《化工原理》乙醇-水混合液精馏塔设计
化工原理课程设计精馏塔
最常用的塔设备可分为两大类：板式塔和填料塔。此外，还 有多种内部装有机械运动构件的塔，例如脉动塔河转盘塔等，则 主要用于萃取操作。
1 概述 均相物系的分离方法有吸收、萃取、干燥、精馏等操作，其 中工业上分离均相液体混合物最常用的过程是蒸馏。利用液体混 合物中组分挥发性能的差异，以热能为媒介使其部分汽化，从而 在气相富集易挥发组分，液相富集难挥发组分，使混合物得以分
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化工原理课程设计
离的方法称为蒸馏。根据操作方式，蒸馏分为简单蒸馏、平衡蒸 馏和精馏。前两种只能实现初步分离，而精馏能实现混合物的高 纯度分离，无需与外界进行热量交换，采用多次平衡级的蒸馏过 程来实现混合液的高纯度分离，这种多级蒸馏过程的组合就是精 馏。
3.2、物料衡算
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化工原理课程设计
3.2.1、质量流量 全塔物料横算式：
mF=mD+mW mFωF=mDωD+mwωw 已知mF=9200kg·h-1,代入数据得 9200=mD+mW 9200 × 0.248=mD × 0.893+mw × 0.0095 联立，解方程得
mD=2383.531 kg·h-1
4、选择进料泵进料，进料温度为 20℃冷液。 5、塔釜采用分离式间接蒸汽加热、塔顶蒸汽采用全凝器冷凝。 三、塔型
板式塔型自选 四、设计内容
1、二元物系精馏用筛板塔的工艺设计，主要包括精馏系统工艺流 程的确定、物料衡算、热量衡算、理论塔板数的计算、精馏塔的工艺 条件及有关物性数据设计计算、精馏塔的工艺尺寸计算，气体通过塔 板的压力降、降液管内液体停留时间和液面高度的计算，塔顶冷凝器 及管道的工艺计算和选型，泵的工艺选型等附属设备的选型计算。
化工原理课程设计——精馏塔设计
南京工程学院课程设计说明书（论文）题目乙醇—水连续精馏塔的设计课程名称化工原理院(系、部、中心)康尼学院专业环境工程班级K环境091学生姓名朱盟翔学号240094410设计地点文理楼A404指导教师李乾军张东平设计起止时间：2011年12月5日至 2011 年12月16日符号说明英文字母A a——塔板开孔区面积，m2；A f——降液管截面积，m2；A0——筛孔面积；A T——塔截面积；c0——流量系数，无因此；C——计算u max时的负荷系数，m/s；C S——气相负荷因子，m/s；d0——筛孔直径，m；D——塔径，m；D L——液体扩散系数，m2/s；D V——气体扩散系数，m2/s；e V——液沫夹带线量，kg(液)/kg(气)；E——液流收缩系数，无因次；E T——总板效率，无因次；F——气相动能因子，kg1/2/（s·m1/2）；F0——筛孔气相动能因子，kg1/2/（s·m1/2）；g——重力加速度，9.81m/s2；h1——进口堰与降液管间的距离，m；h C——与干板压降相当的液柱高度，m液柱；h d——与液体流过降液管相当的液柱高度，m；h f——塔板上鼓泡层液高度，m；h1——与板上液层阻力相当的高度，m液柱；h L——板上清夜层高度，m；h0——降液管底隙高度，m；h OW——堰上液层高度，m；h W——出口堰高度，m；h'W——进口堰高度，m；Hσ——与克服表面张力的压降相当的液柱高度，m液柱；H——板式塔高度，m；溶解系数，kmol/(m3·kPa)；H B——塔底空间高度，m；H d——降液管内清夜层高度，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；K——稳定系数，无因次；l W——堰长，m；L h——液体体积流量，m3/h；L S——液体体积流量，m3/h；n——筛孔数目；P——操作压力，Pa；△P——压力降，Pa；△P P——气体通过每层筛板的压降，Pa；r——鼓泡区半径，m，t——筛板的中心距，m；u——空塔气速，m/s；u0——气体通过筛孔的速度，m/s；u0，min——漏气点速度，m/s；u'0——液体通过降液管底隙的速度，m/s；V h——气体体积流量，m3/h；V s——气体体积流量，m3/h；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，m；x——液相摩尔分数；X——液相摩尔比；y——气相摩尔分数；Y——气相摩尔比；Z——板式塔的有效高度，m。
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。
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。
乙醇-水连续精馏浮阀塔设计
目录一、设计任务书 (2)二、物料衡算 (3)1. 计算依据 (3)2. 物料衡算 (3)2.1 精馏塔物料算 (3)2.2 预热器物量衡算 (4)2.3 全凝器物量衡算 (4)2.4 再沸器物量衡算 (5)2.5全凝器冷凝介质的消耗量 (5)四、设备设计与选型 (6)1. 精馏塔工艺设计 (6)2. 精馏塔的结构尺寸设计 (18)五、总结 (20)六、参考文献 (20)07级生物工程专业《化工原理》课程设计任务书设计课题：乙醇—水连续精馏浮阀塔设计一、设计条件1、原料液乙醇含量： 32.5 %（质量分数）。
