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 y
0.00 0.000 0.15 0.517 0.70 0.870
0.02 0.134 0.20 0.579 0.80 0.915
0.04 0.234 0.30 0.665 0.90 0.958
0.06 0.304 0.40 0.729 0.95 0.979
0.08 0.365 0.50 0.779 1.00 1.000
0.10 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 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/kmol t m ----平均温度 ℃
g----重力加速度 9.81m/s 2
Z----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 m
υ----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 m
Ψ----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 m
V----气相的 h σ----与克服表面张力的压降相当的液注高度 m
H----板式塔高度 m H B ----塔底空间高度 m
Hd----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 m
Lh----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 m
Z ---- 板式塔的有效高度 m
希腊字母
δ----筛板的厚度 m
θ----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/kmol
x f=(0.40/32.04)/(0.40/32.04+0.60/18.01)=0.273
x d=(0.93/32.04)/(0.93/32.04+0.07/18.01)=0.882
⑵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/mol
M 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/h
x 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=0.273
Rmin=(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=1.130
a．精馏塔的气、液相负荷
L=R×D=1.13×89.02=100.59kmol/h
V=(R+1)×D=2.13×89.02=189.61kmol/h
L’=L+F=100.59+289.06=389.65kmol/h
V’=V=189.61kmol/h
b．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’-0.002
c．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 B
lg101.3=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≈1
t 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=0.727
M VDm=0.882×32.04+(1-0.882)×18.01=30.38kg/mol
M LDm=0.727×32.04+(1-0.727)×18.01=28.21kg/mol
b. 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=0.220
M VFm=0.600×32.04+(1-0.600)×18.01=26.43kg/mol
M LFm=0.220×32.04+(1-0.220)×18.01=21.10kg/mol
c. 塔釜平均摩尔质量计算
由y1’=0.006 查平衡曲线(图一)得x1’=0.001
M’VWm=0.006×32.04+(1-0.006)×18.01=18.09kg/mol
M’LWm=0.001×32.04+(1-0.001)×18.01=18.02kg/mol
d. 精馏段平均摩尔质量
M Vm=(30.38+26.43)/2=28.41kg/mol
M Lm=(28.21+21.10)/2=24.66kg/mol
e. 提馏段平均摩尔质量
M’Vm=(26.43+18.09)/2=22.26kg/mol
M’Lm=(21.10+18.02)/2=19.56kg/mol
⑷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/m3
t 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)=0.334
ρLFm=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/m3
b. 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)=0.0018
ρ’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/m3
⑸平均粘度的计算
液相平均粘度依下式计算即
lgμLm=∑xilgμi
a．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.s
lgμLDm=0.882lg(0.3110)+0.118lg(0.4233)
=-0.49
μLDm=0.323mPa.s
b．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.s
lgμLFm=0.220lg(0.2550)+0.780lg(0.3320)
=-0.50
μLFm=0.313mPa.s
精馏段平均粘度
