 化工原理设计任务书 一、设计题目: 苯-氯苯分离过程板式精馏塔设计 二、设计任务 1）进精馏塔的原料液中含氯苯为38%（质量百分比，下同），其余为苯。 2）塔顶馏出液中含氯苯不高于2%。 3）生产能力为日产纯度为99.8%的氯苯Z吨产品。年工作日300天，每天24小时连续运行。（设计任务量为3.5吨/小时） 三、操作条件 1.塔顶压强4kPa（表压）； 2.进料热状况，自选； 3.回流比，自选； 4.塔釜加热蒸汽压力0.5MPa； 5.单板压降不大于0.7kPa； 6. 设备型式：自选 7．厂址天津地区 四、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五行数据的计算； 4.精馏塔的塔体工艺尺寸计算； 5.塔板的主要工艺尺寸计算； 6.塔板的流体力学计算； 7.塔板负荷性能图； 8.精馏塔接管尺寸计算； 9.绘制生产工艺流程图； 10.绘制精馏塔设计条件图； 11.绘制塔板施工图； 12.对设计过程的评述和有关问题的讨论 五、基础数据 1.组分的饱和蒸汽压 i p （mmHg ） 2.组分的液相密度ρ（kg/m 3） 纯组分在任何温度下的密度可由下式计算 苯 t A 187.1912-=ρ 氯苯 t B 111.11127-= ρ 式中的t 为温度，℃。 3.组分的表面张力σ（mN/m ） 双组分混合液体的表面张力m σ可按下式计算： A B B A B A m x x σσσσσ+= （B A x x 、为A 、B 组分的摩尔分率） 4.氯苯的汽化潜热 常压沸点下的汽化潜热为35.3×103kJ/kmol 。 纯组分的汽化潜热与温度的关系可用下式表示： 38 .01212??? ? ??--=t t t t r r c c （氯苯的临界温度：C ?=2.359c t ） 5.其他物性数据可查化工原理附录。 符号说明：英文字母 Aa---- 塔板的开孔区面积，m2 A f---- 降液管的截面积, m2 A T----塔的截面积 m C----负荷因子无因次 C20----表面力为20mN/m的负荷因子 d o----阀孔直径 D----塔径 e v----液沫夹带量 kg液/kg气 E T----总板效率 R----回流比 R min----最小回流比 M----平均摩尔质量 kg/kmol t m----平均温度℃ g----重力加速度 9.81m/s2 F----阀孔气相动能因子 kg1/2/(s.m1/2) h l----进口堰与降液管间的水平距离 m h c----与干板压降相当的液柱高度 m h f----塔板上鼓层高度 m h L----板上清液层高度 m h1----与板上液层阻力相当的液注高度 m ho----降液管底隙高度 m h ow----堰上液层高度 m h W----溢流堰高度 m h P----与克服表面力的压降相当的液注高度m H-----浮阀塔高度 m H B----塔底空间高度 m H d----降液管清液层高度 m H D----塔顶空间高度 m H F----进料板处塔板间距 m H T·----人孔处塔板间距 m H T----塔板间距 m l W----堰长 m Ls----液体体积流量 m3/s N----阀孔数目 P----操作压力 KPa △P---压力降 KPa △Pp---气体通过每层筛的压降 KPa N T----理论板层数 u----空塔气速 m/s V s----气体体积流量 m3/s W c----边缘无效区宽度 m W d----弓形降液管宽度 m W s ----破沫区宽度 m 希腊字母 θ----液体在降液管停留的时间 s υ----粘度 mPa.s ρ----密度 kg/m3 σ----表面力N/m φ----开孔率无因次 X`----质量分率无因次 下标 Max---- 最大的 Min ---- 最小的 L---- 液相的 V---- 气相的 m----精馏段 n-----提馏段 D----塔顶 F-----进料板 W----塔釜 目录 板式精馏塔设计任务书 (3) 设计题目： (3) 二、设计任务及操作条件 (3) 三、设计内容： (3) 一．概述 (5) 1.1 精馏塔简介 (5) 1.2 苯-甲苯混合物简介 (5) 1.3 设计依据 (5) 1.4 技术来源 (6) 1.5 设计任务和要求 (6) 二．设计方案选择 (6) 2.1 塔形的选择 (6) 2.2 操作条件的选择 (6) 2．