水-乙醇连续操作的板式精馏塔理论塔板级数的确定
化工原理课程设计_分离乙醇-水连续板式精馏塔的设计
丽水学院化工专业课程设计题目专业化学工程与工艺班级化工071本组员指导教师2010 年 5 月17 日至2010 年 5 月30 日任务分配项目综述：工艺流程设计：工艺流程的计算：设备计算与选型：周项目选址与产房布置：编写设计说明书：化工原理课程设计任务书（化工071本组长：）一设计题目：分离乙醇－水连续板式精馏塔的设计二原始数据及条件生产能力：年处理乙醇-水混合液4.5万吨（开工率8000小时/年）原料：乙醇含量为95%（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99.9%建厂地址：金华市区一设计题目乙醇—水二元物系板式精馏塔的设计二设计条件(1)原料来自原料罐，温度20℃，乙醇含量52%（质量分率）；原料处理量为1100kg/h。
(2)产品组成：乙醇含量 99.9%（质量分率）。
(3)釜液组成：乙醇浓度﹤0.2%（质量分率）。
(4)塔顶压力：。
(5)精馏塔进料状态为泡点进料。
(6)塔釜为饱和蒸汽直接加热。
三设计内容(1)确定工艺流程。
(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。
(5)精馏塔塔体工艺尺寸的计算。
(6)塔板板面布置设计。
(7)塔板的流体力学验算与负荷性能图。
(8)精馏塔接管尺寸计算。
(9)塔顶全凝器工艺设计计算和选型。
(10)进料泵的工艺设计计算和选型。
(11)带控制点的工艺流程图、塔板板面布置图、精馏塔设计条件图。
(12)设计说明书。
摘要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，精馏是利用液体混合物中各组分挥发度的不同并借助于多次部分汽化和部分冷凝达到轻重组分分离的方法。
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。
塔设备是化工、炼油生产中最重要的设备类型之一。
本次设计的筛板塔是化工生产中主要的气液传质设备。
乙醇-水连续板式精馏塔设计
平顶山工学院《分离工程》设计书专业:化学工程与工艺 学号1114050118 姓名: 陈 瑞 红 设计日期:2008.6.112008.6.20设计题目: 常压二元精馏筛板塔设计 设计条件: 水-乙醇连续精馏体系原料乙醇含量：质量分率=（30+0.5⨯18）﹪=39﹪ 原料处理量：质量流量=（10+0.1⨯18）t h =11.8t h产品要求：摩尔分数：0.8D x = 0.05W x =工艺条件：常压精馏，塔顶全凝，塔底间接加热，泡点进料，泡点回流，min (1.22)R R =指导老师李翔2008. 6绪论在化学工业和石油工业中广泛应用的诸如吸收、解吸、精馏、萃取等单元操作中，气液传质设备必不可少。
塔设备就是使气液成两相通过精密接触达到相际传质和传热目的的气液传质设备之一。
塔设备一般分为级间接触式和连续接触式两大类。
前者的代表是板式塔，后者的代表则为填料塔，在各种塔型中，当前应用最广泛的是筛板塔与浮阀塔。
筛板塔在十九世纪初已应用与工业装置上，但由于对筛板的流体力学研究很少，被认为操作不易掌握，没有被广泛采用。
五十年代来，由于工业生产实践，对筛板塔作了较充分的研究并且经过了大量的工业生产实践，形成了较完善的设计方法。
筛板塔和泡罩塔相比较具有下列特点：生产能力大于10.5%，板效率提高产量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，也便于清理检修。
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。
水与乙醇精馏实验 数据处理示范
0.3999
0.4512
6
回流比 R 冷凝水流量 q/L*h-1
3.6
2.9 2.0
3.0
59
59
59
59
进料夜泡点温度 ts
进料温度 tf 塔顶温度 tD 回流温度 tL
t CpF rf
q Cp r 实际回流比 R XD/(R+1)
塔顶样品 XD（摩尔分数）
89.5
75.8 79.2 53.1 82.65 0.9711 420.21 1.03 0.7202 239.76 3.88 0.164
25.0 0.8118
xW
26.0 0.9867
xD
0.0276 0.8243
表 4 部分回流下塔釜流量的标定
塔顶采出量 D(L/h)
1.00
1.20 1.40
1.20
1.50
1.80
塔釜采出量 W(L/h)
8.03
6.81 6.13
6.19
8.50
3.90
进料流量 F(L/h)
3.5
3.3 3.6
塔釜温度 tw/℃ 26.9 32.3 38.4 45.7 51.9 58.3 64.8 70.7 76.3 81.3 86 88.1 89 89.3 89.7 90 90.2 90.3 90.3 90.3 90.4 90.4 90.4 90.4
回流温度 tL/℃
25.7 25.7 25.7 25.7 25.7 25.7 25.6 25.7 25.7 25.7 25.6 25.7 25.6 25.7 25.7 25.8 31.8 40.3 46.7 48.7 49.9 50.7 51.2 51.1
2
惰性气体出口
乙醇-水连续板式精馏塔课程设计
