乙酸乙酯-乙酸丁酯筛板精馏塔的设计
化工原理课程设计
题目乙酸乙酯-乙酸丁酯分离板式精馏塔
的设计
系（院）化学与化工系
专业化学工程与工艺
班级2009级1班
学生姓名毋瑞仙
学号2009010825
指导教师贾冬梅
职称副教授
二〇一一年十二月十日
课程设计任务书
一、课题名称
乙酸乙酯—乙酸丁酯分离板式精馏塔设计
二、课题条件（原始数据）
原料：乙酸乙酯、乙酸丁酯溶液
处理量：5万t/a
原料组成：23%（乙酸乙酯的质量分率）
料液初温： 25℃
操作压力、回流比、单板压降：自选
进料状态：冷液体进料
塔顶产品浓度： 98%（质量分率）
塔底釜残液乙酸丁酯回收率为96%（质量分率）
塔顶：全凝器
塔釜：饱和蒸汽间接加热
塔板形式：筛板
生产时间：300天/年，每天24h运行
冷却水温度：20℃
设备形式：筛板塔
厂址：滨州市
三、设计内容（包括设计、计算、论述、实验、应绘图纸等根据目录列
出大标题即可）
1 、设计方案的选定
2、精馏塔的物料衡算
3、塔板数的确定
4、精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算（加热物料进出口温度、密度、粘度、比热、
导热系数）
5、精馏塔塔体工艺尺寸的计算
6、塔板主要工艺尺寸的计算
7、塔板的流体力学验算
8、塔板负荷性能图（精馏段）
9、换热器设计
10、馏塔接管尺寸计算
11、制生产工艺流程图（带控制点、机绘，A2图纸）
12、绘制板式精馏塔的总装置图（包括部分构件）（手绘，A1图纸）
13、撰写课程设计说明书一份（设计说明书的基本内容：⑴课程设计任务书；⑵课程设
计成绩评定表；⑶中英文摘要；⑷目录；⑸设计计算与说明；⑹设计结果汇总；⑺
小结；⑻参考文献）
14、有关物性数据可查相关手册
15、注意事项
●写出详细计算步骤，并注明选用数据的来源
●每项设计结束后列出计算结果明细表
●设计最终需装订成册上交
四、进度计划（列出完成项目设计内容、绘图等具体起始日期）
1.设计动员，下达设计任务书 0.5天
2.收集资料，阅读教材，拟定设计进度 1-2天
3.初步确定设计方案及设计计算内容 5-6天
4.绘制总装置图 2-3天
5.整理设计资料，撰写设计说明书 2天
6.设计小结及答辩 1天
目录
摘要 (1)
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 (1)
第二章设计方案的确定 (2)
2.1操作条件的确定 (2)
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 (5)
3.1.1摩尔分率 (5)
3.1.2平均摩尔质量 (5)
3.1.3 物料衡算 (5)
3.1.4 回收率 (5)
3.2塔板数的确定 (6)
3.2.1理论板层数N的求取 (6)
3.3 精馏塔有关物性数据的计算 (8)
3.3.1 操作压力计算 (8)
3.3.2 操作温度计算 (9)
3.3.3 平均摩尔质量计算 (9)
3.3.4 平均密度计算 (10)
3.3.5 液体平均表面张力计算 (10)
3.3.6 液体平均黏度计算 (11)
3.4 精馏塔的塔体工艺尺寸设计 (11)
3.4.1 塔径的计算 (11)
3.4.2 精馏塔有效高度的计算 (11)
3.5 塔板主要工艺尺寸的计算 (14)
3.5.1 溢流装置计算 (14)
3.5.2 塔板布置 (17)
3.6 筛板的流体力学验算 (19)
3.6.1 塔板压降 (20)
3.6.2液面落差 (21)
3.6.3 液沫夹带 (22)
3.6.4 漏液 (22)
3.6.5 液泛 (23)
3.7 塔板负荷性能图 (23)
3.7.1 漏液线 (23)
3.7.2 液沫夹带线 (23)
3.7.3 液相负荷下限线 (24)
3.7.4 液相负荷上限线 (25)
3.7.5 液泛线 (26)
第四章塔附属设计 (29)
4.1 塔附件设计 (29)
4.2 筒体与封头 (32)
4.3 塔总体高度设计 (33)
4.3.1 塔的顶部空间高度 (33)
4.3.2 塔的底部空间高度 (33)
4.3.3 塔体高度 (33)
4.4 附属设备设计 (33)
4.4.1 冷凝器的选择 (33)
4.4.2 泵的选择 (34)
设计小结 (35)
附录 (36)
参考文献 (43)
摘要
化工生产过程中所处理的原料，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。生产中为了满足存储、运输。加工和使用的要求，时常将这些混合物分离为较纯净的物质。
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。精馏过程在能量驱动下，使气、液两相多次接触和分离，利用各组分挥发度的不同，使挥发组分由液相向气相转移，实现原料混合物中各组分分离，该过程是同时进行传热传质过程。本次设计任务为设计一定处理量的分离乙酸乙酯-乙酸丁酯混合物的精馏塔。
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（20%——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。而在板式精馏塔中，筛板塔有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，处理能力大等优点，综合考虑更符合本设计的要求。
化工原理课程设计是培养我们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。
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。
关键词：板式精馏塔筛板计算校核
第一章概述
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，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，本章只讨论筛板塔的设计。
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。
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
确定设计方案是指确定整个精馏装置的流程、各种设备的结构型式和某些操作指标。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。下面结合课程设计的需要，对某些问题作些阐述。
2.1.1操作压力
蒸馏操作通常可在常压、加压和减压下进行。确定操作压力时，必须根据所处理物料的性质，兼顾技术上的可行性和经济上的合理性进行考虑。例如，采用减压操作有利于分离相对挥
发度较大组分及热敏性的物料，但压力降低将导致塔径增加，同时还需要使用抽真空的设备。对于沸点低、在常压下为气态的物料，则应在加压下进行蒸馏。当物性无特殊要求时，一般是在稍高于大气压下操作。但在塔径相同的情况下，适当地提高操作压力可以提高塔的处理能力。有时应用加压蒸馏的原因，则在于提高平衡温度后，便于利用蒸汽冷凝时的热量，或可用较低品位的冷却剂使蒸汽冷凝，从而减少蒸馏的能量消耗。
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。对于本实验溶液，一般采用0.4~0.7KPa（表压）。
2.1.4冷却剂与出口温度
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。
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 塔的工艺尺寸的计算
3.1精馏塔的物料衡算
摩尔分率、平均摩尔质量、物料衡算、回收率等的计算
乙酸乙酯的摩尔质量：88.11/A
M
kg kmol =
水的摩尔质量：116.16/B M kg km ol = 原料液：23/88.11
0.247923/88.1177/116.16
F x =
=+
原料液0.282588.11(10.2825)116.16108.2359/F M kg km ol =?+-?=
进料流量 4
3
51010
64.1603/30024108.2359
F kmol h ??=
=??
