年产5万吨乙醇精馏塔设计
乙醇_水精馏塔设计说明
符号说明：英文字母Aa---- 塔板的开孔区面积，m2A f---- 降液管的截面积, m2A T----塔的截面积 mC----负荷因子无因次C20----表面张力为20mN/m的负荷因子d o----阀孔直径D----塔径e v----液沫夹带量 kg液/kg气E T----总板效率R----回流比R min----最小回流比M----平均摩尔质量 kg/kmolt m----平均温度℃g----重力加速度 9.81m/s2F----阀孔气相动能因子 kg1/2/(s.m1/2)h l----进口堰与降液管间的水平距离 mh c----与干板压降相当的液柱高度 mh f----塔板上鼓层高度 mh L----板上清液层高度 mh1----与板上液层阻力相当的液注高度 m ho----降液管底隙高度 mh ow----堰上液层高度 mh W----溢流堰高度 mh P----与克服表面张力的压降相当的液注高度 mH-----浮阀塔高度 mH B----塔底空间高度 mH d----降液管内清液层高度 mH D----塔顶空间高度 mH F----进料板处塔板间距 m H T·----人孔处塔板间距 mH T----塔板间距 ml W----堰长 mLs----液体体积流量 m3/sN----阀孔数目P----操作压力 KPa△P---压力降 KPa△Pp---气体通过每层筛的压降 KPa N T----理论板层数u----空塔气速 m/sV s----气体体积流量 m3/sW c----边缘无效区宽度 mW d----弓形降液管宽度 mW s ----破沫区宽度 m希腊字母θ----液体在降液管内停留的时间 s υ----粘度 mPa.sρ----密度 kg/m3σ----表面张力N/mφ----开孔率无因次X`----质量分率无因次下标Max---- 最大的Min ---- 最小的L---- 液相的V---- 气相的m----精馏段n-----提馏段D----塔顶F-----进料板W----塔釜一、概述乙醇~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。
乙醇精馏设计
目录设计说明书一、设计项目背景 (2)二、生产工艺流程 (4)三、生产规模 (5)四、物料衡算结果 (5)五、能量衡算结果 (5)六、设备选型 (6)计算说明书一、物料衡算 (7)1、每小时生产能力的计算 (7)2、生产工艺流程示意图 (7)3、各塔物料衡算 (7)二、能量衡算 (9)三、设备选型(冷凝器2的选型计算) (10)1、水的定性温度 (10)2、按热面积设定 (11)3．传热系数 (11)设计说明书设计项目：乙醇精馏车间产品名称：工业乙醇产品规格：纯度95%一、设计项目背景：1.乙醇的理化性质乙醇又称酒精，分子式为CH3CH2OH，相对分子质量46.07。
为无色透明、易燃易挥发的液体，有酒的气味和刺激性辛辣味，溶于水、甲醇、乙醚和氯仿，能溶解许多有机化合物和若干无机化合物，具有吸湿性，能与水形成共沸混合物，蒸气与空气形成爆炸性混合物，爆炸极限4.3%-19.0%（体积）。
无水乙醇相对密度0.7893（20/4℃），熔点-117.3℃，沸点78.32℃，折射率1.3614，闪点（闭杯）14℃。
工业乙醇（含乙醇95%）折射率1.3651，表面张力（20℃）22.8mN/m，粘度（20℃）1.41mPa·s，蒸气压（20℃）5.732kPa，比热容（23℃）2.58J/(g·℃），闪点12.8℃，相对密度0.816，沸点78.15℃，凝固点-114℃，自燃点793℃。
2.乙醇的用途乙醇有相当广泛的用途，是重要的有机溶剂，广泛用于用于溶结树脂，制造涂料。
医疗上常用75%（体积分数）的酒精做消毒剂，它可以渗入细菌体内，在一定浓度下能使蛋白质凝固变性而杀灭细菌。
因不能杀灭芽孢和病毒，故不能直接用于手术器械的消毒，50%稀醇可用于预防褥瘊，25%～30%稀醇可擦浴，用于高热病人，使体温下降。
除用作燃料，制造饮料和香精外，乙醇也是一种重要的有机化工原料，如用于制造乙醛、乙二烯、乙胺、乙酸乙酯、乙酸、氯乙烷等等，并衍生出染料、涂料、香料、合成橡胶、洗涤剂、农药等产品的许多中间体，其制品多达300种以上，但目前乙醇作为化工产品中间体的用途正在逐步下降，许多产品例如乙醛、乙酸、乙基乙醇已不再采用乙醇作原料而用其他原料代替。
乙醇精馏塔设计_毕业设计
乙醇精馏塔设计摘要乙醇是一种极重要的有机化工原料，也是一种燃料，在国民经济中占有十分重要的地位。
随着乙醇工业的迅速成熟，各种制乙醇的方法相继产生。
由于乙醇与水混合物的特殊性，即相对挥发度的不同且在一定浓度时生成共沸物，精馏操作一直是乙醇生产不可缺少的工序。
本设计的主要内容是根据20万吨乙醇生产工艺的需求，通过物料衡算和热量衡算以及板式浮阀塔设计的理论知识来设计浮阀塔，并由负荷性能图来进行校验。
