化工原理课程设计(乙醇-水溶液连续精馏塔优化设计)
化工原理课程设计 题 目 乙醇-水溶液连续精馏塔优化设计 2 目 录
1. 设计任务书………………………………………………………………3 2. 英文摘要前言……………………………………………………………4 3. 前言………………………………………………………………………4 4. 精馏塔优化设计…………………………………………………………5 5. 精馏塔优化设计计算……………………………………………………5 6. 设计计算结果总表………………………………………………………22 7. 参考文献…………………………………………………………………23 8. 课程设计心得……………………………………………………………23 3
精馏塔优化设计任务书 一、设计题目 乙醇—水溶液连续精馏塔优化设计
二、设计条件 1．处理量： 15000 （吨/年） 2．料液浓度： 35 （wt%） 3．产品浓度： 93 （wt%） 4．易挥发组分回收率： 99% 5．每年实际生产时间：7200小时/年 6. 操作条件： ①间接蒸汽加热； ②塔顶压强：1.03 atm（绝对压强） ③进料热状况：泡点进料；
三、设计任务 a) 流程的确定与说明； b) 塔板和塔径计算； c) 塔盘结构设计 i. 浮阀塔盘工艺尺寸及布置简图； ii. 流体力学验算； iii. 塔板负荷性能图。 d) 其它 i. 加热蒸汽消耗量； ii. 冷凝器的传热面积及冷却水的消耗量 e) 有关附属设备的设计和选型，绘制精馏塔系统工艺流程图和精馏塔装配 图，编写设计说明书。 4
乙醇——水溶液连续精馏塔优化设计
摘要：设计一座连续浮阀塔，通过对原料，产品的要求和物性参数的确定及对主要尺寸的计算，工艺设计和附属设备结果选型设计，完成对乙醇-水精馏工艺流程和主题设备设计。
关键词：精馏塔，浮阀塔，精馏塔的附属设备。 （Department of Chemistry,University of South China,Hengyang 421001） Abstract: The design of a continuous distillation valve column, in the material, product requirements and the main physical parameters and to determine the size, process design and selection of equipment and design results, completion of the ethanol-water distillation process and equipment design theme.
Keywords: rectification column, valve tower, accessory equipment of the rectification column.
前 言 乙醇在工业、医药、民用等方面，都有很广泛的应用，是很重要的一种原料。在很多方面，要求乙醇有不同的纯度，有时要求纯度很高，甚至是无水乙醇，这是很有困难的，因为乙醇极具挥发性，也极具溶解性，所以，想要得到高纯度的乙醇很困难。 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 5
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。 浮阀塔与20世纪50年代初期在工业上开始推广使用，由于它兼有泡罩塔和筛板塔的优点，已成为国内应用最广泛的塔型，特别是在石油、化学工业中使用最普遍。浮阀有很多种形式，但最常用的形式是F1型和V-4型。F1型浮阀的结果简单、制造方便、节省材料、性能良好，广泛应用在化工及炼油生产中，现已列入部颁标准（JB168-68）内，F1型浮阀又分轻阀和重阀两种，但一般情况下都采用重阀，只有处理量大且要求压强降很低的系统中，才用轻阀。浮阀塔具有下列优点：1、生产能力大。2、操作弹性大。3、塔板效率高。4、气体压强降及液面落差较小。5、塔的造价低。浮阀塔不宜处理易结焦或黏度大的系统，但对于黏度稍大及有一般聚合现象的系统，浮阀塔也能正常操作。
精馏塔优化设计计算 在常压连续浮阀精馏塔中精馏乙醇——水溶液，要求料液浓度为35%，产品浓度为93%，易挥发组分回收率99%。年生产能力15000吨/年 操作条件：①间接蒸汽加热 ②塔顶压强：1.03atm（绝对压强） ③进料热状况：泡点进料 6
一 精馏流程的确定 乙醇——水溶液经预热至泡点后，用泵送入精馏塔。塔顶上升蒸气采用全冷凝后，部分回流，其余作为塔顶产品经冷却器冷却后送至贮槽。塔釜采用间接蒸汽再沸器供热，塔底产品经冷却后送入贮槽。工艺流程图见图
二 塔的物料衡算 1. 查阅文献，整理有关物性数据
⑴水和乙醇的物理性质
