化工原理课程设计计算说明书
题目：甲醇—水精馏塔设计
学院名称：化学工程学院
专业：化学工程与工艺
班级: 11-1
姓名：赵讯
学号：11402010116
指导教师：张亚静
2014年1月10日
目录
第一章设计任务书 (1)
第二章设计原则 (2)
第三章设计步骤 (3)
第四章精馏塔的工艺计算 (4)
第五章精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (9)
第六章塔板主要工艺尺寸的计算 (11)
第七章筛板的流体力学验算 (15)
第八章塔板负荷性能图 (18)
第九章辅助设备的计算和选型 (21)
设计评述 (27)
参考文献 (27)
第一章设计任务书
1.1 设计题目
设计题目：甲醇—水分离过程板式精馏塔的设计
设计要求：年产纯度为99%(质量分数，下同）的甲醇，塔底馏出液中含甲醇不得高于0.05%，原料液中含甲醇22%。
生产能力11100L/h
1.2操作条件
1) 操作压力常压
2) 进料热状态饱和进料
3) 回流比自选
4) 塔底加热蒸气压力0.3Mpa（表压）
1.3塔板类型
筛孔塔
1.4 工作日
每年工作日为330天，每天24小时连续运行。
1.5 设计说明书的内容
(1) 流程和工艺条件的确定和说明
(2) 操作条件和基础数据
(3) 精馏塔的物料衡算；
(4) 塔板数的确定；
(5) 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算；
(6) 精馏塔的塔体工艺尺寸计算；
(7) 塔板主要工艺尺寸的计算；
(8) 塔板的流体力学验算；
(9) 塔板负荷性能图；
(10)主要工艺接管尺寸的计算和选取
(11) 塔板主要结构参数表
(12) 对设计过程的评述和有关问题的讨论
第二章设计原则
2.1确定设计方案的原则
确定设计方案总的原则是在可能的条件下，尽量采用科学技术上的最新成就，使生产达到技术上最先进、经济上最合理的要求，符合优质、高产、安全、低消耗的原则。必须具体考虑如下几点：
2.1.1满足工艺和操作的要求
⑴首先必须保证产品达到任务规定的要求，而且质量要稳定。这就要求各流体流量和压头稳定，入塔料液的温度和状态稳定，从而需要采取相应的措施。
⑵其次所定的设计方案需要有一定的操作弹性，各处流量应能在一定范围内进行调节，必要时传热量也可进行调整。
因此，在必要的位置上要装置调节阀门，在管路中安装备用支线。计算传热面积和选取操作指标时，也应考虑到生产上的可能波动。再其次，要考虑必需装置的仪表(如温度计、压强计，流量计等)及其装置的位置，以便能通过这些仪表来观测生产过程是否正常，从而帮助找出不正常的原因，以便采取相应措施。2.1.2满足经济的要求
要节省热能和电能的消耗，减少设备及基建费用。如前所述在蒸馏过程中如能适当地利用塔顶、塔底的废热，就能节约很多生蒸汽和冷却水，也能减少电能消耗。同样，回流比的大小对操作费和设备费也有很大影响。降低生产成本是各部门的经常性任务，因此在设计时，是否合理利用热能，采用哪种加热方式，以及回流比和其他操作参数是否选得合适等，均要作全面考虑，力求总费用尽可能低一些。而且，应结合具体条件，选择最佳方案。
2.1.3满足安全生产的要求
例如甲醇属易燃有毒物料，不能让其蒸汽弥漫车间，也不能使用容易发生火花的设备。又如，塔是指定在常压下操作的，塔内压力过大或塔骤冷而产生真空，都会使塔受到破坏，因而需要安全装置。
以上三项原则在生产中都是同样重要的。但在化工原理课程设计中，对第一个原则应作较多的考虑，对第二个原则只作定性的考虑，而对第三个原则只要求作一般的考虑。
2.2精馏操作对塔设备的要求和类型
2.2.1 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。
2.2.2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。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。
第三章设计步骤
3.1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。
3.2 确定设计方案
本设计任务为分离甲醇——水混合物。对于二元混合物的分离，应采用连续精馏流程。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，冷凝液在泡点下一部分加回流至塔内，其余部分经产品冷却器后送至储罐。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。
第四章精馏塔的工艺计算
4.1物料衡算
4.1.1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
M=
a
水的摩尔质量为：18.01k g/k m
M=
b
原料液摩尔分率：x F=22/32.04/(22/32.04+78/18.01)=0.1369
塔顶摩尔分率：x D=99/32.04/(99/32.04+1/18.01)=0.9824
塔底摩尔分率：x W=0.05/32.04/(0.05/32.04+99.95/18.01)=0.00028
4.1.2原料液及其塔顶与塔底产品的平均摩尔质量
原料液平均摩尔质量：M F=0.1369×32.04+(1-0.1369) ×18.01=19.9307 kg/kmol 塔顶产品平均摩尔质量M D=0.9824×32.04+(1-0.9824) ×18.01=31.7931kg/kmol 塔底产品平均摩尔质量
M W=0.00028×32.04+(1-0. 00028) ×18.01=18.0139 kg/kmol
4.1.3全塔物料衡算
由手册查得甲醇—水物系的气液平衡数据得: x D=0.9824. T=64.29℃
T=64.29℃时，甲醇密度ρ=747 kg/m3水密度ρ=980.8 kg/m3
塔顶的平均密度ρ=747×0.9824+18.01×（1-0.9824）=751.124 kg/m3
D=11100L/h=11.1 m3/h=11.1×751.124×103/31.793=262.243kmol/h
F=D+W F x F =D x D +W x W
F=1884.992kmol/h W=1622.75kmol/h
式中 F—原料液流量，kmol/h
D—流出液流量，kmol/h
W—釜残液流量，kmol/h
X F—原料液中易挥发组分的摩尔分数
X D—流出液中易挥发组分的摩尔分数
X W —釜残液中易挥发组分的摩尔分数
4.2精馏段操作线方程
甲醇—水属理想物系，可采用图解法求理论板层数。
① 由手册查得甲醇—水物系的气液平衡数据（表1），绘出x-y 图，见图4.1。 表1 温度/℃ x y 温度/℃ x y 100 0.00 0.00 75.3 0.40 0.729 96.4 0.02 0.134 73.1 0.50 0.779 93.5 0.04 0.234 71.2 0.60 0.825 91.2 0.06 0.304 69.3 0.70 0.870 89.3 0.08 0.365 67.6 0.80 0.915 87.7 0.10 0.418 66.0 0.90 0.958 84.4 0.15 0.517 65.0 0.95 0.979 81.7 0.20 0.579 64.5 1.00 1.00 78.0 0.30
0.665
查得:y δ=0.4960，x δ=0.1369 Rmin=(xD-yδ)/(yδ-xδ)
=（0.9824-0.4960）/(0.496-0.1369) =1.354
R=1.7Rmin=1.7*1.354=2.3 L=RD=2.3*262.243=601.85kmol/h
V=(R+1)*D=(2.3+1)*262.243=864.09 kmol/h V ’=V=846.09 kmol/h