此外，本设计遵循经济、资源综合利用、环保的原则，严格控制工业三废的排放，充分利用废热，降低能耗，提高工艺的可行性。
关键词：乙醇精馏；浮阀塔；塔附件设计AbstractEthanol is a very important organic chemical raw material, but also a fuel, in the national economy occupied a very important position. With the rapid ethanol industry matures, various methods have been found. As a characteristic of a mixture of ethanol and water, the difference of the relative volatility and is generated in a certain concentration azeotrope, distillation operation has been indispensable step of ethanol production.The design of the main content is based on 200,000 tons of ethanol production technology，which needs through material balance and energy balance and the plate valve column design theory to design the float valve column by load performance diagrams for verification. In addition, the design follows the economy, resource utilization, environmental protection principles, strictly control industrial waste emissions, the full use of waste heat, reduce energy consumption and improve the feasibility of the process.Keywords: Ethanol distillation，Valve column，Design目录摘要 (I)Abstract (II)第一章绪论 (1)1.1 设计的目的和意义 (1)1.2 产品的性质及用途 (1)1.2.1 物理性质 (1)1.2.2 化学性质 (2)1.2.3 乙醇的用途 (2)第二章工艺流程的选择和确定 (3)2.1 粗乙醇的精馏 (3)2.1.1 精馏原理 (3)2.1.2 精馏工艺和精馏塔的选择 (3)2.2 乙醇精馏流程 (5)第三章物料和能量衡算 (1)3.1 物料衡算 (1)3.1.1 粗乙醇精馏的物料平衡计算 (1)3.1.2 主塔的物料平衡计算 (2)3.2 主精馏塔能量衡算 (3)3.2.1 带入热量计算 (3)3.2.2 带出热量计算 (4)3.2.3 冷却水用量计算 (4)第四章精馏塔的设计 (5)4.1 主精馏塔的设计 (5)4.1.1 精馏塔全塔物料衡算及塔板数的确定 (5)4.1.2 求最小回流比及操作回流比 (6)4.1.3 气液相负荷 (6)4.2 求操作线方程 (6)4.3 图解法求理论板 (7)4.3.1 塔板、气液平衡相图 (7)4.3.2 板效率及实际塔板数 (8)4.4 操作条件 (8)4.4.1 操作压力 (8)4.4.2 混合液气相密度 (9)4.4.3 混合液液相密度 (10)4.4.4 表面张力 (11)4.5 气液相流量换算 (13)第五章塔径及塔的校核 (15)5.1 塔径的计算 (15)5.2 溢流装置 (17)5.2.1 堰长 (17)5.2.2 出口堰高 (17)5.2.3 弓形降液管的宽度和横截面积 (17)5.2.4 降液管底隙高度 (18)5.3 塔板布置 (18)5.4 浮阀数目与排列 (18)5.5 气相通过浮阀塔板的压降 (20)5.6 淹塔 (21)5.7 塔板负荷性能图 (22)5.7.1 雾沫夹带线 (22)5.7.2 液泛线 (23)5.7.3 液相负荷上限线 (24)5.7.4 漏液线 (25)5.7.5 液相负荷下限线 (25)第六章塔附件设计 (28)6.1 接管设计 (28)6.2 壁厚 (29)6.3 封头 (29)6.4 裙座 (29)6.5 塔高的计算 (29)6.5.1 塔的顶部空间高度 (29)6.5.2 塔的底部空间高度 (30)6.5.3 塔立体高度 (30)第七章总结 (31)致谢 (32)参考文献.......................................................................................... 错误！未定义书签。