μLm=(0.323+0.313)/2=0.318mPa.s
c．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.s
lgμLWm=0.00199lg(0.220)+0.99801lg(0.275)
=-0.56
μLWm=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 σi
a. 塔顶液相平均表面张力的计算 由t D =67.0℃查⑵得
σA =64.91mN/m
σB =18.30mN/m
σLDm =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/m
σLFM =0.220×16.4+0.780×62.22=52.14 mN/m
c. 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/m
σLWm =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/h
V=189.61kmol/h
a ． 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/s
L S =LM Lm /3600ρLm =(100.59×24.655)/(3600×819.1)=0.00084m 3/s
max L V V
u C
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=0.0162
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/s
u
V
D 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/s
U 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/h
V=189.61kmol/h
a ．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/s
L ’S =L ’M Lm /3600ρ’Lm =(389.65×19.56)/(3600×915.6)=0.2200m 3/s
max L V V
u 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/s
u
V
D 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/s
U 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。( 此种溢流方式液体流径较长，塔板效率较高，塔板结构简单，加工方便，在直径小于2.2m 的塔中被广泛使用。)各项计算如下： 1) 堰长lw
可取lw=0.60D=0.60m 2) 溢流堰高度hw 由hw=h L －how
选用平直堰，( 溢流堰板的形状有平直形与齿形两种，设计中一般采用平直形溢流堰板。) 堰上层液高度how 由下列公式⑷计算，即有 how=2.84/1000×E×(Lh/lw)(2/3)
并由图液流收缩系数计算图⑷，则可取用E= 1.0 ，则 how=0.0083m
取板上清液层高度h L =0.05 m 故 hw=0.0417m
3) 弓形降液管的宽度Wd 和截面积Af 由Wd/D=0.6 m 查⑷可求得 Af/A T =0.057 Wd/D=0.125
Af=0.057×0.785=0.0448 m2
Wd=0.125×1.0=0.125 m
并依据下式验算液体在降液管中的停留时间，即
θ=3600 Af×H T/L h= 3600 ×0.0448×0.40/ (3600×0.0084)=21.31s＞5s
其中H T即为板间距0.40m，L h即为每小时的体积流量
验证结果为降液管设计符合要求。
4）降液管底隙高度h o
h o= L h/（3600×lw×uo'）
取u o'=0.07m/s
则h o=0.0084×3600/(3600×0.6×0.07)
=0.020024 m＞0.02m
H w-h o=0.0417-0.020024=0.02167191＞0.006 m
故降液管底隙高度设计合理
选用凹形受液盘，深度h’w=55mm。
b．塔板布置
1) 塔板的分块
因为D≥800mm，所以选择采用分块式，查⑷可得，塔板可分为3块。
2) 边缘区宽度确定
取Ws=W’s= 65mm , Wc=35mm
c．开孔区面积计算
开孔区面积Aa按下面式子计算，则有
Aa=2【x（r2－x2）0.5+∏r2/180×sin-1（x/r）】
其中x=D/2－(Wd＋Ws)
r= D/2－Wc
并由Wd/D=0.125，推出Wd=0.125
由上面推出Aa=0.530m2
d 筛孔计算与排列
本实验研究的物系基本上没有腐蚀性，可选用δ= 3mm碳钢板，取筛孔直径do=5mm⑷
筛孔按正三角形排列，取孔中心距t为
t=3 do=15mm
筛孔的数目n为
n=1.155Ao/t2=2721个
开孔率为φ=0.907（do/t）2=10.1%
气体通过阀孔的气速为
u o=Vs/Ao=1.481/（Aa×φ）=27.67m/s
⑵提馏段(计算公式和原理同精馏段)
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（同精馏段）。各项计算如下：1) 堰长lw
可取lw=0.60D=0.60m
2) 溢流堰高度hw
由hw=h L－h ow可选取平直堰，堰上层液高度h ow由下列公式计算，即有
h ow=2.84/1000×E×(Lh/lw)(2/3)
并由图液流收缩系数计算图⑷，则可取用E= 1.0 ，则
h ow=0.0159m
取板上清液层高度h L=0.06 m
故hw=0.06-0.0159=0.0441 m
3) 弓形降液管的宽度Wd和截面积Af
由Wd/D=0.6 m 查图⑷可求得
Af/A T=0.057 Wd/D=0.125
Af=0.057×0.785=0.044745 m
Wd=0.125×1.0=0.125 m
并依据下式验算液体在降液管中的停留时间，即
