乙醇-水溶液连续精馏塔优化设计
乙醇水连续浮阀式精馏塔的设计.doc
化工原理课程设计任务书一设计题目：乙醇－水连续浮阀式精馏塔的设计二任务要求设计一连续筛板浮阀精馏塔以分乙醇和水具体工艺参数如下：原料加料量 F＝100kmol/h＝273进料组成 xF馏出液组成 x＝0.831D＝0.012釜液组成 xw塔顶压力 p＝100kpa单板压降≤0.7 kPa2 工艺操作条件：常压精馏，塔顶全凝器，塔底间接加热，泡点进料，泡点回流。
三主要设计内容1、设计方案的选择及流程说明2、工艺计算3、主要设备工艺尺寸设计（1）塔径及提馏段塔板结构尺寸的确定（2）塔板的流体力学校核（3）塔板的负荷性能图（4）总塔高4、设计结果汇总5、工艺流程图及精馏塔工艺条件图目录3.3.3.204参考文献 (30)摘要本设计是以乙醇――水物系为设计物系，以浮阀塔为精馏设备分离乙醇和水。
浮阀塔是化工生产中主要的气液传质设备，此设计针对二元物系乙醇－－水的精馏问题进行分析，选取，计算，核算，绘图等，是较完整的精馏设计过程。
通过逐板计算得出理论板数为16块，回流比为3.531,算出塔效率为0.518，实际板数为32块，进料位置为第11块，在板式塔主要工艺尺寸的设计计算中得出塔径为1米，有效塔高13.6米，浮阀数（提馏段每块76）。
通过浮阀塔的流体力学验算，证明各指标数据均符合标准。
本次设计过程正常，操作合适。
关键词：乙醇、水、二元精馏、浮阀连续精馏精馏塔、提馏段第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。
化工原理乙醇精馏塔设计
目录乙醇——水溶液连续精馏塔优化设计 (2)前言 (4)精馏塔优化设计计算 (5)一精馏流程的确定 (5)二塔的物料衡算 (5)三塔板数的确定 (7)四、塔的工艺条件及物性数据计算 (10)五、精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (13)六、塔板主要工艺尺寸的计算 (14)七、塔版流体力学验算 (17)浮阀塔板工艺设计计算结果 (22)心得体会 (23)参考文献 (24)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：17500 （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：101.3kpa（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（南华大学化学化工学院，湖南衡阳 421001）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体设备设计。
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.前言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。
乙醇-水连续精馏筛板塔的设计
乙醇-水连续精馏筛板塔的设计班级 :姓名：学号：指导教师：时间：2011-8-29——2011-9-9前言精馏塔是进行精馏的一种塔式汽液接触装置，又称为蒸馏塔。
有板式塔与填料塔两种主要类型。
根据操作方式又可分为连续精馏塔与间歇精馏塔。
蒸气由塔底进入，与下降液进行逆流接触，两相接触中，下降液中的易挥发(低沸点)组分不断地向蒸气中转移，蒸气中的难挥发(高沸点)组分不断地向下降液中转移，蒸气愈接近塔顶，其易挥发组分浓度愈高，而下降液愈接近塔底，其难挥发组分则愈富集，达到组分分离的目的。
由塔顶上升的蒸气进入冷凝器，冷凝的液体的一部分作为回流液返回塔顶进入精馏塔中，其余的部分则作为馏出液取出。
塔底流出的液体，其中的一部分送入再沸器，热蒸发后，蒸气返回塔中，另一部分液体作为釜残液取出。
精馏塔的工作原理是根据各混合气体的汽化点（或沸点）的不同，控制塔各节的不同温度，达到分离提纯的目的。
化工生产常需进行液体混合物的分离以达到提纯或回收有用组分的目的，精馏操作在化工、石油化工、轻工等工业生产中中占有重要的地位。
为此，掌握气液相平衡关系，熟悉各种塔型的操作特性，对选择、设计和分析分离过程中的各种参数是非常重要的。
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。
本次设计的筛板塔是化工生产中主要的气液传质设备。
此设计针对二元物系的精馏问题进行分析、选取、计算、核算、绘图等，是较完整的精馏设计过程。
本设计包括设计方案的选取，主要设备的工艺设计计算——物料衡算、热量衡算、工艺参数的选定、设备的结构设计和工艺尺寸的设计计算，辅助设备的选型，工艺流程图，主要设备的工艺条件图等内容。
乙醇和水的精馏塔设计
乙醇和水的精馏塔设计精馏是一种分离液体混合物中组分的常用方法，可通过蒸馏分离甲醇和水的混合物。
对于乙醇和水的精馏塔设计，需要考虑一系列参数和流程，包括进料组成、操作压力、图形塔塔板、冷凝器设计、降低能量消耗等。
以下是一个基本的乙醇和水的精馏塔设计方案。
1.塔板设计在乙醇和水的精馏塔设计中，决定了塔板数的重要参数是所需的乙醇纯度。
一般来说，纯度要求越高，所需的塔板数就越多。
可使用的常用塔板设计方法有McCabe-Thiele方法和Ponchon-Savarit方法。
2.冷凝器设计冷凝器用于冷凝乙醇蒸汽，使其凝结成液体后下降到下部分的收集器中。
冷凝器设计需要考虑的重要参数包括进料温度、出料温度、乙醇和水的蒸汽压力和流量等。