L ’=L+F=601.85+1884.992=2486.842 kmol/h
2981.06965.01
1+=+++=
X R x x R R
y D 4.3提馏段操作线方程
1'''m m W L W
y L W L W
χχ+=
---
00053.0878.2-='
-''=
x x V W
x V L y w 4.4进料方程
由于为泡点进料，则q=1
11
F q
y q q χχ=
--- y δ=0.4960 4.5图解法确定塔板数
可知，总理论塔板数NT 为13块(包括再沸器) 进料板位置NF 为自塔顶数起第8块。
4.6 理论板层数NT 的求取
操作温度
表3-1甲醇—水气、液平衡组成（摩尔）与温度关系
由上表数据（贾绍义,柴诚敬主编《化工原理课程设计》天津:天津大学出版社，2002）作甲醇-水的t-x-y 图如下图3-1所示：由上表和上图可知：
温度/℃ 液相 气相 温度/℃ 液相 气相 温度/℃ 液相 气相 100 0 0 84.4 0.15 0.517 69.3 0.70 0.870 96.4 0.02 0.134 81.7 0.20 0.579 67.6 0.80 0.915 93.5 0.04 0.234 78.0 0.30 0.665 66.0 0.90 0.958 91.2 0.06 0.304 75.3 0.40 0.729 65.0 0.95 0.979 89.3 0.08 0.365 73.1 0.50 0.779 64.5 1.0 1.0
87.7
0.10
0.418
71.2
0.60
0.825
X
t-x 60
6570758085909510000.10.20.30.40.50.60.70.80.9
1
系列1系列2
t-y
塔顶温度：t D =64.29℃ 进料板温度：t F =85.31℃ 塔底温度：t W =99.88℃
4.7液体黏度
液相平均黏度依下式计算，即i i Lm x μμlg lg ∑= 塔顶液相平均黏度的计算：
由t D =64.29℃，查液体黏度共线图，得μA =0.409 mPa·s ，μB =0.475 mPa·s lgμDm =0.9824lg0.409+(1-0.9824)lg0.475 μDm =0.41 mPa·s
塔底液相平均黏度的计算：
由t W =99.88℃，查液体黏度共线图，得μA =0.343 mPa·s ，μB =0.269 mPa·s lgμLm =0.00028lg0.343+(1-0.00028)lg0.269 μLm =0.269 mPa·s
所以，μL =(0.41+0.269)/2=0.339mPa·s
4.8全塔效率
E 0’=0.49(αu L )-0.245=0.49×(6.13×0.339) -0.245=0.40 则E 0= 1.2E 0’=1.2×0.40=0.48 精馏段理论塔板数 NT=8块 提馏段理论塔板数 NT=4块
精馏段实际塔板数N精=8.8/48.04%=17块
提馏段实际塔板数N提=3.2/48.04%=9块
4.9塔效率
η= xD×D/(xF×F)=262.243*0.9824/0.1369*1884.992=99.90%100
第五章精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算5.1操作压力
操作压力：kPa
P325
101
=
.
5.2操作温度
查甲醇—水的y
-图，可知：
x
t-
塔顶温度：t D=64.29℃
进料板温度：t F=85.31℃
塔底温度：t W=99.88℃
精馏段平均温度：t m=(64.29+85.31)/2=74.8℃
5.3平均摩尔质量
5.3.1塔顶混合物平均摩尔质量计算
由y1= x D=0.9824，查平衡曲线，得x1=0.958，则
M VDm =0.9824×32.04+(1-0.9824)×18.01=31.79 kg/koml
M LDm =0.958×32.04+(1-0.958)×18.01=31.45 kg/koml
5.3.2进料板混合物平均摩尔质量计算
由x F=0.1369，查平衡曲线，得y F=0.497
M VFm =0.497×32.04+(1-0.497)×18.01=24.98 kg/koml
M LFm =0.1369×32.04+(1-0.1369)×18.01=19.931 kg/koml
5.3.3精馏段混合物平均摩尔质量
M Lm =(31.45+19.931)/2=25.6905 kg/koml M Vm =(31.79 +24.98)/2=28.386 kg/koml
5.4 精馏段的平均密度 5.4.1 气相平均密度
由理想气体状态方程：
ρVm =P M Vm /R T m =101.325×28.386/[8.314×(273.15+74.8)]=1.052kg/m 3
5.4.2液相平均密度
液相平均密度依下式计算：
i i Lm ραρ//1∑=
①塔顶液相平均密度
由t D =64.29℃，查手册得ρA =745. kg/m 3，ρB =983.038 kg/m 3，且已知塔顶中甲 醇的质量分率为0.99，则
ρLDm =1/[0.99/745+(1-0.99)/983.038]=746.81 kg/m 3
②进料板液相平均密度
由t F =85.31℃，查手册得ρA =717kg/m 3，ρB =973.81 kg/m 3，且已知进料液中甲醇的质量分率为0.22，则
ρLFm =1/[0.22/717+(1-0.22)/973.81]=902.68 kg/m 3
③精馏段液相的平均密度
ρLm =(746.81+902.68)/2=824.745kg/m 3
5.5 液体平均表面张力
液体表面平均张力依下式计算，即i i Lm x σσ∑= ①塔顶液相平均表面张力的计算
由t D =64.29℃，查手册得σA =18.09 mN/m ，σB =65.057 mN/m
σLDm =0.9824×18.09+(1-0.9824) ×65.057=18.917mN/m
②进料板液相平均表面液体表面平均张力依下式计算，即i i Lm x σσ∑=
由t F =85.31℃，查手册得σA =16.87 mN/m ，σB =63.073mN/m
σLFm =0.1369×16.87+(1-0.1369) ×63.073=56.75mN/m
③精馏段液相平均表面张力计算
σLm =(18.917+56.75)/2=37.83 mN/m
第六章 塔板主要工艺尺寸的计算 6.1塔径计算
精馏段气、液相体积流率为：
V s =V M Vm /3600ρVm =(R+1)D×28.386/(3600×1.052)=6.486 m 3/s L s = L M Lm /3600ρLm =R*D×25.69/(3600×824.745)=0.00522 m 3/s
由
式中C 由
求取，其中C 20由图查取，图的
横坐标为
L s / V s (ρL /ρV )1/2=(0.00522/6.486) ×(824.745/1.052) 1/2=0.0225 取板间距H T =0.55m ，板上液层高度h L =0.05m ，则 H T - h L =0.55-0.05=0.5m
其中的20C 由史密斯关联图（姚玉英《化工原理（下）》P158页图3-7史密斯关联图），
查史密斯关联图得C 20=0.11
0.2 H T =0.6 0.45 0.3 0.15
0.4 0.3 0.2 1.0
0.7 0.1 0.04 0.03 0.02 0.07 0.01 0.04 0.03 0.02
0.07 0.01
0.1 0.09 0.06 0.05 V
L V f 20ρρρ-=u C 史密斯关联图
1
121
()h L h v L V ρρ
C=0.11×(37.83 /20)0.2=0.125
u max =0.125×[(824.745-1.052)/ 1.052] 1/2=3.50 m/s 取安全系数为0.8，则空塔气速为： u=0.8 u max =0.8×3.5=2.8 m/s 4