课程设计说明书课程名称：化工原理课程设计题目：乙醇-水分离过程板式连续精馏塔设计学生姓名：*** 学号： ************ 系别：环境与建筑工程系专业班级：指导老师：2012年5月目录1.设计方案确定 (1)2 操作条件和基础数据 (2)3 精馏塔的物料衡算 (2)3.1 原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 (2)3.2 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 (2)3.3 料液及塔顶、塔底产品的摩尔流率 (2)3.4热量衡算 (3)4 塔板数的确定 (7)4.1 理论板层数NT的求取 (7)4.1.1求最小回流比及操作回流比 (7)5 精馏塔的工艺条件及相关物性数据的计算： (10)5.1填料的选择 (15)6 塔径设计计算 (16)7填料层高度的计算 (18)8附属设备及主要附件的选项计算 (19)8.1 冷凝器 (19)8.2 加热器 (20)8.3 塔管径的计算及选择 (20)8.4 液体分布器 (21)8.5 填料及支撑板的选择 (23)8.6 塔釜设计 (23)8.7塔的顶部空间高度 (24)8.8人孔的设计 (24)8.9裙座的设计 (24)9 对设计过程的评述和有关问题的讨论 (25)9.1 进料热状况的选取 (25)9.2 回流比的选取 (26)9.3 理论塔板数的确定 (26)10设计结果的自我总结与评价 (26)参考文献 (28)1 设计方案确定泡点进料，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，回流比较大，故操作回流比取最小回流比的1.1倍。
塔釜采用直接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。
规整填料塔与筛板塔相比，有以下优点1)压降非常小。
气相在填料中的液相膜表面进行对流传热、传质不存在塔板上清液层及筛孔的阻力。
在正常情况下规整填料的阻力只有相应筛板塔阻力的1/5~1/62)热、质交换充分分离效率高使产品的提取率提高3)操作弹性大不产生液泛或漏液所以负荷调节范围大适应性强。
化工原理水-乙醇连续精馏塔设计
【设计计算】（一）设计方案的确定本设计任务为分离乙醇和水的混合物。
对于二元混合物的分离，应采用常压下的连续精馏装置。
本设计采用泡点进料，将原料液经过预热器加热至泡点后送入精馏塔内，塔顶上升蒸汽采用全凝气冷凝，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后送入储罐。
该物系属不易分离物系，最小回流比较小，故操作回流比取最小回流比的1.6倍，塔釜采用直接加热蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。
（二）工艺计算1、物料衡算：原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数如下。
M A =46kg/kmol （乙醇） M B =18kg/kmol （水）x F =18/60.046/40.046/40.0+=0.21x D =18/08.046/92.046/92.0+=0.82又M F =M A ×x F +（1-x F ）×M B=46×0.21+(1-0.21)×18=23.88 M D =0.82×46+(1-0.82)×18=40.96 ∴ q n.D =18)82.01(4682.0)24330/(1078.1⨯-+⨯⨯⨯=55.48kmol/hη=F D x q x q F n D n ⨯⨯..=21.0.82.048.55⨯⨯F qn =0.99∴ q n.F =218.82kmol/hq n.D /q n.F =（x F -x W ）/(x D -x W )即 55.48/218.82=wwx x --82.021.0∴ x w =0.00295q n.F ×x F =q n.D +q n.w ×x w218.82×0.21=55.48×0.82+q n.w ×0.00295 ∴ q n.w =155.46kmol2、R min 的确定0.000.050.100.150.200.250.300.350.400.450.500.550.600.650.700.750.800.850.900.951.000.000.050.100.150.200.250.300.350.400.450.500.550.600.650.700.750.800.850.900.951.00yx24610246810图1乙醇—水体系为非理想体系，其平衡曲线有下凹部分，当操作线与q 线的交点尚未落在平衡线上之前，操作线已与平衡线相切，如图1。
塔板式精馏塔设计(图文表)
塔板式精馏塔设计(图文表)（一）设计方案的确定本设计任务为乙醇-水混合物。
设计条件为塔顶常压操作，对于二元混合物的分离，应采用连续精馏流程。
酒精精馏与化工精馏过程不同点就在于它不仅是一个将酒精浓缩的过程，而且还担负着把粗酒精中50多种挥发性杂质除去的任务，所以浓缩酒精和除去杂质的过程在酒精工业中称为精馏。
物料中的杂质基本上是在发酵过程中生成的，只是很少数的杂质是在蒸煮和蒸馏过程中生成的。
本次设计的精馏塔用板式塔，内部装有塔板、降液管、各种物料的进出口及附属结构（如全凝器等）。
此外，在塔板上有时还焊有保温材料的支撑圈，为了方便检修，在塔顶还装有可转动的吊柱。
塔板是板式塔的主要构件，本设计所用的塔板为筛板塔板。
筛板塔的突出优点是结构简单造价低，合理的设计和适当的操作能使筛板塔满足要求的操作弹性，而且效率高，并且采用筛板可解决堵塞问题，还能适当控制漏液。
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。
塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝，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。
该物系属不易分离物系，最小回流比较小，采用其1.5倍。