全塔物料衡算 F D W =+① 轻组分 F D W F X D X W X =+② 乙醇的回收率100%98%D A F
D x Fx η=
=③
水的回收率(1)100%96%(1)
W B F W x F x η-=
?=-④
式中：F —原料液流量，kmol/h
D —流出液流量，kmol/h W —釜残液流量，kmol/h
X F —原料液中易挥发组分的摩尔分数 X D —流出液中易挥发组分的摩尔分数 X W —釜残液中易挥发组分的摩尔分数
联立①②③④解得
馏出液流量 19.6042/D km ol h = 釜液流量 44.5561/W km ol h = 塔顶 0.9061D x = 塔底产品 0.0081W x =
所以有：
塔顶 0.906188.11(10.9061)116.1690.74/D M kg kmol =?+-?= 塔底产品 0008188.11100081116.16115.93/W M kg kmol =.?+(-.)?=
3.2塔板数的确定
3.2.1理论板层数N 的求取
3.2.1.1 最小回流比及操作回流比计算
204060801001201401601802000
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
当0.2825F X =时，由t-x(y)相图，可查得溶液的泡点温度为T 泡=103.3℃
查得泡点温度下乙酸乙酯的汽化热32.23KJ/Kmol,乙酸丁酯的汽化热36.79 KJ/Kmol 所以1121(1)35502/m r r x r x K J K m ol =??-=+ 平均温度：T=(103.3+25)/2℃=64.15℃
原料液的比热容：11(1)223.6485/()P PA pB C C x C x K J K m ol K =+?-=?
1.4933p m
m
c t r q r ?+=
=
所以q 线方程为1
1
F
q y x q q x
=
-
--
即：y=3.0272x-0.5727
根据进料线方程确定最小回流比如下图所示：
由上图可以看出q 线与平衡线的切点坐标为（0.452/0.797） 故min 0.90610.7970.3160.7970.452
q D q q
x y R y x --=
=
=--
取min 220.3160.632R R ==?= 故精馏段操作线方程0.3870.5551
1
D x R y x y x R R =+
→=+++
式中 R —回流比 提馏段操作线方程：
1
m w
m L qF W L qF W
L qF W
y
x x ++=
-
+-+-
故提馏段操作线方程：1
1.70.0057m m y
x +=-
3.2.1.3 逐板法求塔板数：
4.7121 3.7121n
n
n
y
x
y
=
-；
1
D
y x
=
；0.3870.555y x =+；
q 线方程和精馏段操作线方程交点0.427
q x =
求得：1
0.6719
x =
2
0.8150
y = 2
0.4832
x = 3
0.7420
y
=
3
0.3790
0.427x
=≤
则精馏段N=2 提馏段： 3
0.3790
x =
4
0.6386
y = 4
0.2727
x = 5
0.4579
y = 50.152
x = 6
0.2527
y = 60.06696
x = 7
0.1081
y = 70.025
x = 8
0.0369
y
=
8
0.0081
0.0081
x
=≤
则提馏段N=6
3.2.2实际板层数的求取
取全塔效率为0.48, 则有
12/0.485N ==块 28/0.4817N ==块
3.3 精馏塔有关物性数据的计算
物性数据数据的查取和估算对于工艺设计计算非常重要，精馏塔设计中主要的物性数据包括：密度、粘度、比热、汽化热和表面张力。
3.3.1 操作压力计算（影响气相密度，进而影响Vs 、D 、塔板结构参数）
取塔顶表压为0Kpa 。
塔顶操作压力 101.325D P K Pa =
每层塔板压降 0.7P K Pa ?= ，一般0.4-0.7kPa ，浮阀塔板的压降为0.265—0.53kPa ，筛板的小于浮阀塔板，泡罩的大于浮阀塔板。 进料板压力 101.3250.75104.825F P K Pa =+?=
塔底操作压力 104.8250.717113.225W P K Pa =+?= 精馏段平均压力 (101.325104.825)/2103.075m P K Pa =+= 提馏段平均压力 '(104.825113.225)/2109.025m P K Pa =+=
3.3.2 操作温度计算
利用表3-1中数据由拉格朗日插值可求得F t 、D t 、W t 。 进料口F t ：101.5104.6101.50.260.32
0.28250.32
F t --=
-- , F t =103.4375℃
塔顶D t ：
78.5
79.878.5
0.890.950.90610.95
D t --=
--， D t =79.45℃
塔釜W t ：120.6126.0120.600.050.00810.05
W t --=--， W t =125.13℃
精馏段平均温度 191.442
F D t t t -
+=
=℃ 提馏段平均温度 2114.282
F W
t t t -
+=
=℃
3.3.3 平均摩尔质量计算 3.3.3.1 精馏段的平均摩尔质量
精馏段平均温度1t -
=91.44℃ 液相组成1x ：
1191.789.791.4489.7,0.53650.530.580.58x x --=
=--
气相组成1y ：
1191.789.791.4489.7,0.84390.840.87
0.87
y y --=
=--
所以 188.110.5365116.16(10.5365)101.11L M -
=?+?-= kg/kmol
188.110.8439116.11(10.8439)92.49V M -
=?+?-= kg/kmol
3.3.3.2 提馏段平均摩尔质量
提馏段平均温度2t -
=114.28℃ 液相组成2x ：
22115.9111.7115.9114.28,0.12930.110.160.11x x --=
=--
气相组成2y ：
22
115.9111.7115.9114.28,0.38240.340.45
0.34y y --=
=--
所以 288.110.1293116.16(10.1293)112.53L M -
=?+?-= kg/kmol
288.110.3824116.16(10.3824)105.43V M -
=?+?-= kg/kmol
3.3.4 平均密度计算
精馏段平均温度1t -
=91.44℃ A ρ=810kg/3m B ρ=807kg/3m 同理 2t -
=114.28℃ 'A ρ=785 kg/3m 'B ρ=980kg/3m 在精馏段，液相密度1L ρ：
1
0.536588.11
0.4675,10.536588.11(10.5365)116.16
1
A
B
A
B
A B A
L x x x x
x
ρρ
ρ
=
+
?=
==-?+-?
