分离乙醇—水混合液的筛板精馏塔设计
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。
分离乙醇—水混合液筛板精馏塔
武汉工程大学邮电与信息工程学院课程设计说明书论文题目：分离乙醇—水混合液筛板精馏塔学号：0842030331学生姓名：赵青专业班级：08级高分子材料与工程03班指导教师：朱薇总评成绩：2011 年6 月16 日目录摘要 (I)Abstract (II)第一章文献综述 (1)1.1课程设计目的与设计要求 (1)1.2课程设计的任务 (1)1.3设计方案的确定 (2)第二章精馏塔设计计算 (7)2.1精馏塔的物料衡算 (7)2.2塔板的确定 (9)2.3精馏塔工艺条件及有关物性参数的计算 (9)2.4精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (13)第三章塔板主要工艺尺寸的计算 (16)3.1塔板类型和流动形式 (16)3.2溢流装置计算 (16)3.3塔板布置 (17)3.4筛板的流体力学验算 (19)3.5塔板负荷性能图 (23)第四章附属设备 (30)4.1再沸器(蒸馏釜) (30)4.2塔顶回流冷凝器 (30)4.3管径直径 (30)4.4法兰 (32)4.5人孔 (32)4.6塔高 (32)第五章设计结果汇总 (33)设计小结与体会 (35)致谢 (36)参考文献 (37)附录 (38)摘要本文通过设计筛板精馏塔达到分离乙醇—水二元混合物，需要满足年处理量5.5万吨，原料中乙醇含量46%，塔顶产品要求含乙醇不低于92%，塔底乙醇含量不高于2%，常压操作，泡点进料。
本设计采用连续精馏流程，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。
塔顶上升蒸汽采用全凝器，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，其余部分经产品冷却后送至储罐。
该物系属于易分离物系(标况下，的沸点78.2℃)，塔釜采用直接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。
关键词：筛板精馏塔；泡点进料；塔体；塔板AbstractIn this paper, through the design of plate distillation column to achieve separation of ethanol-water binary mixture, we have to satisfy annual handling capacity of 55,000 tons of raw materials in the ethanol content of 46%, the top product requirements ethanol containing not less than 98%, bottom ethanol content no higher than 2%, atmospheric pressure operation, bubble point feed.Continuous distillation process. Design using bubble point feed the raw material liquid through preheater after heated to soak into the Distillation Column. Increased use of the whole tower of steam condensate, and condensate in the bubble point back to the next part of the tower, and the remaining portion of products to the storage tank after cooling. The matter of isolates belonging to the Department (under standard conditions, ethanol boiling point of 78.2℃), tower reactor using direct steam heating, cooling tower bottom products to the storage tank.Key words:sieve plate distillation column; bubble point feed; towertra第一章文献综述1.1课程设计目的与设计要求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。