2、产品要求：塔顶xD = 0.83 塔底残液xW= 0.01 （摩尔分率）。
3、原料处理量： 9.5 t/h4、操作条件：常压精馏，塔顶全凝，塔底间接加热，泡点进料，泡点回流，回流比R=(1.2~2)Rmin5、设备形式：浮阀塔（F1型）6、厂址：邵阳地区，邵阳地区夏天水温25~28℃，邵阳地区大气压力99kPa二、设计任务和要求1、确定全套精馏装置的流程，绘出流程示意图，标明所需的设备、管线及有关控制或观测所需的主要仪表与装置；2、精馏塔的工艺计算与结构设计：1）物料衡算确定理论板数和实际板数；2）按精馏段首、末板，提馏段首、末板计算塔径并圆整；3）确定塔板和降液管结构；4）按精馏段和提馏段的首、末板进行流体力学校核，并对特定板的结构进行个别调整；5）进行全塔优化，要求操作弹性大于2。
3、计算塔高；4、估算冷却水用量和冷凝器的换热面积、水蒸气用量和再沸器换热面积。
5、绘制精馏装置工艺流程图、塔板结构图（用计算机绘制3A图纸打印）；物料衡算1、计算依据1.1《乙醇—水连续精馏浮阀塔设计》1.2. 乙醇—水系统t—x—y数据2.物料衡算2.1 精馏塔总物料衡算159.018/675.046/325.046/325.0=+=Xf已知： X D =0.83, X W =0.01kmol kg Mf /452.2218841.046159.0=⨯+⨯=mol kg Md /24.411817.04683.0=⨯+⨯= mol kg Mw /28.181899.04601.0=⨯+⨯=h kmol F /12.423452.22105.93=⨯=F=D+W, FXf=DXd+WXw解得 D=76.884kmol/h W=346.236kmol/h2.2.预热器物料衡算预热器的进料、出料与精馏塔相同2.3 冷凝器（全凝器）的物料衡算泡点进料 q=1 由下图可知Ym=0.33726 则有图1X D/(Rm+1)=0.33726 Rm=1.46R=1.5Rm=1.5×1.46=2.2L=RD=2.2×76.884=169.14V=(R+1)D=3.2×76.884=246.03kmol/hVy=DX D+LX D246.03y=(76.884+169.14)×0.83 y=0.832.4 再沸器的物料衡算y’=0.025375q=1 V’=V=246.03kmol/hL’=V’+W=246.03+346.236=592.3kmol/h L’x=V ’y ’+WX W X=0.01642.5 全凝器冷凝介质的消耗量Wc 以及换热面积AcQc=(R+1)D(Ivd-Ild)查得 I vd =1266kJ/kg I Ld =253.9kJ/kg 则Qc=(2.2+1)×76.884(1266-253.9)=2.49×105kJ/h=69167J/s 冷却水进出温度 25℃ 、35℃,热流体进出温度为78.494℃ 、40℃ 平均温度下查得Cpc=4.174kJ/kg.℃s kg h kg t t Cpc Qc Wc /66.1/5.5965)2535(174.41049.2)12()(5==-⨯⨯=-=水C t m︒=-----∆1.21253540494.78ln)2535()40494.78( K 取700W ·m -2/℃，则27.41.2170069167m t K Q A m c =⨯=∆=2.6 再沸器蒸汽消耗量W 以及换热面积A查得99.626℃下 Ivd=2260kJ/kg Ild=840kJ/kg 则 Wc （水）=s kg V s /48.081.174.972=⨯=ρs kJ Ivd Wc Qc /8.1084226049.0)(=⨯==水s kg Ild Qc Wc /29.18408.1084)(===乙醇设备设计与选型精馏塔工艺设计1.精馏塔理论板数作出平衡线（x —y 图），图1由泡点进料得得q=1,则q 线方程为X=X F =0.159从而求得: R min=1.46 实际回流比为：R=1.5Rmin=1.5×1.46=2.21.1精馏段操作线方程：y=Rx ／(R+1) +X D ／(R+1)代入数据得：y=2.2x ／(2.2+1) +0.83／(2.2+1) =0.6875x+0.261.2提留段操作线方程：y=L ′x ／(L ′-W) –WX W ／（L ′-W ）代入数据得：y=346.236x ／246.03 -346.236×0.01／246.03=1.407x-0.014071.3理论塔板数的求取由操作线方程及q 线方程，气液平衡线作图(图1)得： 理论板数为：N T =18(不包括再沸器) 进料位置：从塔顶往下数N=162.