3
1808.4/L kg m ρ=
气相密度1V ρ：
1V ρ=
103.07592.49 3.158.314(91.44273.15)
m
M
RT
P
??=
=?+ kg/3
m
同理在提馏段，液相密度3
2780.5/L kg m ρ=
气相密度2V ρ=3.57 kg/3
m
3.3.5 液体平均表面张力计算
表3-2乙酸乙酯和乙酸丁酯不同温度下的表面张力
温度/℃
0 20 75 乙酸乙酯表面张力/3
3
10/N m - 26.5 23.9 17.4 温度/℃
5 20 100 乙酸丁酯面张力/3
3
10/N m -
24.7
23.3
14.9
3.3.5.1 精馏段液体平均表面张力
精馏段平均温度1t -
=91.44℃ 乙酸乙酯表面张力：
3
11752091.4475
15.4610
/17.423.917.4
N m σσ---=
?=?--
乙酸丁酯表面张力：3
2220591.4420
15.798810
/23.324.7
23.3
N m σσ---=
?=?--
精馏段液体的平均表面张力：()3
1112115.6210/m x x N m σσσ-=?+-?=?
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 -
=114.28℃
同理：乙酸乙酯表面张力：'3112.7610/N m σ-=?
乙酸丁酯表面张力：'3
213.400610/N m σ-=?
提馏段液体平均表面张力：()'
'
'
3
2122113.3210/m x x N m σσσ-=?+-?=?
3.3.6 液体平均黏度计算
精馏段平均温度1t -
=91.44℃ 查液体黏度共线图得：
20.33mPa s μ=? 10.0093m Pa s μ=?
提馏段平均温度2t -
=114.28℃ 查液体黏度共线图得： '
20.27m Pa s μ=? '
10.00987m Pa s μ=?
精馏段黏度：111A B
x x μμμ=+-1（） 0.158m Pa s =? 提馏段黏度：
221A B x x μμμ''=+-?2（）=0.236mPa s
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
11
v 3
(1)19.604292.49
0.261/36003600 3.15
S v VM R V m s ρ+??=
=
=?
3
11
1
1
0.63219.6042101.11
0.00043/360036003600808.4
L L S L L LM RD M
L m s ρρ??=
=
=
=?
式中 V —精馏段气相流量，kmol/h L —精馏段液相流量，kmol/h
M V1、M L1—分别为精馏段气、液相平均摩尔质量，kg/kmol 1V ρ、1L ρ—分别为精馏段气、液相平均密度，kg/m
3
同理，提馏段的气、液相体积流率为 30.262/S V m s '=，30.00049/S L m s '= 由极限空塔气速计算式： max L v
u C
ρρ=
式中 V ρ、L ρ—分别为气、液相平均密度，kg/m 3
C 由式0.2
20(
)
20
M C C σ= 计算
式中 C 20—物系表面张力为20mN/m 的负荷系数 σm —操作物系的液体平均表面张力，mN/m C —操作物系的负荷系数
其中的20C 由史密斯关联图（姚玉英《化工原理（下）》P158页图3-7史密斯关联图），
0.2 H T =0.6 0.45 0.3 0.15
0.4 0.3 0.2
1.0
0.7 0.1 0.04 0.03 0.02 0.07 0.01
0.04 0.03 0.02
0.07 0.01 0.1
0.09 0.06 0.05 V
L V f
20ρρρ-=u C 史密斯关联图
1
12
1
()h L h v L V ρρ
查取图的横坐标为 11
122
10.00043808.4()()0.02640.261 3.15
h L h v L V ρρ==
式中 V h 、L h —分别为塔内气、液两相的体积流量，m 3/h 1V ρ、1L ρ—分别为精馏段气、液相平均密度，kg/m 3 同理，提馏段的为
1
222
(
)0.0277h L h
V L V ρρ=
取板间距 0.35T H m =，板上液层高度0.1L
h
m = ，则
0.350.10.25T L
H h
m -=-=
同上，200.051C =
同理，提馏段的板间距取 0.35T H m '=，板上液层高度 0.1L h m '=。200.0515C '=
'
0.2
0.2
2016.1(
)
0.050(
)
0.0492
2
M
C C σ==?=
m ax 808.4 3.15
0.049
0.776/3.15
u m s -==
同理，提馏段的为 0.047C '=
max 0.69/u m s '=
选取泛点率：一般液体，max 8.06.0u u -=，易起泡液体，max 6.05.0u u -=。 取安全系数0.6，则空塔气速为
max 0.60.60.7760.47/u u m s ==?=
440.261
0.840.47
s
V D m u
ππ?=
=
=?