乙醇精馏塔设计手册
乙醇精馏塔设计手册乙醇精馏塔设计手册1. 引言乙醇精馏塔是工业生产中常见的设备，用于乙醇的提纯和分离。
本文将探讨乙醇精馏塔的设计原理和操作指南，并提供一些有关乙醇精馏的实用建议。
2. 基本原理乙醇精馏是利用乙醇和水之间的沸点差异进行分离的过程。
在乙醇精馏塔中，乙醇和水混合物首先进入塔顶，经过加热，液体汽化为气体，然后向下运行到塔底。
在这个过程中，乙醇和水以及其他杂质逐渐分离，纯度更高的乙醇会向塔顶方向移动，而水和杂质则会向塔底方向移动。
3. 设计要点乙醇精馏塔的设计需要考虑以下几个要点：3.1 塔板设计塔板是乙醇精馏塔中实现液体和气体传质的关键结构。
塔板的数量和间距将直接影响乙醇的分馏效果。
一般情况下，塔板数目越多，分离效果越好。
然而，添加过多的塔板会增加系统的压降，从而影响塔的性能。
在设计中需要进行合理的平衡。
3.2 温度控制乙醇精馏塔中的温度控制对于分馏效果非常关键。
过高的温度会导致醇汽过量，降低乙醇纯度；过低的温度则会造成不完全汽化，减少塔的分离效果。
需要通过控制塔底和塔顶的温度来达到最佳的分馏效果。
3.3 精馏剂的选择精馏剂在乙醇精馏中发挥重要的作用，它不仅可以提高系统的分馏效率，还可以降低系统的能耗。
常用的精馏剂包括乙醇、水和乙二醇等。
选择适当的精馏剂需要考虑乙醇和精馏剂之间的相容性以及经济性。
4. 操作指南在操作乙醇精馏塔时，需要注意以下几个方面：4.1 塔顶和塔底压力控制塔顶和塔底的压力控制是确保乙醇精馏正常运行的关键。
过高的塔顶压力会导致乙醇冷凝回流，降低乙醇的纯度；而过低的塔顶压力则会影响分馏效果。
塔底压力的控制对于去除水和杂质也是至关重要的。
4.2 进料流量控制进料流量的控制也会直接影响乙醇精馏的效果。
过大的进料流量可能导致过度充填塔板，而过小的进料流量可能会导致塔板间的不连续汽液流动。
需要根据实际情况选择合适的进料流量。
4.3 塔板温度和液位监控塔板温度和液位的监控对于乙醇精馏的稳定运行非常重要。
乙醇-水精馏塔设计
化工原理课程设计任务设计题目：乙醇－水精馏塔设计设计条件系统进料：25ºC处理量： 25，000吨/年进料浓度：28%乙醇（质量）处理要求：塔顶乙醇浓度≥ 94% （质量）塔底乙醇浓度≤ 0.1%（质量）塔顶压强：4kPa(表压)进料状态：泡点进料回流比： 1.7Rmin冷却水温：25ºC加热蒸汽： 0.2MPa（表压）设备形式：筛板塔年工作时： 7200小时年工作日： 300天（连续操作）塔顶冷凝器采用全凝器塔低再沸器为间接蒸汽加热目录一、前言----------------------------------------------------3二、设计方案简介-------------------------------------------3三、工艺流程图及说明--------------------------------------4四、工艺计算及精馏塔设计--------------------------------41、工艺条件------------------------------------------------42、气液平衡数据及相图--------------------------------------53、全塔物料衡算.--------------------------------------------64、工艺条件下物性计算---------------------------------------75、塔板数的确定--------------------------------------------146、精馏塔内气液负荷计算------------------------------------167、塔和塔板主要工艺尺寸计算--------------------------------178、塔内工艺条件数据一览表----------------------------------25五、精馏塔附属设备的设计选型1、换热器的选型计算 ---------------------------------------252、接管的选型计算------------------------------------------273、储槽的选型计算------------------------------------------294、泵的选型计算------------------------------------------305、温度计的选型------------------------------------------316、压力计的选型------------------------------------------317、液位计的选型------------------------------------------318、流量计的选型------------------------------------------329、辅助设备一览表- -----------------------------------------33六、选用符号说明---------------------------------------34七、参考文献------------------------------------------35八、结束语------------------------------------------36一、前言乙醇（C2H5OH），俗名酒精，是基本的工业原料之一，与酸碱并重，它作为再生能源犹为受人们的重视。