一般来说，选择多管冷凝器比单管冷凝器更适合于高效的冷凝过程。
3.降低能量消耗乙醇和水的精馏过程中，能量消耗是一个重要的考虑因素。
为了降低能量消耗，可以引入热回收系统，如热交换器，将高温的废气中的热能回收使用。
此外，也可以考虑采用较低的操作压力，通过降低汽化温度来减少所需的加热能量。
4.控制塔板温度在乙醇和水的精馏塔设计中，控制各个塔板的温度非常重要，以确保塔板能够正常工作。
一种常见的温度控制方法是在塔板上设置温度传感器，并通过自动化控制系统调节冷凝器的冷却剂流量来控制塔板温度。
5.回流比的选择回流比是决定乙醇和水精馏塔效率的重要因素。
回流比的选择应根据塔板的数量、损失和乙醇纯度等因素来合理决定。
一般来说，较高的回流比可以提高纯度，但同时也会增加能源消耗。
6.热平衡以上是一个基本的乙醇和水的精馏塔设计方案。
根据实际情况和具体需求，还需要根据实际的进料组成、产量、纯度和环境要求等因素进行调整。
乙醇---水连续精馏塔的设计化工原理设计
化工原理课程设计说明书设计题目：乙醇---水连续精馏塔的设计设计人员：所在班级：2010级化学工程与工艺成绩：指导老师：日期：化工原理课程设计任务书一、设计题目：乙醇---水连续精馏塔的设计二、设计任务及操作条件（1）进精馏塔的料液含乙醇35％（质量分数，下同），其余为水；（2）产品的乙醇含量不得低于90％；（3）塔顶易挥发组分回收率为99％；（4）生产能力为50000吨/年90％的乙醇产品；（5）每年按330天计，每天24小时连续运行。
（6）操作条件a）塔顶压强 4kPa （表压）b）进料热状态自选c）回流比自选d）加热蒸汽压力低压蒸汽（或自选）e）单板压降 kPa。
三、设备形式：筛板塔或浮阀塔四、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（A2 号图纸）；2）绘制精馏塔设计条件图（A2 号图纸）；五、设计基础数据：1.常压下乙醇---水体系的t-x-y 数据；2.乙醇的密度、粘度、表面张力等物性参数。
一、设计题目：乙醇---水连续精馏塔的设计二、设计任务及操作条件：进精馏塔的料液含乙醇35％（质量分数，下同），其余为水；产品的乙醇含量不得低于90％；塔顶易挥发组分回收率为99％，生产能力为50000吨/年90％的乙醇产品；每年按330天计，每天24小时连续运行。
塔顶压强 4kPa （表压）进料热状态自选回流比自选加热蒸汽压力低压蒸汽（或自选）单板压降≤0.7kPa。
三、设备形式：筛板塔四、设计内容：1）精馏塔的物料衡算：原料乙醇的组成 xF＝＝0.1740原料乙醇组成 xD0.7788塔顶易挥发组分回收率90％平均摩尔质量 MF =由于生产能力50000吨／年，.则 qn，F所以，qn，D2）塔板数的确定：甲醇—水属非理想体系，但可采用逐板计算求理论板数,本设计中理论塔板数的计算采用图解法。
化工原理 课程设计 精馏塔
化工原理课程设计精馏塔
化工原理课程设计：精馏塔
一、设计题目
设计一个年产10万吨的乙醇-水溶液精馏塔。
该精馏塔将采用连续多级蒸馏的方式，将乙醇与水进行分离。
乙醇的浓度要求为95%（质量分数），水含量要求低于5%。
二、设计要求
1. 设计参数：
操作压力：常压
进料流量：10万吨/年
进料组成：乙醇40%，水60%（质量分数）
产品要求：乙醇95%，水5%
2. 设计内容：
完成精馏塔的整体设计，包括塔高、塔径、填料类型、进料位置、塔板数、回流比等参数的计算和选择。
同时，还需完成塔内件（如进料口、液体分布器、再沸器等）的设计。
3. 绘图要求：
需要绘制精馏塔的工艺流程图和结构示意图，并标注主要设备参数。
4. 报告要求：
完成设计报告，包括设计计算过程、结果分析、经济性分析等内容。
三、设计步骤
1. 确定设计方案：根据题目要求，选择合适的精馏塔类型（如筛板塔、浮阀塔等），并确定进料位置、塔板数和回流比等参数。
2. 计算塔高和塔径：根据精馏原理和物料性质，计算所需塔高和塔径，以满足分离要求。
3. 选择填料类型：根据物料的特性和分离要求，选择合适的填料类型，以提高传质效率。
4. 设计塔内件：根据塔板数和填料类型，设计合适的进料口、液体分布器、再沸器等塔内件。
5. 进行工艺计算：根据进料组成、产品要求和操作条件，计算每块塔板的温度和组成，以及回流比等参数。
6. 进行经济性分析：根据设计方案和工艺计算结果，分析项目的投资成本和运行成本，评估项目的经济可行性。
分离乙醇水精馏塔设计(含经典实用工艺流程图和塔设备图)
分离乙醇-水的精馏塔设计设计人员：所在班级：化学工程与工艺成绩：指导老师：日期：化工原理课程设计任务书一、设计题目：乙醇---水连续精馏塔的设计二、设计任务及操作条件（1）进精馏塔的料液含乙醇35％（质量分数，下同），其余为水；（2）产品的乙醇含量不得低于90％；（3）塔顶易挥发组分回收率为99％；（4）生产能力为50000吨/年90％的乙醇产品；（5）每年按330天计，每天24小时连续运行。
（6）操作条件a）塔顶压强 4kPa （表压）b）进料热状态自选c）回流比自选d）加热蒸汽压力低压蒸汽（或自选）e）单板压降 kPa。
三、设备形式：筛板塔或浮阀塔四、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（A2 号图纸）；2）绘制精馏塔设计条件图（A2 号图纸）；五、设计基础数据：1.常压下乙醇---水体系的t-x-y 数据；2.乙醇的密度、粘度、表面张力等物性参数。