同理，提馏段为 0.416/u m s '= 0.896D m '= 按标准塔径圆整后为1D m '= 塔截面积为2
22
10.78544
T A D m π
π
=
=
?=
式中 D —塔径，m
V s —塔内气体流量，m 3/s
u —空塔气速，即按空塔截面积计算的气体线速度，m/s
实际空塔气速0.2610.332/0.785
u m s =
=
同理，提馏段的为 20.785T A m '= 0.334/u m s '=
3.4.2 精馏塔有效高度的计算 板间距选择：
塔板间距与塔径的关系
塔 径/D ，m 0.3～0.5 0.5～0.8 0.8～1.6 1.6～2.4 2.4～4.0 板间距/H T ，mm
200～300
250～350
300～450
350～600
400～600
化工生产中常用板间距为：200，250，300，350，400，450，500，600，700，800mm 。在决定板间距时还应考虑安装、检修的需要。例如在塔体人孔处，应留有足够的工作空间，其值不应小于600mm 。
精馏段有效高度为
11(1)(51)0.35 1.4T Z N H m =-=-?=
提馏段有效高度为
22(1)(121)0.35 3.85T Z N H m =-=-?=
在进料板上方开一人孔，其高度为0.6m ， 故精馏塔的有效高度为
210.6 1.4 3.850.6 6.05m Z Z Z =++=++=
3.5 塔板主要工艺尺寸的计算
3.5.1 溢流装置计算
溢流装置包括溢流堰和降液管。 降液管形式和底隙
降液管：弓形、圆形。小塔用圆形，一般采用弓形降液管。 塔板溢流形式有：U 型流、单溢流、双溢流和阶梯流。
设备选型-精馏塔设计说明书
第三章设备选型-精馏塔设计说明书3.1 概述 本章是对各种塔设备的设计说明与选型。 3.2设计依据 气液传质分离用的最多的为塔式设备。它分为板式塔和填料塔两大类。板式塔和填料塔均可用作蒸馏、吸收等气液传质过程，但两者各有优缺点，根据具体情况进行选择。设计所依据的规范如下： 《F1型浮阀》JBT1118 《钢制压力容器》GB 150-1998 《钢制塔式容器》JB4710-92 《碳素钢、低合金钢人孔与手孔类型与技术条件》HG21514-95 《钢制压力容器用封头标准》JB/T 4746-2002 《中国地震动参数区划图》GB 18306-2001 《建筑结构荷载规范》GB50009-2001 3.3 塔简述 3.3.1填料塔简述 (1)填料塔
填料塔是以塔内的填料作为气液两相间接触构件的传质设备，由外壳、填料、填料支承、液体分布器、中间支承和再分布器、气体和液体进出口接管等部件组成。 填料是填料塔的核心，它提供了塔内气液两相的接触面，填料与塔的结构决定了塔的性能。填料必须具备较大的比表面，有较高的空隙率、良好的润湿性、耐腐蚀、一定的机械强度、密度小、价格低廉等。常用的填料有拉西环、鲍尔环、弧鞍形和矩鞍形填料，20世纪80年代后开发的新型填料如QH—1型扁环填料、八四内弧环、刺猬形填料、金属板状填料、规整板波纹填料、格栅填料等，为先进的填料塔设计提供了基础。 填料塔适用于快速和瞬间反应的吸收过程，多用于气体的净化。该塔结构简单，易于用耐腐蚀材料制作，气液接触面积大，接触时间长，气量变化时塔的适应性强，塔阻力小，压力损失为300～700Pa，与板式塔相比处理风量小，空塔气速通常为0.5-1.2 m/s，气速过大会形成液泛，喷淋密度6-8 m3/(m2.h)以保证填料润湿，液气比控制在2-10L/m3。填料塔不宜处理含尘量较大的烟气，设计时应克服塔内气液分布不均的问题。 (2)规整填料 塔填料分为散装填料、规整填料(含格栅填料) 和散装填料规整排列3种，前2种填料应用广泛。 在规整填料中，单向斜波填料如JKB，SM，SP等国产波纹填料已达到国外MELLAPAK、FLEXIPAC等同类填料水平；双向斜波填料如ZUPAK、DAPAK 等填料与国外的RASCHIG SUPER-PAK、INTALOX STRUCTURED PACKING 同处国际先进水平；双向曲波填料如CHAOPAK等乃最新自主创新技术，与相应型号的单向斜波填料相比，在分离效率相同的情况下，通量可提高25％ -35％，比国外的单向曲波填料MELLAPAK PLUS通量至少提高5％。上述规整填料已成功应用于φ6400，φ8200，φ8400，φ8600，φ8800，φ10200mm等多座大塔中。 (3)板波纹填料 板波纹填料由开孔板组成，材料薄，空隙率大，加之排列规整，因而气体通过能力大，压降小。其比表面积大，能从选材上确保液体在板面上形成稳定薄液
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5 1.精馏与塔设备简介 5 2.体系介绍 5 3.筛板塔的特点 6 4.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8 1.1进料热状态8 1.2加热方式8 1.3回流比（R）的选择8 1.4 塔顶冷凝水的选择 8 2.流程简介及流程图 8 2.1流程简介8 3.理论塔板数的计算与实际板数的确定9 3.1理论板数计算9 3.1.1物料衡算9 3.1.2 q线方程9 3.1.3平衡线方程10 3.1.4 Rmin和R的确定10 3.1.5精馏段操作线方程的确定10 3.1.6精馏段和提馏段气液流量的确定10 3.1.7提馏段操作线方程的确定10 3.1.8逐板计算10 3.1.9图解法求解理论板数如下图: 12 3.2实际板层数的确定12 4精馏塔工艺条件计算12 4.1操作压强的选择12 4.2操作温度的计算13
筛板精馏塔设计示例
3.5筛板精馏塔设计示例 3.5.1 化工原理课程设计任务书 设计题目：分离苯-甲苯混合液的筛板精馏塔 在一常压操作的连续精馏塔内分离苯-甲苯混合液。已知原料液的处理量为4000kg/h，组成为0.41(苯的质量分率)，要求塔顶馏出液的组成为0.96，塔底釜液的组成为0.01。 设计条件如下：表3-18 操作压力 进料热状态回流比单板压降全塔效率建厂地址 4kPa(塔顶常压)自选自选w0.7kPa ET=52%天津地区 试根据上述工艺条件作岀筛板塔的设计计算。 3.5.2 设计计算1设计方案的确定 本设计任务为分离苯一甲苯混合物。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—~'：'■- 甲苯的摩尔质量匚丁 0.41/78. H 0.41/78J1 +0.59/92.13 (2)原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 二0.450X7E.11 + (l-0 450)x9213 =託尾如畑H ^=0.966x78 1U(1-0.9 13 few? ^ = 0.012x73.11 + (1-0.012)x92.13 = 91.9^/^? (3 )物料衡算 F = = 46.6 A 原料处理量二二一 0.450
