化工原理课程设计-乙醇-水连续精馏塔的设计
化工原理课程设计--乙醇-水溶液连续精馏塔设计
12345678910 min(2)'0.7790.6780.789''0.6780.55D q q q x y R y x --===-- 所以，min min(2)0.854R R ==可取操作回流比min 1.2(/ 1.4)R R R ==3.2 塔顶产品产量、釜残液量的计算以年工作日为300天，每天开车24小时计，进料量为：3150001080.5/3002425.88F kmol h ⨯==⨯⨯ 由全塔的物料衡算方程可写出：F D W =+ 28.79/D kmol h =f D W Fx Dx Wx =+ 51.71/W kmol h =3.6 全塔效率的估算用奥康奈尔法('O conenell )对全塔效率进行估算： 由相平衡方程式1(1)xy xαα=+-可得(1)(1)y x x y α-=-根据乙醇~水体系的相平衡数据可以查得：10.7788D y x == 10.739x =(塔顶第一块板)0.511f y = 0.170f x =(加料板)0.002w x = 0.024w y =(塔釜)取'80t mm =时画出的阀孔数目只有60个，不能满足要求，取'65t mm =画出阀孔的排布图如图1所示，其中75,'65t mm t mm ==总阀孔数目为49N =个5.3.3 校核气体通过阀孔时的实际速度：02049.6/SV u m s d Nπ== 实际动能因数：09.6 1.03359.76F =⨯=(在9~12之间) 开孔率：220(0.039)49100%100%11.6%440.5024T d N A ππ⨯⨯⨯=⨯==⨯阀孔面积塔截面积开孔率在10%~14之间，满足要求。
6. 流体力学验算6.1 气体通过浮阀塔板的压力降(单板压降)p h33max min ()0.931/,()0.378/S S V m s V m s ==所以，塔的操作弹性为0.931/0.378 2.463=有关该浮阀塔的工艺设计计算结果汇总于表7表7 浮阀塔工艺设计计算结果项目 数值与说明备注 塔径,D m 0.8 板间距,T H m 0.4 塔板型式 单溢流弓形降液管 分块式塔板空塔气速,/u m s 1.476 溢流堰长度,W l m 0.600 溢流堰高度,W h m 0.05 板上液层高度,L h m0.0131。
化工原理课程设计---乙醇—水溶液连续板式精馏塔设计
前言转眼之间，我们已经结束了大三的学习。
在这三年的学习当中，我们系统的学习了化工原理，物理化学，无机化学，有机化学，分析化学，化工设备与机械基础，机械制图，化工热力学等方面的知识，初步掌握了化学生产与化学设备之间的相互关系。
在李志礼老师的指导下，我们开始了化工原理课程设计。
实践是检验真理的唯一标准，学习了那么多的理论知识以后，终于有机会在现实过程中运用自己学习到的知识。
在这次设计过程中，我们得到了老师学长学姐们很多的帮助，在此对他们表示衷心的感谢，由于我们所知识的有限和能力的不足，在设计过程中难免会遇到设计不合理，考虑不周全的地方，希望老师给予理解与指导，我们会更加努力，争取做得更好。
设计者： 2011.7.6目录第一章设计题目与要求1.1 设计题目…………………………………………………………………………1.2 任务要求与数据……………………………………………………………第二章筛板式精馏塔的工艺设计与计算2.1 塔板数的确定2.2 塔径的确定第一章设计题目与要求1.1设计题目：乙醇—水溶液连续板式精馏塔设计1.2任务要求与数据：1、设计一连续精馏塔分离乙醇和水，具体工艺参数如下：（1）原料乙醇含量：质量分率40%（2）年产量：30000t（3）摩尔分率：x D=0.82；x W=0.022、工艺操作条件：常压精馏，塔顶全凝，泡点进料，泡点回流，R=（1.2~2）R min。
3、设备形式筛板塔。
4、设计工作日每年330天，每天24小时连续运行。
第二章 筛板式精馏塔的工艺设计与计算2.1 塔板数的确定2.1.1全塔物料衡算原料液中：设 乙醇（A ）; 水（B ） 查附表得: M A =46.07 M B =18.02由已知条件可知：x F =0.4 x D =0.82 x W =0.02 年产量：30000t 每年330天，每天24小时连续运行h /34kmol .92)02.18*18.007.46*82.0(*24*33030000000=+=D由 F = D + Wx F *F=xD*D+x W *W得 F=194.4（kmol/h ），W=102.6（kmol/h ），由t-x(y)图用内插法可知: 塔顶温度t D = 78.3℃，塔底温度t w = 95.3℃平均温度℃8.8623.953.78=+=t进料温度：=f