分离乙醇水精馏塔设计(含经典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：1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）2e）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）;3五、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 =4由于生产能力50000吨／年，。
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。
乙醇水筛板精馏塔工艺设计
乙醇水筛板精馏塔工艺设计
一、前言
乙醇水筛板精馏塔是一种常用的化工设备，广泛应用于乙醇制备、石
油化工、医药等行业。
本文将详细介绍乙醇水筛板精馏塔的工艺设计。
二、设备介绍
乙醇水筛板精馏塔由筛板、填料层和冷凝器组成。
其中，筛板分为平
板和斜板两种，填料层主要包括金属填料和塑料填料。
冷凝器则有管
壳式和管束式两种。
三、工艺流程
1. 原料准备
将乙醇和水按照一定比例混合后送入精馏塔中。
2. 加热
通过加热方式使混合物达到沸点，开始蒸发。
3. 蒸发分离
在精馏塔中，由于不同组分的沸点不同，会使得混合物中低沸点组分优先蒸发出来。
同时，在填料层中也会发生传质作用，促进组分之间的分离。
4. 冷凝回收
蒸发出来的气体在冷凝器中被冷却成液体，然后被收集起来。
5. 分离
重复以上步骤，直到达到所需的纯度。
四、工艺参数
1. 筛板间距：一般为0.45-0.6m。
2. 填料层高度：一般为1-3m。
3. 冷凝器冷却面积：根据生产需求确定。
4. 加热方式：蒸汽加热或电加热。
五、注意事项
1. 精馏塔内部应保持清洁，避免杂质进入影响分离效果。
2. 操作时应注意安全，避免发生爆炸等意外事故。
3. 根据实际情况调整工艺参数，以达到最佳分离效果。
六、总结
乙醇水筛板精馏塔是一种常用的化工设备，在乙醇制备、石油化工、医药等行业有广泛的应用。
本文对其工艺流程、设备参数和注意事项进行了详细介绍，希望对读者有所帮助。
乙醇-水筛板精馏塔设计
化工原理课程设计设计题目乙醇-水筛板精馏塔设计学生姓名学号班级指导教师设计时间完成时间 2化工原理课程设计任务书（一）设计题目：乙醇－水筛板精馏塔设计（二）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，绘制带控制点的工艺流程图、精馏塔工艺条件图，并编制工艺设计说明书。
年产量： 10000t ；原料液浓度： 40% （乙醇质量分数）；产品浓度： 93% （乙醇质量分数）；乙醇回收率： 99% 。
（三）操作条件1．塔顶压强4 kPa（表压）；2．进料热状况，泡点进料；；3．塔顶全凝器，泡点回流，回流比R=(1.1~2.0)Rmin4．塔釜加热蒸汽压力245 KPa(表压)；5．单板压降不大于0.7 kPa；6．塔板类型筛板塔；7．工作日每年330天，每天24h连续运行;8．厂址：徐州地区。
（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,附属设备的确定；9．绘制带控制点工艺流程图（A2）、精馏塔工艺条件图（A2）；10．符号说明；11.对设计过程的评述和有关问题的讨论；12.参考文献。
摘要精馏塔是进行精馏的一种塔式气液接触装置，又称为蒸馏塔。
有板式塔与填料塔两种主要类型。
根据操作方式又可以分为连续精馏塔与间歇精馏塔。
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、轻工等工业生产中占有重要的地位。
为此，掌握气液平衡关系，熟悉各种塔形的操作特性，对选择、设计和分析分离过程中的各种参数是非常重要的。
在本设计中我使用了筛板塔，筛板塔的突出优点是结构简单、造价低。
当有合理的设计和适当的操作，筛板塔能满足分离要求的操作弹性，而且效率高。
精馏是最常用的分离液液混合物方式之一，是组成化工生产过程的主要单元操作，也是典型的化工操作设备之一。
乙醇-水筛板精馏塔设(化工原理课程设计)
〔一〕 设计题目乙醇—水二元物系筛板式精馏塔的设计〔二〕设计条件常压： P=1atm处理量：100kmol/h进料组成：0.45馏出液组成：0.88釜液组成：0.12塔顶设全凝器，泡点回流加料热状况：q=0.98回流比 min )0.21.1(R R -=单板压降 ≤0.7kPa〔三〕设计内容(1)精馏塔塔体工艺设计，包括物料衡算、热量衡算、筛板塔的设计计算(2)绘制带控制点的工艺流程图、精馏塔设计条件图。
