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)
乙醇 水 精馏塔
4.3. 理论塔板数的确定
通过图解法可作下图：
图 4.3 乙醇—水的 y-x 图及图解理论塔板 其中：a(xD,xD),c(xW,xW),e(xF,xF); b 为精馏段操作线在 Y 轴上的截距， b= ab 为精馏段操作线； d 点坐标为（24.26,42.01） ； cd 为提馏段操作线。 由图可知：精馏段塔板数������������1 = 13;提馏段塔板数������������2 = 3； 总理论塔板数������������ = 16，加料板为第 14 块板。 ������������ 0.8283 = = 0.251 ������ + 1 2.30 + 1 (4.3.1)
由数据可作出下图：
100
100
95
p=101.3KPa
90
蒸汽
90
温度/℃
85
80
液体
80
75
70 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
70 100
乙醇的摩尔分数，x或y
图 4.1 乙醇-水的 t-x-y 汽液平衡相图
图 4.2 乙醇-水的相平衡曲线 其中：a(xD,xD); g（xg,xg）点为 a 点过平衡线的切线；
������1 =
������1 /������1 0.6286/0.4301 = = 2.243 (4.4.3） (1 − ������1 )/(1 − ������1) (1 − 0.6286)/(1 − 0.4301) lg������������1 = ������1 ������������������������1 + 1 − ������1 ������������������������1 得： ������������1 = 0.3733mPa ∙ ������ −1 (4.4.4) (4.4.5) (4.4.6)
乙醇-水过程版式蒸馏分离塔设计
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：乙醇-水分离过程板式精馏塔设计学号：学生姓名：专业班级：指导教师：总评成绩：2009 年 6月 10 日摘要乙醇―水是工业上最常见的溶剂，也是非常重要的的化工原料之一，是无色、无毒、无污染性和腐蚀性小的液体混合物。
因其良好的理化性能，广泛地应用于国民经济的许多部门。
因此，研究、设计和改进乙醇―水体系的精馏设备非常有必要。
本设计是对《化工原理》及有关已学课程学习的一个总结，这一设计过程中的主要内容有：物料衡算、热量衡算、塔体工艺设计、塔板工艺设计、塔附属设备设计以及部分机械设计。
关键词：乙醇―水；精馏塔设计；附属设备设计；机械设计；AbstractEthanol-water is one of the most common industrial solvents and important chemical raw materials, which is colorless、non-toxic、non-pollution and little corrosive liquid mixture. Due to its good physical and chemical properties, widely used in many sectors of the national economy. Therefore, the research、design and improve the distillation equipment of ethanol - water system is necessary. This process of designing the main content Material balance, Energy balance, the tower process of design, process design tray, ancillary equipment design as well as some mechanical design.Key words: ethanol – water; distillation tower design; ancillary equipment design; mechanical design第一章综述1.1前言化工生产中所处理的原料，中间产物，粗产品几乎都是由若干组分组成的混合物，而且其中大部分都是均相物质。
乙醇水分离板式精馏塔设计方案