t 80.7℃相对挥发度的确定当t=95.5℃时：1(1)0.17(10.019)(1)(10.17)0.019BAABy xy xy xy xα-⨯-===--⨯=10.58当t=89.0℃时：2(1)0.3891(10.0721)8.20(1)(10.3891)0.0721A BB Ay x y xy x y xα-⨯-====--⨯当t=86.7℃时：3(1)0.4375(10.0966)7.27(1)(10.4375)0.0966A BB Ay x y xy x y xα-⨯-====--⨯当t=85.3℃时：4(1)0.4704(10.1238) 6.29(1)(10.4704)0.1238A BB Ay x y xy x y xα-⨯-====--⨯当t=84.1℃时：5(1)0.5058(10.1661)(1)(10.5058)0.1661BAABy xy xy xy xα-⨯-===--⨯=5.20当t=82.7℃时：6(1)0.5445(10.2337) 3.92(1)(10.5445)0.2337A BB Ay x y xy x y xα-⨯-====--⨯当t=82.3℃时：7(1)0.558(10.2608) 3.58(1)(10.558)0.2608A BB Ay x y xy x y xα-⨯-====--⨯当t=81.5℃时：8(1)0.5826(10.3273) 2.87(1)(10.5826)0.3273A BB Ay x y xy x y xα-⨯-====--⨯当t=80.7℃时：9(1)0.6122(10.3965)(1)(10.6122)0.3965BAABy xy xy xy xα-⨯-===--⨯=2.40当t=79.8℃时：10(1)0.6564(10.5079) 1.85(1)(10.6564)0.5079A BB Ay x y xy x y xα-⨯-====--⨯当t=79.7℃时：11(1)0.6599(10.5198) 1.79(1)(10.6599)0.5198A BB Ay x y xy x y xα-⨯-====--⨯当t=79.3℃时：12(1)0.6841(10.5732) 1.61(1)(10.6841)0.5732A BB Ay x y x y x y x α-⨯-====--⨯当t=78.74℃时：13(1)0.7385(10.6763) 1.35(1)(10.7385)0.6763A BB Ay x y x y x y x α-⨯-====--⨯当t=78.41℃时：14(1)0.7815(10.7472)(1)(10.7815)0.7472BAABy x y xy xy xα-⨯-===--⨯=1.21平均相对挥发度n n αααα...21==29.321.135.1...20.858.1014=⨯⨯⨯⨯泡点进料，泡点回流4.0x x 1q q ==∴=FxD=0.82α=3.29∴0.69x 11x *y qq q =+=）—（αα 46.0min =--=qq q D x y y x R回流比系数我们取折中值1.6R=1.6Rmin=0.73根据理论板数的捷算法有m i n ()(1)R R R -+=0.156由吉利兰关联图54.4lg )]x x -1)(x -1x[(lg ww D D min==αN→得5.01min=+-NNN →N=10块操作方程的确定精馏段：V =(R+1)D =(0.73+1)⨯92.34=159.25（kmol/h ），L =RD =0.73×92.34 =67.41（kmol/h ），提馏段：V =V –(1-q)F =159.75kmol/h ），-L =L ＋qF = 67.41+ 1×194.4=261.8（kmol/h ）， 则精馏段操作线方程： 111+++=+R x x R Ry D n n =0.422x n ＋0.474 提馏段操作线方程：y n+1 = 0128.0-639x .1x x n n =-+VF D X V L FD全塔效率塔顶温度t D = 78.3℃， 塔底温度t w = 95.3℃ ， 进料温度：=f t 80.7℃平均温度℃8.8623.953.78=+=t[8]由表用内差法求86.8℃ 下的粘度：μA= 0.449mpas ，μB =0.332mpas①则平均粘度μL = x F μA ＋（1－x F ）μB=0.4*0.449+（1-0.4）*0.332=0.379mpasαμL =3.29*0.379=1.246②求全塔效率E T由αμL =1.246，由《化学化工物性数据手册》164页图10-20查得464.0)246.1(*49.0)*(49.0245.0245.0===--L T E μα ③求实际板数由TTE N N =得N=21.5≈22块 2.2精馏段物料衡算物料组成：塔顶温度t D = 78.3℃， 塔底温度t w = 95.3℃ ， 进料温度：=f t 80.7℃平均温度℃8.8623.953.78=+=t查表2-1 得(1)塔顶 y 1= X D = 0.82 α= 3.29 nnn y y )1(x --=αα x 1=0.58(2)进料 x f =0.3965 y f =0.6122平均分子量 m M（1）塔顶：MVDm=0.82⨯46.07+(1-0.82)⨯18.02=41.54（mol g /）MLDm=0.58⨯46.07+(1-058)⨯18.02=34.29（mol g /）(3)(2)进料: MVFm=0.6122⨯46.07+(1-0.6122)⨯18.02=35.19（mol g /）MLFm=0.3965⨯46.07+(1-0.3965)⨯18.02=29.14（mol g /）平均分子量MVm =2VFmVDm M M +=38.37（mol g /）MLm =2LFMLDM M M +=31.72（mol g /）平均密度m ρ 由书]3[：1/LM ρ=a A /LA ρ+a B /LB ρ 塔顶：在78.3℃下：LA ρ=744.5(3/m kg ) LB ρ=972.96(3/m kg )LMDρ1=0.82/744.5+0.18/972.96 则LMD ρ=777.36(3/m kg )进料:在进料温度80.7℃下：LA ρ=741.5 (3/m kg ) LB ρ=971.4(3/m kg )a A =627.002.18)3965.01(07.46*3965.007.46*3965.0=-+LMFρ1=4.971)627.01(5.741627.0-+ 则LMF ρ=813.01(3/m kg ) 即精馏段的平均液相密LM ρ=(777.36+813.01)/2=795.18(3/m kg ) 平均气相密度VM ρ=RT PM VM =30.1)8.8615.273(*314.837.38*325.101=+(3/m kg ) 液体表面张力m σ(1) 塔顶: 查图表求得在78.3℃下：（物化手册）9.17=A σm mN / 89.62=B σm mN /(mN/m)00.2689.62*18.09.17*82.0=+=MD σ(m mN /)(2) 进料: 在80.7℃下：m mN / m mN A /86.17=σ m mN B /47.62=σm mN MF /78.4447.62*)3965.01(86.17*3965.0=-+=σ (m mN /)则 m σ=(MD σ+MF σ)/2=(26.00+44.78)/2=35.39(m mN /)气液负荷的计算由已知条件V =159.75h kmol / L =67.41h kmol / 得S V =VMVMvm ρ3600=31.130.1*360037.38*75.159= (s m /3) S L =LM LM LM ρ3600=00075.018.795*360072.31*41.67= (s m /3)塔径D 的计算两相流动参数计算如下LV F =VsLs∴LV F =0142.030.118.79531.100075.0=参考化工原理下表10-1(p129)，我们取板间距 H T =0.45m m 6.00=L h H T -m 39.0=L h参考化工原理下图10-42筛板的泛点关联得：C 20f =0.081f C =2.02020⎪⎭⎫⎝⎛σf C =091.0)2035.39(081.02.0= u =f 5.02.02020⎪⎪⎭⎫⎝⎛-⎪⎭⎫ ⎝⎛VVL f C ρρρσ=s m /25.2)30.130.118.795(*091.05.0=- 本物系不易起泡,取泛点百分率为85%，可求出设计气速n u '=0.85⨯2.25=1.91s m /)m u V D S 934.091.1*14.331.1*44===π 根据塔设备系列化规格，将D '圆整到D=1m 作为初选塔径，因此重新校核流速us m D V u s n /668.11*31.1*4422===ππ 实际泛点百分率为%3.74250.2668.1==f n u u222785.01785.04m D A T =⨯==π塔板详细设计由于S L =0.000753m /s ，D=1m ，所以2.7（m3/h ）<45(m3/h).根据《化工原理（下）》表10-2选择单溢流,弓形降液管，不设进口堰。
化工原理课程设计-乙醇-水溶液连续板式精馏塔设计
一、中英文摘要摘要：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。