分离乙醇水精馏塔设计含工艺流程图和塔设备图
分离乙醇水精馏塔设计含工艺流程图和塔设备图集团标准化工作小组 [Q8QX9QT-X8QQB8Q8-NQ8QJ8-M8QMN]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≤。
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＝＝原料乙醇组成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。
乙醇-正丙醇混合液精馏塔设计
北京理工大学珠海学院课程设计任务书2013 ～2014学年第一学期学生姓名：专业班级： 11化工2班指导教师：李青云工作部门：化工与材料学院一、课程设计题目乙醇和正丙醇物系分离系统的设计二、课程设计内容（含技术指标）1.设计条件生产能力：料液处理量50000吨/年（每年按300天生产日，每天24小时计算）原料状态：乙醇含量35%（wt%）；温度：25℃；压力：100kPa；泡点进料；分离要求：塔顶馏出液中乙醇含量98%（wt%）；塔釜正丙醇含量98.4%（wt%）操作压力：100kPa其它条件：（1）塔板类型：浮阀塔板；（2）塔顶采用全凝器；（3）R=1.6R m（4）塔底加热蒸汽压力0.2mPa（表压）；（5）单板压降不大于0.7kPa；2.具体设计内容和要求（1）设计工艺方案的选定（2）精馏塔的工艺计算（3）塔板和塔体的设计（4）水力学验算（5）塔顶全凝器的设计选型（6）塔釜再沸器的设计选型（7）进料泵的选取（8）绘制流程图（9）编写设计说明书（10）答辩三、进度安排四、基本要求教研室主任签名：2013年11月10日摘要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、石油化工等领域中被广泛应用。
精馏塔所用的塔板分为浮阀塔板、泡罩塔板和筛孔塔板。
浮阀塔板是在泡罩塔板和筛孔塔板的基础上发展起来的，它吸收了两种塔板的优点。
本设计对年处理量为五万吨乙醇-正丙醇的浮阀连续精馏塔进行了设计。
通过插值法计算出塔内各部位的温度、密度、表面张力、粘度、相对挥发度等各项物性数据；通过逐板法计算出理论板数、板效率、实际板数、进料位置，在板式塔工艺中计算出塔径、有效塔高、筛孔数并通过流体力学的验算，符合各项指标，最后，确定了塔顶全凝器冷却水的用量以及塔底再沸器中加热蒸汽的用量，同时对输送各股物流的管径进行了设计；结果表明，本设计合理。
关键词：连续精馏；浮阀精馏塔；精馏塔设计；乙醇；正丙醇目录1 绪论 (1)2 设计方案说明 (2)2.1确定设计方案 (2)2.2工艺流程图 (2)3 精馏塔的工艺计算 (4)3.1 工艺条件和物性参数计算 (4)3.2 物性参数计算 (5)3.3 理论塔板数及实际塔板数计算 (9)3.4 塔径的初步设计 (11)3.5 溢流装置 (13)3.6 塔板分布、浮阀数目与排列 (14)4 塔板的流体力学计算 (17)4.1 汽相通过浮阀塔板的压降 (17)4.2 淹塔 (18)4.3 雾沫夹带 (19)4.4 塔板负荷性能图 (19)5 塔总体高度的计算 (25)5.1 塔顶封头 (25)5.2 塔顶空间 (25)5.3 塔底空间 (25)5.4 人孔 (25)5.5 进料板处板间距 (26)5.6 裙座 (26)6 塔的接管 (27)6.1 进料管 (27)6.2 回流管 (27)6.3 塔底出料管 (27)6.4 塔顶蒸气出料管 (28)6.5 塔底蒸气进气管 (28)7 热量衡算 (29)7.1 热量示意图 (29)7.2 热量衡算 (29)7.3 塔的附属设备设计 (32)8 主要符号说明 (34)附录1 精馏段和提馏段的浮阀孔局部排布图 (36)附录2 工艺流程图[10] (37)总结 (37)参考文献 (38)致谢 (39)1 绪论塔设备是化工、石油化工、生物化工、制药等生产过程中广泛采用的传质介质设备。
乙醇精馏塔设计(1)
化工原理课程设计设计题目：乙醇精馏塔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。