总物料衡算46.61 = D+ W 苯物料衡算46.6 1X0.45 = 0.966D + 0.012 W 联立解得D = 21.40 kmol / h W=25.21kmol/h 3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，可采用图解法求理论板层数。 ①由手册查得苯一甲苯物系的气液平衡数据，绘出x~y图，见图3-22。 ②求最小回流比及操作回流比。 采用作图法求最小回流比。在图3-19中对角线上，自点e（0.45，0.45 ）作垂线ef即为进料线（q线），该线与平衡线的交点坐标为 y q = 0.667 xq = 0.450 故最小回流比为? 2 1■' 取操作回流比为77■■ ■―■:--' ③求精馏塔的气、液相负荷 L = R^D= 2.76x 21.40 = 7+1）D =（2 76 +l）x 21 40 = 80.46^；^ Z r= L + ^ = 59.06+46,^1 =
乙醇——水筛板精馏塔工艺设计-课程设计
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
化工原理课程设计乙醇水精馏塔设计
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：≤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 (9) 3.1物料衡算 (9) 3.2理论塔板数的计算 (10) 3.2.1 查找各体系的汽液相平衡数据 (10) 如表3-1 (10) 3.2.2 q线方程 (9) 3.2.3 平衡线 (11) 3.2.4 回流比 (12) 3.2.5 操作线方程 (12) 3.2.6 理论板数的计算 (12) 3.3 实际塔板数的计算 (13) 3.3.1全塔效率ET (13) 3.3.2 实际板数NE (14) 4塔的结构计算 (15) 4.1混合组分的平均物性参数的计算 (15) 4.1.1平均分子量的计算 (15) 4.1.2 平均密度的计算 (16) 4.2塔高的计算 (17) 4.3塔径的计算 (17) 4.3.1 初步计算塔径 (17) 4.3.2 塔径的圆整 (18) 4.4塔板结构参数的确定 (19) 4.4.1溢流装置的设计 (19) 4.4.2塔盘布置（如图4-4） (20) 4.4.3 筛孔数及排列并计算开孔率 (21) 4.4.4 筛口气速和筛孔数的计算 (21) 5 精馏塔的流体力学性能验算 (22) 5.1 分别核算精馏段、提留段是否能通过流体力学验算 (22) 5.1.1液沫夹带校核 (22) 5.2.2塔板阻力校核 (23) 5.2.3溢流液泛条件的校核 (25) 5.2.4 液体在降液管内停留时间的校核 (26) 5.2.5 漏液限校核 (26) 5.2 分别作精馏段、提留段负荷性能图 (26) 5.3 塔结构数据汇总 (29) 6 塔的总体结构 (30) 7 辅助设备的选择 (31) 7.1塔顶冷凝器的选择 (31) 7.2塔底再沸器的选择 (32) 7.3管道设计与选择 (33)
分离乙醇—水混合液的筛板精馏塔设计
分离乙醇—水混合液的筛 板精馏塔设计 This model paper was revised by the Standardization Office on December 10, 2020
课题名称：化工课程设计任务书 系别：化环学院 专业：化工2班 学号： 姓名： 指导教师： 时间：2011年12月01-16日 附 化工原理—化工设备机械基础课程设计任务书-1专业化工班级 0409402 设计人 一. 设计题目 分离乙醇—水混合液的筛板精馏塔设计 二. 原始数据及条件 生产能力：年处理量8万吨（开工率300天/年），每天工作24小时； 原料：乙醇含量为20%（质量百分比，下同）的常温液体；
分离要求：塔顶，乙醇含量不低于90%， 塔底，乙醇含量不高于 8%； 操作条件： 三. 设计要求： （一）编制一份设计说明书，主要内容包括： 1. 前言 2. 设计方案的确定和流程的说明 3. 塔的工艺计算 4. 塔和塔板主要工艺尺寸的设计 a. 塔高、塔径及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 5. 附属设备的选型和计算 6. 设计结果一览表 7. 注明参考和使用的设计资料 8. 对本设计的评述或有关问题的分析讨论。 （二）绘制一个带控制点的工艺流程图（2#图） （三）绘制精馏塔的工艺条件图（1#图纸） 四. 设计日期：2011年 12月01日至 2011 年12 月16日 五. 指导教师：谭志斗、石新雨 推荐教材及主要参考书： 1.王国胜, 裴世红，孙怀宇. 化工原理课程设计. 大连：大连理工大学出版社，2005 2.贾绍义，柴诚敬.化工原理课程设计. 天津：天津科学技术出版社，2002. 3、马江权，冷一欣. 化工原理课程设计. 北京：中国石化出版社，2009. 4、《化工工艺设计手册》，上、下册; 5、《化学工程设计手册》；上、下册; 6、化工设备设计全书编辑委员会.化工设备设计全书-塔设备；化学工业出版社：北京. 2004，01
精馏塔工艺工艺设计计算
第三章 精馏塔工艺设计计算 塔设备是化工、石油化工、生物化工、制药等生产过程中广泛采用的气液传质设备。根据塔内气液接触构件的结构形式，可分为板式塔和填料塔两大类。 板式塔内设置一定数量的塔板，气体以鼓泡或喷射形势穿过板上的液层，进行传质与传热，在正常操作下，气象为分散相，液相为连续相，气相组成呈阶梯变化，属逐级接触逆流操作过程。 本次设计的萃取剂回收塔为精馏塔，综合考虑生产能力、分离效率、塔压降、操作弹性、结构造价等因素将该精馏塔设计为筛板塔。 3.1 设计依据[6] 3.1.1 板式塔的塔体工艺尺寸计算公式 （1） 塔的有效高度 T T T H E N Z )1( -= （3-1） 式中 Z –––––板式塔的有效高度，m ； –––––塔内所需要的理论板层数； –––––总板效率； –––––塔板间距，m 。 （2） 塔径的计算 u V D S π4= （3-2） 式中 D –––––塔径，m ； –––––气体体积流量，m 3 u –––––空塔气速， u =（0.6~0.8） （3-3） V V L C u ρρρ-=m a x （3-4） 式中 L ρ–––––液相密度，3
V ρ–––––气相密度，3 C –––––负荷因子， 2 .02020?? ? ??=L C C σ （3-5） 式中 C –––––操作物系的负荷因子， L σ–––––操作物系的液体表面张力， 3.1.2 板式塔的塔板工艺尺寸计算公式 (1) 溢流装置设计 W OW L h h h += (3-6) 式中 L h –––––板上清液层高度，m ； OW h –––––堰上液层高度，m 。 3 2100084.2??? ? ??=W h OW l L E h （3-7） 式中 h L –––––塔内液体流量，m ； E –––––液流收缩系数，取1。 h T f L H A 3600= θ≥3~5 (3-8) 006.00-=W h h (3-9) ' 360000u l L h W h = (3-10) 式中 u 0ˊ–––––液体通过底隙时的流速，。 (2) 踏板设计 开孔区面积a A ： ??? ? ? ?+-=-r x r x r x A a 1 222s i n 1802π （3-11）
板式精馏塔课程设计