S V D u
π
=
=(4×6.486/3.14/2.8) 1/2=1.72m
按标准塔径圆整后为D=1.8m
塔截面积为A T =3.14*D2/4=3.14*1.8*1.8/4 =2.54m 2 实际空塔气速为u=6.486/2.54=2.55m/s
6.2 精馏塔有效高度计算
精馏段有效高度为
Z 精=(N 精-1) H T =(17-1) ×0.55=8.8 m 提馏段有效高度为
Z 提=(N 提-2) H T =(9-1) ×0.55=4.4m
在进料板上开两个、下方开一个人孔，其高度均为0.7m 。故精馏塔的有效高度为
Z= Z 精+ Z 提+0.7×2=8.8+4.4+0.7×2=14.6m
6.3溢流装置计算
塔板溢流形式有：U 型流、单溢流、双溢流和阶梯流。
表 溢流形式选择
塔 径 小塔、液体流量小
塔径小于2.2m
塔径大于2m 塔径很大、液体流量
很大
溢流形式
U 型流
单溢流
双溢流
阶梯流
因塔径D=1.8m ，选用单溢流弓形降液管，采用凹型受液盘。各项计算如下
6.3.1堰长
取W l =0.6D=0.6×1.8=1.08 m
6.3.2溢流堰高度
由W h =h L -h ow ,选用平直堰，堰上液层高度3
/2)(100084.2W
h OW l L E h =
式中 w h —堰高，m L h —板上液层高度，m ow h —堰上液层高度，m
近似E=1，则 3
/2)(100084.2W
h OW l L E h =
=2.84×1×(0.00522×3600/1.08）2/3/1000=0.0191m
取板上清液层高度h L =0.06 m ，故 W h =h L -h ow =0.06-0.0191=0.0409 m
6.3.3弓形降液管宽度和截面
由弓形降液管的参数图（姚玉英《化工原理（下）》P163页图3-12弓形降液管的宽度与面积）查得
由W l /D=0.6，查弓形降液管宽度和面积图，得
A f / A T =0.055，W d /D=0.125
故 A f =0.055 A T =0.055×2.54=0.140m 2 W d =0.11D=0.11×1.8=0.198 m 液体在降液管中的停留时间
t=3600 A f H T / L s =3600×0.14×0.55/0.00522×3600=14.75 s>5 s
故降液管设计合理。
式中 L h —塔内液体流量，m 3
/h H T —板间距，m
A f —弓形降液管截面积，m
2
6.3.4降液管底隙高度
底隙 h 0：通常在 30-40mm ，若太低易于堵塞。
0'
3600h
w L h l u =
，取u 0’=0.16 m/s 式中 L h —塔内液体流量，m 3
/h l w —堰长，m
'
0u —液体通过降液管底隙时的流速，m/s 。根据经验，一般取'
0u =0.07 m/s ~0.25
m/s
h 0= L s /3600W l u 0’=0.00522×3600/(3600×1.08×0.16) =0.030 2m W h - h 0=0.0409-0.030 2=0.0107m>0.006 m 故降液管底隙高度设计合理。
6.4 塔板布置
因mm D 800>，故塔板采用分块式。查分块式单流型塔板的堰长、弓形宽及降液管总面积的推荐值表得，塔板分为3块。
6.4.1边缘区宽度计算
取Ws=Ws’=0.05 m ，Wc=0.05 m 。
6.4.2开孔区面积计算
x=(D/2)-( W d +Ws)=(1.8/2)-(0.225+0.05)=0.67 m r=(D/2)- Wc=(1.8/2)- 0.05=0.85m 故开孔区面积)sin 180(212
2
2
r
x r x r x A a -+
-=π =2[0.67×(0.852-0.672) 1/2+3.14×0.852×sin -1(0.67/0.85)/180]
=2.53 m 2
式中 C W —边缘区宽度，m a A —开孔区面积，m
2
D W —弓形降液管宽度，m
S W —破沫区宽度，m
6.4.3筛孔计算及排列
本题所处的物系无腐蚀性，可选用mm 3=δ碳钢板，取筛孔直径d 0=5 mm ，筛孔按正三角形排列，取孔中心距t=3 d 0=15 mm
筛孔数目n=1.155Aa/t 2=1.155×2.53/0.0152=12987个 开孔率为=n*3.14*d 2/4a A =10.07﹪
气体通过阀孔的气速为u 0= V s /A 0=6.486/0.1007/2.53=25.46m/s
式中 a A —开孔区面积，m
2
t —孔间距，m
第七章 筛板的流体力学验算
7.1塔板压降 7.1.1干板阻力计算
)()(
051.0200L
V
c c u h ρρ= 式中 0u —气体通过筛孔的气速，m/s C 0—干筛孔的流量系数
1V ρ、1L ρ—分别为精馏段气、液相平均密度，kg/m 3
由67.13/5/0==δd ，
查流量系数图得772.00=c
故h c =0.051(u 0/c 0) 2 ( ρV /ρL )=0.051×(25.46/0.772) 2×(1.052/824.745)=0.071m 液柱
7.1.2气体通过液层的阻力计算
L h h β=1
单流型塔板u 0=V s /(A T -A f )=6.486/(2.54-0.14)=2.70 m/s
F 0= u 0ρV 1/2=2.70×1.0521/2=2.77
查充气系数图，得=0.59
所以L h h β=1=0.59×0.06=0.03454m 液柱
式中 V s —塔内气体流量，m 3
/s A
T —塔截面积，m 2
A f —弓形降液管截面积，m
2
式中 h L —板上液层高度，m
β—充气因数，无量纲。液相为水
时，β=0.6,油时，β=0.2~0.35，为碳氢化合物时，β=0.4~0.5
7.1.3液体表面张力的阻力计算
σh =4σL /ρL g d 0=4×37.83×10-3/(824.745×9.81×0.005)=0.00374m 液柱
气体通过每层塔板的液柱高度p h
σh h h h c p ++=1=0.071+0.03454+0.00374=0.1093m 液柱
气体通过每层塔板的压降为
=h p ρL g=0.1093×824.745×9.81=884.32Pa>80mmH2O=784.56 Pa （设计允许
值）
式中 d 0—孔直径，m
σm —操作物系的液体平均表面张力，mN/m
7.2 液面落差
对于筛板塔，液面落差很小，且塔径和液流量均不大，故可忽略液面落差的影响液面落差
7.3 液沫夹带
液沫夹带量2.36
)(
107.5f
T a
L
V h H u e -?=
-σ
h f =2.5 h L =2.5×0.06=0.15 m
故ev=5.7×10-6×[2.70/(0.55-0.15)]3.2/37.83×10-3=0.068kg 液/kg 气<0.1 kg 液/kg 气
式中 L h —板上液层高度，m H T —板间距，m
σm —操作物系的液体平均表面张力，mN/m u a —气体通过筛孔时的速度，m/s
故在本设计中液沫夹带量V e 在允许范围内。
7.4 漏液
对筛板塔，漏液点气速υσρρ/)13.00056.0(4.40min
,0L L h h C u
-+=
=4.4×0.772×[(0.0056+0.13×0.06-0.00374)824.7/1.052]1/2
=9.35m/s
实际孔速u 0=25.46 m/s>
稳定系数K= u 0/
=25.46/9.35=2.723>1.5
式中 —板L h 上液层高度，m
C 0—干筛孔的流量系数
1V ρ、1L ρ—分别为精馏段气、液相平均密度，kg/m
3
h σ—与液体表面张力压强降相当的液柱高度，m
故在本设计中无明显漏液。
7.5 液泛
为防止塔内发生液泛，降液管内液层高d
H
应服从)(W T d h H H +≤?