(3)撰写精馏塔的设计说明书。
目 录化工原理单元设计任务书 ...................................................................................... 错误!未定义书签。
第一章 前言 (1)1.1精馏原理及其在工业生产中的应用 (1)1.2精馏操作对塔设备的要求 (1)1.3常用板式塔类型及本设计的选型 ............................................................ 错误!未定义书签。
1.4本设计所选塔的特性 (3)第二章 精馏塔的工艺设计 (5)2.1全塔物料衡算 (5)2.2温度计算 (5)2.3气相组成计算 (6)2.4摩尔组成计算 (8)2.5混合液体外表张力计算 (9)2.6平均相对挥发度的计算 (13)2.7精馏段和提馏段操作线方程 (14)2.8逐板法确定理论板数及进料位置 (14)2.8.1理论板数的计算 (14)2.8.2实际塔板数及加料位置的计算 ..................................................... 错误!未定义书签。
2.9全塔效率的计算 (16)2.9.1粘度计算 (16)2.9.2板效率计算 (17)第三章热量衡算 (18)3.1加热器热负荷及全塔热量衡算 (18)3.2热量衡算 (19)第四章 精馏塔的主要工艺尺寸的计算 (20)4 .1体积流量的计算 (20)4.2塔径的计算 (21)4.3溢流装置的计算 (22)4.3.1堰长W l (22)4.3.2溢流堰高度 ................................................................................................................ 22 4.3.3弓形降液管宽度d W 和截面积f A .. (23)4.3.4降液底隙高度 (23)4.4塔板布置 (24)4.4.1边缘区宽度确定 (24)4.4.2开孔区面积计算 (24)4.4.3筛孔计算及其排列 (25)4.4.4塔有效高度Z〔以精馏段为例 (25)4.4.5总高度计算 (26)第五章精馏塔立体力学计算 (27)5.1塔板压降 (27)5.2液面落差 (28)5.3液沫夹带 (29)5.4漏液 (29)5.5液泛 (30)第六章塔板负荷性能图 (31)6.1漏液线 (31)6.2液沫夹带线 (32)6.3液相负荷下限线 (33)6.4液相负荷上限线 (33)6.5液泛线 (33)结束语 (37)主要符号说明 (39)附录1............................................................................................................... 错误!未定义书签。
分离乙醇和水混合液的板式精馏塔 设计书
分离乙醇和水混合液的板式精馏塔设计书第一章 设计任务书一 设计题目分离乙醇-水混合液的板式精馏塔 二 设计数据生产能力：年处理乙醇-水混合液7.4万吨原 料：乙醇含量为26%（质量百分比，下同）的常温液体 分离要求：塔顶含量不低于93% 塔底含量不高于0.5% 三 操作流程的确定和说明操作压力：由于乙醇~水体系对温度的依赖性不强，常压下为液态，为降低塔的操作费用，操作压力选为常压。
其中塔顶压力为51.0132510Pa ⨯，塔底压力5[1.0132510(265~530)]Pa N ⨯+塔型选择：根据生产任务，若按年工作日300天，每天开动设备24小时计算，产品流量为 ，由于产品粘度较小，流量较大，为减少造价，降低生产过程中压降和塔板液面落差的影响，提高生产效率，选用浮阀塔。
进料状态：虽然进料方式有多种，但是饱和液体进料时进料温度不受季节、气温变化和前段工序波动的影响，塔的操作比较容易控制；此外，饱和液体进料时精馏段和提馏段的塔径相同，无论是设计计算还是实际加工制造这样的精馏塔都比较容易，为此，本次设计中采取饱和液体进料。
加热方式：精馏塔的设计中多在塔底加一个再沸器以采用间接蒸汽加热以保证塔内有足够的热量供应；由于乙醇~水体系中，乙醇是轻组分，水由塔底排出，且水的比热较大，故可采用直接水蒸气加热，这时只需在塔底安装一个再沸器，并且可以利用压力较低的蒸汽进行加热，无论是设备费用还是操作费用都可以降低。