精馏塔实际塔板数由T-X-Y 图求得：T D =78.494 O C T F =99.496O C T W =99.626O C塔顶与塔釡的平均温度：T=(T D +T W )／2=(80.54+110.19)／2=95.37O C ，故54.923626.99494.78096.99=++=Tm OC在此温度下，查得s mPa •=30773.0水μ s mPa •=38.0乙醇μ=-+=水）（乙醇μμμXf Xf m 10.159×0.38+0.841×0.3.775=0.319mPa.s 故全塔效率 E T =0.17-0.616㏒μm=0.17-0.616㏒0.319=0.476 E T =N T ／N P ×100% (N T :理论板数 N P :实际塔板数) 故 实际塔板数：N P =N T ／E T =18／0.476=38(不包括再沸器) 其中 精馏段 N 精=15/0.476=32 提馏段 N 提=3/0.476=6 实际进料位置：从塔顶往下数16／0.476=333.计算塔径、塔高3.1计算塔径uV D Sπ4=D —塔径,m; S V —塔内气体流量，s m /3； u —空塔气速，m/s 3.1.1精馏段 VVL Cu ρρρ-=max m ax u —极限空塔气速, m/s; C —负荷系数, V L ρρ,—分别为塔内液，气两相的密度，kg/m 3. 精馏段依据恒摩尔假设乙醇（气）3/735.1644.351314.8001.046110300m kg RT PM =⨯⨯⨯==ρ 水（气） 3/679.0644.351314.8001.018110300m kg RT PM =⨯⨯⨯==ρv p =0.83×1.735+0.17×0.679=1.56kg/m3V S =VM D /v p =246.03×41.24/1.56=1.81m 3/h塔顶液相密度：L=169.14koml/h乙醇(液) m1=169.14×0.83×46=6457.76kg/h 水(液) m2=169.14×0.17×18=517.57kg/h 查得：T D =80.54O C 时乙醇(液) ρ= 740.15kg/m 3 水(液) ρ= 972.74kg/m 3l p =0.83×740.15+0.17×972.74=779.69kg/m 3选取塔板间距,假设选H T =400mm,板上层清液高度h L =60mm;则 H T －h L =340mm031.056.169.77981.10025.0==v Vs Ls L ρρ根据史密斯关联图,查得 C 20=0.075根据 2.020)20(σC C =液相所含乙醇的平均摩尔分率为337.03843.001.0159.0=++查得临界温度 乙醇Tc1=243.1℃ 水Tc2=374.2℃ 故临界液体温度Tmc=∑x i T ic =0.337×（273+243.1）+0.663×（273+374.2）=603K 查得25℃下乙醇水溶液的表面张力，σ1=26dyn/cm2.12.1)25273(603)494.78273(6031212⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-+-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=T Tmc T Tmc σσ则 cm dyn /63.202=σ 故 C=C 20（20.63/20）0.2=0.075×(20.63/20)0.2 =0.075VV L Cu ρρρ-=max =075.0s m /675.156.156.169.779=-⨯乘以安全系数,得到适宜的空塔气速u u=0.7u max =0.7×1.675=1.1725m/sm uVsD 402.11725.114.381.144=⨯⨯==π按标准塔径圆整D=1.5m 3.1.2提馏段提馏段气相密度根据 RTpM=ρ 求取 乙醇（气） 3/64.175.372314.8001.046110300m kg RT PM =⨯⨯⨯==ρ水（气） 3/64.05.372314.8001.018110300m kg RT PM =⨯⨯⨯==ρρV =0.01×1.64+0.99×0.64=0.65kg/m 3L ’=W+V ’ V ’=L ’-W=592.3-346.236=246.03kmol/h V S =V ’Mw/ρv=246.03×18.28/0.65=1.92m 3/s 查得：T W =99.6O C 时乙醇(液) ρ= 723.51kg/m 3 水(液) ρ= 958.66kg/m 3 ρL =0.01×723.51+0.99×958.66=956.3 kg/m 3 L S =L ’Mw /ρL =592.3×18.28/956.3=0.003m 3/s06.065.03.95692.1003.0==v Vs Ls L ρρ根据《化工原理》下册P129史密斯关联图,查得 C 20=0.083 同精馏段相同算法，得σ2=18.55dyn/cm082.0)2055.18(083.0)20(202.02.0=⨯==σC C VV L Cu ρρρ-=max =0.082s m /81.265.065.05.763=-⨯乘以安全系数,得到适宜的空塔气速u u=0.7u max =0.7×2.81=1.967m/sm uVsD 115.1967.114.392.144=⨯⨯==π按标准塔径圆整D=1.2m在精馏段与提馏段中取较大的D 值，并圆整到标准塔径D=1500mm3.2计算塔高Z对于精馏塔塔顶空间: H d =1.2m 塔底空间: H b =2.5m 人孔数S: 每6块板设置一人孔 61638≈-=S (个) 进料口处板间距: H f =0.5m 开设人孔处板间距 H t ’=0.6m塔高（不包括封头和裙座高），考虑到进料口与人孔在同一位置.Z=H d +(N-2-S)H t +SH t ’+H F +Hw=1.2+(38-2-6)×0.4+4×0.6+0.5+2.5 =18.6m4、溢流装置选用单溢流弓形降液管，不设进口堰。