首先根据设计任务，确定操作条件。
比如：操作压力的确定、进料状态等的确定。
然后设计工艺流程草图。
根据确定的方案，确定具体的参数，即一个完整的设计就初步的确定了。
最后计算塔的工艺尺寸、浮阀的流体力学演算、塔板的负荷性能，最后根据计算选择合适的辅助设备。
关键词：精馏塔，浮阀塔，精馏塔的附属设备。
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. At first,according to the designing task to determine the conduction of the operation,for example,determine the power on the operation,the state of feeding,the draft of the distillation process.On the basis of the program,determining the specific paramiters,then the whole design can be determined.At last,design the process size of the tower,the loading capability of the tower board,then choose the auxiliary epuipment according to the design. Keywords: rectification column, valve tower, accessory equipment of the rectification column.1.1塔设备的类型塔设备是化工，石油化工，生物化工，制药等生产过程中广泛应用的气液传质设备。
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。
化工原理课程设计_乙醇-水连续浮阀精馏塔的设计 (1)
第一章：塔板的工艺设计一、精馏塔全塔物料衡算F:进料量（kmol/s ） F x :原料组成（摩尔分数，同下） D:塔顶产品流量（kmol/s ） D x :塔顶组成 W:塔底残液流量（kmol/s ） ：W x 塔底组成原料乙醇组成：%91.8%10018/8046/2046/20x =⨯+=F塔顶组成：%98.85%10018/646/9446/94=⨯+=D x塔底组成：%12.0%10018/7.9946/3.046/3.0=⨯+=W x进料量：F=25万吨/年=4706.036002430010182.01462.0102543=⨯⨯⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛-+⨯⨯（kmol/s ） 物料衡算式为：F=D+W Fx F =Dx D +W W x 联立带入求解：D=0.0482 kmol/s W=0.4424 kmol/s二、常压下乙醇-水气液平衡组成（摩尔）与温度关系1. 温度利用表中数据由差值法可求得t F 、t D 、t W①t F :21.791.80.89t 66.921.77.860.89F --=--, t F =87.41 ℃②t D :72.7498.8541.78t 72.7443.8941.7815.78--=--D ， t D =78.21 ℃③t W ：12.0100t 90.105.95100W --=--， t W =99.72 ℃ ④精馏段的平均温度：81.82221.7841.872t t t 1=+=+=F D ℃ ⑤提馏段的平均温度：57.93272.9941.872t t t 2=+=+=F W ℃ 2. 密度已知：混合液密度：B B A A Lραραρ+=1(α为质量分数，M 为平均相对分子质量) 混合气密度：004.22TP MP T V =ρ塔顶温度：t D =78.21 ℃ 气相组成43.8910015.7821.7843.8915.7815.7841.78y --=--D D y ：， %88.86=D y进料温度：t F =87.41℃ 气相组成FF y 10091.3841.870.8975.4391.387.860.89y --=--：， %26.42y =F塔底温度：t W =99.72℃气相组成WW y 100072.991000.1705.95100y --=--：， W y =1.06%⑴ 精馏段液相组成1x ：1x =2x x FD +, %445.47x 1= 气相组成2y y y y 11FD +=：, %545.64y 1= 所以 286.31)4745.01(184745.0461=-⨯+⨯=L M kg/mol 074.36)6455.01(186455.0462=-⨯+⨯=L M kg/mol三、理论塔板的计算理论板：指离开此板的气液两相平衡，而且上液相组成均匀。