θ=3600 Af×H T/L h= 3600 ×0.044745×0.40/ (3600×0.0022)=8.14s＞5s
其中H T即为板间距0.40m，L h即为每小时的体积流量
验证结果为降液管设计符合要求。
4）降液管底隙高度h o
h o= L h/（3600×lw×u o'）
取u o'=0.17m
则h o=0.0022×3600/(3600×0.6×0.17)
=0.022 m＞0.02m
H w-h O=0.0417-0.022=0.0197m＞0.006 m
故降液管底隙高度设计合理
选用凹形受液盘，深度h’w=55mm。
b 塔板布置
1) 塔板的分块
因为D≥800mm，所以选择采用分块式，查表⑷可得，塔板可分为3块。
2) 边缘区宽度确定
取Ws=W’s= 65mm , Wc=35mm
c 开孔区面积计算
开孔区面积Aa按式子5-12计算，则有
Aa=2【x（r2－x2）0.5+∏r2/180×sin-1（x/r）】
其中x=D/2－(Wd＋Ws)
r= D/2－Wc
并由Wd/D=0.125，推出Wd=0.125
由上面推出Aa=0.530m2
d 筛孔计算与排列
本实验研究的物系基本上没有腐蚀性，可选用δ= 3mm碳钢板，取筛孔直径
do=5mm 筛孔按正三角形排列，取孔中心距t为
t=3 do=15mm
筛孔的数目n为
n=1.155Ao/t2=2721个
开孔率为φ=0.907（do/t）2=10.1%
气体通过阀孔的气速为
u o=V’s/Ao=1.466/（0.101×0.530）=27.38m/s
七、筛板的流体力学验算
⑴精馏段
1) 塔板的压降
a干板的阻力hc计算
干板的阻力hc计算由公式
hc=0.051(u o/c o)2×（ρv/ρl）
并取do/δ= 5/3=1.67 ,可查史密斯关联图得，c o=0.772
所以hc=0.051(27.67/0.772) 2×(1.01/819.1)=0.0786m液柱
b 气体通过液层的阻力hl的计算
气体通过液层的阻力hl由公式
hl=βh L
u a=Vs/（A T－Af）=1.481/(0.785-0.0047)=1.897m/s
Fo=1.897(1.01)1/2=1.90kg1/2/(s m1/2)
可查⑸得，得β=0.54
所以hl=βh L=0.54×(0.0417+0.0083)=0.027 m液柱
c 液体表面张力的阻力hσ计算
液体表面张力的阻力hσ由公式hσ=4σL/（ρl×g×do）计算,则有
hσ=(4×37.97×10-3)/(819.1×9.81×0.005)=0.0038 m液柱
气体通过每层塔板的液柱高度h P，可按下面公式计算
h P=hc+hl+hσ=0.0786+0.027+0.0038=0.1094m液柱
气体通过每层塔板的压降为
△Pp= h P×ρl×g =0.1094×819.1×9.81=879.07Pa＜0.9KPa（设计允许值）
2) 液面落差
对于筛板塔，液面落差很小，由于塔径和液流量均不大，所以可忽略液面落差的影
响。
3) 液沫夹带
液沫夹带量，采用公式
e v=5.7×106/σL×【u a/(H T－h f)】3.2
由h f=2.5h L=2.5×0.05=0.125m 所以：
e v=(5.7×10-6/37.97×10-3) 【1.897/(0.4-0.125)】
=0.068kg液/kg气＜0.1kg液/kg气
可知液沫夹带量在设计范围之内。
4) 漏液
对于筛板塔，漏液点气速u o,min可由公式
Uo,min=4.4Co【(0.0056+0.13 h L-hσ)/ρL /ρV】1/2=8.81m/s 实际孔速为Ｕo27.67m/s＞Uo,min
稳定系数为Ｋ=Uo/Uo,min=27.67/8.81=3.14＞1.5
故在本设计中无明显漏液。
5) 液泛
为防止塔内发生液泛，降液管内液高度Hd应服从式子
Hd≤ψ(H T＋h w)
甲醇与水属于一般物系，取ψ= 0.5，则
ψ(H T＋h w)=0.5（0.40+0.0417）=0.221m
而Hd=hp+h L+hd
板上不设进口堰，则有
hd=0.153(u o’)2=0.153×(0.07)2=0.0007m液柱
Hd=hp+h L+hd=0.1094+0.05+0.0007=0.160m液柱
则有：Hd≤ψ(H T＋h w)
于是可知本设计不会发生液泛
⑵提馏段
1) 塔板的压降
a干板的阻力hc计算
干板的阻力hc计算由公式
hc=0.051(u o/c o)2×（ρv/ρl）
并取do/δ= 5/3=1.67 ,可查图得，c o=0.772
所以h’c= 0.0561m液柱
b 气体通过液层的阻力hl计算
气体通过液层的阻力hl由公式
hl=βh L
u a=Vs/（A T－Af）=1.879m/s
Fo=1.897×0.80.5=1.68kg1/2/s m1/2
可查图得β=0.58
所以hl=βh L=0.0344m液柱
c 液体表面张力的阻力hσ计算
液体表面张力的阻力hσ
由公式hσ=σL/（ρl×g×do）计算,则有
hσ=0.0052m液柱
气体通过每层塔板的液柱高度h P，可按公式
h P=hc+hl+hσ=0.0947m液柱
气体通过每层塔板的压降为
△Pp= h P×ρl×g = 850.59Pa＜0.9kPa 计算结果在设计充值内
2) 液面落差
对于筛板塔，液面落差很小，因塔径和液流量均不大，所以可忽略液面落差的影响。
3) 液沫夹带
液沫夹带量，采用公式
e v=5.7×10-6/σL×【u a/(H T－h f)】3.2 由
h f=2.5h L=0.125m
所以e v=5.7×10-6/55.13×10-3【 1.879/(0.40-0.125)】3.2
=0.048 kg液/kg气＜0.1 kg液/kg气
可知液沫夹带量在设计范围之内。
4) 漏液
对于筛板塔，漏液点气速u o,min可由公式
Uo,min=4.4Co【(0.0056+0.13 h L-hσ)/ρL /ρV】1/2=9.55m/s
Uo=27.38m/s＞Uo,min
稳定系数为K= Uo / Uo,min =27.38/9.55=2.87＞1.5
故在本设计中无明显漏液。
5) 液泛
为防止塔内发生液泛，降液管内液高度Hd应服从式子
Hd≤ψ(H T＋h w)