设计中采用图解法求理论塔板数，在溢流装置选择方面选择单溢流弓形降液管。
塔釜采用间接蒸汽加热，塔顶产品经冷却后送至储罐。
（二）精馏塔的物料衡算1.原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率乙醇的摩尔质量 M 乙醇=46kg/kmol纯水的摩尔质量 M 水 =18kg/kmolx F =18/65.046/35.046/35.0+=0.174x D =18/1.046/9.046/9.0+=0.779x W =46/995.018/005.018/005.0+=0.0022.原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量M F =0.174×46＋18×(1-0.174)= 22.872 kg/kmol M D =0.779×46＋18×(1-0.779)= 39.812 kg/kmol M W =0.002×46＋18×(1-0.002)= 18.056 kg/kmol3.物料衡算 D=30024812.3948000000⨯⨯=167.454 kmol/hF=D+WF ·x F =D ·x D +W ·x W解得 F=756.464 kmol/h W=589.01 kmol/h｛（三）塔板数的确定1.回流比的选择由任务书提供的乙醇-水物系的气液平衡数据绘出x-y 图；由于设计中选用泡点式进料，q=1，故在图中对角线上自点a（x D,x D）作垂线，与Y轴截距oa=x D/(R min+1)=0.415 即最小回流比R min=x D/oa-1=0.877取比例系数为1.5，故操作回流比R为R=1.5×0.877=1.3162.精馏塔的气液相负荷的计算L=RD=1.316×167.454=220.369 kmol/hV=L+D=(R+1)D=2.316×167.454=387.823 kmol/h L ’=L+qF=220.369+756.464=976.833 kmol/h V ’=V+(q-1)F=V=387.823 kmol/h3.操作线方程精馏段操作线方程为 y=1+R R x+11+R x D =1316.1316.1+x+11.3161+×0.779即：y=0.568x+0.336提馏段操作线方程为y=F q D R qF RD )1()1(--++x-F q D R DF )1()1(--+-x W=1.316*167.454+1*756.464(1.316+1)*167.454x-756.464167.454(1.3161)*167.454-+×0.002 即：y=2.519x-0.0034.采用图解法求理论塔板数塔顶操作压力P D=101.3 KPa单板压降△P=0.7 kPa进料板压力P F=0.7×18+101.3=113.9 kPa塔底操作压力P W=101.3+0.7×26=119.5 kPa精馏段平均压力P m=(101.3+113.9)/2=107.6 kPa 压力P m=(113.9+119.5)/2=116.7 kPa2.操作温度计算计算全塔效率时已知塔顶温度t D=78.43 o C进料板温度 t F=83.75 o C塔底温度t W=99.53 o C精馏段平均温度t m=(t D+t F)/2=(78.43+83.75)/2=81.09 o C提馏段平均温度t m=(t W+t F)/2=(99.53+83.75)/2=91.64 o C3.平均摩尔质量计算塔顶平均摩尔质量计算由x D=y1=0.779 查上图可得x1=0.741M VDm=0.779×46+(1-0.779)×18=39.812 g/molM LDm=0.741×46+(1-0.741)×18=38.748 g/mol进料板平均摩尔质量计算 t f=83.74 o C由y F=0.518 查上图可得x F=0.183M VFm =0.518×46+(1-0.518)×18=32.504 g/mol M LFm =0.183×46+(1-0.183)×18=23.124 g/mol 精馏平均摩尔质量M Vm =( M VDm + M VFm )/2=36.158 g/molM Lm =( M LDm + M LFm )/2=30.936 g/mol4.平均密度计算气相平均密度计算由理想气体状态方程计算，即ρVm =RT PMv =)15.27309.81(314.8158.366.107+⨯⨯=1.321 kg/m 3 液相平均密度计算液相平均密度依1/ρLm =∑αi /ρi 计算 塔顶液相平均密度计算t D =78.43 o C 时 ρ乙醇=740 kg/m 3 ρ水=972.742 kg/m 3ρLDm =)742.972/1.0740/9.0(1+=758.14 kg/m 3进料板液相平均密度计算t F =83.75 o C 时 ρ乙醇=735 kg/m 3 ρ水=969.363 kg/m 3ρLFm =)363.969/636.0735/364.0(1+=868.554 kg/m 3塔底液相平均密度计算t W =99.53 o C 时 ρ乙醇=720 kg/m 3 ρ水=958.724 kg/m 3ρLWm =)724.958/995.0720/005.0(1 =957.137 kg/m 3精馏段液相平均密度计算ρLm =(ρLFm +ρLDm )/2=(758.14+868.554)/2=813.347 kg/m 3提馏段液相平均密度计算ρLm =(ρLFm +ρLWm ）/2=(957.137+868.554)/2=912.846 kg/m 35.