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设计题目名称：甲醇---水溶液连续筛板精馏塔设计设计条件：1．处理量：50000t/年；2．料液组成（质量分数）：40%；3．塔顶产品组成（质量分数）：93.0%；4．塔顶易挥发组成回收率：99.5%；5．年工作生产时间：330天；6．全塔总效率：60%。
设计内容：１．设计方案的确定：（1）常压精馏；（2）进料状态：泡点进料；（3）加热方式：塔底间接加热，塔顶全凝；（4）热能的利用。
２．工艺计算：（1）物料衡算；（2）热量衡算；（3）回流比的确定；（4）理论塔板数的确定。
３．塔板及其塔的主要尺寸的设计：（1）塔板间距的确定；（2）塔径的确定；（3）塔板的布置及其板上流流程的确定。
４．流体力学的计算及其有关水力性质的校核。
５．板式精馏塔辅助设备的选型。
６．绘制带控制的点工艺流程图及精馏塔设备的条件图。
编写设计说明书厂址：长沙地区设计任务完成精馏塔的工艺设计，有关附属设备的设计和选型，绘制精馏塔系统带控制点的工艺流程图及其精馏塔设备的工艺条件图，编写设计说明书。
设计时间安排2006.5.29----2006.6.16附：汽液平衡数据x y x y x y0.00 0.000 0.15 0.517 0.70 0.8700.02 0.134 0.20 0.579 0.80 0.9150.04 0.234 0.30 0.665 0.90 0.9580.06 0.304 0.40 0.729 0.95 0.9790.08 0.365 0.50 0.779 1.00 1.0000.10 0.418 0.60 0.825符号说明：英文字母Aa---- 塔板的开孔区面积，m 2 Af---- 降液管的截面积, m 2 Ao---- 筛孔区面积, m 2 A T ----塔的截面积 m 2 △P P ----气体通过每层筛板的压降 C----负荷因子 无因次t----筛孔的中心距C 20----表面张力为20mN/m 的负荷因子 do----筛孔直径 u ’o ----液体通过降液管底隙的速度 D----塔径 mWc----边缘无效区宽度 e v ----液沫夹带量 kg 液/kg 气 Wd----弓形降液管的宽度 E T ----总板效率 Ws----破沫区宽度 R----回流比Rmin----最小回流比M----平均摩尔质量 kg/kmol t m ----平均温度 ℃g----重力加速度 9.81m/s 2Z----板式塔的有效高度 Fo----筛孔气相动能因子 kg 1/2/(s.m 1/2) hl----进口堰与降液管间的水平距离 m θ----液体在降液管内停留时间 h c ----与干板压降相当的液柱高度 mυ----粘度 hd----与液体流过降液管的压降相当的液注高度 mρ----密度 hf----塔板上鼓层高度 m σ----表面张力 h L ----板上清液层高度 mΨ----液体密度校正系数 h 1----与板上液层阻力相当的液注高度 m 下标ho----降液管的义底隙高度 m max----最大的 h ow ----堰上液层高度 m min----最小的 h W ----出口堰高度 m L----液相的 h ’W ----进口堰高度 mV----气相的 h σ----与克服表面张力的压降相当的液注高度 mH----板式塔高度 m H B ----塔底空间高度 mHd----降液管内清液层高度 m H D ----塔顶空间高度 m H F ----进料板处塔板间距 m H P ----人孔处塔板间距 m H T ----塔板间距 m H 1----封头高度 m H 2----裙座高度 m K----稳定系数 l W ----堰长 mLh----液体体积流量 m 3/h Ls----液体体积流量 m 3/s n----筛孔数目 P----操作压力 KPa △P---压力降 KPa△Pp---气体通过每层筛的压降 KPa T----理论板层数 u----空塔气速 m/s u 0,min ----漏夜点气速 m/s u o ’ ----液体通过降液管底隙的速度 m/s V h ----气体体积流量 m 3/h V s ----气体体积流量 m 3/s W c ----边缘无效区宽度 m W d ----弓形降液管宽度 m W s ----破沫区宽度 mZ ---- 板式塔的有效高度 m希腊字母δ----筛板的厚度 mθ----液体在降液管内停留的时间 s υ----粘度 mPa.s ρ----密度 kg/m 3 σ----表面张力N/m φ----开孔率 无因次 α----质量分率 无因次 下标Max---- 最大的 Min ---- 最小的 L---- 液相的 V---- 气相的目录一、概述 (4)1．精馏操作对塔设备的要求 (4)2．板式塔类型 (4)3．