甲醇与水属于一般物系，取ψ= 0.5 则
ψ(H T＋h w)=0.5（0.40+0.417）=0.221m
而Hd=hp+h L+hd
板上不设进口堰，则有
hd=0.153(u o’)2=0.004m液柱
Hd=hp+h L+hd=0.095+0.05+0.004=0.149 m液柱
则有：
Hd≤ψ(H T＋h w)
于是可知本设计不会发生液泛。
八、塔板负荷性能图
⑴精馏段
a漏液线
U o,min=4.4Co【(0.0056+0.13 h L-hσ)/ρL /ρV】1/2
U o,min=V s, min/Ao
h L= h w +h OW
h OW =2.84/1000×E×(Lh/lw)(2/3)
V s, min =4.4Co Ao{【0.0056+0.13( h W+2.84/1000×E×(Lh/lw)(2/3))- hσ】ρL /ρV }1/2 =5.178 (0.007151+0.1219Ls2/3) 1/2
在操作范围内，任取几个Ls值，依上式计算出Vs值计算结果列于下表
Ls m3/s 0.0005 0.0015 0.0030 0.0045 Vs m3/s 0.461 0.484 0.510 0.529
b 液沫夹带线
e v =0.1kg液/kg气为限，求Vs—Ls关系如下：
e v=5.7×10-6/σL×【u a/(H T－h f)】3.2
u a=Vs/(A T-Af)=1.351 Vs
h f=2.5h L=2.5(h w+ h ow)
h w=0.0417
h ow=2.84/1000×E×(Lh/lw)(2/3)
h f=2.5(0.0417+ 0.93 Ls2/3)=0.10+2.3 Ls2/3
H T－h f=0.40-0.10-2.30Ls2/3=0.3-2.30 Ls2/3
e v=5.7×10-6/37.97×10-3【 1.351Vs/(0.3-2.30 Ls2/3)】3.2 =0.1
整理得Vs=1.70-13.00 Ls2/3
在操作范围内，任取几个Ls值，依上式计算出Vs值计算结果列于下表
Ls m3/s 0.0005 0.0015 0.0030 0.0045 Vs m3/s 1.619 1.530 1.429 1.346
c 液相负荷下限线
对于平流堰，取堰上液层高度h ow=0.005m作为最小液体负荷标准，由式
h ow=2.84/1000×E×(Lh/lw)(2/3) =0.005
Ls,min=0.00024m/s
据此可做出与气体流量无关的垂直液相负荷下限线
d 液相负荷上限线
以θ=4s作为液体在降液管中停留时间的下限，由下式
θ=（Af×H T）/L s=4
故Ls,max=（Af×H T）/4=（0.0447×0.40）/4=0.00447 m3/s
据此可以作出与气体流量无关的垂直液相负荷上限
e 液泛线
令Hd=ψ(H T＋h w)
Hd=hp+h L+hd
h P=hc+hl+hσ
hl=βh L
h L= h w +h OW
联立得ψH T＋(ψ-β-1)h w=(β+1) h OW+ hc + hd + hσ
忽略hσ，将h OW与Ls、hd和Ls、hc与Vs的关系代入上式，得
a’ V2s=b’-c’ Ls2-d’ Ls2/3式中
a’=[0.051/(A o c o)2]×（ρv/ρl）
b’=ψH T＋(ψ-β-1)h w
c’=0.153/(lwh O)2
d’=2.84×10-3×E×( 1+β)(3600/lw)(2/3)
将有关数据代入,得
a’=[0.051/(0.101×0.530×0.772)2]×（1.01/819.1）=0.037
b’=0.5×0.4＋(0.5-0.54-1)×0.0417=0.157
c’=0.153/(0.6×0.02)2=1062.500
d’=2.84×10-3×1×( 1+0.54)(3600/0.6)(2/3)=1.444 故
V2s=4.24-28716.22 Ls2-39.03 L2/3s
在操作范围内，任取几个Ls值，依上式计算出Vs的值，计算结果如下表
Ls m3/s 0.0005 0.0015 0.0030 0.0045
Vs m3/s 3.99 3.66 3.17 2.60
在负荷性能图上，作出操作点A，连接OA，即作出操作线。由图二可看出，该筛板的操作上限为液泛控制，下限为漏控制。由图查得
V s,max= 3.433m3/s V s,min=0.400 m3/s
故操作弹性为
V s,max/ V s,min=3.433/0.400=8.583
⑵提馏段
a漏液线
Uo,min=4.4Co【(0.0056+0.13 h L-hσ)/ρL /ρV】1/2
Uo,min=V s, min/Ao
h L= h w +h OW
h OW =2.84/1000×E×(Lh/lw)(2/3)
V s, min =4.4Co Ao{【0.0056+0.13( h W+2.84/1000×E×(Lh/lw)(2/3))- hσ】ρL /ρV }1/2 =6.151 (0.005821+0.1219Ls2/3) 1/2
在操作范围内，任取几个Ls值，依上式计算出Vs值计算结果列于下表
Ls m3/s 0.0005 0.0015 0.0030 0.0045 Vs m3/s 0.500 0.530 0.562 0.588 b 液沫夹带线
e v =0.1kg液/kg气为限，求Vs—Ls关系如下：
e v=5.7×10-6/σL×【u a/(H T－h f)】3.2
u a=Vs/(A T-Af)=1.351 Vs
h f=2.5h L=2.5(h w+ h ow)
h w=0.0417
h ow=2.84/1000×E×(Lh/lw)(2/3)
h f=2.5(0.0417+ 0.93 Ls2/3)=0.10+2.3 Ls2/3
H T－h f=0.40-0.10-2.30Ls2/3=0.3-2.30 Ls2/3
e v=5.7×10-6/37.97×10-3【 1.351Vs/(0.3-2.30 Ls2/3)】3.2 =0.1
整理得
Vs=1.70-13.00 Ls2/3
在操作范围内，任取几个Ls值，依上式计算出Vs值计算结果列于下表
Ls m3/s 0.0005 0.0015 0.0030 0.0045 Vs m3/s 1.619 1.530 1.429 1.346 c 液相负荷下限线