第二章 塔板的工艺设计第一节 精馏塔全塔物料衡算F ：原料液流量（kmol/s ） x F ：原料组成（摩尔分数，下同） D ：塔顶产品流量（kmol/s ） x D ：塔顶组成 W ：塔底产品流量（kmol/s ） x W ：塔底组成 原料乙醇组成：F 26/4612.08%26/4674/18x ==+塔顶组成：D 93/4683.87%93/467/18x ==+塔底组成：W 0.5/460.196%0.5/4699.5/18x ==+进料量：437.41010(0.26/460.74/18)7.40.1129 kmol/s 300243600F ⨯⨯⨯+==⨯⨯万吨/年=物料衡算式为：F D W F D WFx Dx Wx =+⎧⎨=+⎩联立方程组解得：0.0160 kmol/s0.0968 kmol/sD W =⎧⎨=⎩第二节 计算温度、密度、表面张力 、粘度、相对挥发度气液相及体积流量表一.常压下乙醇-水气液平衡组成(摩尔)与温度关系F D W1.温度利用表中数据由拉格朗日插值可求得t 、t 、t()()()()F F F D D D 185.485.485185.4 C12.0813.190.120812.0878.278.278.3278.3 C 85.9781.8382.8585.9799.399.398.75399.3 C 0.190.390.1960.1985.3978.25481.822WW F D t t t t t t t t t --===︒----===︒----===︒--++===W t ， t ， t ， 精馏段平均温度：()2 C 85.3999.28594.4C 22F W t t t ︒++===︒提馏段平均温度： 2.密度A BA Bl1 ()a a a M ρρρ=+已知：混合液密度：为质量百分率，为平均相对分子质量0V 022.4T MT ρρρ=混合气密度：(1) 精馏段：181.82 C,t =︒液相组成1x ：181.981.781.8281.728.1229.8029.80x --=--， 1x =28.79% 气相组成1y ：181.981.781.8281.756.7157.4157.41y --=--，1y =56.99%所以 L1460.287918(10.2879)26.06 kg/kmol M =⨯+⨯-= V1460.569918(10.5699)33.96 kg/kmol M =⨯+⨯-= (2) 提馏段：2t =92.34 C ︒ 液相组成2x ：292.691.392.3491.33.294.16 4.16x --=--， 2x =3.464% 气相组成2y ：292.691.392.3491.326.21 4.1629.92y --=--， 2y =26.952%所以 L2460.0346418(10.03464)18.97kg/kmol M =⨯+⨯-= V2460.2692518(10.26925)25.55 kg/kmol M =⨯+⨯-=表二.不同温度下乙醇和水的密度12181.82 ,t C =︒858082.7980968.6971.8735ρ--=-乙-， ρ乙=732.21 kg/m 3858082.7980968.6791.8ρ--=-水-971.8, ρ水=968.94 kg/m 3同理：94.43C =︒2t ，959094.4390961.85965.3724ρ--='--乙，ρ'乙=720.95 kg/m 3959094.4390961.85965.3ρ--='-水-965.3，ρ'水=970.01 kg/m 3在精馏段：液相密度L1ρ：L110.287946/[0.28794618(1-0.2879)]10.5082732.21970.01ρ⨯⨯+⨯-=+L13832.60 kg/m ρ= 气相密度：()V1333.96273.151.17 kg/m 22.4273.1581.82ρ⨯==⨯+在提馏段：液相密度L2ρ：L210.0346446/[0.034644618(10.03464)]10.0840721.11962.81ρ⨯⨯+--=+L23=936.45 kg/m ρ气相密度：V2324.54273.150.819 kg/m 22.4(273.15+92.34)ρ⨯==⨯3.混合液体表面张力二元有机物-水溶液表面张力可用下列各式计算 公式：W W W W W 00x V x V x V σ+=000W W 00x V x V x V ϕ=+1/41/41/4m SW W 00S σϕσϕσ=+ SW SW W S /x V V ϕ= S00S0S x V V ϕ= qWlg()B ϕϕ=2/32/300W W 0.441()[]V q Q V T qσϕ=⨯- A B Q =+2SWS0lg()A ϕϕ= SW S01ϕϕ+=式中下角标，W 、O 、S 分别代表水、有机物及表面部分，X W 、X O 指主体部分的分子体积，W σ、为纯水、有机物的表面张力，对乙醇q=2。