一、设计题目：乙醇---水连续精馏塔的设计二、设计任务及操作条件：进精馏塔的料液含乙醇35％（质量分数，下同），其余为水；产品的乙醇含量不得低于90％；塔顶易挥发组分回收率为99％，生产能力为50000吨/年90％的乙醇产品；每年按330天计，每天24小时连续运行。
塔顶压强 4kPa （表压）进料热状态自选回流比自选加热蒸汽压力低压蒸汽（或自选）单板压降≤0.7kPa。
三、设备形式：筛板塔四、设计内容：1）精馏塔的物料衡算：原料乙醇的组成 xF＝＝0.1740原料乙醇组成 xD0.7788塔顶易挥发组分回收率90％平均摩尔质量 MF =由于生产能力50000吨／年，.则 qn，F所以，qn，D2）塔板数的确定：甲醇—水属非理想体系，但可采用逐板计算求理论板数,本设计中理论塔板数的计算采用图解法。
《化工原理》乙醇-水混合液精馏塔设计
《化工原理》乙醇-水混合液精馏塔设计一、设计任务：完成精馏塔工艺优化设计、精馏塔结构优化设计以及有关附属设备的设计和选用，绘制精馏塔的工艺条件图及塔板性能负荷图，并编制工艺设计说明书。
二、操作条件：年产量：7500t。
料液初温：30℃料液浓度：43%（含乙醇摩尔分数）塔顶产品浓度：97%（含乙醇摩尔分数）乙醇回收率：99.8%（以摩尔分数计）年工作日：330天（24小时运行）精馏塔塔顶压力：4kPa（表压）冷却水温度：30℃饱和蒸汽压力：2.5kgf/cm2（表压）单板压降：不大于0.7kPa全塔效率：52%回流比是最小回流比的1.8倍进料状况：泡点进料三、设计内容：（1）设计方案简介：对确定的工艺流程及精馏塔型式进行简要论述。
（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）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。
（5）用坐标纸绘制乙醇-水溶液的y-x图一张，并用图解法求理论塔板数（贴在说明书中对应的地方）。
（6）绘制精馏塔设计条件图。
附：汽液平衡数据表1一、总体设计计算1.1 汽液平衡数据（760mm Hg）1.2塔的物料衡算=43/46.07/(43/46.07+57/18.01)=0.2277XF=97/46.07/(97/46.07+31/18.01)=0.9267XDM=0.2277⨯46.07+（1-0.2277）⨯18.02=24.399kg/kmol F同理可得M=44.013 D，=7.5*106/7920=946.97DD=946.97/44.013=21.516η=0.998=DXD /FXF=21.516*0.9267/0.2277FF=87.742 由 F=D+WFXF =DXD+WXW得：Xw=0.03998W=66.226 Kmol/h1.3塔板计算tF=（0.2277-0.1661/0.2337-0.1661）*(82.7-84.1)+84.1=82.82°CtF=82.82℃乙醇不同温度的饱和蒸气压乙醇的饱和蒸气压o={[(82.82-80)/(90-80)]*(158.27-108.32)}+108.32=122.41 PA水不同温度的饱和蒸气压由图数据通过内插法得P B O =53.0525 α =122.41/53.0525=2.31 泡点进料q=1R min =1/α-1[X D /X F -α(1-X D )/1-X F ]=2.94 R=1.8R min =5.292精馏段操作线方程1111n n D R y x x R R +=+++=0.841x+0.1473提馏段操作线方程W m m x WqF L W x W qF L qF L y -+--++=+''1=1.503x-0.000849实际塔板数N pE T =0.52精馏段Np1=11/0.52=21块提馏段Np2=3/0.52=6块总板数21+6=27块二、塔的工艺条件及物性数据计算2.1精馏段的数据1.平均压力Pm单板降压不大于0.7Kpa所以等于0.7Kpa塔顶：PD=4+101.3=105.3Kpa加料板：PF=105.3+0.7*21=120Kpa平均压力：Pm=(105.3+120)/2=112.65Kpa2.平均温度tD={[(0.9267-0.08943)/(1-0.8943)]*(80.02-78.15)}+78.15=78.72℃tF=82.82℃精馏段tm=(82.82+78.72)/2=80.77℃3.平均分子量塔顶：M VDM = XD×M轻组分+（1－XD）×M重组分=46.07*0.9267+（1-0.9267）*18.01=44.01kg/kmolM LDM = x1×M轻组分+（1－x1）×M重组分=46.07*0.743+(1-0.743)*18.01=38.86kg/kmol进料板的平均分子量:进料板对应的组成Xn 和ynM VFM = yn×M轻组分+（1－yn）×M重组分=46.01*0.512+(1-0.512)*18.01=32.38kg/kmolM LFM = Xn×M轻组分+（1－Xn）×M重组分=46.07*0.2277+(1-0.2277)*18.01=24.4kg/kmol 精馏段：MVm=(44.01+32.38)/2=38.2kg/kmolMLm=(38.36+24.4)/2=31.63kg/kmol4.