对于平流堰，取堰上液层高度h ow=0.005m作为最小液体负荷标准，由式
h ow=2.84/1000×E×(Lh/lw)(2/3) =0.005
Ls,min=0.00024m/s
据此可做出与气体流量无关的垂直液相负荷下限线
d 液相负荷上限线
以θ=4s作为液体在降液管中停留时间的下限，由下式
θ=（Af×H T）/L s=4
故Ls,max=（Af×H T）/4=（0.0447×0.40）/4=0.00447 m3/s
据此可以作出与气体流量无关的垂直液相负荷上限
e 液泛线
令Hd=ψ(H T＋h w)
Hd=hp+h L+hd
h P=hc+hl+hσ
hl=βh L
h L= h w +h OW
联立得
ψH T＋(ψ-β-1)h w=(β+1) h OW+ hc + hd + hσ
忽略hσ，将h OW与Ls、hd和Ls、hc与Vs的关系代入上式，得
a’ V2s=b’-c’ Ls2-d’ Ls2/3
式中
a’=[0.051/(A o c o)2]×（ρv/ρl）
b’=ψH T＋(ψ-β-1)h w
c’=0.153/(lwh O)2
d’=2.84×10-3×E×( 1+β)(3600/lw)(2/3)
将有关数据代入,得
a’=[0.051/(0.101×0.530×0.772)2]×（0.80/915.6）=0.026
b’=0.5×0.4＋(0.5-0.58-1)×0.0417=0.155
c’=0.153/(0.6×0.022)2=878.100
d’=2.84×10-3×1×( 1+0.58)(3600/0.6)(2/3)=1.482故
V2s=5.96-33773.08 Ls2-57.00 Ls
Ls m3/s 0.0005 0.0015 0.0030 0.0045
Vs m3/s 5.592 5.137 4.470 3.722
在负荷性能图上，作出操作点A，连接OA，即作出操作线。由图(1---3)可看出，该筛板的操作上限为液泛控制，下限为漏控制。由图查得
V s,max= 3.233m3/s V s,min=0.433 m3/s
故操作弹性为
V s,max/ V s,min=3.233/0.433=7.467
九、筛板塔设计计算结果
序号项目精馏段提馏段
1 平均温度t m℃76.1 94.2
3 平均压力P m kPa 103.5 109.85
5 气相流量Vs m3/s 1.481 1.466
7 液相流量Ls m3/s 0.00084 0.051
9 实际塔板数14
10 有效段高度Z m 5.6
11 精馏塔塔径m 1.0
12 板间距m 0.4
13 溢流形式单溢流
14 降液管形式弓形
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! Sunrainbaby 2010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)
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 y 0.00 0.000 0.15 0.517 0.70 0.870 0.02 0.134 0.20 0.579 0.80 0.915 0.04 0.234 0.30 0.665 0.90 0.958 0.06 0.304 0.40 0.729 0.95 0.979 0.08 0.365 0.50 0.779 1.00 1.000 0.10 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 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/kmol t m ----平均温度 ℃ g----重力加速度 9.81m/s 2 Z----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 m υ----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 m Ψ----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 m V----气相的 h σ----与克服表面张力的压降相当的液注高度 m H----板式塔高度 m H B ----塔底空间高度 m Hd----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 m Lh----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 m Z ---- 板式塔的有效高度 m 希腊字母 δ----筛板的厚度 m θ----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 精馏塔优化设计任务书 (1) 正文 前言 (2) 1、乙醇—水溶液连续精馏塔优化设计 (3) 1.1 操作条件 (3) 1.2精馏流程的确定3 2、乙醇—水溶液连续精馏塔优化设计计算 (3) 2.1 精馏塔全塔物料衡算 (3) 2.2 物性参数计算 (4) 2.2.1 温度的确定 2.2.3 密度的计算 2.2.4 混合液体表面张力的计算 2.2.5 混合物的粘度 2.2.6 相对挥发度 2.3理论塔板数及实际塔板数的计算 (11) 2.3.1 理论塔板数确定 2.3.2 实际塔板数的确定 2.4 热量衡算 (13) 2.4.1 加热介质的选择 2.4.2 冷却剂的选择 2.4.3 比热容及汽化潜热的计算 2.4.4 热量衡算 2.5 塔径的初步设计 (16) 2.5.1 汽液相体积流量的计算 2.5.2 塔径的计算与选择 2.6 溢流装置 (18) 2.6.1 堰长 2.6.2 弓形降液管的宽度和横截面 2.6.3 移液管底隙高度 2.7 塔板分布、浮阀数目与排列 (19) 2.7.1 塔板分布 2.7.2 浮阀数目与排列 2.8 塔板的流体力学计算 (21) 2.8.1 汽相通过浮阀塔板的压降 2.9 淹塔 (22) 2.10 雾沫夹带 (23) 3、塔板负荷性能图 (24) 3.1 雾沫夹带线 (24) 3.2 液泛线 (24) 3.3 液相负荷上限线 (25) 3.4 漏液线 (25)