液体平均表面张力计算液体平均表面张力依σLm =∑x i σi 计算塔顶液相平均表面张力计算t D =78.43时 σ乙醇=62.866 mN/m σ水=17.8 mN/m σLDm =0.779×17.8+0.221×62.886=84.446 mN/m 进料板液相平均表面张力计算t F =83.75时 σ乙醇=61.889 mN/m σ水=17.3 mN/m σLFm =0.183×17.3+0.817×61.889=53.729 mN/m 塔底液相平均表面张力计算t W =99.53时 σ乙醇=58.947 mN/m σ水=15.9 mN/m σLWm =0.005×15.9+0.995×58.947=58.732 mN/m 精馏段液相平均表面张力计算σLm =(84.446+53.729)/2=69.088 mN/m 提馏段液相平均表面张力计算σLm =(58.732+53.729)/2=56.231 mN/m6.液体平均粘度计算液体平均粘度依lgμLm=∑x i lgμi计算塔顶液相平均粘度计算t D=78.43o C时μ乙醇=0.364mPa·s μ水=0.455 mPa·slgμLDm=0.779lg(0.455)+0.221lg(0.364)=-0.363μLDm =0.436 mPa·s进料液相平均粘度计算t F=83.75 o C时μ乙醇=0.341mPa·s μ水=0.415 mPa·slgμLFm=0.183lg(0.415)+0.817lg(0.341)=-0.452μLFm=0.353 mPa·s塔底液相平均粘度计算t W=99.53 o C时μ乙醇=0.285mPa·s μ水=0.335 mPa·slgμLWm=0.002lg(0.335)+0.998lg(0.285)=-0.544μLWm=0.285 mPa·s精馏段液相平均粘度计算μLm=(0.436+0.353)/2=0.395 mPa·s提馏段液相平均粘度计算μLm=(0.285+0.353)/2=0.319 mPa·s（五）精馏塔的塔体工艺尺寸计算1.塔径的计算精馏段的气液相体积流率为V S =ρ3600VM =2.949 m 3/s L S =ρ3600LM =0.0023 m 3/s 查史密斯关联图，横坐标为Vh Lh (vlρρ)21=949.20023.0(321.1347.813) 1/2=0.0196取板间距H T =0.45m ，板上液层高度h L =0.06m ， 则H T -h L =0.39m 查图可得C 20=0.08 由C=C 20(20L σ)0.2=0.08(69.088/20)0.2=0.103u max =C (ρL -ρV )/ ρV =2.554 m/s取安全系数为0.7，则空塔气速为 u=0.7u max =1.788 m/sD=4V s /πu=788.1/14.3/949.2*4=1.39 m 按标准塔径元整后 D=1.4 m 塔截面积A T =(π/4)×1.42=1.539 ㎡ 实际空塔气速为 u=2.717/1.539=1.765 m/s 2.精馏塔有效高度的计算精馏段有效高度为Z 精=（N 精-1）H T =7.65 m 提馏段有效高度为Z 提=（N 提-1）H T =3.15 m在进料板上方开一人孔，其高度为 1m 故精馏塔的有效高度为 Z=Z 精+Z 提+1=7.65+3.15+1=11.8 m（六）塔板主要工艺尺寸的计算1.溢流装置计算因塔径D=1.4 m ，可选用单溢流弓形降液管 堰长l W =0.7×1.4=0.98 m 2.溢流强度i 的校核i=L h /l W =0.0023×3600/0.98=8.449≤100~130m 3/h ·m 故堰长符合标准 3.溢流堰高度h W平直堰堰上液层高度h ow =100084.2E （L h /l W ）2/3由于L h 不大，通过液流收缩系数计算图可知E 近似可取E=1h ow =100084.2×1×（L h /l W ）2/3=0.0119 mh W =h L -h ow =0.06-0.0119=0.0481 m 4.降液管尺寸计算查弓形降液管参数图，横坐标l W /D=0.7 可查得A f /A T =0.093 W d /D=0.151 故 A f =0.093A T =0.143 ㎡ W d =0.151W d =0.211 ㎡留管时间θ=3600A T H T /L H =27.64 s ＞5 s 符合设计要求5.降液管底隙高度h oh O =L h /3600l W u 0’=0.0023/0.98×0.08=0.03 m h W -h O =0.0481-0.03=0.0181 m ＞0.006 m 6.塔板布置塔板的分块 D=1400 mm ＞800 mm ，故塔板采用分块式。
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。
乙醇-水精馏塔设计
设计题目板式精馏塔设计成绩课程设计主要内容化工原理课程设计是化工原理课程教学中综合性和实践性较强的教学环节，是理论联系实际的桥梁，是使学生体察工程实际问题复杂性的初次尝试。
本次课程设计的主要思路及内容是：（1）确定流程方案：根据给定任务，选择操作条件、主体设备，确定精馏流程。
（2）精馏塔工艺计算：确定回流比，对全塔进行物料衡算并计算混合气、液操作温度下的物性参数，计算出气、液体积流量。
（3）塔板的设计计算：确定塔板数，进行塔径初步计算，溢流装置的设计计算，筛板布置、流体力学验算及塔板负荷性能图。
（4）塔附件及附属设备设计：通过计算确定接管、筒体、封头、除沫器、裙座、吊柱、人孔等附件的尺寸及型号，计算出塔总体高度，并对预热器、冷凝器、再沸器等附属设备进行设计。
（5）绘制精馏塔的主体设备装配图和带控制点的工艺流程图，编写设计说明书。
指导教师评语建议：从学生的工作态度、工作量、设计（论文）的创造性、学术性、实用性及书面表达能力等方面给出评价。