《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。
精馏塔的设计(毕业设计)
精馏塔尺寸设计计算 初馏塔的主要任务是分离乙酸和水、醋酸乙烯，釜液回收的乙酸作为气体分离塔吸收液及物料，塔顶醋酸乙烯和水经冷却后进行相分离。塔顶温度为102℃，塔釜温度为117℃，操作压力4kPa。 由于浮阀塔塔板需按一定的中心距开阀孔，阀孔上覆以可以升降的阀片，其结构比泡罩塔简单，而且生产能力大，效率高，弹性大。所以该初馏塔设计为浮阀塔，浮阀选用F1型重阀。在工艺过程中，对初馏塔的处理量要求较大，塔内液体流量大，所以塔板的液流形式选择双流型，以便减少液面落差，改善气液分布状况。 4.2.1 操作理论板数和操作回流比 初馏塔精馏过程计算采用简捷计算法。 （1）最少理论板数N m 系统最少理论板数，即所涉及蒸馏系统（包括塔顶全凝器和塔釜再沸器）在全回流下所需要的全部理论板数，一般按Fenske方程[20]求取。 式中x D,l，x D,h——轻、重关键组分在塔顶馏出物（液相或气相）中的摩尔分数； x W,l，x W,h——轻、重关键组分在塔釜液相中的摩尔分数； αav——轻、重关键组分在塔内的平均相对挥发度； N m——系统最少平衡级（理论板）数。 塔顶和塔釜的相对挥发度分别为αD=1.78，αW=1.84，则精馏段的平均相对挥发度： 由式（4－9）得最少理论板数： 初馏塔塔顶有全凝器与塔釜有再沸器，塔的最少理论板数N m应较小，则最少理论板数：。 （2）最小回流比 最小回流比，即在给定条件下以无穷多的塔板满足分离要求时，所需回流比R m，可用Underwood法计算。此法需先求出一个Underwood参数θ。 求出θ代入式（4－11）即得最小回流比。
式中——进料（包括气、液两相）中i组分的摩尔分数； c——组分个数； αi——i组分的相对挥发度； θ——Underwood参数； ——塔顶馏出物中i组分的摩尔分数。 进料状态为泡点液体进料，即q=1。取塔顶与塔釜温度的加权平均值为进料板温度（即计算温度），则 在进料板温度109.04℃下，取组分B（H2O）为基准组分，则各组分的相对挥发度分别为αAB=2.1，αBB=1，αCB=0.93，所以 利用试差法解得θ=0.9658，并代入式（4－11）得 （3）操作回流比R和操作理论板数N0 操作回流比与操作理论板数的选用取决于操作费用与基建投资的权衡。一般按R/R m=1.2～1.5的关系求出R，再根据Gilliland关联[20]求出N0。 取R/R m=1.2，得R=26.34，则有： 查Gilliland图得 解得操作理论板数N0=51。 4.2.2 实际塔板数 （1）进料板位置的确定 对于泡点进料，可用Kirkbride提出的经验式进行计算。
化工原理课程设计--- 乙醇——水筛板精馏塔工艺设计
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
苯-甲苯筛板精馏塔课程设计
河西学院 Hｅxi Ｕniｖersiｔy 化工原理课程设计 题目: 苯-甲苯筛板式精馏塔设计学院：化学化工学院
专业：化学工程与工艺 学号: 姓名: 指导教师： 2014年１２月6日 目录 化工原理课程设计任务书 1．概述 (5) 1.1序言 ....................................................................................................................... ５ 1.2再沸器?5 1.3冷凝器?5 2．方案的选择及流程说明?6 3.塔的工艺计算?6 3.1原料及塔顶塔底产品的摩尔分率?７ 3.2原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 (7) 3．3物料衡算?7 4．塔板数的确定 (7) 4.1理论塔板数T N (7)
4.2最小回流比及操作回流比?8 ４.３精馏塔的气、液相负荷?８ 4.4操作线方程 .............................................................................. 错误!未定义书签。 4．５图解法求理论塔板数 (9) 4.6实际板层数?9 5.精馏塔的工艺条件及有关物性数据................................................. 错误!未定义书签。 5.1操作压力?9 5．２操作温度?１0 10 ５.３平军摩尔质量? 5.4平均密度?１1 ５.5液体平均表面张力 ........................................................................................... 1２ 5.6液体平均黏度 ..................................................................................................... 1２ 13 ６.精馏塔的塔体工艺尺寸? 6.1塔径 (13) 6.2空塔气速 (13) 6.3实际空塔气速 (14) 6．４精馏塔有效高度?错误!未定义书签。 7．踏板主要工艺尺寸的设计......................................................................................... １5７.１塔板布置 .......................................................................................................... 1８ 7.２.塔板布 置………………………………………………………………………….1８
精馏塔设计图(参考版)
仅供参考 ∠1∶１０ 设计数量 职务姓名日期制图校核审核审定批准 比例 图幅 1∶20 A1 版次 设计项目设计阶段 毕业设计施工图 精馏塔 重量（Kg） 单件总重备注 件号 图号或标准号 名称 材料12345基础环 筋板盖板垫板静电接地板14824241Q235-A Q235-A Q235-A Q235-A Q235-A Q235-A Q235-A Q235-A Q235-A Q235-A Q235-A Q235-A·F 16MnR Q235-A 6 789 10 111213 14151617JB4710-92 GB/T3092-93HG20594-97JB4710-92GB/T3092-93HG20594-97JB4710-92 GB/T3092-93HG20594-97HG5-1373-80引出孔 φ159×4.5引出管 DN40法兰 PN1.0，DN40排气管 φ80接管 DN20，L=250法兰 PN1.0，DN20液封盘 塔釜隔板筒体 φ1600×16进料管 DN32法兰 PN1.0，DN32吊柱 111411111111 6.723.931.55322.7 94.2374.19140.62.97 5.382.364.67 1.170.411.0321.9376181210.69 