化工原理课程设计——乙醇——水精馏塔设计（浮阀塔）
化工原理课程设计——乙醇——水精馏塔设计（浮阀塔）化工传质与分离过程课程设计乙醇——水精馏塔设计天津大学目录1 目录 (1)2 设计任务书 (4)3 设计方案的确定及流程说明 (5)3.1 塔的类型选择 (5)3.2 塔板类型的选择 (5)3.3 塔压确定 (5)3.4 进料热状况的选择 (5)3.5 塔釜加热方式的确定 (5)3.6 塔顶冷凝方式 (6)3.7 塔板溢流形式 (6)3.8 塔径的选取 (6)3.9 适宜回流比的选取 (6)3.10 操作流程 (6)4 塔的工艺设计 (7)4.1 精馏塔全塔物料浓度计算： (7)4.2 理论板的计算 (7)4.2.1 最小回流比的计算 (7)4.2.2 理论板数的计算 (8)4.2.3 塔板效率的计算 (13)4.2.3.1 塔顶的温度t D 的计算 (13)4.2.3.2 塔底的温度t W 和总板效率E T 的计算 (14)4.2.4 实际板数的计算 (16)4.2.5 进料温度的计算 (16)4.3 平均参数的计算 (17)4.3.1 全塔物料衡算 (17)4.3.2 平均温度的计算 (17)4.3.3 平均压力的计算 (17)1化工传质与分离过程课程设计乙醇——水精馏塔设计天津大学24.3.4 气液两相平均密度的计算 (18) 4.3.4.1 气液相组成的计算 (18)4.3.4.2 各液相平均密度的计算 (19) 4.3.4.3 平均相对分子量的计算 (20) 4.3.4.4 各气相平均密度的计算 (21) 4.3.5 平均表面张力的计算 (22)4.3.6 气液两相平均体积流率的计算 (25) 4.4 塔径的初步设计 (26)4.4.1 精馏段塔径的计算 (26)4.4.2 提馏段塔径的计算 (27)4.5 塔高的设计计算 (28)5 塔板结构设计 (30)5.1 溢流装置计算 (30)5.2 塔板及浮阀设计 (31)5.2.1 塔板的结构尺寸 (31)5.2.2 浮阀数目及排列 (32)5.2.2.1 精馏段浮阀数目及排列 (32) 5.2.2.2 提馏段浮阀数目及排列 (34) 5.3 塔板流体力学验算 (35)5.3.1 气相通过浮阀塔板的压降 (35) 5.3.1.1 精馏段压降的计算 (35)5.3.1.2 提馏段压降的计算 (36)5.3.2 液泛 (36)5.3.2.1 精馏段液泛计算 (36)5.3.2.2 提馏段液泛计算 (37)5.3.3 雾沫夹带 (37)5.3.4 漏液 (38)6 塔板负荷性能图 (38)6.1 雾沫夹带线 (38)6.2 液泛线 (38)化工传质与分离过程课程设计乙醇——水精馏塔设计天津大学6.3 液相负荷上限线 (39)6.4 漏液线 (39)6.5 液相负荷下限线 (39)6.6 塔板负荷性能图 (40)6.6.1 精馏段塔板负荷性能图 (40)6.6.2 提馏段塔板负荷性能图 (41)7 附属设备设计 (43)7.1 产品冷却器设计选型 (43) 7.2 接管尺寸计算 (44)7.2.1 进料管 (44)7.2.2 塔顶蒸汽出口管 (44)7.2.3 回流液入口管 (45)7.2.4 塔顶出料管 (45)7.2.5 塔底出料管 (46)7.2.6 塔底蒸汽入口管 (46)8 设计结果汇总 (47)8.1 各主要流股物性汇总 (47) 8.2 浮阀塔设计参数汇总 (47) 8.3 产品冷却器设计结果汇总 (48)8.4 接管尺寸汇总 (48)9 设计评述及感悟 (49)10 参考文献 (50)11 附录 (51)附录1 主要符号说明 (51)附录2 乙醇——水系统的气液平衡数据表 (51)附录3 不同温度下乙醇和水的粘度 (52)附录4 不同温度下乙醇和水的密度 (53)附录5 不同温度下乙醇和水的表面张力 (53)12 附图 (53)3化工传质与分离过程课程设计乙醇——水精馏塔设计天津大学2 设计任务书一、设计题目：乙醇——水体系浮阀式精馏塔设计二、设计任务及条件1.进精馏塔料液含乙醇25%(质量分数)，其余为水。
化工原理课程设计-塔设计(详细过程)
出口堰 出口堰 降 液 管
how hL ho
52
受液盘：承接来自降液管的液体， 平受液盘和 受液盘：承接来自降液管的液体，有平受液盘和 凹形受液盘。 凹形受液盘。 凹形受液盘：用于大塔（ 800mm mm） 凹形受液盘：用于大塔（D>800mm）。 平 受 液 盘
塔板 凹形受 液盘
溢流堰 降液管
釜液
W, xW
39
理论板数N 图解法） 理论板数N（图解法） q线 加料板 3 4 5 xW xF 再 沸 器 xD