乙醇水分离板式精馏塔设计方案一、课题名称乙醇——水分离板式精馏塔设计二、课题条件（原始数据）原料：乙醇、水溶液处理量：1550Kg/h原料组成：28%（乙醇的质量分率）料液初温：20℃操作压力、回流比、单板压降：自选进料状态：冷液体进料塔顶产品浓度：93%（质量分率）塔底釜液含乙醇含量不高于0.1%（质量分率）塔顶：全凝器塔釜：饱和蒸汽间接加热塔板形式：筛板生产时间：300天/年，每天24h运行冷却水温度：20℃设备形式：筛板塔厂址：滨州市三、设计容（包括设计、计算、论述、实验、应绘图纸等根据目录列出大标题即可）1 、设计方案的选定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（加热物料进出口温度、密度、粘度、比热、导热系数）5、精馏塔塔体工艺尺寸的计算6、塔板主要工艺尺寸的计算7、塔板的流体力学验算8、塔板负荷性能图（精馏段）9、换热器设计10、馏塔接管尺寸计算11、制生产工艺流程图（带控制点、机绘，A2图纸）12、绘制板式精馏塔的总装置图（包括部分构件）（手绘，A1图纸）13、撰写课程设计说明书一份设计说明书的基本容⑴课程设计任务书⑵课程设计成绩评定表⑶中英文摘要⑷目录⑸设计计算与说明⑹设计结果汇总⑺小结⑻参考文献14、有关物性数据可查相关手册15、注意事项●写出详细计算步骤，并注明选用数据的来源●每项设计结束后列出计算结果明细表●设计最终需装订成册上交四、进度计划（列出完成项目设计容、绘图等具体起始日期）1.设计动员，下达设计任务书0.5天2.收集资料，阅读教材，拟定设计进度1-2天3.初步确定设计方案及设计计算容5-6天4.绘制总装置图2-3天5.整理设计资料，撰写设计说明书2天6.设计小结及答辩1天目录摘要 (1)第一章概述 (1)1.1精馏操作对塔设备的要求 (1)1.2板式塔类型 (2)第二章设计方案的确定 (3)2.1操作条件的确定 (3)2.2确定设计方案的原则 (4)第三章塔的工艺尺寸得计算 (6)3.1精馏塔的物料衡算 (6)3.1.1摩尔分率 (6)3.1.2平均摩尔质量 (6)3.1.3 物料衡算 (6)3.1.4 回收率 (7)3.2塔板数的确定 (7)3.2.1理论板层数N的求取 (7)3.3 精馏塔有关物性数据的计算 (11)3.3.1 操作压力计算 (11)3.3.2 操作温度计算 (11)3.3.3 平均摩尔质量计算 (11)3.3.4 平均密度计算 (12)3.3.5 液体平均表面力计算 (13)3.3.6 液体平均黏度计算 (14)3.4 精馏塔的塔体工艺尺寸设计 (14)3.4.1 塔径的计算 (14)3.4.2 精馏塔有效高度的计算 (14)3.5 塔板主要工艺尺寸的计算 (18)3.5.1 溢流装置计算 (18)3.5.2 塔板布置 (21)3.6 筛板的流体力学验算 (24)3.6.1 塔板压降 (24)3.6.2液面落差 (26)3.6.3 液沫夹带 (26)3.6.4 漏液 (26)3.6.5 液泛 (27)3.7 塔板负荷性能图 (27)3.7.1 漏液线 (28)3.7.2 液沫夹带线 (28)3.7.3 液相负荷下限线 (29)3.7.4 液相负荷上限线 (30)3.7.5 液泛线 (31)第四章塔附属设计 (35)4.1 塔附件设计 (35)4.2 筒体与封头 (38)4.3 塔总体高度设计 (38)4.3.1 塔的顶部空间高度 (38)4.3.2 塔的底部空间高度 (39)4.3.3 塔体高度 (39)4.4 附属设备设计 (39)4.4.1 冷凝器的选择 (39)4.4.2 泵的选择 (40)设计小结 (41)附录 (42)参考文献 (39)摘要化工生产过程中所处理的原料，中间产物，粗产品几乎都是由若干组分组成的混合物，而且其部分都是均相物质。
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。
乙醇--水精馏塔设计
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化工原理课程设计任务书.............................. 错误!未定义书签。
摘要 (Ⅳ)第一章前言......................................... 错误!未定义书签。