式中 H T —板间距，m
h w —堰高，m
φ—系数，是考虑到降液管内充气及操作安全两种因素的校正系数。易气泡物系0.30.4?=-，不易起泡物系0.60.7?=-，一般物系，取0.5?=。
则
( H T +W h )=0.5×(0.55+0.0409)=0.295 m
板上不设进口堰，则m u h o
d 001.0)08.0(153.0)(153.022=='=液柱 H d =h p +h L +h d =0.1093+0.06+0.001=0.1703m
因)(W T d h H H +≤?，故在本设计中不会发生液泛现象。
第八章 塔板负荷性能图
8.1漏液线
由V L L o o h h C u ρρσ/)13.00056.0(4.4min ,-+= o
s o A V u m i n
,m i n ,=
OW W L h h h += 3
/2)(100084.2W
h OW l L E h =
得：V L W
h W o o s h l L E h A C V ρρσ/}])(100084
.2[13.00056.0{4.43/2min ,-++=
=4.4×0.772×0.1007×2.53×({0.0056+0.13[0.0409+2.84×1(3600L s /1.08 )2/3/1000]-0.0036}×824.7/1.052) 1/2=24.22(0.00732+0.0824 L s 2/3) 1/2
在操作范围内，任取几个s L 值，依上式计算出s V 值，计算结果列表如下：
板式精馏塔设计方案 第三节精馏方案简介 (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件数据的计算； (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) 绘制生产工艺流程图； (10) 绘制精馏塔设计条件图； (11) 对设计过程的评述和有关问题的讨论。 设计方案的确定及工艺流程的说明 原料液由泵从原料储罐中引岀，在预热器中预热至84 C后送入连续板式精馏塔(筛板塔)，塔顶上升蒸汽 流采用强制循环式列管全凝器冷凝后一部分作为回流液，其余作为产品经冷却至25 C后送至产品槽；塔釜采用热虹吸立式再沸器提供气相流，塔釜残液送至废热锅炉。 第四节：精馏工艺流程草图及说明
、流程方案的选择
1. 生产流程方案的确定: 原料主要有三个组分：C2°、C3二、C3°,生产方案有两种：（见下图A , B ）如 任务书规定： 图（A ） 为按挥发度递减顺序采出，图（B ）为按挥发度递增顺序采出。在基本有机化工 生产过程中，按挥发度递减的顺序依次采出馏分的流程较常见。 因各组分采出之 前只需一次汽化和冷凝，即可得到产品。而图（B ）所示方法中，除最难挥发组 分外。其它组分在采出前需经过多次汽化和冷凝才能得到产品， 能量（热量和冷 量）消耗大。并且，由于物料的循环增多，使物料处理量加大，塔径也相应加大， 再沸器、冷凝器的传热面积相应加大，设备投资费用大，公用工程消耗增多，故 应选用图（A ）所示的是生产方案。 2. 工艺流程分离法的选择： 在工艺流程方面，主要有深冷分离和常温加压分离法。 脱乙烷塔，丙烯精制 塔采用常温加压分离法。因为 C2, C3在常压下沸点较低呈气态采用加压精馏沸 点可提高，这样就无须冷冻设备，可使用一般水为冷却介质，操作比较方便工艺 简单，而且就精馏过程而言，获得高压比获得低温在设备和能量消耗方面更为经 济一些，但高压会使釜温增加，引起重组分的聚合，使烃的相对挥发度降低，分 离难度加大。可是深冷分离法需采用制冷剂来得到低温， 采用闭式热泵流程，将 精馏塔和制冷循环结合起来，工艺流程复杂。综合考滤故选用常温加压分离法流 程。 1、 脱乙烷塔：根据原料组成及计算：精馏段只设四块浮伐 塔板,塔顶采用分 凝器、全回流操作 2、 丙烯精制塔：混合物借精馏法进行分离时它的难易程度取决 于混合 物的沸点差即取决于他们的相对挥发度丙烷一丙烯的 C2 C3 = C3 ° iC4 W% 5.00 73.20 20.80 0.52 0.48 100 工艺特点: 原料 C 工 C 。 (A ) (B )
化工原理课程设计 –––––板式精馏塔的设计 姓名单素民 班级 1114071 学号 111407102 指导老师刘丽华 河南城建学院
序言 化工原理课程设计是综合运用《化工原理》课程和有关先修课程（《物理化学》，《化工制图》等）所学知识，完成一个单元设备设计为主的一次性实践教学，是理论联系实际的桥梁，在整个教学中起着培养学生能力的重要作用。通过课程设计，要求更加熟悉工程设计的基本内容，掌握化工单元操作设计的主要程序及方法，锻炼和提高学生综合运用理论知识和技能的能力，问题分析能力，思考问题能力，计算能力等。 精馏是分离液体混合物（含可液化的气体混合物）最常用的一种单元操作，在化工，炼油，石油化工等工业中得到广泛应用。精馏过程在能量剂驱动下（有时加质量剂），使气液两相多次直接接触和分离，利用液相混合物中各组分的挥发度的不同，使易挥发组分由液相向气相转移，难挥发组分由气相向液相转移，实现原料混合液中各组分的分离。根据生产上的不同要求，精馏操作可以是连续的或间歇的，有些特殊的物系还可采用衡沸精馏或萃取精馏等特殊方法进行分离。本设计的题目是苯-甲苯连续精馏筛板塔的设计，即需设计一个精馏塔用来分离易挥发的苯和不易挥发的甲苯，采用连续操作方式，需设计一板式塔将其分离。
目录 一、化工原理课程设计任书 (3) 二、设计计算 (3) 1.设计方案的确定 (3) 2.精馏塔的物料衡算 (3) 3.塔板数的确定 (4) 4.精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (8) 5.精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (10) 6.塔板主要工艺尺寸的计算 (11) 7.筛板的流体力学验算 (13) 8.塔板负荷性能图 (15) 9.接管尺寸确定 (30) 二、个人总结 (32) 三、参考书目 (33)
在一常压操作的连续精馏塔内分离水—乙醇混合物。已知原料的处理量为2000吨、组成为36%（乙醇的质量分率，下同），要求塔顶馏出液的组成为82%，塔底釜液的组成为6%。 设计条件如下： 操作压力 5kPa(塔顶表压)； 进料热状况 自选 ； 回流比 自选； 单板压降 ≤； 根据上述工艺条件作出筛板塔的设计计算。 【设计计算】 （一）设计方案的确定 本设计任务为分离水—乙醇混合物。对于二元混合物的分离，应采用连续精馏流程。 设计中采用泡点进料，将原料液通过预料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却器冷却后送至储罐。该物系属易分离物系，最小回流比较小，故操作回流比取最小回流比的倍。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底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 A M =46.07kg/kmol 水的摩尔质量 B M =18.02kg/kmol F x =18.002 .1864.007.4636.007 .4636.0=+= D x =64.002.1818.007.4682.007 .4682.0=+= W x =024.002 .1894.007.4606.007 .4606.0=+= 2.原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 F M =×+×=23.07kg/kmol D M =×+×=35.97kg/kmol W M =×+×=18.69kg/kmol 3.物料衡算 以每年工作250天，每天工作12小时计算 原料处理量 F = 90.2812 25007.231000 2000=???kmol/h 总物料衡算 =W D + 水物料衡算 ×=+W