40
1
2
q=
r + C p (t b − t F ) r
实际板数
Np =
N ET
1
0.8
0.6 y 0.4
0.2
0 0 0.2
乙醇乙醇-水的汽液平衡数据及沸点见 《化工原理实验讲义》，乙醇-水 化工原理实验讲义》 乙醇混合物的密度、 比热、 混合物的密度、焓、比热、粘度 化工原理课程设计》 见《化工原理课程设计》等。
27
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32
液 汽
液 堰 筛孔 塔板
33
浮阀塔板
泡罩
37
38
物料衡算
D, xD F, xF
塔顶产品
F = D + W FxF = DxD + WxW
进料
F、D、W——摩尔流量，kmol/h 摩尔流量 xF、xD、xW ——摩尔分率 摩尔分率
4
液 汽
液
溢 流 堰
筛孔 塔板
5
封头
板 式 塔 结 构
封头
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7
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塔的附件 选做） （选做）
化工原理课程设计-乙醇-水连续精馏筛板塔的设计
化工原理课程设计任务书 (2)一设计题目：乙醇－水连续精馏筛板塔的设计 (2)二设计任务 (2)三操作条件 (2)四设计要求 (2)五设计说明书的要求 (2)六时间及地点 (2)第一章前言 (3)第二章绪论 (3)2.1设计方案 (3)2.2选塔依据 (4)2.3设计思路 (4)第三章塔板的工艺设计 (5)3.1物料衡算 (5)3.2塔板数的确定 (5)3．3热量衡算 (9)3.4精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (10)3.5精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (13)3.6塔板主要工艺尺寸 (16)第四章筛板的流体力学验算 (18)4.1塔板压降 (18)4.2液沫夹带量 (20)4.3漏液 (20)4.4液泛 (20)4.5塔板负荷 (21)第五章附属设备及主要附件的选型和计算 (24)5.1附属设备设计 (24)5.2其它构件 (25)第六章塔总体高度的设计 (27)6.1塔的顶部空间高度 (27)6.2塔的底部空间高度 (27)6.3塔总体高度 (27)第七章筛板塔的工艺设计结果汇总 (27)第八章设计评述及心得 (29)第九章参考文献 (30)化工原理课程设计任务书一 设计题目：乙醇－水连续精馏筛板塔的设计 二 设计任务(1)原料液中乙醇含量：质量分率=27%（质量），其余为水。
(2)塔顶产品中乙醇含量不得低于94%（质量分率）。
(3)残液中乙醇含量不得高于0.2%（质量分率）。
(4)生产能力：45000t/y 乙醇产品，年开工330天。
三 操作条件（1）精馏塔塔顶压强：4.0kPa(表压) （2）进料热状态：50F t =℃ （3）回流比：min R 1.5R = （4）单板压降：0.7kPa ≤ （5） 冷凝器冷却剂：水 （6）冷却剂温度122540t ==℃;t ℃ （7）再沸器加热剂：饱和水蒸气，压力：P=3atm(表压)，热损失：1B Q 5%Q = 四 设计要求(1)对精馏过程进行描述 (2)对精馏过程进行物料衡算和热量衡算 (3)对精馏塔进行设计计算 (4)对精馏塔的附属设备进行选型(5)画一张精馏塔的装配图。
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课程设计说明书题目乙醇—水连续筛板式精馏塔的设计课程名称化工原理院(系、部、中心)化学化工系专业应用化学班级应化096学生姓名XXX学号XXXXXXXXXX设计地点逸夫实验楼B-536指导教师设计起止时间：2010年12月20日至 2010 年12月31日第一章绪论 (3)一、目的： (3)二、已知参数： (3)三、设计内容： (4)第二章课程设计报告内容 (4)一、精馏流程的确定 (4)二、塔的物料衡算 (4)三、塔板数的确定 (5)四、塔的工艺条件及物性数据计算 (7)五、精馏段气液负荷计算 (11)六、塔和塔板主要工艺尺寸计算 (11)七、筛板的流体力学验算 (16)八、塔板负荷性能图 (19)九、筛板塔的工艺设计计算结果总表 (23)十、精馏塔的附属设备及接管尺寸 (23)第三章总结 (24).