1.1精馏原理及其在化工生产上的应用 (1)1.2精馏塔对塔设备的要求 (1)1.3常用板式塔类型及本设计的选型 (1)1.4本设计所选塔的特性 (1)第二章流程的确定和说明 (3)2.1设计思路 (3)2.2设计流程 (3)第三章精馏塔的工艺计算 (4)3.1物料衡算 (4)3.1.1原料液及塔顶，塔底产品的摩尔分率 (4)3.1.2物料衡算 (4)3.2回流比的确定 (5)3.2.1平均相对挥发度的计算 (5)3.2.2最小回流比的确定 (6)3.3板数的确定 (6)3.3.1精馏塔的气液相负荷 (6)3.3.2精馏段与提馏段操作线方程 (6)3.3.3逐板法确定理论板数及进料位置 (6)3.3.4全塔效率 (8)3.4精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (8)3.4.1操作温度的计算 (8)3.4.2操作压强 (9)3.4.3塔内各段气液两相的平均分子量 (10)3.4.4精馏塔各组分的密度 (12)3.4.5液体表面张力的计算 (15)3.4.6液体平均粘度的计算 (15)3.4.7气液负荷计算 (16)3.5精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (16)3.5.1塔径的计算 ............................................. 错误!未定义书签。
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。
乙醇水精馏塔设计(化工原理课程设计)
化工原理课程设计题目：乙醇水精馏筛板塔设计设计时间：2010、12、20-2011、1、6化工原理课程设计任务书（化工1）一、设计题目板式精馏塔的设计二、设计任务：乙醇-水二元混合液连续操作常压筛板精馏塔的设计三、工艺条件生产负荷（按每年7200小时计算）：6、7、8、9、10、11、12万吨/年进料热状况：自选回流比：自选加热蒸汽：低压蒸汽单板压降：≤0.7Kpa工艺参数四、设计内容1.确定精馏装置流程，绘出流程示意图。
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.流体力学计算流体力学验算，操作负荷性能图及操作弹性。
5.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，选型及流体力学计算。
料液泵设计计算：流程计算及选型。
管径计算。
五、设计结果总汇六、主要符号说明七、参考文献八、图纸要求1、工艺流程图一张(A2 图纸)2、主要设备工艺条件图（A2图纸）目录前言 (4)1概述 (5)1.1 设计目的 (5)1.2 塔设备简介 (6)2设计说明书 (7)2.1 流程简介 (7)2.2 工艺参数选择 (8)3 工艺计算 (10)3.1物料衡算 (10)3.2理论塔板数的计算 (10)3.2.1 查找各体系的汽液相平衡数据 (10)如表3-1 (10)3.2.2 q线方程 (9)3.2.3 平衡线 (11)3.2.4 回流比 (12)3.2.5 操作线方程 (12)3.2.6 理论板数的计算 (13)3.3 实际塔板数的计算 (13)3.3.1全塔效率ET (13)3.3.2 实际板数NE (14)4塔的结构计算 (15)4.1混合组分的平均物性参数的计算 (15)4.1.1平均分子量的计算 (15)4.1.2 平均密度的计算 (16)4.2塔高的计算 (17)4.3塔径的计算 (17)4.3.1 初步计算塔径 (18)4.3.2 塔径的圆整 (19)4.4塔板结构参数的确定 (19)4.4.1溢流装置的设计 (19)4.4.2塔盘布置（如图4-4） (19)4.4.3 筛孔数及排列并计算开孔率 (20)4.4.4 筛口气速和筛孔数的计算 (21)5 精馏塔的流体力学性能验算 (22)5.1 分别核算精馏段、提留段是否能通过流体力学验算 (22)5.1.1液沫夹带校核 (22)5.2.2塔板阻力校核 (23)5.2.3溢流液泛条件的校核 (25)5.2.4 液体在降液管内停留时间的校核 (25)5.2.5 漏液限校核 (25)5.2 分别作精馏段、提留段负荷性能图 (26)5.3 塔结构数据汇总 (28)6 塔的总体结构 (30)7 辅助设备的选择 (31)7.1塔顶冷凝器的选择 (31)7.2塔底再沸器的选择 (31)7.3管道设计与选择 (33)7.4 泵的选型 (34)7.5 辅助设备总汇................................................................................................................ .. 34前言化工生产中所处理的原料中间产品几乎都是由若干组分组成的混合物，其中大部分是均相混合物。
分离乙醇—水板式精馏塔设计