签名：年月日化工原理课程设计任务书设计题目：板式精馏塔设计设计时间：2011年12月~2012年1月指导老师：设计任务：年处理35000 吨乙醇-水溶液系统1.料液含乙醇40% ，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R= 1.5 Rmin（2）塔釜加热蒸汽压力：间接0.2 MPa（表压），直接0.1 MPa（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 h；（5）设备形式（筛板塔、浮阀塔、泡罩塔等）自选；（6）安装地点：合肥。
设计成果：1.设计说明书一份（word2003格式）;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（AutoCAD2004格式）。
目录中文摘要 (5)英文摘要 (6)1前言 (7)2概述 (7)2.1化工分离技术 (7)2.2板式塔塔板设计与选型 (9)3设计方案的确定 (13)3.1设计方案的选定 (13)3.2设计方案确定的要求 (15)3.3设计方案确定及流程说明 (16)3.4精馏塔的设计步骤 (16)4设计计算 (16)4.1精馏塔的工艺计算 (17)4.2塔板数及塔径计算 (24)4.3溢流装置 (26)4.4塔板布置 (27)4.5筛板的流体力学验算 (28)4.6塔板复合性能图 (31)4.7塔附件设计 (36)4.8塔总体高度设计 (38)4.9附属设备的设计 (39)5总结 (40)5.1筛板塔工艺设计计算结果汇总 (40)5.2设计小结 (42)5.3个人心得体会 (42)参考文献……………………………………………………………………………………附录1 相关物性数据………………………………………………………………………附录2 说明书中出现的各字母及其下标的含义………………………………………板式精馏塔设计摘要：鉴于筛板塔结构简单，造价低；板上液面落差小，气体压降低，生产能力较大；气体分散均匀，传质效率较高等优点，本设计选用筛板式精馏塔精馏分离处理35000吨/年的乙醇-水溶液，首先利用AutoCAD做出相平衡曲线，求出最小回流比为2.2，根据TM 图解法画出全塔所需的理论塔板数为26.2块（含再沸器），通过设计计算，得出实际塔板数为52块（含再沸器），然后对塔和塔板的工艺尺寸进行计算，计算圆整得塔径为m2.1，塔高为m26，物料为泡点进料。
乙醇—水溶液连续筛板精馏塔设计
西安文理学院化工原理课程设计乙醇—水溶液连续筛板精馏塔设计系院名称：化学与化学工程学院专业班级： 12化工指导老师提交时间： 2014年12月10日目录1.化学原理课程设计任务书-------------------------------------------------------------------------------------- - 3 -2.概述 ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------- - 4 -2.1精馏塔对塔设备的要求 ----------------------------------------------------------------- - 4 -2.2板式塔类型 ------------------------------------------------------------------------------------------ - 5 -2.3精馏塔的设计步骤------------------------------------------------------------------------------ - 5 -3.1计算原料液及其塔顶产品的摩尔分数 -------------------------------------------- - 6 -3.2计算原料液及其塔顶产品的平均摩尔质量------------------------------------ - 7 -4.精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 --------------------------------------------- - 7 -4.1平均粘度的计算---------------------------------------------------------------------------------- - 7 -4.2平均表面张力的计算 ------------------------------------------------------------------------- - 8 -4.3操作温度的计算---------------------------------------------------------------------------------- - 9 -4.4气相组成的计算-------------------------------------------------------------------------------- - 10 -4.5相对挥发度的计算---------------------------------------------------------------------------- - 10 -4.6回流比的确定 ------------------------------------------------------------------------------------ - 10 -5.