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（3） 塔和塔板主要工艺尺寸的计算（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） （4） 设计结果概要或设计一览表 （5） 精馏塔工艺条件图（6） 对本设计的评论或有关问题的分析讨论第二章 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115.018/7546/2546/25=+=F x86.018/646/9446/94=+=D x0004.018/9.9946/1.046/1.0=+=W x(二) 平均摩尔质量kmol kg M F /22.2118)115.01(46115.0=⨯-+⨯= kmol kg M D /08.4218)86.01(4686.0=⨯-+⨯= kmol kg M W /01.1818)0004.01(460004.0=⨯-+⨯=(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 =+ 日生产能力Y=90吨 h kmol T M m D D /21.792408.4280000=⨯=•=联立以上三式得h kmol F /20.621= h kmol D /21.79= h kmol W /99.541=三、塔板数的确定(一) 理论塔板数T N 的求取乙醇、水属理想物系，可采用M.T.图解法求T N1.根据乙醇、水的气液平衡数据作y-x 图附表 乙醇—水气液平衡数据图：乙醇—水的y-x 图及图解理论板2. 乙醇—水体系的平衡曲线有下凹部分，求最小回流比自a （,,,D D x x ）作平衡线的切线并延长与y 轴相交，截距2796.01min =+R x D08.2min =R取操作回流比12.308.25.15.1min =⨯==R R 故精馏段操作线方程 11+++=R x R Ry D即209.0757.0+=x y3.作图法求理论塔板数T N 得层27=T N （包括再沸器）。
其中精馏段理论板数为22层，提留段为5层（包括再沸器），第18层为加料板。
(二)全塔效率T E已知T E =52% (三)实际塔板数N精馏段4352.022==精N 层 提留段1052.05==提N 层 四、塔的工艺条件及物性数据计算以精馏段为例进行计算 （一）操作压强P m塔顶压力kPa P D 3.1053.1014=+= 取每层塔板压强降Pa 7.0k P =△则进料板压强kPa P F 4.1357.0433.105=⨯+= 精馏段平均操作压强kPa P m 35.12024.1353.105=+=（二）温度t m依据操作压力，通过方程试差法计算出泡点温度，其中水、乙醇的饱和蒸汽压由安托尼方程计算。
① 方程为B B A Ax p x p P 00+= 式中：x —溶液中组分的摩尔分数；P —溶液上方的总压，Pa ；0p —同温度下纯组分的饱和蒸汽压，Pa 。
（下标A 表示易挥发组分，B 表示难挥发组分）② 安托因方程为CT BA p +-=0lg 式中：0p —在温度为T 时的饱和蒸汽压，mmHgT —温度，℃A,B,C —Antoine 常数，其值见下表。
附表 Antoine 常数计算结果如下： 塔顶温度 公式：33.10514.0133.01086.0133.01022821.166896681.765.2223.155404496.8=⨯⨯+⨯⨯+-+-t t℃48.81=D t进料板温度 公式：4.1359356.0133.0100644.0133.01022821.166896681.765.2223.155404496.8=⨯⨯+⨯⨯+-+-t t℃5.104=F t则精馏段平均温度℃99.9225.10448.81=+=M t（三）平均摩尔质量M m塔顶 86.01==y x D查气液平衡曲线，可得85.01=x 2kmol kg M VDm /08.4218)86.01(4686.0=⨯-+⨯= kmol kg M LDm /856.4118)852.01(46852.0=⨯-+⨯=进料板 即查气液平衡曲线，可得3526.0=F y 0644.0=F xkmol kg M VDm /87.2718)3526.01(463526.0=⨯-+⨯= kmol kg M LDm /80.1918)0644.01(460644.0=⨯-+⨯=则精馏段平均摩尔质量：kmol kg M Vm /975.34287.2708.42(=+=精）kmol kg M Lm /828.30280.19856.41(=+=精）（四）平均密度m ρ1.