2010 年 6月20 日1.设计任务 (5)2.工艺流程图 (7)3.设计方案 (8)3.1设计方案的确定 (8)3.1.1塔型的选择 (8)3.1.2操作压力 (8)3.1.3进料方式 (9)3.1.4加热方式 (9)3.1.5热能的利用 (9)3.1.6回流方式 (10)3.2实验方案的说明 (10)4、板式塔的工艺计算 (11)4.1物料衡算 (11)4.2最小回流比R MIN和操作回流比R的确定 (12)4.3操作线的确定 (14)4.3.1精馏段操作曲线方程 (14)4.3.2提馏段操作曲线方程 (14)4.4确定理论板层数N T (15)4.5确定全塔效率E T和实际塔板层数N P (15)4.5.1相对挥发度 (15)4.5.2物系黏度 (16)4.5.3全塔效率和实际塔板数 (16)4.6操作压强的计算 (17)4.7平均分子量的计算 (18)4.8平均密度的计算 (18)4.9表面张力的计算 (20)4.10平均流量的计算 (21)5、塔体和塔板的工艺尺寸计算 (22)5.2溢流装置 (25)5.3塔板布置及筛板塔的主要结构参数 (30)5.4塔板流体力学验算 (32)5.4.1塔板阻力H P (32)5.4.2降液管泡沫层高度 (34)5.4.3液体在降液管内的停留时间 (35)5.4.4雾沫夹带量校核 (35)5.4.5漏液点 (37)5.5操作负荷性能图 (38)5.6设计结果 (43)6、辅助设备的计算与选型 (45)6.1料液储罐的选型 (45)6.2换热器的选型 (46)6.2.1预热器 (47)6.2.2再沸器 (48)6.2.3全凝器热负荷及冷却水消耗量 (49)6.2.4产品冷却器 (50)6.3各接管尺寸的确定 (51)6.3.1进料管 (51)6.3.2釜残液出料管 (51)6.3.3回流液管 (51)6.3.4塔顶上升蒸汽管 (52)6.3.5水蒸汽进口管 (52)6.4塔高 (53)6.5法兰 (54)6.6人孔 (56)6.7视镜 (56)6.8塔顶吊柱 (56)6.9泵的计算及选型 (57)7、经济横算 (58)7.1成产成本 (58)7.2水蒸汽费用CS (58)7.3冷却水费用CW (58)7.4设备投资费CD (59)7.5总费用 (59)7.6利润 (59)符号说明：英文字母Aa---- 塔板的开孔区面积，m2Af---- 降液管的截面积, m2Ao---- 筛孔区面积, m2A T----塔的截面积m2△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C20----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m Wc----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/kmolt m----平均温度℃g----重力加速度9.81m/s2Z----板式塔的有效高度Fo----筛孔气相动能因子kg1/2/(s.m1/2)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m ρ----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h1----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m V----气相的hσ----与克服表面张力的压降相当的液注高度mH----板式塔高度mH B----塔底空间高度mHd----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mH P----人孔处塔板间距mH T----塔板间距mH1----封头高度mH2----裙座高度mK----稳定系数l W----堰长mLh----液体体积流量m3/hLs----液体体积流量m3/sn----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KPaT----理论板层数u----空塔气速m/su0,min----漏夜点气速m/su o’ ----液体通过降液管底隙的速度m/s V h----气体体积流量m3/hV 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sυ----粘度mPa.sρ----密度kg/m3σ----表面张力N/mφ----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1.设计任务1.1题目：分离乙醇—水板式塔精馏塔设计1.2生产原始数据：1）原料：乙醇—水混合物，含乙醇35%（质量分数），温度35℃；2）产品：馏出液含乙醇93%（质量分数），温度38℃，残液中含酒精浓度≤0.5%；3）生产能力：原料液处理量55000t／年，每年实际生产天数330t，一年中有一个月检修；4）热源条件：加热蒸汽为饱和蒸汽，其表压为2.5Kgf/cm2；5）当地冷却水水温25℃；6）操作压力：常压101.325kp a；1.3设计任务及要求1）设计方案的选定，包括塔型的选择及操作条件确定等；2）确定该精馏的流程，绘出带控制点的生产工艺流程图，标明所需的设备、管线及其有关观测或控制所必需的仪表和装置；3）精馏塔的有关工艺计算计算产品量、釜残液量及其组成； 最小回流比及操作回流比的确定； 计算所需理论塔板层数及实际板层数；确定进料板位置。