精馏塔的设计步骤 (5)二、精馏塔的物料衡算 (5)三、塔板数的确定 (6)四、精馏塔的工艺条件及有关物性数据数据的计算 (6)五、精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (9)六、塔板主要工艺尺寸的计算 (11)七、筛板的流体力学验算 (14)八、塔板负荷性能图 (17)九、筛板塔设计计算结果 (20)十、辅助设备的计算及选型 (21)⒈原料贮罐 (21)2．产品贮罐 (22)３．原料预热器 (22)4．塔顶全凝器 (23)5．塔底再沸器 (23)6．产品冷凝器 (24)7．精馏塔 (24)8．管径的设计 (25)9．泵的计算及选型 (26)十一、参文献考 (26)一、概述1．精馏操作对塔设备的要求和类型㈠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：⑴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。
⑵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。
⑶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。
⑷结构简单，材料耗用量小，制造和安装容易。
⑸耐腐蚀和不易堵塞，方便操作、调节和检修。
⑹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。
㈡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，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。
筛板塔也是传质过程常用的塔设备，它的主要优点有：⑴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。
⑵处理能力大，比同塔径的泡罩塔可增加10～15％。
⑶塔板效率高，比泡罩塔高15％左右。
⑷压降较低，每板压力比泡罩塔约低30％左右。
筛板塔的缺点是：⑴塔板安装的水平度要求较高，否则气液接触不匀。
⑵操作弹性较小(约2～3)。
⑶小孔筛板容易堵塞。
2．精馏塔的设计步骤本设计按以下几个阶段进行：⑴设计方案确定和说明。
根据给定任务，对精馏装置的流程、操作条件、主要设备型式及其材质的选取等进行论述。
⑵蒸馏塔的工艺计算，确定塔高和塔径。
⑶塔板设计：计算塔板各主要工艺尺寸，进行流体力学校核计算。
接管尺寸、泵等，并画出塔的操作性能图。
⑷管路及附属设备的计算与选型，如再沸器、冷凝器。
⑸抄写说明书。
⑹绘制精馏装置工艺流程图和精馏塔的设备图。
本设计任务为分离醇和水的混合物，对于二元混合物的分离，应采用连续常压精馏流程。
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，其余部分经产品冷凝器冷却后送至贮罐。
该物系属于易分离物系，最小回流比比较小，故操作回流比取最小回流比的1.8倍。
塔底采用间接蒸气加热，塔底产品经冷却后送至贮罐。
二、精馏塔的物料衡算⑴原料液及其塔顶、塔底产品的摩尔分率甲醇的摩尔质量为：32.04kg/kmol水的摩尔质量为：18.01kg/kmolx f=(0.40/32.04)/(0.40/32.04+0.60/18.01)=0.273x d=(0.93/32.04)/(0.93/32.04+0.07/18.01)=0.882⑵原料液及其塔顶与塔底产品的平均摩尔质量M f=32.04×0.273+18.01×(1-0.273)=21.84kg/molM d=32.04×0.882+18.01×(1-0.882)=30.38kg/mol则可知：原料的处理量：F=50000/(330×24×21.84)=289.06kmol/h根据回收率：η= x d×D/(x f×F)=99.5%则有：D=89.02kmol/h由总物料衡算：F= D+W以及: x f×F= x d×D+W×x w容易得出：W=200.04kmol/hx w=0.00199三、塔板数的确定⑴理论板层数N T的求取因为甲醇与水属于理想物系，可采用图解法求解（见相平衡图1---1）最小回流比及其操作回流比的求解：yδ=0.647，xδ=0.273Rmin=(x D-yδ)/(yδ-xδ)=(0.882-0.647)/(0.647-0.273)=0.628取操作回流比为：R=1.8Rmin=1.8×0.628=1.130a．精馏塔的气、液相负荷L=R×D=1.13×89.02=100.59kmol/hV=(R+1)×D=2.13×89.02=189.61kmol/hL’=L+F=100.59+289.06=389.65kmol/hV’=V=189.61kmol/hb．精馏段、提馏段操作线方程精馏段操作线：y=L/V×x+D/V×x d=0.5305x+0.414提馏段操作线：y’=L’/V’×x’－W/V’×x w=2.055x’-0.002c．