塔板数确定-------------------------------------------------------------------------------------------------- - 11 -5.1理论塔板数的确定---------------------------------------------------------------------------- - 11 -5.2实际塔板数确定-------------------------------------------------------------------------------- - 12 -6.精馏塔的热量衡算 ------------------------------------------------------------------------------------- - 12 -6.1蒸汽用量 -------------------------------------------------------------------------------------------- - 13 -6.2冷却水用量 ---------------------------------------------------------------------------------------- - 14 -7.精馏塔的塔体工艺尺寸计算------------------------------------------------------------------ - 15 -7.1精馏段与提馏段的体积流量 ----------------------------------------------------------- - 15 -7.2塔径的计算 ------------------------------------------------------------------------------------------ 17 -8.塔板主要工艺尺寸的计算--------------------------------------------------------------------------- 20 -8.1溢流装置计算 -------------------------------------------------------------------------------------- 20 -8.2塔板布置 ---------------------------------------------------------------------------------------------- 20 -8.3有效面积计算 ------------------------------------------------------------------------------------ - 21 -8.4筛孔计算与排列-------------------------------------------------------------------------------- - 21 -9.塔总体高度计算 ----------------------------------------------------------------------------------------- - 22 -9.1塔顶封头 -------------------------------------------------------------------------------------------- - 23 -9.2塔顶空间 -------------------------------------------------------------------------------------------- - 23 -9.3塔底空间 -------------------------------------------------------------------------------------------- - 23 -9.4人孔----------------------------------------------------------------------------------------------------- - 23 -9.5进料板处板间距-------------------------------------------------------------------------------- - 23 -9.6裙座----------------------------------------------------------------------------------------------------- - 23 -10.塔的接管 ---------------------------------------------------------------------------------------------------- - 24 -10.1进料管 ---------------------------------------------------------------------------------------------- - 24 -10.2回流管 ---------------------------------------------------------------------------------------------- - 24 -10.3塔底出料管 -------------------------------------------------------------------------------------- - 24 -10.4塔顶蒸汽出料管------------------------------------------------------------------------------ - 25 -10.5塔底蒸汽出料管------------------------------------------------------------------------------ - 25 -11.