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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。
由乙醇和水有关物性的数据，求的求得乙醇—水体系的相对挥发度α=5.1016，最小回流比的计算：采用泡点进料，所以q＝1，xF，由气液平衡方程y ，所以yq，即，把xF=xq=0.1740作y 轴平行线交操作线与f.如下图即 .求得yq=0.5130.所以，根据最小回流比计算公式Rmin即，Rmin=,根据回流比R是最小回流比的合适倍数，所以选择选择2倍。
即R=2Rmin=0.879.进料热状况选择为泡点进料，所以q=1精馏段，根基操作线方程：y= 所以，y=0.468 x+0.415 联立y=x 所以x=xD=0.7801提馏段，y=联立y=x求得y=2.872x-0.078所以提馏段x=xw=0.04根据xD，xw，及xq以及操作线方程，利用图解法在x-y坐标上做出平衡线与对角线并且画梯级作图如下：由图可知，精馏段塔板为10.提馏段为5.一个再沸器.所以提馏段为4个板.所需总塔板数为提馏段和精馏段之和，故，所需总塔板数为14.查手册得水和乙醇气液平衡数据，t数据利用表2中数据由拉格朗日插值可求得F t 、D t 、W t 。
进料口F t ：61.16401.8437.2361.167.821.84--=--F t , F t =79.26℃ 塔顶Dt ：43.899515.7872.7443.8941.7815.78--=--D t ，D t =78.05℃ 塔釜Wt ：00.110090.105.95100--=--w t ，W t =97.63℃ 精馏段平均温度65.7821=+=DF t t t ℃ 提馏段平均温度445.8822=+=wF t t t ℃由塔顶和塔底平均温度得t =84.87263.9705.782=+=+W D t t ℃查手册得，由内插法可得在87.84℃下，乙醇的粘度为s mpa A ⋅=3790.0μ，水的粘度为s mpa B ⋅=3245.0μ可以有下式求得平均粘度∑=i i x μμ 其中xi-进料中某组分的摩尔分数i μ-该组分的粘度，按照塔的平均温度下的液体计则av μ=0.4*0.3790+0.6*0.3245=0.3463mPaS带入回归方程E1=0.563-0.276lg )(lg 0815.0lg av av αμαμ+2=0.594 该算法为泡罩塔蒸馏塔总板效率，则筛板塔为E=1.1E 1=0.653 精馏段实际板层数 N 精= 10/0.653=16 提馏段实际板层数 N 提=4/0.653=7 进料板位置 16=r N总的塔板数 Nc=16+7=233）精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算：一、乙醇气液平衡数据（101.3kPa）表1如下查阅文献，整理有关物性数据表2如下（1）水和乙醇的物理性质水和乙醇的物理性质由常压下乙醇-水溶液的温度组成t-x-y图可查得塔顶温度 t D=78.3℃泡点进料温度 t F=84.0℃塔釜温度 t W=99.9℃全塔平均温度Ctttt WFD04.873=++=由液体的黏度共线图可查得t=87.4℃下，乙醇的黏度μL =0.38mPa·s，水的黏度μL =0.3269mPa·s3269.0)1740.01(38.01740.0⨯-+⨯==∑Li i L x μμs mPa ⋅=336.0根据物性参数数据求的求得乙醇—水体系的相对挥发度α=5.1016，根据最小回流比计算公式Rmin=(xD-yq)/(yq-xq) 即，Rmin=(0.7788-0.5179)/(0.5179-0.1740)=0.7586，由于根据选择适宜的回流比，选择R=1.7Rmin=1.2896，4） 精馏塔的塔体工艺尺寸计算：塔径的计算精馏段的气、液相体积流率为 s m VM V VM VM s /127.1464.1360039.3978.150********=⨯⨯==ρsm LM L LM LM s /293.17.782360041.3605.10036003111=⨯⨯==ρ提馏段的气、液相体积流率为s m M V V VM VM s /111.1006.1360068.2678.1503600322'2=⨯⨯==ρs m M L L LM LM s /1092.298.887360046.286.32736003322'2-⨯=⨯⨯==ρ由 ρρρVVLCU -=max由下式计算20c 