化学与化学工程学院 《化工原理》专业课程设计 设计题目常压甲醇－水筛板精馏塔设计 姓名：潘永春 班级：化工101 学号： 2010054052
指导教师：朱宪 荣 课程设计时间2013、6、8——2013、6、20 化工原理课程设计任务书 专业：化学与化学工程学院：化工101 姓名：潘永春 学号20100054052 指导教师朱宪荣 设计日期：2013 年6月8日至2013年6月20日 一、设计题目：甲醇－水精馏塔的设计 二、设计任务及操作条件： 1、设计任务 生产能力（进料）413.34Kmol/hr
操作周期8000小时/年 进料组成甲醇0.4634 水0.5366（质量分率下同） 进料密度233.9Kg/m3 平均分子量22.65 塔顶产品组成>99% 塔底产品组成<0.04% 2、操作条件 操作压力 1.45bar （表压） 进料热状态汽液混合物液相分率98% 冷却水20℃ 直接蒸汽加热低压水蒸气 塔顶为全凝器，中间汽液混合物进料，连续精馏。 3、设备形式筛板式或浮阀塔 4、厂址齐齐哈尔地区 三、图纸要求 1、计算说明书（含草稿） 2、精馏塔装配图（1号图，含草稿）
一．前言 5 1.精馏与塔设备简介 5 2.体系介绍 5 3.筛板塔的特点 6 4.设计要求: 6 二、设计说明书7 三．设计计算书8 1.设计参数的确定8 1.1进料热状态 8 1.2加热方式8 1.3回流比（R）的选择 8 1.4 塔顶冷凝水的选择8 2.流程简介及流程图8 2.1流程简介8 3.理论塔板数的计算与实际板数的确定9 3.1理论板数计算9 3.1.1物料衡算9
板式精馏塔设计方案 一、设计方案确定 1.1 精馏流程 精馏装置包括精馏塔，原料预热器，再沸器，冷凝器，釜液冷却器和产品冷却器等,为保持塔的操作稳定性，流程中用泵直接送入塔原料，乙醇、水混合原料液经预热器加热至泡点后，送入精馏塔。塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝后经分配器一部分回流，一部分经过冷却器后送入产品储槽，塔釜采用间接蒸汽再沸器供热，塔底产品经冷却后为冷却水循环利用。 塔板是板式塔的主要构件，分为错流式塔板和逆流式塔板两类，工业中以错流式为主，常用的错流式塔板有：泡罩塔板，筛孔塔板，浮阀塔板。泡罩塔板是工业上应用最早的塔板，其主要的优点是操作弹性较大，液气比围较大，不易堵塞；但由于生产能力及板效率底，已逐渐被筛孔塔板和浮阀塔板所替代。筛孔塔板优点是结构简单，造价低，板上液面落差小，气体压强底，生产能力大；其缺点是筛孔易堵塞，易产生漏液，导致操作弹性减小，传质效率下降。而浮阀塔板是在泡罩塔板和筛孔塔板的基础上发展起来的，它吸收了前述两种塔板的优点。浮阀塔板结构简单，制造方便，造价底；塔板开孔率大，故生产能力大；由于阀片可随气量变化自由升降，故操作弹性大；因上升气流水平吹入液层，气液接触时间长，故塔板效率较高。但浮阀塔板也有缺点，即不易处理易结焦、高粘度的物料，而设计的原料是乙醇-水溶液，不属于此类。故总结上述，设计时选择的是浮阀塔板。 1.2设计方案论证及确定 1.2.1 生产时日及处理量的选择：设计要求塔年处理11.5万吨乙醇—水溶液系统，年工作日300d，每天工作24h。 1.2.2 选择用板式塔不用填料塔的原因：因为精馏塔精馏塔对塔设备的要求大致如下： （1）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。
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，D 2）塔板数的确定：
滨州学院 课程设计任务书 一、课题名称 甲醇——水分离过程板式精馏塔设计 二、课题条件（原始数据） 原料：甲醇、水溶液 处理量：3200Kg/h 原料组成：33%（甲醇的质量分率） 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：98%（质量分率） 塔底釜液含甲醇含量不高于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、设计内容 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 设计说明书的基本内容 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 ⑴写出详细计算步骤，并注明选用数据的来源 ⑵每项设计结束后列出计算结果明细表 ⑶设计最终需装订成册上交 四、进度计划（列出完成项目设计内容、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内容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
板式精馏塔设计任务书 1、概述 1.1 精馏单元操作的简介 精馏是分离液体混合物（含可液化的气体混合物）最常用的一种单元操作，精馏过程在能量剂驱动下，使气液两相多次直接接触和分离，利用液相混合物中各组分的挥发度的不同，使易挥发组分由液相向气相转移，难挥发组分由气相向液相转移，实现原料混合液中各组分的分离。根据生产上的不同要求，精馏操作可以是连续的或间歇的，有些特殊的物系还可采用衡沸精馏或萃取精馏等特殊方法进行分离。本设计的题目是苯-甲苯连续精馏筛板塔的设计，即需设计一个精馏塔用来分离易挥发的苯和不易挥发的甲苯，采用连续操作方式，需设计一板式塔将其分离。分离苯和甲苯，可以利用二者沸点的不同，采用塔式设备改变其温度，使其分离并分别进行回收和储存。 1.2 精馏塔简介 精馏塔是一圆形筒体，塔装有多层塔板或填料，塔中部适宜位置设有进料板。两相在塔板上相互接触时，液相被加热，液相中易挥发组分向气相中转移；气相被部分冷凝，气相中难挥发组分向液相中转移，从而使混合物中的组分得到高程度的分离。 简单精馏中，只有一股进料，进料位置将塔分为精馏段和提馏段，而在塔顶和塔底分别引出一股产品。精馏塔，气、液两相的温度和压力自上而下逐渐增加，塔顶最低，塔底最高。 1.3 苯-甲苯混合物简介 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，而且其部分都是均相物质。生产中为了满足储存，运输，加工和使用的需求，时常需要将这些混合物分离为较纯净或几乎纯态的物质. 芳香族化合物是化工生产中的重要的原材料，而苯和甲苯是各有其重要作用。苯是化工工业和医药工业的重要基本原料，可用来制备染料，树脂，农药，合成药物，合成橡胶，合成纤维和洗涤剂等等；甲苯不仅是有机化工合成的优良溶剂，而且可以合成异氰酸酯，甲酚等化工产品，同时也可以用来制造三硝基甲苯，苯甲酸，对苯二甲酸，防腐剂，染料，泡沫塑料，合成纤维等。 1.4设计依据 本设计依据《化工原理课程设计》的设计实例，对所提出的题目进行分析并做出理论计算。 1.5 技术来源
《化工原理》课程设计报告 苯-氯苯分离过程板式精馏塔设计 学院 专业 班级 学号 姓名 合作者 指导教师
化工原理设计任务书 一、设计题目: 苯-氯苯分离过程板式精馏塔设计 二、设计任务 1）进精馏塔的原料液中含氯苯为38%（质量百分比，下同），其余为苯。 2）塔顶馏出液中含氯苯不高于2%。 3）生产能力为日产纯度为99.8%的氯苯Z吨产品。年工作日300天，每天24小时连续运行。（设计任务量为3.5吨/小时） 三、操作条件 1.塔顶压强4kPa（表压）； 2.进料热状况，自选； 3.回流比，自选； 4.塔釜加热蒸汽压力0.5MPa； 5.单板压降不大于0.7kPa； 6. 设备型式：自选 7．厂址天津地区 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五行数据的计算； 4.精馏塔的塔体工艺尺寸计算； 5.塔板的主要工艺尺寸计算； 6.塔板的流体力学计算； 7.塔板负荷性能图； 8.精馏塔接管尺寸计算； 9.绘制生产工艺流程图； 10.绘制精馏塔设计条件图； 11.绘制塔板施工图； 12.对设计过程的评述和有关问题的讨论