2.02380Q235-A·F Q235-A 1111111311177511组合件16MnR Q235-A Q235-A Q235-A Q235-A Q235-A Q235-A 45Q235-A·F Q235-A Q235-A Q235-A Q235-A 组合件Q235-A 111111224Q235-A 16MnR Q235-A Q235-A Q235-A Q235-A Q235-A 1819202122232425 2627282930313233343536 3738394041 扁钢 8×16HG20594-97HG20594-97HG20594-97HG20594-97GB/T3092-93GB/T3092-93GB/T3092-93HG8162-87JB/T4737-95HG20594-97HG20594-97GB/T3092-93GB/T3092-93GB/T3092-93JB/T4736-95HG21515-95HJ97403224-3HJ97403224-7JB/T4734-95JB4710-92JB4710-921Q235-A HG20652-1998JB/ZQ4363-86上封头DN1600×16接管 DN20，L=250法兰 PN1.0，DN20出气管 DN600法兰 PN1.0，DN600接管 DN20，L=250法兰 PN1.0，DN20气体出口挡板回流管 DN45法兰 PN1.0，DN45补强圈 DN450×8人孔 DN450塔盘接管 DN20，L=250法兰 PN1.0，DN20下封头DN1600×16裙座筒体 法兰 PN1.0，DN20引出管 DN20引出孔 φ133×4检查孔 排净孔地脚螺栓M42×4.5GB704-88370.70.411.0382.3248.10.411.031.874.150.962.36118.3 310.10.411.03370.738021.032.612.2442.540.6 16.944.3δ=8 1 40 6 23 45 41 39 38 37789 10 1112 3635 34 33 3213 14 31 15 1630 2917 28 2726 25 24 2318 19 202122 a b c d e f i g h j1 k l n m5 m7 Ⅵ Ⅴ Ⅳ Ⅲ Ⅱ Ⅰ 技术要求 1、本设备按GB150-1998《钢制压力容器》和HG20652-95《钢制化工容器制造技术要求》进行 制造、试验和验收，并接受劳动部颁发《压力容器安全技术监察规程》的监督；2、焊条采用电弧焊，焊条牌号E4301； 3、焊接接头型式及尺寸，除图中标明外，按HG20583-1998规定，角焊缝的焊接尺寸按较薄板 厚度，法兰焊接按相应法兰中的规定； 4、容器上A、B类焊缝采用探伤检查，探伤长度20%； 5、设备制造完毕后，卧立以0.2MPa进行水压试验； 6、塔体直线允许度误差是H/1000，每米不得超过3mm，塔体安装垂直度允差是最大30mm； 7、裙座螺栓孔中心圆直径允差以及相邻两孔或任意两弦长允差为2mm； 8、塔盘制造安装按JB1205《塔盘技术条件》进行； 9、管口及支座方位见接管方位图。 技术特性表 管口表 总质量：27685 Kg e m1-7a f i g h j2n j4 l j3 k j1 b c d j3 序号 项 目指 标11 109 87654 3 21设计压力 MPa 设计温度 ℃工作压力 MPa 工作温度 ℃工作介质主要受压元件许用应力 MPa 焊缝接头系数腐蚀裕量 mm 全容积 m 容器类别 0.11500.027102 筒体、封头、法兰1700.58157.9327符号公称尺寸连接尺寸标准紧密面 型式用途或名称b c d e f g h i j1-4k l m1-7n 2060020453220202020402045040 HG20594-97HG20594-97HG20594-97HG20594-97HG20594-97HG20594-97HG20594-97HG20594-97HG20594-97HG20594-97HG20594-97HG20594-97 HG21515-95凹凹凹凹凹凹凹凹凹凹凹凹凹 温度计口气相出口压力计口回流口进料口液面计口液面计口温度计口排气管口至再沸器口出料口人孔再沸器返回口 313028263335373929 2732 3436 38404142 43 444546 474849 505125 24 2322 21201918 1716 151******** 8 7654 32114m6 m7 m5 m4 m3 m2 m1 1 2 3 4 5 30 31 32 33 3435 5051管口方位示意图 A、B类焊缝 1：2 整体示意图1：2 Ⅵ Ⅴ 1：5 1：5 Ⅳ A B B向 A向 Ⅲ 1：5 Ⅱ 1：5 Ⅰ 1：10 平台一 平台二 357 2901
苯-甲苯筛板精馏塔课程设计
河西学院 Hexi University 化工原理课程设计 题目: 苯-甲苯筛板式精馏塔设计 学院: 化学化工学院 专业:化学工程与工艺 学号: 姓名: 指导教师: 2014年12月6日
目录 化工原理课程设计任务书 1.概述 (5) 1.1序言 (5) 1.2再沸器 (5) 1.3冷凝器 (5) 2.方案的选择及流程说明 (6) 3.塔的工艺计算 (6) 3.1原料及塔顶塔底产品的摩尔分率 (7) 3.2原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 (7) 3.3物料衡算 (7) 4.塔板数的确定 (7) N (7) 4.1理论塔板数T 4.2最小回流比及操作回流比 (8) 4.3精馏塔的气、液相负荷 (9) 4.4操作线方程 (9) 4.5图解法求理论塔板数 (9) 4.6实际板层数 (9) 5.精馏塔的工艺条件及有关物性数据 (9) 5.1操作压力 (9) 5.2操作温度 (10) 5.3平军摩尔质量 (10) 5.4平均密度 (11) 5.5液体平均表面张力 (12) 5.6液体平均黏度 (13) 6.精馏塔的塔体工艺尺寸 (13) 6.1塔径 (13) 6.2空塔气速 (14) 6.3实际空塔气速 (15)
6.4精馏塔有效高度 (15) 7.踏板主要工艺尺寸的设计 (15) 7.1塔板布置 (17) 7.2.塔板布 置 (18) 8.筛板的流体力学验算 (19) 8.1塔板压降 (19) 8.2液面落差 (20) 8.3液沫夹带 (20) 8.4漏液 (20) 8.5液泛 (21) 9.塔板负荷性能图 (22) 9.1漏液线 (22) 9.2液沫夹带线 (22) 9.3液相负荷下限线 (23) 9.4液相负荷上限线 (24) 9.5液泛线 (24) 10.板式塔常见附件 (26) 10.1进料罐线管径 (27) 11.附属设备 (30) 11.1塔顶空间 (30) 11.2塔底空间. (30) 11.3人孔 (30) 11.4塔高 (30) 12.设计筛板塔的主要结果汇总： (30) 参考文献 (32) 设计心得体会 (32) 成绩评定： ............................................. 错误!未定义书签。
苯-甲苯筛板精馏塔的设计