2.1 操作压力 (6) 2.2.2 进料状态 (6) 2.2.3 加热方式的选择 (7) 三．计算过程 (7) 3.1 相关工艺的计算 (7) 3.1.1 原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 (7) 3.1.2 物料衡算 (8) 3.1.3 最小回流比及操作回流比的确定 (8) 3.1.4精馏塔的气、液相负荷和操作线方程 (9) 3.1.5逐板法求理论塔板数 (10) 3.1.6 全塔效率的估算 (11) 3.1.7 实际板数的求取 (13) 3.2 精馏塔的主题尺寸的计算 (13) 3.2.1 精馏塔的物性计算 (13) 3.2.2 塔径的计算 (15) 3.2.3 精馏塔高度的计算 (17) 3.3 塔板结构尺寸的计算 (18) 3.3.1 溢流装置计算 (18) 3.3.2塔板布置 (19) 3.4 筛板的流体力学验算 (21) 3.4.1 塔板压降 (21) 3.4.2液面落差 (22) 3.4.3液沫夹带 (22) 3.4.4漏液 (22) 3.4.5 液泛 (23) 3.5 塔板负荷性能图 (23) 3.5.1漏夜线 (23) 3.5.2 液泛夹带线 (24) 3.5.3 液相负荷下限线 (25) 3.5.4 液相负荷上限线 (25) 3.5.5 液泛线 (26) 3.6 各接管尺寸的确定 (29) 3.6.1 进料管 (29) 3.6.2 釜残液出料管 (29) 3.6.3 回流液管 (30) 3.6.4塔顶上升蒸汽管 (30) 四．符号说明 (30) 五．总结和设计评述 (31) 新疆工程学院 化工原理课程设计说明书 题目名称：年产量为8000t的乙醇-水混合液 精馏塔的工艺设计 系部：化学与环境工程系 专业班级：化学工程与工艺13-1 学生姓名：杨彪 指导老师：杨智勇 完成日期： 2016.6.27 格式及要求 1、摘要 1)摘要正文 (小四，宋体) 摘要内容200～300字为易，要包括目的、方法、结果和结论。 2）关键词 XXXX；XXXX；XXXX (3个主题词) (小四，黑体) 2、目录格式 目录(三号，黑体，居中) 1 XXXXX（小四，黑体） 1 1.l XXXXX(小四，宋体) 2 1.1.1 XXXXX(同上) 3 3、说明书正文格式： 1. XXXXX (三号，黑体) 1．1 XXXXX(四号，黑体) 1.1.1 XXXXX(小四，黑体) 正文：XXXXX(小四，宋体) （页码居中） 4、参考文献格式： 列出的参考文献限于作者直接阅读过的、最主要的且一般要求发表在正式出版物上的文献。参考文献的著录，按文稿中引用顺序排列。 参考文献内容(五号，宋体) 示例如下： 期刊——[序号]作者1，作者2…，作者n．题(篇)名，刊名(版本)，出版年，卷次(期次)。 图书——[序号]作者1，作者2…，作者n．．书名，版本，出版地，出版者，出版年。 5、.纸型、页码及版心要求： 纸型： A4，双面打印 页码：居中，小五 版心距离：高：240mm(含页眉及页码)，宽：160mm 相当于A4纸每页40行，每行38个字。 6、量和单位的使用： 必须符合国家标准规定，不得使用已废弃的单位。量和单位不用中文名称，而用法定符号表示。 新疆工程学院课程设计任务书 乙醇-水溶液连续精馏塔设计 目录 1.设计任务书 (3) 2.英文摘要前言 (4) 3.前言 (4) 4.精馏塔优化设计 (5) 5.精馏塔优化设计计算 (5) 6.设计计算结果总表 (22) 7., 8.参考文献 (23) 9.课程设计心得 (23) 精馏塔设计任务书 一、设计题目 乙醇—水溶液连续精馏塔设计 二、设计条件 1．处理量： 15000 （吨/年） 2．料液浓度： 35 （wt%） ！ 3．产品浓度： 93 （wt%） 4．易挥发组分回收率： 99% 5．每年实际生产时间：7200小时/年 6. 操作条件： ①间接蒸汽加热； ②塔顶压强： atm（绝对压强） ③进料热状况：泡点进料； 三、设计任务 a) 流程的确定与说明； b) 塔板和塔径计算； 、 c) 塔盘结构设计 i. 浮阀塔盘工艺尺寸及布置简图； ii. 流体力学验算； iii. 塔板负荷性能图。 d) 其它 i. 加热蒸汽消耗量； ii. 冷凝器的传热面积及冷却水的消耗量 e) 有关附属设备的设计和选型，绘制精馏塔系统工艺流程图和精馏塔装配 图，编写设计说明书。 乙醇——水溶液连续精馏塔优化设计 前言 ！ 乙醇在工业、医药、民用等方面，都有很广泛的应用，是很重要的一种原料。