名称 分子式 相对分子质量 密度 20℃ 3/kgm 沸 点 101.33kPa ℃ 比热容 (20℃) Kg/(kg.℃) 黏度 (20℃) mPa.s 导热系数 (20℃) /(m.℃) 表面 张力 (20℃) N/m
水 2HO 18.02 998 100 4.183 1.005 0.599 72.8 乙醇 25CHOH 46.07 789 78.3 2.39 1.15 0.172 22.8
⑵常压下乙醇和水的气液平衡数据，见表 常压下乙醇—水系统t—x—y数据如表1—6所示。
表1—6 乙醇—水系统t—x—y数据 沸点t/℃ 乙醇摩尔数/% 沸点t/℃ 乙醇摩尔数/% 气相 液相 气相 液相 99.9 0.004 0.053 82 27.3 56.44 99.8 0.04 0.51 81.3 33.24 58.78 99.7 0.05 0.77 80.6 42.09 62.22 99.5 0.12 1.57 80.1 48.92 64.70 99.2 0.23 2.90 79.85 52.68 66.28 99.0 0.31 3.725 79.5 61.02 70.29 98.75 0.39 4.51 79.2 65.64 72.71 97.65 0.79 8.76 78.95 68.92 74.69 95.8 1.61 16.34 78.75 72.36 76.93 91.3 4.16 29.92 78.6 75.99 79.26 87.9 7.41 39.16 78.4 79.82 81.83 85.2 12.64 47.49 78.27 83.87 84.91 83.75 17.41 51.67 78.2 85.97 86.40 82.3 25.75 55.74 78.15 89.41 89.41 7
乙醇相对分子质量：46；水相对分子质量：18 25℃时的乙醇和水的混合液的表面张力与乙醇浓度之间的关系为： 58453210314.410348.100163.009604.09726.283364.67xxxxxσ
式中 σ——25℃时的乙醇和水的混合液的表面张力，N／m； x——乙醇质量分数，％。 其他温度下的表面张力可利用下式求得 2.1
1221TTTTCC＝
σ
σ
式中 σ1——温度为T1时的表面张力；N／m； σ2——温度为T2时的表面张力；N／m； TC——混合物的临界温度，TC＝∑xiTci ，K；
xi——组分i的摩尔分数； TCi——组分i的临界温度， K。
2. 料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数 XF=0.35/46.070.35/46.070.65/18.02=0.174
XD=0.93/46.070.93/46.070.07/18.02=0.838 XW=0.01/46.070.01/46.070.99/18.02=0.0039
3. 平均摩尔质量 MF=0.17446.07+（1-0.174）18.02=22.9 kg/kmol
MD= 0.83846.07+ (1-0.838) 18.02=41.52kg/kmol MW=0.003946.07+（1-0.0039）18.02=18.12kg/kmol
4. 物料衡算 已知：F=31500010720027.84=74.83/kmolh 总物料衡算 F=D+W=74.83 易挥发组分物料衡算 0.838D+0.0039W=74.830.174 联立以上二式得： D=15.25kg/kmol
乙醇水连续浮阀式精馏塔的设计.doc
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3.3.3.204参考文献 (30)摘要本设计是以乙醇――水物系为设计物系，以浮阀塔为精馏设备分离乙醇和水。
浮阀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乙醇－－水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。
通过逐板计算得出理论板数为16块，回流比为3.531,算出塔效率为0.518，实际板数为32块，进料位置为第11块，在板式塔主要工艺尺寸的设计计算中得出塔径为1米，有效塔高13.6米，浮阀数（提馏段每块76）。
通过浮阀塔的流体力学验算，证明各指标数据均符合标准。
本次设计过程正常，操作合适。
关键词：乙醇、水、二元精馏、浮阀连续精馏精馏塔、提馏段第1章前言1.1精馏原理及其在化工生产上的应用实际生产中，在精馏柱及精馏塔中精馏时，上述部分气化和部分冷凝是同时进行的。
对理想液态混合物精馏时，最后得到的馏液(气相冷却而成)是沸点低的B物质，而残液是沸点高的A物质，精馏是多次简单蒸馏的组合。
精馏塔底部是加热区，温度最高；塔顶温度最低。
精馏结果，塔顶冷凝收集的是纯低沸点组分，纯高沸点组分则留在塔底。
1.2精馏塔对塔设备的要求精馏设备所用的设备及其相互联系，总称为精馏装置，其核心为精馏塔。