3.5 液相负荷下限 (25) 4、塔总体高度利用下式计算 (27) 4.1 塔顶封头 (27) 4.2 塔顶空间 (28) 4.3 塔底空间 (28) 4.4人孔 (28) 4.5 进料板处板间距 (28) 4.6 裙座 (28) 5、塔的接管 (29) 5.1 进料管 (29) 5.2 回流管 (29) 5.3 塔底出料管 (29) 5.4 塔顶蒸汽出料管 (29) 5.5 塔底蒸汽进气管 (29) 6、塔的附属设计 (30) 6.1 冷凝器的选择 (30) 6.2 再沸器的选择 (30) 7、参考文献 (31) 8、课设心得 (31) 9、附图 (32)
50000t/a食用酒精工厂的初步设计
摘要 设计中依照厂址选择原则对工厂进行了合理的选址；完成了工艺的选择及论证；进行了物料衡算、热量衡算及水衡算；完成了主要设备的设计与选型以及工厂投资的简要经济核算。对工厂厂房、工艺流程、车间设备进行了合理地布局。完成了工厂图纸的绘制，共八张图纸，包括全厂总平面布置图、工艺流程图、发酵和蒸馏车间设备布置图、种子罐设备图。 根据全厂工艺设计和计算结果可以看出，该设计能够达到工业生产的要求。关键词：食用酒精；木薯；连续发酵；四塔蒸馏
ABSTRACT I completed selection of the site of factory in accordance with the principle of choice factory, selection and feasibility studies of process, material balance, energy balance, water balance, design and selection of major equipments and brief economic accounting. Workshop, process and equipment of workshop gained the reasonable distribution. The eight factory drawings drawing were completed, including the factory general layout map, process map, equipment layout map of fermentation and distillation workshop, seed tank equipment map. The results of the whole process design and computation show that the design can reach the requirements of industrial production. Keywords：Edible alcohol; Cassava; Continuous fermentation; Four towers distillation
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 R min （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）。
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
化工原理课程设计 乙醇——水混合液精馏塔设计 刘入菡 应用化学专业应化1104班学号110130106 指导教师顾明广 摘要 本设计为分离乙醇—水混合物，采用筛板式精馏塔。精馏塔是提供混合物气、液两相接触条件，实现传质过程的设备。它是利用混合物中各组分挥发能力的差异,通过液相和气相的回流，使混合物不断分离，以达到理想的分离效果。 选择精馏方案时因组分的沸点都不高所以选择常压，进料为泡点进料，回流是泡点回流。塔顶冷凝方式是采用全凝器，塔釜的加热方式是使用再沸器。 精馏过程的计算包括物料衡算，热量衡算，塔板数的确定等。然后对精馏塔进行设计包括：塔径、塔高、溢流装置。最后进行流体力学验算、绘制塔板负荷性能图. 乙醇精馏是生产乙醇中极为关键的环节，是重要的化工单元。其工艺路线是否合理、技术装备性能之优劣、生产管理者及操作技术素质之高低，均影响乙醇生产的产量及品质。工业上用发酵法和乙烯水化法生产乙醇，单不管用何种方法生产乙醇，精馏都是其必不可少的单元操作.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。 关键词：乙醇水精馏浮阀塔连续精馏塔板设计
目录 前言 (1) 第一章设计任务书 (2) 1.1、设计条件 (2) 1。2、设计任务 (2) 1。3、设计内容 (3) 第二章设计方案确定及流程说明 (5) 第三章塔板的工艺设计 (7) 3。1、全塔物料衡算 (7) 3。2、塔内混合液物性计算 (8) 3。3、适宜回流比 (15) 3。4、溢流装置 (21) 3。5、塔板布置与浮阀数目及排列 (22) 3.6、塔板流体力学计算 (25) 3。7、塔板性能负荷图 (29) 3。8、塔高度确定 (33) 第四章附属设备设计 (35) 4.1、冷凝器的选择 (35) 4。2、再沸器的选择 (36) 第五章辅助设备的设计 (38) 5。1、辅助容器的设计……………………………………………… 38
西安交通大学网络教育学院毕业论文开题报告论文题目：年产5万吨甲醇精馏设计 班级 学号 姓名 联系方式 指导教师 提交日期2016年7月10日