图解法求理论塔板层数根据图一所示，可求得结果为总理论塔板数N T为8块(包括再沸器)进料板位置N F为自塔顶数起第4块⑵理论板层数N T的求取精馏段实际塔板数N精=3/60%=5块提馏段实际塔板数N提=5/60%=9块四、精馏塔的工艺条件及有关物性数据数据的计算⑴操作压力的计算设每层塔压降：△P=0.9KPa（一般情演况下，板式塔的每一个理论级压降约在0.4~1.1kPa）进料板压力：P F=101.3+5×0.9=105.8(KPa)精馏段平均压力：Pm=(101.3+105.8)/2=103.5(KPa)塔釜板压力：P W=101.3+14×0.9=113.9(KPa)提馏段平均压力：Pm’=(105.8+113.9)/2=109.85(KPa)⑵操作温度的计算查表⑴可得安托尼系数 A B C Min～Max H2O 7.07406 1657.46 227.02 10～168 CH3OH 7.19736 1574.99 238.23 -16～91 H2O的安托尼方程：lgP A O=7.07406-1657.46/(t A+227.02)CH3OH的安托尼方程：lgP B O=7.19736-1574.99/(t B+238.86)甲醇的t Blg101.3=7.19736-1574.99/(t B+238.86)t B=64.5(℃)由泡点方程试差可得当t D=67.0℃时∑Kixi≈1同理可求出t F=85.2℃时∑Kixi≈1t W=103.2℃时∑Kixi≈1所以塔顶温度t D=67.0℃进料板温度t F=85.2℃塔釜温度t W=103.2℃精馏段平均温度t m=(67.0+85.2)/2=76.1(℃)提馏段平均温度t’m=(103.2+85.2)=94.2(℃)⑶平均摩尔质量的计算a. 塔顶平均摩尔质量计算由x D=y1=0.882 查平衡曲线(图一)得x1=0.727M VDm=0.882×32.04+(1-0.882)×18.01=30.38kg/molM LDm=0.727×32.04+(1-0.727)×18.01=28.21kg/molb. 进料板平均摩尔质量计算由y F=0.600 查平衡曲线(图一)得x1=0.220M VFm=0.600×32.04+(1-0.600)×18.01=26.43kg/molM LFm=0.220×32.04+(1-0.220)×18.01=21.10kg/molc. 塔釜平均摩尔质量计算由y1’=0.006 查平衡曲线(图一)得x1’=0.001M’VWm=0.006×32.04+(1-0.006)×18.01=18.09kg/molM’LWm=0.001×32.04+(1-0.001)×18.01=18.02kg/mold. 精馏段平均摩尔质量M Vm=(30.38+26.43)/2=28.41kg/molM Lm=(28.21+21.10)/2=24.66kg/mole. 提馏段平均摩尔质量M’Vm=(26.43+18.09)/2=22.26kg/molM’Lm=(21.10+18.02)/2=19.56kg/mol⑷平均密度的计算a. 精馏段平均密度的计算Ⅰ气相由理想气体状态方程得ρVm=P m M vw/RT m=(103.5×28.41)/[8.314×(273.15+76.1)]=1.01kg/m3Ⅱ液相查⑵可得t D=67.0℃时ρA＝979.4kg/m3ρB=750.0kg/m3t F=85.2℃时ρA＝968.5kg/m3ρB=735.0kg/m3ρLDm=1/(0.93/750.0+0.07/979.4)=762.5kg/m3进料板液相的质量分率αA=(0.220×32.04)/(0.220×32.04+0.780×18.01)=0.334ρLFm=1/(0.334/735.0+0.666/968.5)=875.6kg/m3精馏段液相平均密度为ρLm=(762.5+875.6)/2=819.1 kg/m3b. 提馏段平均密度的计算Ⅰ气相由理想气体状态方程得ρ’Vm=P m M vw/RT m=(109.35×22.27)/[8.314×(273.15+94.2)]=0.80kg/m3Ⅱ液相查⑵可得t w=103.2℃时ρA＝956.1kg/m3ρB=720.0kg/m3αA=(0.001×32.04)/(0.001×32.04+0.999×18.01)=0.0018ρ’Lwm=1/(0.0018/720.0+0.9982/956.18)=955.62kg/m3提馏段平均密度ρ’Lm=(955.62+875.6)/2=915.6 kg/m3⑸平均粘度的计算液相平均粘度依下式计算即lgμLm=∑xilgμia．塔顶液相平均粘度的计算由t D=67.0℃查⑵得μA=0.4233mPa.s μB=0.3110mPa.slgμLDm=0.882lg(0.3110)+0.118lg(0.4233)=-0.49μLDm=0.323mPa.sb．