常用的精馏塔有板式塔和填料塔两类，通称塔设备，和其他传质过程一样，精馏塔对塔设备的要求大致如下：一：生产能力大：即单位塔截面大的气液相流率，不会产生液泛等不正常流动。
乙醇-水精馏塔设计
课程设计说明书题目：乙醇-水连续精馏塔设计人： sunrainbaby序言这次课程设计应该说做的很艰辛，因为一直以来我们都在学一些理论性的知识，确切的可以说是“纸上谈兵”，但这次课程设计是需要多方面的知识的集合以及运用，不仅用了理论，同时也联系了实际，真的很锻炼人！说到艰辛，也许是因为我们一直都没有完整的完成过一个设计而且自己一个人，做的过程中有时真的做到头晕脑胀的，只能停下，第二天再做，从开始到现在做了将近一个月了，需要毅力！这个课程设计不仅锻炼了我的毅力，而且也让我认识到和学习到了很多东西！这是从别处得不到的！通过这次课程设计使我充分理解到化工原理课程的重要性和实用性，更特别是对精馏原理及其操作各方面的了解和设计，对实际单元操作设计中所涉及的个方面要注意问题都有所了解。
通过这次对精馏塔的设计，不仅让我将所学的知识应用到实际中，而且对知识也是一种巩固和提升充实。
在老师和同学的帮助下，及时的按要求完成了设计任务，通过这次课程设计，使我获得了很多重要的知识，同时也提高了自己的实际动手和知识的灵活运用能力。
终于做完了，很开心、很幸福！还有很多不足的地方，希望老师提出批评!Sunrainbaby2010年11月于大连目录序言 (2)设计任务书 (5)第一章概述 (6)1.1精馏操作对塔设备的要求 (6)1.2 板式塔的类型 (7)1.2.1 泡罩塔 (7)1.2.2 筛板塔 (8)1.2.3 浮阀塔 (8)1.3 精馏塔的设计任务及要求 (9)1.3.1 精馏塔设计的内容 (9)1.3.2 绘图要求 (9)2.1塔形的选择 (10)2.2 操作条件的确定 (10)2.2.1操作压力 (10)2.2.2 进料状态 (10)2.2.3 加热方式 (10)2.2.4 冷却剂与出口温度 (10)2.2.5 热能的利用 (11)2.3 确定设计方案的原则 (11)2.4精馏流程的确定 (12)第三章板式精馏塔的工艺计算 (13)3.1物料衡算 (13)3.1.1 料液及塔顶、塔底产品含乙醇摩尔分数 (13)3.1.2平均摩尔质量 (13)3.1.3物料衡算 (13)3.2回流比的确定 (14)3.3塔板数的确定 (14)3.3.1精馏塔的气、液相负荷 (14)3.3.2回收率 (15)3.3.3操作线方程 (15)3.3.4图解法理论板层数 (15)3.3.5实际板层数的初步求取 (16)3.3.6塔板总效率估计 (17)3.4精馏塔有关物性计算 (18)3.4.1精馏段的平均密度 (18)3.4.2 液体平均表面张力计算 (19)本章符号意义 (20)第四章板式塔主要尺寸计算 (21)4.1精馏塔的塔体工艺尺寸计 (21)4.1.1塔径的计算 (21)4.1.2精馏塔有效高度计算 (22)4.2 塔板主要工艺尺寸的计算 (22)34.2.1 溢流装置计算 (22)4.2.2 塔板布置及浮阀数目与排列 (23)4.3 塔板的流体力学验算 (24)4.3.1 气象通过浮阀塔板的压降 (24)4.3.2 淹塔 (25)4.3.3 雾沫夹带 (25)4.4塔板负荷性能图 (26)4.4.1雾沫夹带线 (26)4.4.2 液泛线 (27)4.4.3液相负荷上限线 (27)4.4.4漏液线 (28)4.4.5液相负荷下限线 (28)4.4.6塔板负荷性能图 (28)计算结果汇总 (30)本章符号说明 (31)5.1 回流冷凝器 (32)5.1.1 冷凝器的介绍 (32)5.1.2 冷凝器的选择 (33)5.1.3冷凝器的传热面积和冷却水的消耗量 (33)5.2 再沸器 (33)5.2.1 再沸器的介绍 (33)5.2.2 再沸器的选择 (35)附录 (36)附录 1 常压下乙醇—水系统t—x—y数据 (36)附录 2 乙醇的物性 (36)附录 3 物性系数 (36)Key words (37)参考文献 (38)主体设备图（见二号图纸） (38)设计任务书[1]一．设计题目乙醇—水连续精馏塔的温计．二．设计任务及操作条件(1)进精馏塔的料液含乙醇35%(质量)．其余为水。
乙醇—水课程设计精馏
目录一、概述 (2)二、设计方案的确定及流程说明 (3)2.1装置流程的确定 (3)2.2流程图 (3)2.3操作条件 (3)三、塔的工艺计算 (4)3.1塔的物料衡算 (6)3.2全塔物料衡算 (7)3.3塔板数的确定 (7)四、塔的工艺条件及物性数据计算 (10)五、气液负荷计算 (14)六、塔和塔板主要工艺尺寸计算 (15)七．浮阀塔板的流体力学验算 (21)八、塔板负荷性能图 (23)九、设计结果一览表 (28)十、设计评述及讨论 (30)十一、参考文献 (31)一、概述乙醇在工业、医药、民用等方面，都有很广泛的应用，是很重要的一种原料。
在很多方面，要求乙醇有不同的纯度，有时要求纯度很高，甚至是无水乙醇，这是很有困难的，因为乙醇极具挥发性，也极具溶解性，所以，想要得到高纯度的乙醇很困难。