乙醇—水分离填料精馏塔设计 化工原理
化工原理课程设计乙醇-水填料精馏塔设计学生姓名学院名称学号班级专业名称指导教师年月日化工原理课程设计任务书摘要乙醇是生活中一种常见的化学品，它是一种有机物，俗称酒精。
它是带有一个羟基的饱和一元醇，在常温、常压下是一种易燃、易挥发的无色透明液体，它的水溶液具有酒香的气味，并略带刺激性。
有酒的气味和刺激的辛辣滋味。
乙醇液体密度比水小，能与水以任意比互溶。
乙醇的生产离不开精馏、萃取等化工流程。
氧化钙脱水法、共沸精馏、吸附精馏、渗透汽化、吸附法、萃取精馏法和真空脱水法等多用在乙醇的回收和提纯的方面。
实际生产中较成熟的方法是共沸精馏和萃取精馏,这2 种分离方法多以连续操作的方式出现。
在一些领域生产乙醇设备简单、投资小,可单塔分离多组分混合物,或同一塔可处理种类和组成频繁更换的物系。
塔设备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一，一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。
本次课程设计就是针对乙醇-水体系而进行的常压二元填料精馏塔的设计及相关设备选型。
关键词：乙醇；水；填料塔；精馏1.1 物料性质 (1)1.2 塔设备简介 (1)2流程的确定及说明 (1)2.1.加料 (1)2.2.进料 (1)2.3 塔顶冷凝方式 (2)2.4 回流方式 (2)2.5 加热方式 (2)2.6 加热器 (2)3精馏塔的设计计算 (2)3.1物料衡算 (2)3.2塔顶气相、液相，进料和塔底的温度分别为：VD t、LD t、F t、W t 3 3.3平均相对挥发度α (4)3.4回流比的确定 (4)3.5热量衡算 (5)3.5.1加热介质的选择 (5)3.5.2冷却剂的选择 (5)3.5.3热量衡算 (5)3.6理论塔板数计算 (7)3.6.1板数计算 (7)3.6.2塔板效率 (8)3.7 精馏塔主要尺寸的设计计算 (9)3.7.1流量和物性参数的计算 (9)3.7.2塔径设计计算 (11)4附属设备及主要附件的选型计算 (15)4.1．冷凝器 (15)4.3塔内其他构件 (17)4.3.1.塔顶蒸汽管 (17)4.3.2.回流管 (17)4.3.3.进料管 (18)4.3.4.塔釜出料管 (18)4.3.5除沫器 (18)4.3.6液体分布器 (19)4.3.7液体再分布器 (20)4.3.8填料支撑板的选择 (20)4.3.9塔釜设计 (21)4.3.10塔的顶部空间高度 (21)4.3.11手孔的设计 (21)4.3.12．裙座的设计 (22)5精馏塔高度计算 (22)6总结 (24)附录 (24)参考文献 (26)第一部分概述1.1物料性质乙醇易燃，具刺激性。
乙醇—水筛板精馏塔工艺设计(化工原理设计)
广西大学化学化工学院化工原理课程设计任务书专业：班级：姓名：学号：设计时间： 2008年6月25日至 2008年7月13日设计题目：乙醇——水筛板精馏塔工艺设计（取至南京某厂药用酒精生产现场）设计条件： 1. 常压操作，P=1 atm（绝压）。
2. 原料来至上游的粗馏塔，为95——96℃的饱和蒸汽。
因沿程热损失，进精馏塔时原料液温度降为90℃。
3. 塔顶产品为浓度92.41%（质量分率）的药用乙醇，产量为 40吨/日。
4．塔釜排出的残液中要求乙醇的浓度不大于0.03%（质量分率）。
5．塔釜采用饱和水蒸汽加热（加热方式自选）；塔顶采用全凝器，泡点回流。
6．操作回流比R=（1.1——2.0）R。
min设计任务： 1. 完成该精馏塔工艺设计，包括辅助设备及进出口接管的计算和选型。
2．画出带控制点的工艺流程图，t-x-y相平衡图，塔板负荷性能图，筛孔布置图以及塔的工艺条件图。
3．写出该精流塔的设计说明书，包括设计结果汇总和对自己设计的评价。
指导教师：时间：2008年6月1设计任务1.1 任务1.1.1 设计题目乙醇—水筛板精馏塔工艺设计（取至南京某厂药用酒精生产现场）1.1.2 设计条件 1.常压操作，P＝1 atm（绝压）。
2．原料来至上游的粗馏塔，为95－96℃的饱和蒸气。
因沿程热损失，进精馏塔时原料液温度降为90℃。
3．塔顶产品为浓度92.41%（质量分率）的药用乙醇，产量为40吨/日。
4．塔釜排出的残液中要求乙醇的浓度不大于0.03％(质量分率)。
5．塔釜采用饱和水蒸气加热（加热方式自选）；塔顶采用全凝器，泡点回流。
6．操作回流比R=(1.1—2.0)R。
min1.1.3 设计任务1.完成该精馏塔工艺设计，包括辅助设备及进出口接管的计算和选型。
2．画出带控制点的工艺流程示意图，t-x-y相平图，塔板负荷性能图，筛孔布置图以及塔的工艺条件图。
3．写出该精馏塔的设计说明书，包括设计结果汇总和对自己设计的评价。
化工原理课程设计乙醇和水
设计任务书(一) 设计题目：试设计一座乙醇-水连续精馏塔提纯乙醇。