淮阴工学院 课程设计说明书 作者:学号： 系 (院): 专业: 题目:苯-甲苯筛板精馏塔的设计 指导者： 2010年6月
化工原理课程设计说明书中文摘要 精馏是利用混合液中组分挥发度的差异，实现组分高纯度分离的多级蒸馏操作，即同时实现多次部分汽化和部分冷凝的过程。实现精馏操作的主体设备是精馏塔。 塔设备是能够实现蒸馏的气液传质设备，广泛应用于化工、石油化工、石油等工业中，其结构形式基本上可以分为板式塔和填料塔两大类。 我国石油工业具有一定的水平，但还是一个发展中的国家,摆在我们石油工作者面前的任务是繁重的。因此必须坚持独立自主、自力更生，革新挖潜，全面提高，综合利用，大搞化工原料，赶超世界先进水平。 关键词：精馏塔塔板苯—甲苯塔板负荷
淮阴工学院 化工原理课程设计任务书 设计条件： 设计内容: 1、精馏塔的物料衡算； 2、塔板数、压降的计算； 3、精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算； 4、精馏塔的相关工艺尺寸计算； 5、绘制精馏塔设计条件图。 指导教师：胡涛 2010年 6 月
目录 1. 引言 (6) 1.1 塔设备的分类 (6) 1.2 塔设备在化工生产中的作用和地位 (6) 1.3 设计条件 (6) 1.4 问题研究 (6) 2. 板式塔的设计 (6) 2．1 工业生产对塔板的要求 (6) 2.2 设计方案的确定 (7) 2.2.2 操作压力的选择 (7) 2.2.3 进料热状况的选择 (7) 2.2.4 加热方式的选择 (7) 2.2.5 回流比的选择 (7) 3 工艺流程图 (7) 4. 工艺计算及主体设备的计算 (8) 4.1 精馏塔的物料衡算 (8) 4.1.1 原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 (8) 4.1.2 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 (8) 4.1. 3 物料衡算 (8) 4.2 塔板数的确定 (9) 4.2.1 理论板层数NT的求取 (9) 4.2.2 实际板层数的求解 (9) 4.3 精馏塔的工艺条件及有关物性数据计算 (9) 4.3.1 操作压力的计算 (10) 4.3.2 操作温度计算 (11) 4.3.3 平衡摩尔质量的计算 (11) 4.3.4 平均密度的计算 (12) 4.3.5 液体平均表面张力计算 (13) 4.3.6 液体平均粘度计算 (13) 4.4 精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (14) 4.4.1 塔径计算 (14) 4.4.2 精馏塔有效高度的计算 (15) 4.5. 塔板主要工艺尺寸的计算 (15) 4.5.1 溢流装置计算 (15) 4.5.2 塔板布置 (16)
化工原理筛板精馏塔课程设计案例
吉林化工学院 化工原理课程设计 题目 ____________ 筛板精馏塔分离苯一甲苯工艺设计
教学院化工与材料工程学院 专业班级材化0801 ____________ 学生姓名______________________ 学生学号08150108____________ 指导教师张福胜___________________ 2010年6月14日
5.1塔顶冷凝器设计计算 (23) 5.2泵的选型 (24) 5.4塔总体高度的设计 (25) 目录 摘要 ....................................................... 一 绪论 ....................................................... 二 第一章流程及流程说明 (1) 第二章 精馏塔工艺的设计 (2) 2.1产品浓度的计算 (2) 2.1.1原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 (2) 2.1.2原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 2 2.2最小回流比的确定 (3) 2.3物料衡算 3 2.4精馏段和提馏段操作线方程 (3) 2.4.1求精馏塔的气液相负荷 2.4.2求操作线方程 3 2.5精馏塔理论塔板数及理论加料位置 3 2.6实际板数的计算 3 2.7实际塔板数及实际加料位置 第三章精馏塔主要工艺尺寸的设计计算 .............. 3.1物性数据计算 (5) 3.2精馏塔主要工艺尺寸的计算 (9) 3.3筛板流体力学验算 (13) 3.4塔板负荷性能图 (16) 第四章热量衡算 ........................ 4.1塔顶气体上升的焓。 (21) 4.2回流液的焓 ° . 21 4.3塔顶馏出液的焓^厲 (21) 4.4冷凝器消耗焓Q (21) 4.5进料的焓 Q (21) 4.6塔底残液的焓 (21) 4.7再沸器的焓Q (22) 21 第五章塔的附属设备的计算 .................... 23
筛板精馏塔课程设计心得体会
竭诚为您提供优质文档/双击可除筛板精馏塔课程设计心得体会 篇一：化工原理课程设计筛板精馏塔的设计 化工原理课程设计任务书 班级：生工081 姓名：丁尚080811110183 陈国钰080811110184 设计题目：乙醇水溶液筛板精馏塔的工艺设计一.基础数据 1.原料液量：8000kg·h-1 2.原料液组成：乙醇：22.6%，水：77.4% 3.原料液温度：25℃ 4.馏出液组成：乙醇含量大于：93.2%釜液组成：乙醇含量小于：1.1% (以上浓度均指质量分率) 5.操作压力：常压二.设计范围 1.精馏系统工艺流程设计，绘流程图一张 2.筛板精馏塔的工艺计算
3.筛板精馏塔塔板结构的工艺设计，绘制塔板负荷性能图，塔板结构图和整体设备结构图 4.附属设备选型计算20XX.7.8 目录 第一章：概述 (2) 第二章：精馏工艺流程确定 (4) 第三章：精馏塔的物料衡算 (5) 10） 第五章：塔板结构的工艺设计 (19) 第六章：塔板流体力学校核 (29) 第七章：塔板负荷性能图 (33) 第八章：塔的总体结构的确定 (39) 第九章：馏塔附属设备选型计算 (46) 参考文
献 (51) 附录 (52) 第一章概述 塔设备是化工，石油化工和炼油等生产中最重要的设备之一。它可使气液或液液两相之间进行紧密接触，达到相际传质及传热的目的。它是实现精馏，吸收，解吸和萃取等化工单元操作的主要设备。塔设备在化工过程中有时也用来实现工业气体的冷却与回收，气体的湿法净制和干燥，以及兼有气液两相传质和传热的增湿，减湿等。 在板式塔中，塔内装有一定数量的塔盘，气体以鼓泡或喷射的形式穿过塔板上的液层使两相密切接触，进行传质，两相的组分浓度沿塔高呈阶梯式变化。在填料塔中，塔内装填一定段数和一定高度的填料层，液体沿填料表面成膜状向下流动，作为连续相的液体自下向上流动，与液体逆流传质。两相的组分浓度沿塔高呈阶梯式变化。 不管是何种塔型，除了首先要能使气（汽）液两相充分接触，获得较高的传热效率外，还希望能综合满足下列要求： (1)生产能力大。在较大的气（汽）液流速下，仍不致发生大量的物沫夹带及液泛等破坏正常操作的现象。 (2)操作稳定，操作弹性大。当塔设备的气（汽）液负