平均密度塔顶：aA =0.97 aB=0.03查物性数据：易挥发组分密度ρ1＝ 763.42 Kg/m3难挥发组分密度ρ2＝ 972.58 Kg/ m3塔顶液相密度：ρLD ＝1/[a1/ρ1+(1-a1) /ρ2]= 741.84Kg/ m3进料板：aA =0.43 aB=0.53查物性数据：易挥发组分密度ρ1＝ 733.59 Kg/m3难挥发组分密度ρ2＝ 969.97 Kg/ m3进料液相密度：ρLF ＝1/[a2/ρ1+(1-a2) /ρ2]= 851.93Kg/ m3精馏段的平均液相密度：ρLM ＝(ρLD+ρLF)/2=796.88Kg/ m3精馏段平均汽相密度：TM =（TF+TD）/2=80.77℃ρVM ＝PM V /RT M =1.463Kg/ m 35. 液体的平均表面张力 （1）塔顶t D =78.72℃ бO =17.26 бW =62.8V O =46.07/737=0.06251m 3/kmol V w =18.01/973=0.01851m 3/kmol X o =X D =0.9267 X W =1-0.9267=0.0733 φo =X o V O /(X W V w +X o V O )=0.977 φW =1-0.977=0.023 B=lg(φW q /φo )=-3.266Q=0.041(q/T)(бO V O 2/3/q-бW V w 2/3)=-0.0007 A=B+Q=-3.266-0.0007=-3.2667lg(φs W q /φso )=-3.2667和φs W +φso =1解得 φs W =0.021 φso =0.979бm 1/4=φs W бW 1/4+φso бO 1/4=2.05 бDm =17.81N/m2. 进料板t F =82.82℃ бO =16.88 бW =62.04V O =46.07/733=0.06285m 3/kmol V w =18.01/969.3=0.01858m 3/kmol X o =X F =0.2277 X W =1-0.2277=0.7723 φo =X o V O /(X W V w +X o V O )=0.499φW =1-0.499=0.501 B=lg(φW q /φo )=-0.298Q=0.041(q/T)(бO V O 2/3/q-бW V w 2/3)=-0.00748A=B+Q=-0.298-0.00748=-0.3055lg(φs W q /φso )=-0.3055和φs W +φso =1解得 φs W =0.498 φso =0.502бm 1/4=φs W бW 1/4+φso бO 1/4=2.415 бFm =34.01N/m(3) 精馏段бm =（17.81+34.01）/2=25.91N/m 6. 液体的平均黏度,L D μ=0.44⨯0.9267+(1-0.9267)⨯0.357=0.434.a mP s,L F μ=0.12⨯0.33+(1-0.12)⨯0.30=0.3904.a mP s,L M μ精=0.435*0.3904+0.357*（1-0.3904）=0.387.a mP s 7. 精馏段的汽液负荷计算V=（R+1）D=(5.292+1)⨯21.516=135.38/kmol hS V =,,3600V V m V M ρ精精=135.38*38.2/(3600*1.463)=0.91m 3/sV h =3600*0.91=3262.96m 3/hL=RD=50292⨯21.516=113.86/kmol h,3600L s L m LM L ρ=精精=113.86*31.63/(3600*796.88)=0.001255L h =3600*0.001255=4.52m 3/h2.2 提馏段的数据1.平均温度t W ={[(0.03998-0.019)/(1-0.019)]*(89-95.5)}+95.5=92.93℃ t F =82.82℃提馏段t m =(82.82+92.93)/2=87.88℃2.平均分子量 塔底：M VWM = X W ×M 轻组分+（1－X W ）×M 重组分=46.07*0.414+（1-0.414）*18.01=29.63kg/kmol M LWM = x 1×M 轻组分+（1－x 1）×M 重组分=46.07*0.03998+(1-0.03998)*18.01=19.13kg/kmol 提馏段：M Vm =(29.63+32.38)/2=31kg/kmol M Lm =(19.13+24.4)/2=21.77kg/kmol 3.平均密度塔底：a A =0.64 a B =0.36查物性数据： 易挥发组分密度ρ1＝ 725.87 Kg/m 3 难挥发组分密度ρ2＝ 963.23 Kg/ m 3塔底液相密度：ρLD ＝1/[a 1/ρ1+(1-a 1) /ρ2]= 963.15Kg/ m 3 提馏段的平均液相密度：ρLM ＝(ρLW +ρLF )/2=907.54Kg/ m 3 提馏段平均汽相密度：T M =（T F +T D ）/2=87.88℃ ρVM ＝PM V /RT M =1.16Kg/ m34.液体的平均表面张力 （1）塔底t W =92.93℃ бO =13.27 бW =60.16V O =46.07/737=0.06251m 3/kmol V w =18.01/973=0.01851m 3/kmol X o =X W =0.03998 X W =1-0.03998=0.96 φo =X o V O /(X W V w +X o V O )=0.123φW =1-0.123=0.877B=lg(φW q /φo )=0.796Q=0.041(q/T)(бO V O 2/3/q-бW V w 2/3)=-0.000163 A=B+Q=0.796-0.000163=0.794lg(φs W q /φso )=0.794和φs W +φso =1解得 φs W =0.634 φso =0.366бm 1/4=φs W бW 1/4+φso бO 1/4=2.46 бWm =36.62N/m提馏段бm =（36.62+34.01）/2=35.32N/m 5.