进精馏塔的料液含乙醇 25% （质量分数，下同），其余为水；产品的乙醇含量不得低于 94% ；残液中乙醇含量不得高于 0.1% ；要求年产量为17000吨/年。
(二) 操作条件1) 塔顶压力 4kPa（表压）2) 进料热状态自选3) 回流比自选4) 塔底加热蒸气压力 0.5Mpa（表压）5) 单板压降≤0.7kPa。
(三) 塔板类型自选(四) 工作日每年工作日为300天，每天24小时连续运行。
(五) 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）。
目录1. 设计方案简介 (1)1.1设计方案的确定 (1)1.2操作条件和基础数据 (1)2.精馏塔的物料衡算 (1)2.1 原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 (1)2.2原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 (1)2.3物料衡算 (2)3.塔板数的确定 (2)3.1理论板层数N T的求取 (2)3.1.1 求最小回流比及操作回流比 (2)3.1.2 求精馏塔的气、液相负荷 (3)3.1.3 求操作线方程 (3)3.1.4 图解法求理论板层数 (3)3.2 塔板效率的求取 (4)3.3 实际板层数的求取 (5)4.精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (5)4.1操作压力计算 (5)4.2 操作温度计算 (5)4.3 平均摩尔质量的计算 (5)4.4 平均密度的计算 (6)4.4.1 气相平均密度计算 (6)4.4.2 液相平均密度计算 (6)4.5液体平均表面张力计算 (7)4.6液体平均黏度计算 (7)5.精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (8)5.1塔径的计算 (8)5.1.1精馏段塔径的计算 (8)5.1.2提馏段塔径的计算 (9)5.2精馏塔有效高度的计算 (9)5.3精馏塔的高度计算 (10)6.塔板主要工艺尺寸的计算 (10)6.1溢流装置计算 (10)6.1.1堰长lw (10)6.1.2 溢流堰高度hw (11)6.1.3 弓形降液管宽度Wd 和截面积Af (11)6.1.4 降液管底隙高度h o (11)6.2塔板布置 (12)6.2.1塔板的分块 (12)6.2.2边缘区宽度确定 (12)6.2.3开孔区面积计算 (12)6.2.4筛孔计算及其排列 (12)7.筛板的流体力学验算 (13)7.1塔板降 (13)7.1.1干板阻力h c计算 (13)7.1.2气体通过液层的阻力h l计算 (13)7.1.3液体表面张力的阻力hσ计算 (13)7.2液面落差 (13)7.3液沫夹带 (14)7.4漏液 (14)7.5液泛 (14)8.塔板负荷性能图 (15)8.1漏液线 (15)8.2液沫夹带线 (15)8.3液相负荷下限线 (16)8.4液相负荷上限线 (17)8.5液泛线 (17)9.主要接管尺寸计算 (19)9.1蒸汽出口管的管径计算 (19)9.2回流液管的管径计算 (19)9.3进料液管的管径计算 (19)9.4釜液排出管的管径计算 (19)10.塔板主要结构参数表 (20)11.设计过程的评述和有关问题的讨论 (21)参考文献 (23)1. 设计方案简介1.1设计方案的确定本设计任务为分离乙醇—水混合物提纯乙醇，采用连续精馏塔提纯流程。
化工原理课程设计乙醇和水筛板精馏塔
化工原理课程设计乙醇和水筛板精馏塔
一、工艺原理
乙醇和水筛板精馏塔是一种以乙醇为介质的广泛应用的化学反应设备。
这种精馏塔主要是利用乙醇对水的抽提分离物质的蒸馏和沉淀形式，在乙醇中达到分离的目的。
其操作原理是：将一定比例的乙醇与水混合，通过螺杆螺桶升温，使乙醇蒸馏，吸收乙醇汽体并伴随水汽在热力学过程中分离开。
因此，当这两种物质同时沉淀分离时，乙醇和水就可以通过这种方法获得更纯净的液体。
通过这个过程，物质也可以进行混合或有机溶剂的分离。
二、工艺流程
1.投料：将水混合物经过投料口，均匀的进入精馏塔管内。
2.抽提：采用乙醇为介质，出口的温度和压强维持一定的范围，当介质达到一定温度时，可使水和有机溶剂通过抽提过程进行分离。
3.进料：将经过抽提的液体经过调节阀再次进料，使乙醇连续循环。
4.净化：当液体进行循环抽提时，可使有机溶剂、水和乙醇通过滤筛板分离，达到净化的效果，经过多次的净化过程，乙醇的干净度可以达到99%以上。
5.出料：乙醇和水筛板精馏塔中的液体通过调节阀分别流入工艺和控制系统中，其中纯乙醇可作为常温下的产品出料。
三、应用领域
1、医药：
乙醇和水筛板精馏塔可以用来分离生物分子，如蛋白质、多肽、核酸和抗体等.因为乙醇有很好的气溶能力，也可以用乙醇作为载体进行药物的辅料成分分离和分离。
2、催化：
乙醇的介质有利于催化剂的活性，可以使催化剂在乙醇环境中进行催化反应，从而获得合成催化剂所需的原料。
3、有机溶剂：
乙醇可以用作有机溶剂，特别是对一些有机物质有良好的溶解效果。
在乙醇和水
筛板精馏塔的应用中，可以实现在有机溶剂中分离固体物质的目的。