五、基础数据 1.组分的饱和蒸汽压 i p （mmHg ） 2.组分的液相密度ρ（kg/m 3） 纯组分在任何温度下的密度可由下式计算 苯 t A 187.1912-=ρ 氯苯 t B 111.11127-= ρ 式中的t 为温度，℃。 3.组分的表面张力σ（mN/m ） 双组分混合液体的表面张力m σ可按下式计算： A B B A B A m x x σσσσσ+= （B A x x 、为A 、B 组分的摩尔分率） 4.氯苯的汽化潜热 常压沸点下的汽化潜热为35.3×103kJ/kmol 。 纯组分的汽化潜热与温度的关系可用下式表示： 38 .01212??? ? ??--=t t t t r r c c （氯苯的临界温度：C ?=2.359c t ） 5.其他物性数据可查化工原理附录。
南京工业大学 《化工原理》课程设计 设计题目 常压甲醇－水筛板精馏塔设计 学生姓名 陈献富 班级、学号 化工070313 指导教师姓名 刘晓勤、王晓东 课程设计时间2010年6月14日-2010年6月25日 课程设计成绩 指导教师签字
化学化工学院 课程名称化工原理课程设计 设计题目常压甲醇－水筛板精馏塔设计 学生姓名周佳佳专业化学工程与工艺 班级学号1001090605 设计日期2010 年6 月14 日至2009 年6 月25日 设计条件及任务： 设计体系：甲醇－水体系 设计条件： 进料量：F= 200 kmol/h 进料浓度：Z F= 0.35 （摩尔量分数） 进料状态：q= 1.08 操作条件： 塔顶压强为4kPa(表压)，单板压降不大于0.7kPa。 塔顶冷凝水采用深井水，温度t＝12℃； 塔釜加热方式：间接蒸汽加热，采用3kgf/cm2(表压)水蒸汽 全塔效率：E T = 52% 分离要求：X D= 0.995（质量分数）；X W= 0.002（质量分数）； 回流比：R/R min =1.6 指导教师刘晓勤、王晓东 2010年6月11日
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绪论 1.精馏简介 蒸馏是分离液体混合物的一种方法，是一种属于传质分离的。广泛应用于炼油、、轻工等领域。蒸馏的理论依据是利用溶液中各组分蒸汽压的差异，即各组分在相同的压力、温度下，其挥发性能不同（或沸点不同）来实现分离目的。以本设计所选取的甲醇-水体系为例，加热甲醇（沸点64.5℃）和水（沸点100.0℃）的混合物时,由于甲醇的沸点较低（即挥发度较高）,所以甲醇易从液相中汽化出来。若将汽化的蒸汽全部冷凝，即可得到甲醇组成高于原料的产品，依此进行多次汽化及冷凝过程，即可将甲醇和水分离。经过多次部分汽化部分冷凝，最终在汽相中得到较纯的易挥发组分，而在液相中得到较纯的难挥发组分，这就是精馏。 在工业精馏设备中，使部分汽化的液相与部分冷凝的气相直接接触，以进行气液相际传质，结果是气相中的难挥发组分部分转入液相，中的易挥发组分部分转入气相，也即同时实现了液相的部分汽化和气相的部分冷凝。 蒸馏按操作可分为简单蒸馏、平衡蒸馏、精馏、特殊精馏等多种方式。按原料中所含组分数目可分为双组分蒸馏及多组分蒸馏。按操作压力则可分为常压蒸馏、加压蒸馏、减压（真空）蒸馏。此外，按操作是否连续蒸馏和间歇蒸馏。工业中的蒸馏多为多组分精馏，从石油工业、酒精工业直至焦油分离，基本有机合成，空气分离等等，特别是 大规模的生产中精馏的应用更为广泛。本设计着重讨论常压下甲醇-水双组分体系精馏。 2.塔设备简介 塔设备是炼油、化工、石油化工等生产中广泛应用的气液传质设备。根据塔内气液 接触件的结构型式，可分为板式塔和填料塔两大类。板式塔内设置一定数量踏板，气 体以鼓泡活喷射形式穿过板上液层进行质、热传递，气液相组成成阶梯变化，属逐级 接触逆流操作过程。填料塔内有定高度的填料层，液体自塔顶沿填料表面下流，气体 逆流而上（也有并流向下者）与液相接触进行质、热传递，气相组成沿塔高连续变化，属微分接触操作过程。 工业上对塔设备的主要要求：（1）生产能力大；（2）传质、传热效率高；（3） 气流的摩擦阻力小；（4）操作稳定，适应性强，操作弹性大；（5）结构简单，材料 消耗少；（6）制造安装容易，操作维修方便。此外还要求不易堵塞、耐腐蚀等。 实际上，任何塔设备都难以满足上述所有要求，因此，设计者应根据塔型特点、物 系性质、生产工艺条件、操作方式、设备投资、操作与维修费用等技术经济评价以及 设计经验等因素，依矛盾的主次，综合考虑，选择适宜的塔型。
河西学院 Hexi University 化工原理课程设计 题目: 甲醇-水板式分离精馏塔设计学院: 化学化工学院 专业: 化学工程与工艺 学号: 2014210036 姓名: 张小宝 指导教师: 冯敏 2016 年11 月29日
化工原理课程设计任务书一、设计题目 甲醇-水分离板式精馏塔设计 二、设计任务及操作条件 1.设计任务 生产能力（进料量）5万吨/年 操作周期每年300天，每天24小时运行 进料组成含甲醇46% （质量分率，下同） 塔顶产品组成甲醇含量不低于99.7% 塔底产品组成甲醇含量不高于0.5% 2.操作条件 操作压力常压 进料热状态自选 塔底加热蒸汽压力0.3MPa(表压) 单板压降≤0.7kPa 3.设备型式筛板或浮阀塔板 4.厂址张掖 三、设计内容 1.设计方案的选择及流程说明 2.塔的工艺计算 3.主要设备工艺尺寸设计 （1）塔径、塔高及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、总压降及接管尺寸的确定 4.辅助设备选型与计算 5.设计结果汇总 6.工艺流程图及精馏工艺条件图 7.设计评述
目录 1 概述 (1) 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 (2) 1.4 流程的确定和说明 (2) 2 精馏塔的物料衡算 (2) 2.1 原料液及塔顶和塔底的摩尔分率 (2) 2.2 原料液及塔顶和塔底产品的平均摩尔质量 (3) 2.3 物料衡算 (3) 3 塔板数的确定 (3) 3.1 理论板层数 N的求取 (3) T 3.1.1 相对挥发度的求取 (3) 3.1.2 求最小回流比及操作回流比 (4) 3.1.3 求精馏塔的气、液相负荷 (5) 3.1.4 求操作线方程 (5) 3.1.5 采用图解法求理论板层数 (6) 3.2 实际板层数的求取 (6) 3.2.1 液相的平均粘度 (6) 3.2.2 精馏段和提馏段的相对挥发度 (7) 3.2.3 全塔效率E T和实际塔板数 (7) 4 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (7) 4.1 操作压力的计算 (7) 4.2 操作温度计算 (8) 4.3 平均摩尔质量计算 (8) 4.4 平均密度计算 (9) 4.4.1 气相平均密度计算 (9) 4.4.2 液相平均密度计算 (9)
板式精馏塔设计任务书4-3 一、设计题目： 苯―甲苯精馏分离板式塔设计 二、设计任务及操作条件 1、设计任务：生产能力（进料量） 6万吨／年 操作周期 7200 小时／年 进料组成 48.0％（质量分率，下同） 塔顶产品组成 98.0％ 塔底产品组成 3.0% 2、操作条件 操作压力常压 进料热状态泡点进料 冷却水 20℃ 加热蒸汽 0.19MPa 3、设备型式筛板塔 4、厂址安徽省合肥市 三、设计内容： 1、概述 2、设计方案的选择及流程说明 3、塔板数的计算(板式塔) ( 1 ) 物料衡算; ( 2 ) 平衡数据和物料数据的计算或查阅; ( 3 ) 回流比的选择; ( 4 ) 理论板数和实际板数的计算; 4、主要设备工艺尺寸设计 ( 1 ) 塔内气液负荷的计算; ( 2 ) 塔径的计算; ( 3 ) 塔板结构图设计和计算； ( 4 )流体力学校核； ( 5 )塔板负荷性能计算； ( 6 )塔接管尺寸计算； ( 7 )总塔高、总压降及接管尺寸的确定。 5、辅助设备选型与计算 6、设计结果汇总 7、工艺流程图及精馏塔装配图 8、设计评述