由史密斯关联图查取： 精馏段： 图的横坐标为：031.0)464.17.782(3600015.023*********.0)(2/12/11111=⨯⨯=v L s s V L ρρ取板间距 m H T 40.0= 板上液层高度 m h L 05.0=，则H T -h L =0.40-0.05=0.35m查图得 075.020=C0824.0)2006.32(075.0)20(2.02.01201=⨯==L C C σ ρρρ111max,1V V L C U-=464.1464.17.7820824.0-==1.903m/s取安全系数为0.7，则空塔气速为：s m u u /332.1903.17.07.0max ,11=⨯==m u V D s 3871.1334.114.3015.244111=⨯⨯==π 按标准塔径圆整后为1D =1.4m 塔截面积为 222115386.14.1414.34m D A T =⨯==π精馏段实际空塔气速为 s m A V u T S /310.15386.1015.2111===提馏段： 图的横坐标为：046.0)006.198.887(3600981.136********.0)(2/12/12222=⨯⨯⨯=v L s s V L ρρ取板间距 m H T 40.0= 板上液层高度 m h L 05.0=，则m h H L T 35.005.040.0=-=-查图得 076.020=C0919.0)2067.51(076.0)20(2.02.02202=⨯==L C C σ ρρρ2222max,2V V L C U-=006.1006.198.8870919.0-==1.026m/s取安全系数为0.7，则空塔气速为：s m u u /91.1729.27.07.0max ,22=⨯==s m u V D s /15.191.114.3981.144222=⨯⨯==π 按标准塔径圆整后为2D =1.4m 塔截面积为 222225386.14.1414.34m D A T =⨯==π提馏段实际空塔气速为 s m A V u T S /288.15386.19811.1222=== 精馏塔有效高度的计算精馏塔有效高度为：m H N Z T 8.240.0181=⨯-=-=）（）（精精提馏段有效高度为：m H N Z T 2.540.01141=⨯-=-=）（）（提提在进料板上方开一人孔，其高度为0.8m ， 故精馏塔的有效高度为：mZ Z Z 8.88.02.58.28.0=++=++=提精表5 塔板间距与塔径的关系由表验算以上所计算的塔径对应的板间距均符合，所以以上所假设的板间距均成立。
5） 塔板主要工艺尺寸的计算；溢流装置计算因塔径D=1.4m ,可选用单溢弓形降液管,采用凹形受液盘.各项计算如下: 堰长W l 的计算堰长一般根据经验公式确定，对于常用的弓形降液管： 单溢流 D l w )8.0~6.0(=堰长 l w 取 m D l w 924.04.166.066.0=⨯==溢流堰高度W h 的计算溢流堰高度w h 可由下式计算：ow L w h h h -=式中：L h ——板上清液层高度，m ；一般取50~100.mmow h ——堰上液层高度，.m ；一般设计时不宜超过60~70 mm. 对于平直堰，堰上液层高度ow h 可用弗兰西斯（Francis ）公式计算，即3/2100084.2⎪⎪⎭⎫⎝⎛=whowl L E h式中：h L ——塔内液体流量，h m /3 E ——液体收缩系数。
近似取E=1 精馏段：s m L S /002702.031=，故取s m L h /002702.03=则m h ow 0136.0)924.03600002702.0(1100084.2321=⨯⨯⨯= 取板上清液层高度 m h L 05.0= 故 m h w 0364.00136.005.01=-= 提馏段：s m L S /003081.032=， 故取 s m L h /003081.03=则m h ow 01489.0)924.03600003081.0(1100084.23/22=⨯⨯⨯=取板上清液层高度 m h L 05.0= 故 m h w 0351.001489.005.02=-= 弓形降液管宽度W d 及截面积A F精馏段： 由58.07.0406.0==D l w 查弓形降液管的参数表得：得： 2m 111.05386.10722.00722.0=⨯==T F A A m D W d 1736.04.1124.0124.0=⨯==液体在降液管中停留时间,按式s L H A HTF 533600-≥=θ，即 s s L H A h T F 543.163600002702.040.0111.036003600>=⨯⨯⨯==θ 故降液管设计合理，可以实现分离。