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《化工原理》乙醇-水混合液精馏塔设计一、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，绘制精馏塔的工艺条件图及塔板性能负荷图，并编制工艺设计说明书。
二、操作条件：年产量：7500t。
料液初温：30℃料液浓度：43%（含乙醇摩尔分数）塔顶产品浓度：97%（含乙醇摩尔分数）乙醇回收率：99.8%（以摩尔分数计）年工作日：330天（24小时运行）精馏塔塔顶压力：4kPa（表压）冷却水温度：30℃饱和蒸汽压力：2.5kgf/cm2（表压）单板压降：不大于0.7kPa全塔效率：52%回流比是最小回流比的1.8倍进料状况：泡点进料三、设计内容：（1）设计方案简介：对确定的工艺流程及精馏塔型式进行简要论述。
（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）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。
（5）用坐标纸绘制乙醇-水溶液的y-x图一张，并用图解法求理论塔板数（贴在说明书中对应的地方）。
（6）绘制精馏塔设计条件图。
附：汽液平衡数据表1一、总体设计计算1.1 汽液平衡数据（760mm Hg）1.2塔的物料衡算=43/46.07/(43/46.07+57/18.01)=0.2277XF=97/46.07/(97/46.07+31/18.01)=0.9267XDM=0.2277⨯46.07+（1-0.2277）⨯18.02=24.399kg/kmol F同理可得M=44.013 D，=7.5*106/7920=946.97DD=946.97/44.013=21.516η=0.998=DXD /FXF=21.516*0.9267/0.2277FF=87.742 由 F=D+WFXF =DXD+WXW得：Xw=0.03998W=66.226 Kmol/h1.3塔板计算tF=（0.2277-0.1661/0.2337-0.1661）*(82.7-84.1)+84.1=82.82°CtF=82.82℃乙醇不同温度的饱和蒸气压乙醇的饱和蒸气压o={[(82.82-80)/(90-80)]*(158.27-108.32)}+108.32=122.41 PA水不同温度的饱和蒸气压由图数据通过内插法得P B O =53.0525 α =122.41/53.0525=2.31 泡点进料q=1R min =1/α-1[X D /X F -α(1-X D )/1-X F ]=2.94 R=1.8R min =5.292精馏段操作线方程1111n n D R y x x R R +=+++=0.841x+0.1473提馏段操作线方程W m m x WqF L W x W qF L qF L y -+--++=+''1=1.503x-0.000849实际塔板数N pE T =0.52精馏段Np1=11/0.52=21块提馏段Np2=3/0.52=6块总板数21+6=27块二、塔的工艺条件及物性数据计算2.1精馏段的数据1.平均压力Pm单板降压不大于0.7Kpa所以等于0.7Kpa塔顶：PD=4+101.3=105.3Kpa加料板：PF=105.3+0.7*21=120Kpa平均压力：Pm=(105.3+120)/2=112.65Kpa2.平均温度tD={[(0.9267-0.08943)/(1-0.8943)]*(80.02-78.15)}+78.15=78.72℃tF=82.82℃精馏段tm=(82.82+78.72)/2=80.77℃3.平均分子量塔顶：M VDM = XD×M轻组分+（1－XD）×M重组分=46.07*0.9267+（1-0.9267）*18.01=44.01kg/kmolM LDM = x1×M轻组分+（1－x1）×M重组分=46.07*0.743+(1-0.743)*18.01=38.86kg/kmol进料板的平均分子量:进料板对应的组成Xn 和ynM VFM = yn×M轻组分+（1－yn）×M重组分=46.01*0.512+(1-0.512)*18.01=32.38kg/kmolM LFM = Xn×M轻组分+（1－Xn）×M重组分=46.07*0.2277+(1-0.2277)*18.01=24.4kg/kmol 精馏段：MVm=(44.01+32.38)/2=38.2kg/kmolMLm=(38.36+24.4)/2=31.63kg/kmol4.平均密度塔顶：aA =0.97 aB=0.03查物性数据：易挥发组分密度ρ1＝ 763.42 Kg/m3难挥发组分密度ρ2＝ 972.58 Kg/ m3塔顶液相密度：ρLD ＝1/[a1/ρ1+(1-a1) /ρ2]= 741.84Kg/ m3进料板：aA =0.43 aB=0.53查物性数据：易挥发组分密度ρ1＝ 733.59 Kg/m3难挥发组分密度ρ2＝ 969.97 Kg/ m3进料液相密度：ρLF ＝1/[a2/ρ1+(1-a2) /ρ2]= 851.93Kg/ m3精馏段的平均液相密度：ρLM ＝(ρLD+ρLF)/2=796.88Kg/ m3精馏段平均汽相密度：TM =（TF+TD）/2=80.77℃ρVM ＝PM V /RT M =1.463Kg/ m 35. 