在很多方面，要求乙醇有不同的纯度，有时要求纯度很高，甚至是无水乙醇，这是很有困难的，因为乙醇极具挥发性，也极具溶解性，所以，想要得到高纯度的乙醇很困难。 要想把低纯度的乙醇水溶液提升到高纯度，要用连续精馏的方法，因为乙醇和水的挥发度相差不大。精馏是多数分离过程，即同时进行多次部分汽化和部分冷凝的过程，因此可使混合液得到几乎完全的分离。化工厂中精馏操作是在直立圆形的精馏塔内进行的，塔内装有若干层塔板或充填一定高度的填料。为实现精馏分离操作，除精馏塔外，还必须从塔底引入上升蒸汽流和从塔顶引入下降液。可知，单有精馏塔还不能完成精馏操作，还必须有塔底再沸器和塔顶冷凝器，有时还要配原料液预热器、回流液泵等附属设备，才能实现整个操作。 浮阀塔与20世纪50年代初期在工业上开始推广使用，由于它兼有泡罩 化工原理课程设计 设计题目： 班级： 姓名： 学号： 指导教师： 完成日期：年月日 化工系 设计内容及要求 一、设计内容 1．设计方案的选定 对给定或选定的工艺流程、主要设备的型式进行简要的论述； 2．主要设备的工艺设计计算 选定工艺参数，物料衡算，热量衡算，单元操作的工艺计算并绘制相应的工艺流程图，标出物流量及主要测量点； 3．设备设计 设备的结构设计和工艺尺寸的设计计算，并绘制设备的工艺条件图。图面应包括设备的主要工艺尺寸、技术特性和接管表； 4．辅助设备选型 典型辅助设备主要工艺尺寸的计算，设备规格、型号的选定； 二、设计说明书编写 （1）封面课程设计题目、班级、姓名、指导教师、时间 （2）设计任务书 （3）目录 （4）设计方案简介 （5）设计条件及主要物性参数表 （6）工艺计算及主体设备设计 （7）辅助设备的计算及选型 （8）设计结果汇总表 （9）设计评述,设计者对本设计的评述及通过设计的收获体会 （10）附图（带控制点的工艺流程简图、主题设备设计条件图） （11）参考文献 （12）主要符号说明 图纸要求：工艺流程图采用4号图纸，设备装置图采用3号图纸，要求布局美观，图面整洁，图表清楚，尺寸标识准确，各部分线形精细符合国家化工制图标准。 报告内容必须齐全，打印或手写。打印用A4纸，字号为宋体、小四，标题加黑。 三、参考资料 1．化工原理课程设计（天大教材） 2．《化学工程手册1-3》化学工业出版社 3．《化工设备设计基础》化学工业出版社 4．《化工设备机械基础》化学工业出版社 5．化工设备技术全书编辑委员会.化工设备全书—塔设备设计.上海：上海科学技术出版1988 6．石油化学工业规划设计院.塔的工艺计算.北京：石油化学工业出版社，1997 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。 min 1.1.3 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。 1.2.2 选择塔型 精馏塔属气—液传质设备。气—液传质设备主要分为板式塔和填料塔两大类。该塔设计生产时日要求较大，由板式塔与填料塔比较[1]知：板式塔直径放大 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。 min 1.1.3 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。 1.2.2 选择塔型 精馏塔属气—液传质设备。气—液传质设备主要分为板式塔和填料塔两大类。该塔设计生产时日要求较大，由板式塔与填料塔比较[1]知：板式塔直径放大时，塔板效率较稳定,且持液量较大，液气比适应范围大，因此本次精馏塔设备选择板式塔。筛板塔是降液管塔板中结构最简单的，它与泡罩塔相比较具有下列优点：生产能力大10-15%，板效率提高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，也便于化工原理课程设计乙醇水精馏塔设计说明书
板式精馏塔的设计
化工原理乙醇水_课程设计汇总
乙醇-水连续浮阀式精馏塔的设计方案
化工原理课程设计板式精馏塔设计
化工原理课程设计(乙醇_水溶液连续精馏塔优化设计)
化工原理课程设计-板式精馏塔的设计
乙醇—水溶液精馏塔设计[精选.]
化工原理课程设计说明书-板式精馏塔设计
乙醇水精馏塔设计化工原理课程设计
板式精馏塔课程设计
乙醇_水精馏塔设计说明
苯-甲苯板式精馏塔的课程设计
乙醇和水混合液精馏塔课程设计
乙醇—水溶液精馏塔设计
化工原理课程设计——板式精馏塔设计.
乙醇——水筛板精馏塔工艺设计-课程设计
化工原理课程设计--- 乙醇——水筛板精馏塔工艺设计