目录 1、概述 (3) 1.1 精馏单元操作的简介 (3) 1.2 精馏塔简介 (3) 1.3 苯-甲苯混合物简介 (3) 1.4设计依据 (3) 1.5 技术来源 (3) 1.6 设计任务和要求 (4) 2、设计计算 (4) 2.1确定设计方案的原则 (4) 2.2操作条件的确定 (4) 2.2.1操作压力 (4) 2.2.2进料状态 (5) 2.2.3加热方式的选择 (5) 2.3设计方案的选定及基础数据的搜集 (5) 2.4板式精馏塔的简图 (6) 2.5常用数据表： (6) 3、计算过程 (8) 3.1 相关工艺的计算 (9) 3.1.1 原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 (9) 3.1.2原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 (9) 3.1.3 物料衡算 (9) 3.1.4 最小回流比及操作回流比的确定 (9) 3.1.5精馏塔的气、液相负荷和操作线方程 (10) 3.1.6逐板法求理论塔板数 (10) 3.1.7精馏塔效率的估算 (12) 3.1.8实际板数的求取 (12) 3.2精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (12) 3.2.1操作压力计算 (12) 3.2.2操作温度计算 (13) 3.2.3平均摩尔质量计算 (13) 3.2.4平均密度计算 (14) 3.2.5液体平均表面张力计算 (15) 3.2.6液体平均粘度计算 (16) 3.3 精馏塔的主要工艺尺寸的计算 (17) 3.3.1 塔内气液负荷的计算 (17) 3.3.2 塔径的计算 (17) 3.3.3 精馏塔有效高度的计算 (19) 3.4 塔板结构尺寸的计算 (19) 3.4.1 溢流装置计算- (19) 3.4.2塔板布置 (21) 3.5筛板的流体力学验算 (23) 3.5.1 塔板压降相当的液柱高度计算 (23) 3.5.2液面落差 (24)
化工原理课程设计 设计题目： 班级： 姓名： 学号： 指导教师： 完成日期：年月日 化工系
设计内容及要求 一、设计内容 1．设计方案的选定 对给定或选定的工艺流程、主要设备的型式进行简要的论述； 2．主要设备的工艺设计计算 选定工艺参数，物料衡算，热量衡算，单元操作的工艺计算并绘制相应的工艺流程图，标出物流量及主要测量点； 3．设备设计 设备的结构设计和工艺尺寸的设计计算，并绘制设备的工艺条件图。图面应包括设备的主要工艺尺寸、技术特性和接管表； 4．辅助设备选型 典型辅助设备主要工艺尺寸的计算，设备规格、型号的选定； 二、设计说明书编写 （1）封面课程设计题目、班级、姓名、指导教师、时间 （2）设计任务书 （3）目录 （4）设计方案简介 （5）设计条件及主要物性参数表 （6）工艺计算及主体设备设计 （7）辅助设备的计算及选型 （8）设计结果汇总表 （9）设计评述,设计者对本设计的评述及通过设计的收获体会 （10）附图（带控制点的工艺流程简图、主题设备设计条件图） （11）参考文献 （12）主要符号说明 图纸要求：工艺流程图采用4号图纸，设备装置图采用3号图纸，要求布局美观，图面整洁，图表清楚，尺寸标识准确，各部分线形精细符合国家化工制图标准。 报告内容必须齐全，打印或手写。打印用A4纸，字号为宋体、小四，标题加黑。 三、参考资料 1．化工原理课程设计（天大教材） 2．《化学工程手册1-3》化学工业出版社 3．《化工设备设计基础》化学工业出版社 4．《化工设备机械基础》化学工业出版社 5．化工设备技术全书编辑委员会.化工设备全书—塔设备设计.上海：上海科学技术出版1988 6．石油化学工业规划设计院.塔的工艺计算.北京：石油化学工业出版社，1997
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
新疆工业高等专科学校 课程设计任务书 2学年2学期2011年7月5日 专业应用化工技术班级应化09—4 （2）班 课程名称精馏塔设计 设计题目筛板精馏塔的设计指导教师李培 起止时间2011/7/4—2011/7/9 周数 1 设计地点教学楼 设计目的： 1着重加深学生对于化工原理理论知识的掌握。 2积极引导学生去思考，培养他们灵活运用所学知识去解决问题的能力，以及查阅资料、处理数据的能力。 设计任务或主要技术指标： 设计一个生产能力为5000kg/h，原料中甲醇含量为45%（摩尔分数，以下同），分离要求为塔顶甲醇含量不低于95%；塔底甲醇含量不高于1%；常压下操作，塔顶采用全凝器，饱和液体进料的筛板精馏塔。 设计进度与要求： 1拟订题目和课程设计指导书（包括课程设计目的、内容、要求、进度、成绩评定等），制定具体考核形式（一般应采用平常情况和答辩相结合方式）并于课程设计开始时向学生公布。 2完整的课程设计应由设计草稿书和任务书组成。草稿书不上交系里，是备指导老师检查之用，以督促学生按时完成设计及防止学生间抄袭。任务书应上交按照指定格式编排好的电子版及打印版。7月8日前上交系里。 主要参考书及参考资料： 1.陈敏恒等。化工原理，上、下册，第三版.北京：化学工业出版社，2006 2.《化学工程手册》编辑委员会.化学工程手册，第一版，第一篇，第13篇.北京：化学工业出版社，1979 3.陈英南。常用化工单元设备的设计.上海：华东理工大学出版社，2005 4.卢焕章。石油化工基础数据手册.北京：化学工业出版社，1982 5.祁存谦等。化工原理，上、下册，第二版.北京：化学工业出版社，2009 6.张立新等。传质与分离技术.北京：化学工业出版社，2009
河南科技学院化工原理（下）课程设计 处理量为7万吨/年二硫化碳和四氯化碳体系精馏分离板式塔设计 学院：化学化工学院 专业：化学工程与工艺 班级：化工094班 姓名：吕庆宝 指导教师：杨胜凯
【精馏塔设计任务书】 一设计题目 精馏塔及其主要附属设备设计 二工艺条件 生产能力：7万吨每年（料液） 年工作日：7200小时 原料组成：32%的二硫化碳和68%的四氯化碳（摩尔分率，下同） 产品组成：馏出液 96%的二硫化碳，釜液2.4%的二硫化碳 操作压力：塔顶压强为常压 进料温度：泡点 进料状况：自定 加热方式：直接蒸汽加热 回流比：自选 三设计内容 1 确定精馏装置流程; 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 四设计结果总汇 将精馏塔的工艺设计计算的结果列在精馏塔的工艺设计计算结果总表中。
五参考文献 列出在本次设计过程中所用到的文献名称、作者、出版社、出版日期。 流程的设计及说明 图1 板式精馏塔的工艺流程简图 工艺流程：如图1所示。原料液由高位槽经过预热器预热后进入精馏塔内。操作时连续的从再沸器中取出部分液体作为塔底产品（釜残液）再沸器中原料液部分汽化，产生上升蒸汽，依次通过各层塔板。塔顶蒸汽进入冷凝器中全部冷凝或部分冷凝，然后进入贮槽再经过冷却器冷却。并将冷凝液借助重力作用送回塔顶作为回流液体，其余部分经过冷凝器后被送出作为塔顶产品。为了使精馏塔连续的稳定的进行，流程中还要考虑设置原料槽。产品槽和相应的泵,有时还要设置高位槽。为了便于了解操作中的情况及时发现问题和采取相应的措施，常在流程中的适当位置设置必要的仪表。比如流量计、温度计和压力表等，以测量物流的各项参数。 【已知参数】:
《化工原理课程设计》报告 4万吨/年甲醇~水 板式精馏塔设计