液体的平均表面张力 （1）塔顶t D =78.72℃ бO =17.26 бW =62.8V O =46.07/737=0.06251m 3/kmol V w =18.01/973=0.01851m 3/kmol X o =X D =0.9267 X W =1-0.9267=0.0733 φo =X o V O /(X W V w +X o V O )=0.977 φW =1-0.977=0.023 B=lg(φW q /φo )=-3.266Q=0.041(q/T)(бO V O 2/3/q-бW V w 2/3)=-0.0007 A=B+Q=-3.266-0.0007=-3.2667lg(φs W q /φso )=-3.2667和φs W +φso =1解得 φs W =0.021 φso =0.979бm 1/4=φs W бW 1/4+φso бO 1/4=2.05 бDm =17.81N/m2. 进料板t F =82.82℃ бO =16.88 бW =62.04V O =46.07/733=0.06285m 3/kmol V w =18.01/969.3=0.01858m 3/kmol X o =X F =0.2277 X W =1-0.2277=0.7723 φo =X o V O /(X W V w +X o V O )=0.499φW =1-0.499=0.501 B=lg(φW q /φo )=-0.298Q=0.041(q/T)(бO V O 2/3/q-бW V w 2/3)=-0.00748A=B+Q=-0.298-0.00748=-0.3055lg(φs W q /φso )=-0.3055和φs W +φso =1解得 φs W =0.498 φso =0.502бm 1/4=φs W бW 1/4+φso бO 1/4=2.415 бFm =34.01N/m(3) 精馏段бm =（17.81+34.01）/2=25.91N/m 6. 液体的平均黏度,L D μ=0.44⨯0.9267+(1-0.9267)⨯0.357=0.434.a mP s,L F μ=0.12⨯0.33+(1-0.12)⨯0.30=0.3904.a mP s,L M μ精=0.435*0.3904+0.357*（1-0.3904）=0.387.a mP s 7. 精馏段的汽液负荷计算V=（R+1）D=(5.292+1)⨯21.516=135.38/kmol hS V =,,3600V V m V M ρ精精=135.38*38.2/(3600*1.463)=0.91m 3/sV h =3600*0.91=3262.96m 3/hL=RD=50292⨯21.516=113.86/kmol h,3600L s L m LM L ρ=精精=113.86*31.63/(3600*796.88)=0.001255L h =3600*0.001255=4.52m 3/h2.2 提馏段的数据1.平均温度t W ={[(0.03998-0.019)/(1-0.019)]*(89-95.5)}+95.5=92.93℃ t F =82.82℃提馏段t m =(82.82+92.93)/2=87.88℃2.平均分子量 塔底：M VWM = X W ×M 轻组分+（1－X W ）×M 重组分=46.07*0.414+（1-0.414）*18.01=29.63kg/kmol M LWM = x 1×M 轻组分+（1－x 1）×M 重组分=46.07*0.03998+(1-0.03998)*18.01=19.13kg/kmol 提馏段：M Vm =(29.63+32.38)/2=31kg/kmol M Lm =(19.13+24.4)/2=21.77kg/kmol 3.平均密度塔底：a A =0.64 a B =0.36查物性数据： 易挥发组分密度ρ1＝ 725.87 Kg/m 3 难挥发组分密度ρ2＝ 963.23 Kg/ m 3塔底液相密度：ρLD ＝1/[a 1/ρ1+(1-a 1) /ρ2]= 963.15Kg/ m 3 提馏段的平均液相密度：ρLM ＝(ρLW +ρLF )/2=907.54Kg/ m 3 提馏段平均汽相密度：T M =（T F +T D ）/2=87.88℃ ρVM ＝PM V /RT M =1.16Kg/ m34.液体的平均表面张力 （1）塔底t W =92.93℃ бO =13.27 бW =60.16V O =46.07/737=0.06251m 3/kmol V w =18.01/973=0.01851m 3/kmol X o =X W =0.03998 X W =1-0.03998=0.96 φo =X o V O /(X W V w +X o V O )=0.123φW =1-0.123=0.877B=lg(φW q /φo )=0.796Q=0.041(q/T)(бO V O 2/3/q-бW V w 2/3)=-0.000163 A=B+Q=0.796-0.000163=0.794lg(φs W q /φso )=0.794和φs W +φso =1解得 φs W =0.634 φso =0.366бm 1/4=φs W бW 1/4+φso бO 1/4=2.46 бWm =36.62N/m提馏段бm =（36.62+34.01）/2=35.32N/m 5.