液体的平均黏度μlw =0.03998⨯0.324+(1-0.03998)⨯0.324=0.393.a mP s ,L F μ=0.12⨯0.33+(1-0.12)⨯0.30=0.3904.a mP s μL,M 提=0.393*0.084+0.393*（1-0.084）=0.33.a mP s 6.精馏段的汽液负荷计算V=（R+1）D=(5.292+1)⨯21.516=135.38/kmol hS V ==135.38*31/(3600*1.16)=1m 3/sV h =3600*1=3600m 3/hL=RD=50292⨯21.516=113.86/kmol hL s =113.86*21.77/(3600*907.54)=0.00154L h =3600*0.00154=5.508m 3/h三、塔和塔板主要工艺尺寸计算 3.1 塔径首先考虑精馏段：参考有关资料，初选板音距T H =0.5m 取板上液层高度L h =0.06m 故 T H -L h=0.5-0.06=0.44ms s L V ⎛ ⎝查图可得 20C =0.097校核至物系表面张力为9.0mN/m 时的C ，即C=20C 0.220σ⎛⎫⎪⎝⎭=0.0102max u =CL VVρρρ-可取安全系数0.7，则 u=0.7max u =0.7⨯2.378=1.665m/s故4sV uπ按标准，塔径圆整为1.2m ，则空塔气速为0.805m/s3.2 精馏塔有效高度的计算精馏段有效高度为1Z N =-T 精精（）H =(21-1)⨯0.5=10m提馏段有效高度为1Z N =-T 提提（）H =(6-1)⨯0.5=2.5mZ 总=10+2.5=12.5m3.3 溢流装置采用单溢流、弓形降液管⑴ 堰长 w l 取堰长 w l =0.6Dw l =0.6⨯1.2=0.72m⑵ 出口堰高w h =L ow h h -选用平直堰，堰上液层高度ow h 由下式计算ow h =2/32.841000h w L E L ⎛⎫ ⎪⎝⎭近似取E=1.03,则ow h =0.00995故 w h =0.06-0.00995=0.05m ⑶ 降液管的宽度d W 与降液管的面积f A 由L D /D T =0.6《化工设计手册》 得dW D =0.1,f TA A =0.053 故 d W =0.12 f A =0.0722()24D π=0.062m留时间 f T sA H L τ==23.9s (>5s 符合要求)提馏段t=A d H T /Ls=33.11=>5s⑷ 降液管底隙高度 h ο u o ,=0.08h ο=L s /w l u o ,=0.022m3.4 塔板布置(1)取边缘区宽度c W =0.06,安定区宽度s W =0.075(2)计算开孔面积212sin 180a x A R R π-⎡⎤=⎢⎥⎣⎦=0.7992m 其中 x=2D-(d s W W +)=0.405m R=2D-c W =0.54m 3.5 筛板数n取筛孔的孔径0d 为39mm,正三角形排列,一般碳钢的板厚δ为3mm,孔中心距t=75.0mm 浮阀数目 取阀动能因数11F =，则由式o υ=o υ=计算塔板上的筛孔数n,即 n=4V s /πd o 2u o =83.75=84提馏段的筛口气速和筛孔数用上述公式计算， 提馏段 u 0=10.21m/s, n=82个取边缘区宽度c W =0.06,安定区宽度s W =0.075,板厚δ为3mm, 做等腰三角形叉排h=Aa/0.075n=0.127m=120mm 阀孔气速μo =4V s /πnd o 2=9.12m/s F 0=10.97四、筛板的流体力学性能 1. 塔板压降校核 h f =h c +h e(1)气体通过干板的降压h c临界孔速 u 0c =（73/ρv ）1/1.825=8.52m/s<u 0 所以h c =5.34（ρv /ρL )(u 02/2g)=0.0411m (2)气体通过班上液层的压降h e h e =β(h w +h ow )=0.05*0.06=0.03 （3）h б克服表面张力的压降 h б=0.00034m（4）气体通过筛板压降h f 和∆p f h f =h c +h e +h б=0.07144m∆p f =ρl *g*h f =558.5kpa<0.7kpa 2. 雾沫夹带量校核泛点率1100%F bF =板上液体流经长度 Z L =D T -2W D =0.96m F=40.72%<80%不会发生过量的雾沫夹带 3. 漏液校核=4.134m/s k=u 0/u'0=2.19=>2提馏段用同样的方法得，k=u 0/u'0==>2 4. 降低管液泛校核为防止降液管液泛的发生，应使降液管中清液层高度()d T w H H h ≤Φ+d P L d H h h h =++ 即h d =0.153(L s /L w h o )2=0.00096m取 取校正系数Φ=0.5,H d =0.1324,Φ(H T +h w )=0.275m可见(),d T W H H h φ≤+符合防止淹塔的要求。