一、选题的理论意义与实际意义 OH。甲甲醇是无色、透明、高度挥发、易燃的液体，略有酒精气味，分子式为CH 3 醇在世界基础有机化工原料中，消费量仅次于乙烯、丙烯和苯，居第四位，因此甲醇作为重要的有机化工原料，对其质量提出了更高的要求，从而甲醇的精制过程就显得非常重要，而通过精馏操作可以将粗甲醇进行精制。精馏是利用混合液中组分挥发度的差异，实现组分高纯度分离的多级蒸馏操作，即同时进行多次部分汽化和部分冷凝的过程。为了得到更纯的甲醇，应选择合理的工艺流程路线和建立一套合理的板式精馏塔，以对粗甲醇进行精馏，得到高纯度的精甲醇。 本次设计通过对粗甲醇精馏生产的基本情况，甲醇精馏的现实意义、目的和基本原理进行了分析，选定了以年产5万吨甲醇双塔精馏的产量作为设计的任务。在现实生产中我们要求精馏塔的产品有高纯度的同时有高的生产率，所以我们对精馏塔及塔设备的选型进行一些工艺设计，让所有的工艺参数尽可能全部达到最优，以满足它高纯度高生产率的需要。 二、论文综述（综述国内外有关选题的研究动态） 甲醇是一种重要的有机化工原料，也是清洁代用燃料，在化工、医药、轻工、纺织等行业具有广泛的用途。世界基础有机化工原料中，甲醇消费量仅次于乙烯、丙烯和苯，居第四位，近年来，随着科学技术的发展和能源结构的改变，甲醇有未来主要燃料的候补之称。甲醇的生产一直以较快的速度发展，随着合成氨联产甲醇技术的日臻成熟，许多氮肥企业采取了合成氨联产甲醇来降低成本，调整产品结构，由于联醇生产具有一些区别于单醇的特点，粗醇的精馏也与单醇生产有着较大的区别。单醇生产中脱除的还原性物质，所采用高锰酸钾工艺在联醇生产中可取消（由于联醇中还原物质少），大大简化了精馏工艺。联醇压力较低反应，温度也较低，合成过程中歧化反应明显减少，减少精馏塔的侧线采出，可以减少甚至可取消。由于粗甲醇PH一般在7左右，不加碱液还可以满足生产需要，联醇生产的精馏大都采用双塔精馏流程，通过预精馏塔脱除轻馏分杂质，通过主精馏塔脱除轻馏分杂质，通过主精馏塔脱除重馏分杂质，在主精馏塔顶部得到99.95%的甲醇产品。 甲醇是一种高能耗产品，而精馏工序的能耗占总能耗的10%～30% ，所以精馏的节能降耗不容忽视。双塔精馏每吨精甲醇耗蒸汽约为1.8～2.0t，不少工厂消耗蒸汽量在2.0t以上。双塔精馏工艺投资省、建设周期短、装置简单易于操作和管理。虽然消耗高于三塔精馏工艺，但在年产5万吨生产规模以下时其技术经济指标较占优势。而在年产5万吨生产规模以上时，宜采用三塔精馏技术，虽然一次性投资较高，但是操作费用和能耗都相对较低。 本次设计的主要内容是确定粗甲醇的精馏工艺流程，然后根据原理选用合理的精馏设备并进行设计；设计的意义是通过精馏分离使甲醇纯度更高，并且通过这次的毕业设计，使我对这方面的知识有了很好的理解和应用，为以后的学习和工作做了更多的知识积累，同时也提高了自己认真思考，细心分析并处理问题的能力。 三、论文提纲 1前言 1.1选题意义 2综述 2.1 甲醇的性质和用途 2.1.1 甲醇的性质 2.1.2 甲醇的用途 2.2 甲醇的发展状况
年产50，000 吨酒精工厂设计 摘要 本设计为年产5万吨酒精工厂的设计，采用糖蜜原料发酵。工艺上的设计为：单浓度糖蜜究竟连续发酵(工艺简单容易操作）、差压式蒸馏工艺（保证产品质量及提高热能利用率）、生石灰吸水法，通过物料衡算、设备选型计算、水电汽耗的计算等合理优化设计生产工艺过程。 关键词：酒精糖蜜酒精发酵
With an Annual Output of 50,000 Tons Fuel Ethyl Alcohol Factory Design ABSTRACT ×××××（空两格，小四号Times New Roman） Key words：
目录 摘要 ............................................... I ABSTRACT .......................................... II 第一章前言. (6) 1.1产品介绍： (6) 1.2设计意义： (6) 1.3 设计原则 (6) 第二章生产流程的确定 (7) 2.1 工艺指标和基础数据 (7) 2.2 工艺流程 (8) 第三章工艺计算 (9) 3.1物料衡算 (9) 3.1.1 原料消耗量计算（基准：1吨无水乙醇） (9) 3.1.2 发酵醪量的计算： (10) 3.1.3成品与废醪量的计算 (10) 3.1.4 年产量为5万吨燃料酒精的总物料衡算 (11) 3.1.5稀释工段的物料衡算物料衡算 (12) 3.2 热量衡算 (13) 3.2.1 发酵工段 (13) 3.2.2 蒸馏工段 (13) 3.3 供水衡算 (17) 3.3.1精馏塔分凝器冷却用水 (17)
毕业论文声明 本人郑重声明： 1．此毕业论文是本人在指导教师指导下独立进行研究取得的成果。除了特别加以标注地方外，本文不包含他人或其它机构已经发表或撰写过的研究成果。对本文研究做出重要贡献的个人与集体均已在文中作了明确标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 2．本人完全了解学校、学院有关保留、使用学位论文的规定，同意学校与学院保留并向国家有关部门或机构送交此论文的复印件和电子版，允许此文被查阅和借阅。本人授权大学学院可以将此文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本文。 3．若在大学学院毕业论文审查小组复审中，发现本文有抄袭，一切后果均由本人承担，与毕业论文指导老师无关。 4.本人所呈交的毕业论文，是在指导老师的指导下独立进行研究所取得的成果。论文中凡引用他人已经发布或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。论文中已经注明引用的内容外，不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究成果做出重要贡献的个人和集体，均已在论文中已明确的方式标明。 学位论文作者（签名）： 年月
关于毕业论文使用授权的声明 本人在指导老师的指导下所完成的论文及相关的资料（包括图纸、实验记录、原始数据、实物照片、图片、录音带、设计手稿等），知识产权归属华北电力大学。本人完全了解大学有关保存，使用毕业论文的规定。同意学校保存或向国家有关部门或机构送交论文的纸质版或电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权大学可以将本毕业论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用任何复制手段保存或编汇本毕业论文。如果发表相关成果，一定征得指导教师同意，且第一署名单位为大学。本人毕业后使用毕业论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为大学。本人完全了解大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，同意如下各项内容： 按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存或汇编本学位论文；学校有权提供目录检索以及提供本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入学校有关数据库和收录到《中国学位论文全文数据库》进行信息服务。在不以赢利为目的的前提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 论文作者签名：日期： 指导教师签名：日期：