目录 一、概述 (4) 1.1 设计依据·································错误！未定义书签。 1.2 技术来源·································错误！未定义书签。 1.3 设计任务及要求 (5) 二：计算过程 (7) 1. 塔型选择 (7) 2. 操作条件的确定 (8) 2.1 操作压力 (8) 2.2 进料状态 (8) 2.3 加热方式 (8) 2.4 热能利用 (8) 3. 有关的工艺计算 (9) 3.1 最小回流比及操作回流比的确定·········错误！未定义书签。 3.2 塔顶产品产量、釜残液量及加热蒸汽量的计算错误！未定义书签。 3.3 全凝器冷凝介质的消耗量 (17) 3.4 热能利用·····························错误！未定义书签。 3.5 理论塔板层数的确定 (17) 3.6 全塔效率的估算·······················错误！未定义书签。 N·······················错误！未定义书签。 3.7 实际塔板数 P 4. 精馏塔主题尺寸的计算······················错误！未定义书签。 4.1 精馏段与提馏段的体积流量·············错误！未定义书签。 4.1.1 精馏段 (20) 4.1.2 提馏段 (22) 4.2 塔径的计算 (24) 4.3 塔高的计算 (33) 5. 塔板结构尺寸的确定 (27) 5.1 塔板尺寸 (27) 5.2 弓形降液管···························错误！未定义书签。 5.2.1 堰高 (29) 5.2.2 降液管底隙高度h0 (30) 5.2.3 进口堰高和受液盘···············错误！未定义书签。 5.3 浮阀数目及排列 (31)
甲醇水筛板精馏塔课程设计 《化工原理》专业课程设计设计题目常压甲醇－水筛板精馏塔设计姓名：潘永春班级：化工101 学号：xx054052 指导教师：朱宪荣课程设计时间xx、6、8xx、6、20 化工原理课程设计任务书专业：化学与化学工程学院：化工101 姓名：潘永春学号 xx0054052 指导教师朱宪荣设计日期：xx 年6月8日至 xx年6月20日 一、设计题目： 甲醇－水精馏塔的设计 二、设计任务及操作条件： 1、设计任务生产能力（进料）4 13、34Kmol/hr操作周期8000小时/年进料组成甲醇0、4634 水0、5366（质量分率下同）进料密度2 33、9Kg/m3 平均分子量 22、65塔顶产品组成 >99%塔底产品组成 <0、04% 2、操作条件操作压力 1、45bar （表压）进料热状态汽液混合物液相分率98% 冷却水20℃ 直接蒸汽加热低压水蒸气塔顶为全凝器，中间汽液混合物进料，连续精馏。 3、设备形式筛板式或浮阀塔 4、厂址齐齐哈尔地区
三、图纸要求 1、计算说明书（含草稿） 2、精馏塔装配图（1号图，含草稿）一、前言 51、精馏与塔设备简介 52、体系介绍 53、筛板塔的特点 64、设计要求:6 二、设计说明书7三、设计计算书 81、设计参数的确定 81、1进料热状态 81、2加热方式 81、3回流比（R）的选择 81、4 塔顶冷凝水的选择 82、流程简介及流程图 82、1流程简介 83、理论塔板数的计算与实际板数的确定 93、1理论板数计算 93、1、1物料衡算 93、1、2 q线方程 93、1、3平衡线方程103、1、4 Rmin和R的确定103、1、5精馏段操作线方程的确定103、1、6精馏段和提馏段气液流量的
板式精馏塔实验报告 学院：广州大学生命科学学院 班级：生物工程121班 分组：第一组 姓名： 其他组员： 学号：
指导老师：尚小琴吴俊荣 实验时间2014.11.15 摘要：此次实验是对筛板精馏塔的性能进行全面的测试，实验主要对乙醇正丙醇精馏过 程中的研究不同条件下改变参量时的实验结果，根据实验数据计算得出塔釜浓度、回流比、进料位置等与全塔效率的关系，确定该筛板精塔的最优实验操作条件。 关键词：精馏；回流比；全塔效率；塔釜浓度 Abstract:The sieve plate distillation column performance comprehensive testing, mainly on ethanol isopropyl alcohol distillation process in the different experimental conditions were discussed, the reactor concentration, reflux ratio, feed location and the entire towerThe relationship between the efficiency of sieve plate tower, determine the optimal experimental conditions of fine. Key words: Distillation;reflux ratio;the tower efficiency 引言：精馏是利用混合液中两种液体的沸点差异来分离两种液体的过程。精馏装置有精馏塔、原料预热器、再沸器、冷凝器、釜液冷却器和产品冷却器等设备。热量自塔釜输入，物料在塔内经多次部分气化与部分冷凝进行精馏分离，由冷凝器和冷却器中的冷却介质将余热带走。精馏过程的节能措施一直是人们普遍关注的问题。精馏操作是化工生产中应用非常广泛的一种单元操作，也是化工原理课程的重要章节[2]。分析运行中的精馏塔，当某一操作条件改变时的分离效果变化，属于精馏的操作型问题[4]。本研究从塔釜浓度、回流比、进料位置、全回流和部分回流等操作因素对数字型筛板精馏塔进行全面考察[1]，得出一系列可靠直观的结果，加深对精馏操作中一些工程概念的理解，对工业生产有一定的指导意义通过本实验我们得出了大量的实验数据，由计算机绘图找出最优一组实验参数,在这组参数下进行提纯将会节约大量能源，同时为今后开出的设计型、综合型、研究型的实验项目，为学生的创新性科研项目具有重要的教改意义[3]。 1.实验部分
精馏塔课程设计
安徽科技学院食品药品学院 乙醇—水板式精馏塔设计 班级：食品科学与工程101 姓名：蒋大强 学号：2301100112 指导教师：杜传来张继武 时间：2012年1月6日
分离要求：塔底含量不超过0.1％,塔顶含量高于98％. 工艺操作条件：常压精馏，塔顶全凝，q 取1.2，R=1.1 Rmin 。 ：水和乙醇的物理性质 （2）常压下乙醇和水的气液平衡数据，见表3—2 表3—2 乙醇—水系统t —x —y 数据 1.2乙醇和水的不同温度下的密度。 表1—1 不同温度下乙醇和水的密度 温度/℃ 乙ρ 水ρ 温度/℃ 乙ρ 水ρ
80 85 90 735 730 724 971.8 968.6 965.3 85 100 720 716 961.85 958.4 1.3乙醇和水的不同温度下的表面张力。 表1—2 乙醇和水不同温度下的表面张力 温度/℃ 70 80 90 100 乙醇表面张力22/10 m N - 18 17.15 16.2 15.2 水表面张力/2 2/10m N - 64.3 62.6 60.7 58.8 1.4乙醇和水的不同温度下的黏度。 表1—3 乙醇和水不同温度下的黏度 温度/℃ 70 80 90 100 乙醇黏度mpa.s 0.48 0.415 0.351 0.305 水的黏度mpa.s 0.400 0.330 0.318 0.284 1.5乙醇—水气、液平衡组成与温度关系 表1—1 乙醇—水气、液平衡组成与温度关系 沸点t/C ? 乙醇分子/% （液相） 乙醇分子/% （气相） 沸点t/C ? 乙醇分子/% （液相） 乙醇分子/% （气相） 100 99.9 99.8 99.7 99.5 99.2 99 98.75 97.64 95.8 95.5 91.3 0 0.004 0.04 0.05 0.12 0.23 0.31 0.39 0.79 1.61 1.90 4.16 0 0.053 0.51 0.77 1.57 2.90 3.725 45 8.76 16.34 17.00 29.92 82 81.5 81.3 80.7 80.6 80.1 79.85 79.8 79.7 79.5 79.3 79.2 27.3 32.73 33.24 39.65 42.09 48.92 52.68 50.79 51.98 61.02 57.32 65.64 56.44 59.26 58.78 61.22 62.22 64.70 66.28 65.64 65.99 70.29 68.41 72.71