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课程设计设计题目：乙醇-水溶液连续精馏塔优化设计学生姓名：周晨学号： 20083216 专业班级：化学工程与工艺08-3班指导教师：魏凤玉、何兵、吴翠明设计时间： 2011-4-18到2011-5-8化工原理（含化工设备机械基础）课程设计任务书专业：化工工艺班级： 08-3 姓名: 许文娟学号：20083212 设计题目：板式精馏塔设计设计时间：2011年4月18日至 2011年5月8日指导老师：魏凤玉、何兵、吴翠明老师设计任务：年处理 30000 吨乙醇--水溶液系统1、料液含乙醇35%，馏出液含乙醇不少于94%，残液含乙醇不大于0.05 %2、操作条件：（1）泡点进料，回流比由经济衡算优化。
（2）塔釜加热蒸汽压力：间接0.2MPa（表压），直接0.1MPa（绝压）。
（3）塔顶全凝器冷却水进口温度20℃，出口温度50℃。
（4）常压操作。
年工作日300~320天，每天工作24小时。
（5）设备形式（筛板塔、浮阀塔、泡罩塔等）自选。
（6）安装地点：合肥任务来源：合肥酒厂设计主要内容：工艺流程的确定，塔和塔板的工艺尺寸计算，塔板的流体力学验算及负荷性能图，辅助设备的计算与选型，主体设备的机械设计。
设计成果：1、设计说明书一份。
2、主体设备装配图一张（1#图纸），带控制点工艺流程图（3#图纸）一张。
目录摘要: (1)1 引言 (2)2 精馏塔优化设计计算 (3)2.1 塔的物料衡算 (3)2.2 塔板数的确定 (4)2.3 塔板主要工艺尺寸的计算 (14)2.4 浮板的流体力学计算 (18)2.5 塔板负荷性能图 (20)2.6 塔体结构的计算 (22)2.7 精馏塔的辅助设备的设计与选型 (22)3主体设备机械设计 (26)3.1 塔体强度校核 (26)3.3 地震载荷的计算 (29)3.4 塔体稳定性校核 (31)3.5 裙座的强度及稳定性校核 (31)3.6 水压试验时塔的强度和稳定性校核 (33)3.7 地脚螺栓的计算 (34)3.8 裙座基础环的设计 (34)3.9 裙座水压试验应力校核 (35)3.10 混凝土许用应力校核 (36)4 设计结果一览表 (36)5 课程设计心得 (39)6 参考文献 (41)7 附录 (42)附录1 水和乙醇的物理性质 (42)附录2 乙醇—水溶液汽液相平衡数据（摩尔） (42)附录3 不同温度下乙醇和水的密度 (42)附录4 不同温度下乙醇和水的表面张力 (43)附录5 乙醇-水相图 (43)附录6 精馏段性能负荷图 (43)附录8 计算费用与理论塔板数关系的程序 (45)附录9 最佳回流比曲线 (47)乙醇-水溶液连续精馏塔优化设计摘要: 本设计采用浮阀精馏塔分离乙醇-水溶液。
乙醇-水溶液为非理想物系，利用作图法求出最小回流比为3.95；由精馏费用模型编程得到最优回流比为4.74、理论板数为62块，计算出全塔效率为37.41%，则实际板数为166块，其中精馏段155块，提馏段11块，进料位置为第155块。
得到精馏塔的塔径为 1.2米，总高62.8米；板开孔率为8.67%，精馏段操作弹性为5.014，提馏段操作弹性为4.89，通过浮阀塔的流体力学验算，证明各指标数据均符合标准。
塔体和群座材料为20R，壁厚均为16mm，塔的操作质量为128148.09kg；强度校核表明，该精馏塔满足强度、刚度及稳定性等要求。
关键词：乙醇-水、精馏、浮阀塔设计、回流比的优化Abstract: The design uses a float valve tower for distillation to separate ethanol and water.The ethanol-water solution is a non-ideal physical system. The minimumreflux ratio was 3.95 by mapping method. The optimal reflux ratio is 4.74 byprogramming the distillation cost model. The theoretical plate number was 62,the efficiency of the whole tower is 37.41%, so the actual plate number was166, of which the rectifying section 155 and the stripping section 11, thefeeding location is the 155th plate. The diameter of distillation tower is 1.2meters, the total height of tower is 62.8 meters; The aperture ration of plate is8.67%, the operating flexibility of the rectifying section is 5.014 and of thestripping section is 4.89. Through calculating the fluid mechanics of the floatvalve tower every target and data is up to standard. The material of thetowerbody and the cylindrical skirt support is 20R, the thickness of the wall is12mm, the operating mass of the tower is 128148.09kg; Strength checkingshows that the distillation tower meets the strength, stiffness and stabilityrequirement.Keywords: ethanol-water，distillation，float valve tower，optimal reflux ratio1引言乙醇在工业，医药，民用等方面，都有很广泛的应用，是一种很重要的原料。