要想把低纯度的乙醇水溶液提升到高纯度，要用精馏的方法，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。
本设计选用浮阀塔。
浮阀塔与20世纪50年代初期在工业上开始推广使用，由于它兼有泡罩塔和筛板塔的优点，已成为国内应用最广泛的塔型，特别是在石油、化学工业中使用最普遍。
浮阀有很多种形式，但最常用的形式是F1型和V-4型。
F1型浮阀的结果简单、制造方便、节省材料、性能良好，广泛应用在化工及炼油生产中，现已列入部颁标准（JB168-68）内，F1型浮阀又分轻阀和重阀两种，但一般情况下都采用重阀，只有处理量大且要求压强降很低的系统中，才用轻阀。
浮阀塔具有下列优点：1、生产能力大。
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。
合肥工业大学化工原理课程设计乙醇—水溶液板式精馏塔设计
课程设计设计题目：乙醇-水溶液板式精馏塔设计学生姓名：牛璐学号：2015212054专业班级：高分子材料与工程15-3班指导教师：张传玲设计时间：2018.7.2-2018.7.15化工原理课程设计任务书设计任务：年处理44000 吨乙醇- 水溶液系统1.料液含乙醇50% ,馏出液含乙醇不少于94%，残液含乙醇不大于0.5%（wt %）2.操作条件：（1）泡点进料，回流比自选。
（2）塔釜加热蒸汽压力：间接0.2MPa（表压）,直接0.1MPa （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天，每天工作24小时。
（5）设备形式筛板塔。
任务来源：某中药厂设计成果：1.设计说明书一份。
2.主体设备条件图（1#图纸）一张，带控制点工艺流程图（3#图纸）一张。
摘要工业上乙醇-水分离的过程是在精馏塔中进行的。
乙醇-水分离过程为物理过程。
回流是构成气、液两相接触传质的必要条件，而板式精馏塔的设备设计是关键部分。
此次课程设计是用于分离乙醇-水的筛板式精馏塔的设计,进料口处乙醇的流量为236.16kmol/h。
设计的回流比为最小回流比的 1.2倍，精馏塔径为1.2 m，全塔高度为27.62 m。
最后经设计校核后，此次课程我们设计出了安全且满足生产要求的板式精馏塔。
关键词：乙醇；回流；筛板式；精馏塔AbstractThe process of industrial ethanol-water separation is carried out in a rectification column. The ethanol-water separation process is a physical process. Reflow is a necessary condition for the gas-liquid two-phase contact mass transfer, and the equipment design of the plate rectification column is a key part. The course design was designed for the separation of ethanol-water sieve plate distillation column, and the flow rate of ethanol at the feed port was 236.16 kmol/h. The designed reflux ratio is 1.2 times the minimum reflux ratio, the distillation column diameter is 1.2 m, and the full tower height is 27.62 m. After the final design review, we designed a plate rectification tower that is safe and meets production requirements.Keywords:benzene, toluene, plate type, distillation column目录1 绪论 (8)1.1 概述 (8)1.1.1 乙醇的性质与用途 (8)1.1.2 乙醇的应用 (8)1.2 操作条件的确定 (9)1.2.1 操作压力 (9)1.2.2 进料状态 (9)1.3 设备型式 (9)1.3.1 筛板塔 (9)2 设计方案论证及确定 (10)2.1已知设计条件 (10)2.2 选择塔型 (11)2.3 精馏方式 (11)2.4 操作压力 (11)2.5加热方式 (11)2.6 工艺流程 (11)3 筛板式精馏塔的工艺设计 (12)3.1 塔的物料衡算 (12)3.1.1 原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数 (12)3.2 塔板数的确定 (13)3.2.1最小回流比及操作回流比的计算 (13)3.2.2操作方程的确定 (14)3.2.3板效率及实际塔板数的确定 (14)3.3 精馏段物性衡算 (15)3.3.1物料衡算 (15)3.3.2气液体积流率的计算 (19)3.4 塔和塔板主要工艺尺寸计算 (19)3.4.1 塔板横截面的布置计算 (19)3.4.2 筛板能校塔流体力学校核 (26)3.5 精馏段塔板负荷性能图 (28)3.5.1 过量液沫夹带线 (28)3.5.2溢流液泛线 (29)3.5.3液相上限线 (30)3.5.4漏液线（气相负荷下限线） (30)3.5.5液相下限线 (30)3.5.6 操作线 (31)4 精馏塔的附属设备及选型 (31)4.1 辅助设备的选型 (31)4.1.1 直接蒸汽加热 (32)4.1.2冷凝器 (32)4.1.3馏出液冷却器 (33)4.1.4釜液冷却器 (33)4.2 塔的主要接管尺寸的选取 (35)4.2.1塔附件设计 (35)4.2.2 筒体与封头 (36)4.2.3除沫器 (36)4.2.4 裙座 (37)4.2.5 人孔 (37)4.3输送泵的选取 (38)5 塔高的确定及塔的其它工艺条件 (39)5.1 塔高的设计计算 (39)5.1.1塔高的确定 (39)5.1.2塔板结构的确定 (40)6.塔设备的机械设计 (41)6.1按计算压力计算塔体和封头厚度 (41)6.2 塔设备质量载荷计算 (41)6.3 风载荷与风弯矩计算 (42)6.4地震弯矩计算 (45)6.5各种载荷引起的轴向应力 (47)6.6 塔体和裙座危险截面的强度与稳定校核 (48)6.6.1 塔体的最大组合轴向拉应力校核 (48)6.6.2 塔体与裙座的稳定校核 (49)6.7 塔体水压试验和吊装时的应力校核 (49)6.7.1 水压试验时的各种载荷引起的应力 (49)6.7.2水压试验时应力校核 (50)6.8基础环设计 (50)6.8.1基础环尺寸 (51)6.8.2基础环的应力校核 (51)6.8.3基础环厚度 (51)6.9地脚螺栓计算 (52)6.9.1地脚螺栓承受的最大拉应力 (52)6.9.2地脚螺栓的螺纹小径 (53)7 设计结果概要及汇总表 (54)8.附录 (59)9.设计方案讨论 (60)参考文献 (62)课设感想 (63)1绪论1.1概述1.1.1 乙醇的性质与用途乙醇它在常温、常压下是一种易燃、易挥发的无色透明液体，它的水溶液具有特殊的、令人愉快的香味，并略带刺激性。
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。
化工原理_课程设计_精馏塔_(详细版)
化工原理课程设计任务书学院：化工学院班级：姓名：学好：指导教师：设计时间：12.26~1.6一．设计题目： 4.0万吨/年乙醇连续精馏塔设计二．目的与意义：乙醇是重要的化工原料，对乙醇连续精馏塔的设计可以使学生充分利用化学工程原理课程中所学习到的知识来解决工业实际问题，同时训练学生一定的工程绘图能力。
三．要求（包括原始数据，技术参数，设计要求，图纸量，工作量要求等）设计条件：1. 原料液组成：乙醇50%；水50%（质量分率）；2. 塔顶的乙醇含量不得低于90.0%；残液中乙醇含量不得高于1.0%；3. 操作条件 1) 塔顶压力0.5kpa（表压）2）进料热状态自选3）回流比自选4）加热蒸汽压力0.3～0.5Mpa（表压）5）单板压降≤0.5kpa 4．踏板类型：筛板塔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自选。
设计要求：1. 设计方案的确定及流程说明；2．塔的工艺计算；3．塔和塔板的工艺尺寸设计（1）塔高，塔经及塔板结构尺寸的确定；（2）踏板的流体力学演算；（3）塔板的负荷性能图；4.涉及一览表5. 辅助设备选型与计算；6.主要接管尺寸计算7.对本设计的评述或有关问题的分析讨论8.编制设计说明书图纸要求：1.踏板布置图;2.工艺流程图摘要本设计是以乙醇――水物系为设计物系，以筛板塔为精馏设备分离乙醇和水。
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乙醇－－水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。
通过逐板计算得出理论板数为9块，回流比为1.32,算出塔效率为0.51，实际板数为18块，进料位置为第7块，在板式塔主要工艺尺寸的设计计算中得出塔径为1.4米，有效塔高5.95米，筛孔数5868。
通过筛板塔的流体力学验算，证明各指标数据均符合标准。
本次设计过程正常，操作合适。
关键词：乙醇、水、二元精馏、筛板连续精馏精馏塔、精馏段第1章1.1精馏原理及其在化工生产上的应用实际生产中，在精馏柱及精馏塔中精馏时，上述部分气化和部分冷凝是同时进行的。
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。