液体的平均黏度μlw =0.03998⨯0.324+(1-0.03998)⨯0.324=0.393.a mP s ,L F μ=0.12⨯0.33+(1-0.12)⨯0.30=0.3904.a mP s μL,M 提=0.393*0.084+0.393*（1-0.084）=0.33.a mP s 6.精馏段的汽液负荷计算V=（R+1）D=(5.292+1)⨯21.516=135.38/kmol hS V ==135.38*31/(3600*1.16)=1m 3/sV h =3600*1=3600m 3/hL=RD=50292⨯21.516=113.86/kmol hL s =113.86*21.77/(3600*907.54)=0.00154L h =3600*0.00154=5.508m 3/h三、塔和塔板主要工艺尺寸计算 3.1 塔径首先考虑精馏段：参考有关资料，初选板音距T H =0.5m 取板上液层高度L h =0.06m 故 T H -L h=0.5-0.06=0.44ms s L V ⎛ ⎝查图可得 20C =0.097校核至物系表面张力为9.0mN/m 时的C ，即C=20C 0.220σ⎛⎫⎪⎝⎭=0.0102max u =CL VVρρρ-可取安全系数0.7，则 u=0.7max u =0.7⨯2.378=1.665m/s故4sV uπ按标准，塔径圆整为1.2m ，则空塔气速为0.805m/s3.2 精馏塔有效高度的计算精馏段有效高度为1Z N =-T 精精（）H =(21-1)⨯0.5=10m提馏段有效高度为1Z N =-T 提提（）H =(6-1)⨯0.5=2.5mZ 总=10+2.5=12.5m3.3 溢流装置采用单溢流、弓形降液管⑴ 堰长 w l 取堰长 w l =0.6Dw l =0.6⨯1.2=0.72m⑵ 出口堰高w h =L ow h h -选用平直堰，堰上液层高度ow h 由下式计算ow h =2/32.841000h w L E L ⎛⎫ ⎪⎝⎭近似取E=1.03,则ow h =0.00995故 w h =0.06-0.00995=0.05m ⑶ 降液管的宽度d W 与降液管的面积f A 由L D /D T =0.6《化工设计手册》 得dW D =0.1,f TA A =0.053 故 d W =0.12 f A =0.0722()24D π=0.062m留时间 f T sA H L τ==23.9s (>5s 符合要求)提馏段t=A d H T /Ls=33.11=>5s⑷ 降液管底隙高度 h ο u o ,=0.08h ο=L s /w l u o ,=0.022m3.4 塔板布置(1)取边缘区宽度c W =0.06,安定区宽度s W =0.075(2)计算开孔面积212sin 180a x A R R π-⎡⎤=⎢⎥⎣⎦=0.7992m 其中 x=2D-(d s W W +)=0.405m R=2D-c W =0.54m 3.5 筛板数n取筛孔的孔径0d 为39mm,正三角形排列,一般碳钢的板厚δ为3mm,孔中心距t=75.0mm 浮阀数目 取阀动能因数11F =，则由式o υ=o υ=计算塔板上的筛孔数n,即 n=4V s /πd o 2u o =83.75=84提馏段的筛口气速和筛孔数用上述公式计算， 提馏段 u 0=10.21m/s, n=82个取边缘区宽度c W =0.06,安定区宽度s W =0.075,板厚δ为3mm, 做等腰三角形叉排h=Aa/0.075n=0.127m=120mm 阀孔气速μo =4V s /πnd o 2=9.12m/s F 0=10.97四、筛板的流体力学性能 1. 塔板压降校核 h f =h c +h e(1)气体通过干板的降压h c临界孔速 u 0c =（73/ρv ）1/1.825=8.52m/s<u 0 所以h c =5.34（ρv /ρL )(u 02/2g)=0.0411m (2)气体通过班上液层的压降h e h e =β(h w +h ow )=0.05*0.06=0.03 （3）h б克服表面张力的压降 h б=0.00034m（4）气体通过筛板压降h f 和∆p f h f =h c +h e +h б=0.07144m∆p f =ρl *g*h f =558.5kpa<0.7kpa 2. 雾沫夹带量校核泛点率1100%F bF =板上液体流经长度 Z L =D T -2W D =0.96m F=40.72%<80%不会发生过量的雾沫夹带 3. 漏液校核=4.134m/s k=u 0/u'0=2.19=>2提馏段用同样的方法得，k=u 0/u'0==>2 4. 降低管液泛校核为防止降液管液泛的发生，应使降液管中清液层高度()d T w H H h ≤Φ+d P L d H h h h =++ 即h d =0.153(L s /L w h o )2=0.00096m取 取校正系数Φ=0.5,H d =0.1324,Φ(H T +h w )=0.275m可见(),d T W H H h φ≤+符合防止淹塔的要求。