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，所以，想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，塔内装有若干层塔板和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，由于它兼有泡罩塔和筛板塔的优点，已成为国内应用最广泛的塔形，特别是在石油，化学工业中使用最普遍。
浮阀有很多种形式，但最常用的是F1型和V-4型。
F1型浮阀的结构简单，制造方便，节省材料，性能良好，广泛应用在化工及炼油生产中，现已列入部颁标准（JB168-68）内，F1型浮阀又分轻阀和重阀两种，但一般情况下都采用重阀，只有处理量大且要求压强降很低的系统中，采用轻阀。
浮阀塔具有下列优点：1，生产能力大。
2，操作弹性大。
3，塔板效率高。
4，气体压强降及液面落差较小。
5，塔的造价低。
浮阀塔不宜处理宜结焦或黏度大的系统，但对于黏度稍大及有一般聚合现象的系统，浮阀塔也能正常操作。
2 精馏塔优化设计计算2.1 塔的物料衡算2.1.1 料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数17394.00148.1865.00684.4635.00684.4635.0=+=Fx 0.88137)0148.180684.46(05.095.095.0=⨯+=D x0.00020)0148.180684.46(9995.00005.00005.0=⨯+=w x2.1.2物料衡算已知：h kmol 181.9952=0148.1865.06667.41660684.4635.06667.4166⨯+⨯=F 总物料衡算: hkmol 181.9952W D F =+= 联立以上二式得：h kmol 35.8839D = h kmol 146.1113W =表一2.2 塔板数的确定2.2.1 最小回流比根据编程得出最小回流比95.3min =R 取74.42.1min ==R R 则hkmol 92.002735.883974.4RD L =⨯== h kmol D R V 8866.1278839.35)174.4()1(=⨯+=+= h kmol L W L V 1140.2381113.1460027.92=+=⇒-=2.2.2 塔顶，进料，塔釜温度塔顶：180.78=t D ℃ 进料：7.85=t F ℃ 塔釜：856.99=tw℃精馏段平均温度： t 精=940.812=+t t F D℃提馏段平均温度： t 提=778.922=+t t WF℃2.2.3 操作压力：由于乙醇-水体系对温度的依赖性不强，为降低塔的操作费用，操作压力为常压。
2.2.4平均摩尔质量计算 88137.0=x D 查图得8825.01=x 0.1741=x F 查图得0.5167=y F0.00020w x = 查图得0.00242w y = 塔顶平均摩尔质量：kmolkgV M Dm7404.420148.18)88137.01(0684.4688137.0=⨯-=⨯=kmolkgLM Dm7721.420148.18)8825.01(0684.468825.0=⨯-+⨯=进料板平均摩尔质量：kmol kg 32.510118.01480.5167)-1(46.06840.5167=⨯+⨯=M V F mkmol kg 22.894418.01480.17394)-(146.06840.17394=⨯+⨯=M LF m塔釜平均摩尔质量：kmolkg 18.082718.0148)0.00242-(126.06840.00242=⨯+⨯=M V W mkmolkg 18.020418.0148)0.00020-(146.06840.00020=⨯+⨯=M LW m故精馏段平均摩尔质量：mol kg V M m 6253.3725101.327404.42=+= mol kg L M m 8333.3228944.227721.42=+= 提馏段平均摩尔质量：kmol kg 25.296420827.185101.32=+=M V m kmol kg L M m 4574.2020204.188944.22=+=表2 平均摩尔质量的计算（1）气相平均密度计算: 精馏段：2914.115.27394.913145.86253.37325.101=+⨯⨯==P ）（精tM m mR V Vmmρ提馏段：tM m mR VL mm提P =ρ=）（15.273778.923145.82964.25325.101+⨯⨯=0.8424（2 格朗日插值法：180.78=t D ℃ ρA=744.491mkg 3ρB =972.920mkg333347.753920.97205.0491.74495.01m kgm LD =+=ρ7.85=t F ℃ ρA =735.356mkg3ρB =968.185mkg335970.871185.96865.0356.73535.01m kgM LF =+=ρ856.99=t w ℃ ρA=717.585mkg 3ρB=958.504mkg333431.958504.9589995.0585.7170005.01m kgm LW =+=ρ故：精馏段液相平均密度为:36459.8122)5970.8713347.753(m kg Lm =+=ρ 提馏段液相平均密度为： mkg Lm39701.9142)3431.9585970.871(=+=ρ2.2.6液体表面平均张力计算塔顶：180.78=t D ℃310460.18-⨯=σA m N 310904.62-⨯=σB mN mN M LD 333107324.2310904.62)88137.01(10460.1888137.0---⨯=⨯⨯-+⨯⨯=σ进料：7.85=t F ℃310715.17-⨯=σA m N 310517.61-⨯=σB mN mN M LF 333108981.5310517.61)17394.01(10715.1717394.0---⨯=⨯⨯-+⨯⨯=σ塔釜：856.99=t w 310304.16-⨯=σA m N 310867.58-⨯=σB mN mN m LW 333108549.5810867.58)00020.01(10304.1600020.0---⨯=⨯⨯-+⨯⨯=σ故精馏段液相平均表面张力：m N lm33108153.38210)8981.537324.23(--⨯=⨯+=σ提馏段液相平均表面张力：m N lm 33103765.56210)8549.588981.53(--⨯=⨯+=σ塔顶：180.78=t D ℃ μA =0.5058×103-s Pa ∙ μB =0.3651×103-s Pa ∙s Pa 100.4891= 100.3651）0.88137-1（+ 100.50580.88137= -3LD m ∙⨯⨯⨯⨯⨯μ 进料：7.85=t F ℃ μA =0.4597×103-s Pa ∙ μB =0.3317×103-s Pa ∙s Pa 100.3540= 100.33170.17394)-(1+ 100.45970.17394= -3LFm ∙⨯⨯⨯⨯⨯μ塔釜：856.99=t w ℃ μA =0.3621×103-s Pa ∙ μB =0.2842×103-s Pa ∙s Pa 100.2842= 100.2842）0.00020-1（+ 100.36210.00020= -3Lw m ∙⨯⨯⨯⨯⨯μ 故：精馏段液相平均粘度：s pa Lm∙⨯=⨯+=-3-3104216.02103540.04891.0）（精μ提馏段液相平均粘度：s pa Lm ∙⨯=⨯+-3-3103191.02102842.03540.0）（＝提μ精馏的气液相体积流率为：s m VS MV 3vm vm 0350.12914.136006253.378866.1273600=⨯⨯==精精精ρs m L S M L3Lm Lm0010.06459.81236008333.320027.923600=⨯⨯==精精精ρ提馏段的气液相体积流率为： s m VS MV 3vm vm 0671.18421.036002964.258866.1273600=⨯⨯==提提提ρs mL S M L3Lm Lm0015.09701.91436004574.201140.2383600=⨯⨯==提提提ρ对于精馏段： 0242.0)2914.16459.812(36000350.136000010.0)(2121=⨯⨯=V L Vh Lh ρρ提馏段：0463.0)8421.09701.914(36000671.136000015.0)(2121=⨯⨯=V L Vh Lh ρρ 取板间距T H =0.4m ，板上液层高度L h =0.05m ，则T H -L h =0.35m 查图得 精馏段072.020=C 提馏段072.020=C 精馏段 0822.0)208153.38(072.0)20(2.02.020===σC C 提馏段 0.0886)203765.56(072.0)20(2.02.020===σC C精馏段 s m CV V L 0604.22914.12914.16459.8120822.0u max =-=-=ρρρ提馏段 s m CV V L 9190.28421.08421.09071.9140886.0u max =-=-=ρρρ取安全系数为0.7，则空塔气速：精馏段：4423.10604.27.0u 7.0u max =⨯==s m提馏段：0433.29190.27.0u 7.0u max =⨯==s m塔径理论值为：精馏段：==πμSV D 4m 9559.04423.10350.14=⨯⨯π提馏段：==πμSV D 4m 8154.00433.20671.14=⨯⨯π按标准塔径圆整到D=1.0m 222785.00.144m D A T =⨯==ππ精馏段实际空塔气速为：s m A V T S 3185.1785.00350.1u ===提馏段实际空塔气速为：s m A V T S 3594.1785.00671.1u ===2.2.9 最优回流比的确定==min 2.1R R 4.74 =T H 0.40m =L h 0.05m目标函数123J J +J +J = 其中 1J ——塔体折旧费用及维修费用； 2J ——冷凝器折旧费用及操作费用； 3J ——再沸器折旧费用及操作费用； J —— 精馏塔系统的总费用。