筛板的流体力学验算 ------------------------------------------------------------------------------- - 25 -11.1精馏段 ---------------------------------------------------------------------------------------------- - 25 -11.2提馏段 ---------------------------------------------------------------------------------------------- - 27 -12.塔板负荷性能图 --------------------------------------------------------------------------------------- - 29 -12.1精馏段 ---------------------------------------------------------------------------------------------- - 29 -12.2提馏段 ---------------------------------------------------------------------------------------------- - 32 -塔设计计算结果表（表十四）--------------------------------------------------------------------- - 35 -14.参考文献 ---------------------------------------------------------------------------------------------------- - 36 -15.设计总述 ----------------------------------------------------------------------------------------------------- - 37 -16.符号说明 ----------------------------------------------------------------------------------------------------- - 37 -17.思想及总结------------------------------------------------------------------------------------------------- - 40 -1.化学原理课程设计任务书1.1设计题目名称：乙醇—水溶液连续筛板精馏塔设计1.2设计条件：(1)处理量：8万吨/年；(2)料液组成（质量分数）：42%；(3)塔顶产品组成（质量分数）：95%；(4)塔顶易挥发组成回收率：99.5%；(5)年工作生产时间：330天；(6)常压精馏，泡点进料，泡点回流。
化工原理-精馏实验二(连续精馏)
精馏实验二 板式精馏塔板全塔率的测定一、实验目的精馏是化工工艺过程中重要的单元操作，进行该单元操作的主要设备为塔设备，本实验采用的是板式精馏塔。
在板式精馏塔的设计和使用操作过程中，塔板效率一个重要的参数指标。
本实验就是在全回流的条件下对乙醇－水系统进行精馏操作，最终测定的板式精馏塔板全塔率。
同时在实验中了解精馏操作的工艺流程；了解板式塔的塔板结构，以及塔釜再沸器、塔顶全凝器等主要设备在工艺过程的结构、功能和布置情况。
二、实验原理精馏操作涉及气、液两相间的传热和传质过程。
塔板上两相间的传热速率和传质速率不仅取决于物系的性质和操作条件，而且还与塔板结构有关，因此它们很难用简单方程加以描述。
引入理论板的概念，可使问题简化。
所谓理论板，是指在其上气、液两相都充分混合，且传热和传质过程阻力为零的理想化塔板。
因此不论进入理论板的气、液两相组成如何，离开该板时气、液两相达到平衡状态，即两温度相等，组成互相平衡。
实际上，由于板上气、液两相接触面积和接触时间是有限的，因此在任何形式的塔板上，气、液两相难以达到平衡状态，即理论板是不存在的。
理论板仅用作衡量实际板分离效率的依据和标准。
对于二元物系，如已知其汽液平衡数据，则根据精馏塔的原料液组成，进料热状况，操作回流比及塔顶馏出液组成，塔底釜液组成，可由图解法或逐板计算法求出该塔的理论板数NT 。
按照下式可以得到总板效率ET ，其中NP 为实际塔板数。
%1001⨯-=PT T N N E三、实验装置基本情况本实验装置采用精馏实训装置的一部分完成实验，精馏塔的塔体为不锈钢制成，塔体内径：2O0mm ；塔高：3m ；塔板为筛性塔板弓形绛液管，塔板数：15块；再沸器加热电压：220v ；控温部位采取仪表控制。
四、操作步骤1、打开总电源开关，控制台电源开关、仪表上电；2、加料至塔釜再沸器的液位的三分之二；3、打开再沸器加热开关，开始加热；4、注意观察塔板视窗（有液体），和塔底再沸器的温度（达到80度左右），及时打开循环冷却水；5、待塔顶回流罐内有液体出现后，打开回流蠕动泵，调节回流流量，以保证回流罐液位保持稳定不变。