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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，20052.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. 2004，017、化工设备设计全书编辑委员会.化工设备设计全书-换热器；化学工业出版社：北京. 2004，018、化工设备设计全书编辑委员会.化工设备设计全书-管道；化学工业出版社：北京. 2004，019.陈敏恒. 化工原理(第三版). 北京：化学工业出版社，2006目录第一章设计方案简介精馏的基本原理是根据各液体在混合液中的挥发度不同，采用多次部分汽化和多次部分冷凝的原理来实现连续的高纯度分离。
在现代的工业生产中已经广泛地应用于物系的分离、提纯、制备等领域，并取得了良好的效益。
其中主要包括板式塔和填料塔，而板式塔的塔板类型主要有泡罩塔板、浮阀塔板、筛板塔板、舌形塔板、网孔塔板、垂直塔板等等,本次课程设计是筛板塔。
精馏过程与其他蒸馏过程最大的区别，是在塔两端同时提供纯度较高的液相和气相回流，为精馏过程提供了传质的必要条件。
提供高纯度的回流，使在相同理论板的条件下，为精馏实现高纯度的分离时，始终能保证一定的传质推动力。
所以，只要理论板足够多，回流足够大时，在塔顶可能得到高纯度的轻组分产品，而在塔底获得高纯度的重组分产品。
精馏广泛应用于石油,化工,轻工等工业生产中,是液体混合物分离中首选分离方法本次课程设计是分离乙醇——水二元物系。
在此我选用连续精馏筛板塔。
具有以下特点：(1) 筛板塔的操作弹性小，对物料的流量要求非常平稳精确，不利于实际生产中使用(2) 筛板塔盘较浮阀塔盘的优点是结构简单抗堵，压降较小，造价便宜。
(3) 筛板塔盘现在很少用了，比浮阀塔的效率低，操作弹性小。
(4) 筛板塔盘也有溢流堰和降液管。
优点是结构简单，压降较小，造价便宜，抗堵性强。
本次设计针对二元物系的精馏问题进行分析、计算、核算、绘图，是较完整的精馏设计过程。
精馏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、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、工艺流程图的制作、主要设备的工艺条件图等内容。
通过对精馏塔的运算，可以得出精馏塔的各种设计如塔的工艺流程、生产操作条件、物性参数及接管尺寸是合理的，以保证精馏过程的顺利进行并使效率尽可能的提高。
工科大学生应具有较高的综合能力，解决实际生产问题的能力，课程设计是一次让我们接触实际生产的良好机会，我们应充分利用这样的时机认真去对待每一项任务，为将来打下一个稳固的基础。
而先进的设计思想、科学的设计方法和优秀的设计作品是我们所应坚持的设计方向和追求的目标。
第二章工艺流程图及说明首先，乙醇和水的原料混合物进入原料罐，在里面停留一定的时间之后，通过泵进入原料预热器，在原料预热器中加热到泡点温度，然后，原料从进料口进入到精馏塔中。
因为被加热到泡点，混合物中既有气相混合物，又有液相混合物，这时候原料混合物就分开了，气相混合物在精馏塔中上升，而液相混合物在精馏塔中下降。
气相混合物上升到塔顶上方的冷凝器中，这些气相混合物被降温到泡点，其中的液态部分进入到塔顶产品冷却器中，停留一定的时间然后进入乙醇的储罐，而其中的气态部分重新回到精馏塔中，这个过程就叫做回流。
液相混合物就从塔底一部分进入到塔底产品冷却器中，一部分进入再沸器，在再沸器中被加热到泡点温度重新回到精馏塔。
塔里的混合物不断重复前面所说的过程，而进料口不断有新鲜原料的加入。
最终，完成乙醇与水的分离。