进料板平均粘度的计算由t F=85.2℃查⑵得μA=0.3320mPa.s μB=0.2550mPa.slgμLFm=0.220lg(0.2550)+0.780lg(0.3320)=-0.50μLFm=0.313mPa.s精馏段平均粘度μLm=(0.323+0.313)/2=0.318mPa.sc．塔底液相平均粘度的计算由t W=103.2℃查⑵得μA=0.275mPa.s μB=0.220mPa.slgμLWm=0.00199lg(0.220)+0.99801lg(0.275)=-0.56μLWm=0.275mPa.s提馏段平均粘度μL ’m =(0.275+0.313)/2=0.294mPa.s ⑹ 平均表面张力的计算液相平均表面张力依下式计算 即σLm =∑xi σia. 塔顶液相平均表面张力的计算 由t D =67.0℃查⑵得σA =64.91mN/mσB =18.30mN/mσLDm =0.882×18.30+0.118×64.91=23.80 mN/m b. 进料板液相平均表面张力的计算 由t F =85.2℃查⑵得σA =62.22mN/m σB =16.40N/mσLFM =0.220×16.4+0.780×62.22=52.14 mN/mc. 塔底液相平均表面张力的计算 由t W =103.2℃查⑵得σA =58.20mN/m σB =14.40N/mσLWm =0.00199×14.40+0.99801×58.2=58.11 mN/m精馏段液相平均表面张力 σLm =(52.14+23.80)/2=37.97 mN/m提馏段液相平均表面张力 σ’Lm =(52.14+58.11)/2=55.13 mN/m五、精馏塔的塔体工艺尺寸计算⑴ 由上面可知精馏段 L=100.59kmol/hV=189.61kmol/ha ． 塔径的计算 精馏段的气、液相体积流率为V S =VM Vm /3600ρVm =(189.61×28.405)/(3600×1.01)=1.481m 3/sL S =LM Lm /3600ρLm =(100.59×24.655)/(3600×819.1)=0.00084m 3/smax L V Vu Cρρρ-=2.020)02.0(σC C =由史密斯关联图⑶查得C 20再求图的横坐标为 F lv =L/V×(ρl /ρv )0.5=0.0162取板间距，H T =0.40m,板上清液层高度取h L =0.05m ，则H T -h L =0.35 m史密斯关联图如下由上面史密斯关联图，得知 C 20=0.075 气体负荷因子 C= C 20×(σ/20)0.2=0.08526 U max =2.43取安全系数为0.8，则空塔气速为 U=0.8U max =0.8×2.43=1.94m/suVD 785.0/==0.986m按标准塔径圆整后为D=1.0m 塔截面积为At=3.14×1×1=0.785 m 2实际空塔气速为U 实际=1.481/0.785=1.887 m/sU 实际/ U max =1.887/2.43=0.78(安全系数在充许的范围内，符全设计要求)⑵ 由上面可知提馏段 L=389.65kmol/hV=189.61kmol/ha ．提馏段塔径的计算 提馏段的气、液相体积流率为V ’S =V ’M Vm /3600ρ’Vm =(189.61×22.26)/(3600×0.80)=1.4660m 3/sL ’S =L ’M Lm /3600ρ’Lm =(389.65×19.56)/(3600×915.6)=0.2200m 3/smax L V Vu ρρρ-=2.020)02.0(σC C =由史密斯关联图⑶查得C 20再求 图的横坐标为 F lv =L/V×(ρl /ρv )0.5=0.051取板间距，H T =0.40m ，板上清液层高度取h L =0.06m ，则H T -h L =0.34 m 由史密斯关联图，得知 C 20=0.076气体负荷因子 C= C 20×(σ/20)0.2=0.093 U max =3.14m/s取安全系数为0.7，则空塔气速为 U=0.7U max =0.7×3.14=2.20m/suVD 785.0/=0.921m按标准塔径圆整后为D=1.0m 塔截面积为At=3.14×1×1=0.785 m 2实际空塔气速为U 实际=1.466/0.785=1.868 m/sU 实际/ U max =1.868/3.14=0.59(安全系数在充许的范围内，符全设计要求) ⑶ 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 =（5-1）×0.40=1.6 m 提馏段有效高度为 Z 提=（N 提-1）H T =（9-1）×0.40=3.2 m 在进料板上方开一个人孔，其高度为0.8 m故精馏塔有效高度为Z=Z 精+Z 提+0.5=1.6+3.2+0.8=5.6m六、塔板主要工艺尺寸的计算⑴ 精馏段 a ．溢流装置计算 因塔径 D=1.0m ，所以可选取单溢流弓形降液管，采用凹形受液盘。