液体密度Lm ρ附表 乙醇与水的密度已知：LB ραραρ///1B LA A Lm +=（α为质量分数） 塔顶 因为 ℃48.81=D t所以7358048.817357308090--=--乙ρ 3/26.734m kg =乙ρ8.9718048.818.9713.9658090--=--水ρ 3/84.970m kg =水ρ84.97006.026.73494.01+=LmDρ 3/16.745m kg LmD =ρ进料板 由加料板液相组成0644.0=A x150.018)0644.01(460644.0460644.0=⨯-+⨯⨯=A α因为℃5.104=F t 所以7161005.104716703100110--=--乙ρ 3/15.710m kg =乙ρ4.9581005.1044.9580.951100110--=--水ρ 3/07.955m kg =水ρ07.955150.0115.710150.01-+=LmFρ 3/09.908m kg LmF =ρ故精馏段平均液相密度3(/63.82609.90816.74521m kg Lm =+=）（精）ρ2.气相密度mV ρ3(/38.1)15.27399.92(314.8975.3435.120m kg RT M P Vm m Vm =+⨯⨯==精）ρ （五）液体表面张力m σ附表 乙醇与水的表面张力塔顶 因为 ℃48.81=D t所以15.178048.8115.172.168090--=--乙σ m mN /01.17=乙σ6.628048.816.627.608090--=--水σ m mN /32.62=水σ进料板 因为 ℃5.104=F t所以2.151005.1042.154.14100110--=--乙σ m mN /84.14=乙σ8.581005.1048.589.56100110--=--水σ m mN /945.57=水σ∑==ni i i m x 1σσm mN m /35.2332.6286.0101.1786.0(=⨯-+⨯=）（顶）σm mN m /17.55945.570644.0181.140644.0(=⨯-+⨯=）（进）σ 则精馏段平均表面张力为m mN m /26.39217.5535.23(=+=精）σ（六）液体黏度Lm μ已知：BAT A -=1lg μ 乙醇的A=686.64 B=300.88 塔顶 88.30064.68648.811.27364.686lg -+=乙μ 451.0=乙μs a m ⋅P水的黏度65.358048.8165.3565.318090--=--水μ 350.0=水μs a m ⋅P进料板 88.30064.6865.1041.27364.686lg -+=乙μ 344.0=乙μs a m ⋅P水的黏度65.311005.10465.3138.28100110--=--水μ 302.0=水μs a m ⋅P∑==ni ii Lm x 1μμ437.0350.086.01451.086.0(=⨯-+⨯=）（顶）L μs a m ⋅P304.0302.00644.010644.0344.0(=⨯-+⨯=）（进）L μs a m ⋅P 则精馏段平均液相黏度为3705.02304.0437.0(=+=精）Lm μs a m ⋅P五、精馏段气液负荷计算h kmol D R V /35.32621.79)112.3()1(=⨯+=+=s m VM V Vm Vm S /298.238.13600975.3435.32636003((=⨯⨯==精）精）ρh kmol RD L /14.24721.7912.3=⨯== s m LM L Lm Lm S /0026.063.8263600828.3014.24736003((=⨯⨯==精）精）ρh m L L S h /36.936000026.036003=⨯=⋅=六、塔和塔板主要工艺尺寸计算（一）塔径D参考表4-1，初选板间距m H T 45.0=,取板上液层高度m h L 07.0=表4-1 板间距与塔径的关系m h H T T 38.007.045.0=-=-0277.038.163.826298.20026.0))((2121=⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛=V L S S V L ρρ图4-5 Sminth 关联图查图4-5可知，076.020=C ，依照下式校正C087.02026.39076.0)20(2.02.020=⎪⎭⎫⎝⎛⨯==σC Cs m Cu V V L /81.138.138.163.826087.0max =-=-=ρρρ 取安全系数为0.70，则s m u u /267.181.17.070.0max =⨯==故m u V D S52.1267.114.3298.244=⨯⨯==π按标准，塔径圆整为1.6m ， 则空塔气速s m D V u S /14.16.114.3298.24422=⨯⨯=='π （二）溢流装置采用单溢流、弓形降液管、平行受液盘及平行溢流堰，不设进口堰。