冷凝器→塔顶产品冷却器→乙醇储罐→乙醇↑回流↓原料→原料罐→原料预热器→精馏塔↑回流↓再沸器←→塔底产品冷却器→水的储罐→水第三章塔板的工艺计算精馏塔全塔物料衡算F:进料量(kmol/s) X原料组成F:D:塔顶产品流量(kmol/s) XD:塔顶组成W:塔底残液流量(kmol/s) XW:塔底组成XF =2046⁄2046+8018⁄⁄=XD =9046⁄9046+1018⁄⁄=Xw =846⁄846+9218⁄⁄=总物料衡算 F=D+W易挥发组分物料衡算 F XF =D XD+W XW日生产能力（处理）D8000000020.4950530024360.1506km l s00o/ mFM T=⨯⨯⨯==⋅联立以上三式得F=sD=sW=s乙醇和水的物性参数计算3.2.1温度常压下乙醇—水气液平衡组成与温度的关系利用表中数据由内差可求得t F t D t W ① t F :21.726.90.897.86--×（）+ t F =℃ ② t D :42.7443.8944.7815.78--×（）+ t D =78.21℃ ③ t W :0190.00721.05.955.89--×（） + t W =℃ ④ 精馏段平均温度:1t =2d f t t +=221.7829.88+=℃ ⑤ 提留段平均温度:2t =2w f t t +=270.9029.88+=℃ 3.2.2密度已知:混合液密度:B B A A l a a ρρρ+=1混合气密度:004.22TP MP T V =ρ塔顶温度: t D =78.21℃气相组成y D :8943.0)21.7841.78(15.7841.7843.8941.78+-⨯-- y D =% 进料温度: t F =℃气相组成y F :4375.0)29.880.89(7.860.8975.4391.38+-⨯-- y F =% 塔底组成: t W =℃气相组成y w :3891.0)7.905.95(0.895.9591.3800.17+-⨯-- y w = % (1)精馏段液相组成x 1:%31.26%90.8%88.771=⨯=⋅=F D x x x气相组成y 1:%41.5842256.08075.01=⨯=y 所以1460.263118(10.2631)25.3668/L M g mol =⨯+⨯-=(2)提留段液相组成x 2:%411.52=⨯=F W x x x气相组成y 2:%82.422273.08075.02=⨯=y 所以2460.0541118(10.05411)19.51508/L M g mol =⨯+⨯-=由不同温度下乙醇和水的密度,内差法求t F t D t W 下的乙醇和水的密度t F =℃ 732.186CF ρ= 966.64wF ρ=t D =78.21℃ 744.43CD ρ= 3/87.972m kg WD =ρt W =℃ 720.21CW ρ= 3964.82/wW kg m ρ=所以31908.46762.33835.40/22F DL kg m ρρρ++=== 3.2.3混合液体表面张力由内差法求得在t F t D t W 下的乙醇和水的表面张力乙醇表面张力：水表面张力乙醇表面张力 σCF =m σCD =m σCW =m水表面张力σwF =m σwD=m σwW=m塔顶表面张力0.140.7788=σD=m原料表面张力0.8850.089=σF=m塔底表面张力0.99960.0329=σw=m(1)精馏段的平均表面张力σ1=+/2=m(2)提馏段的平均表面张力：σ2=（+）/2=m 3.2.4相对挥发度由 xF =% yF=%得0.58416.562920.08914.375610.58410.45653110.089Fa===--由 xD =% yD=% 得0.80751.0368520.7788 1.1914410.80750.8702510.7788Da===--由 xW =% yw=% 得0.22736.9081460.0329 4.138610.22730.80405810.0329aw===--(1)精馏段的平均相对挥发度 4.1386α==提馏段的平均相对挥发度11.1140α==3.2.5混合物的粘度1t=℃查表，得μ水=·s, μ醇=·s2t=℃查表，得μ水=·s, μ醇=·s (1)精馏段粘度：μ1=μ醇x1+μ水(1-x1)=⨯⨯ mpa·s(1)提留段粘度:μ2=μ醇x2+μ水(1-x2)=⨯⨯ mpa·s理论塔板和实际塔板数的计算回流比的确定：绘出乙醇—水的气液平衡组成，即t-X-Y曲线图，由上图知，点a与纵轴的截距为，即为XXXXXX+1值XD=,最小回流比Rmin=操作回流比R=×Rmin=理论塔板数的确定：图解法求解：YC =XXX+1=,易做得提留段、精馏段和q线的操作线，作图如下：由图知，理论塔板数:精馏段需NT1 = 10块，提馏段需NT2= 3-1=2块。
实际塔板数确定：由奥康奈尔公式()()0.2450.2450.49d 0.49 3.1990.3419550.487T av E u --=⨯=⨯⨯= 全塔所需实际塔板数：12100%24.64250.487T P T N N E =⨯==≈块 精馏段实际板数：110100%20.53210.487P N =⨯=≈块 提馏段实际板数：225214P N =-=块 进料板位置第22块板。