⑴综合运用“化工原理”和相关选修课程的知识，联系化工生产的实际完成单元操作的化工设计实践，初步掌握化工单元操作的基本程序和方法。 ⑵熟悉查阅资料和标准、正确选用公式，数据选用简洁，文字和工程语言正确表达设计思路和结果。 ⑶树立正确设计思想，培养工程、经济和环保意识，提高分析工程问题的能力。二、设计任务及操作条件在一常压操作的连续精馏塔内分离乙醇－水混合物。 生产能力（塔顶产品） 3000 kg/h 操作周期 300 天／年 进料组成 25% （质量分数，下同） 塔顶馏出液组成≥94% 塔底馏出液组成≤0.1% 操作压力 4kPa（塔顶表压） 进料热状况泡点 单板压降：≤0.7 kPa 设备型式筛板 三、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。 [ 设计计算 ] （一）设计方案选定 本设计任务为分离水－乙醇混合物。 原料液由泵从原料储罐中引出，在预热器中预热至84℃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℃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。 1精馏方式：本设计采用连续精馏方式。原料液连续加入精馏塔中，并连续收集产物和排出残液。其优点是集成度高，可控性好，产品质量稳定。由于所涉浓度范围内乙醇和水的挥发度相差较大，因而无须采用特殊精馏。 2操作压力：本设计选择常压，常压操作对设备要求低，操作费用低，适用于乙醇和水这类非热敏沸点在常温（工业低温段）物系分离。 3塔板形式：根据生产要求，选择结构简单，易于加工，造价低廉的筛板塔，筛板塔处理能力大，塔板效率高，压降较低，在乙醇和水这种黏度不大的分离工艺中有很好表现。 4加料方式和加料热状态：加料方式选择加料泵打入。由于原料温度稳定，为减少操作成本采用30度原料冷液进料。
5万吨/年乙醇水精馏塔设计 方案 1.1 设计概述 乙醇在工业、医药、民用等方面，都有很广泛的应用，是一种很重要的原料。在很多地方，要求乙醇有不同的浓度，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。所以，得到高纯度的乙醇很有必要。 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。精馏是多次分离过程，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进行，塔装有若干层塔板。 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回流装置，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。 1.2 塔设备的应用、分类及其特点 塔设备是化工、石油化工和炼油等生产中最重要的设备之一。它可使气液或液液两相间进行紧密接触，达到相际传质及传热的目的。可在塔设备中完成常见的单元操作有：精馏、吸收、解吸和萃取等。在化工、石油化工、炼油厂中，塔设备的性能对于整个装置的产品质量和环境保护等各个方面都有重大影响。塔设备的设计和研究受到化工、炼油等行业的极大重视。 塔设备经过长期的发展，形成了形式繁多的结构，以满足各方面的特殊需要，为研究和比较的方便，人们从不同的角度对塔设备进行分类，按操作压力分为加压塔、常压塔和
减压塔；按单元操作分为精馏塔、吸收塔、解吸塔、萃取塔、反应塔和干燥塔。长期以来，人们最常用的分类按塔的件结构分为板式塔、填料塔两大类。 板式塔是分级接触型气液传质设备，种类繁多，根据目前国外的现状，主要的塔型是浮阀塔、筛板塔和泡罩塔。 1.2.1 泡罩塔 泡罩塔是历史悠久的板式塔，长期以来，在蒸馏、吸收等单元操作使用的设备中曾占有主要的地位，泡罩塔具有以下优点： （1）操作弹性大 （2）无泄漏、液气比围大 （3）不易堵塞，能适应多种介质 泡罩塔的不足之处在于结构复杂、造价高、安装维修不方便以及气相压力降较大。 1.2.2 筛板塔 筛板塔也是很早就出现的板式塔，20世纪50年代起对筛板塔进行了大量工业规模的研究，形成了较完善的设计方法，与泡罩塔相比，具有以下的优点： （1）生产能力大（提高20％－40％） （2）塔板效率高（提高10％－15％） （3）压力降低（降低30％－50％），而且结构简单，塔盘造价减少40％左右，安装维修都比较容易 1.2.3 浮阀塔 20世纪50年代起，浮阀塔板已大量的用于工业生产，以完成加压、常压、减压下的蒸馏、脱吸等传质过程。浮阀塔之所以广泛的应用，是由于它具有以下优点：（1）处理能力大 （2）操作弹性大
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
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
Abstract Ethanol 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
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 x F 馏出液组成 x ＝0.831 D ＝0.012 釜液组成 x w 塔顶压力 p＝100kpa 单板压降≤0.7 kPa 2 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)
（封面） XXXXXXX学院 《化工原理》课程设计——乙醇水精馏塔 设计报告 题目： 院（系）： 专业班级： 学生姓名： 指导老师： 时间：年月日
一、设计任务书 设计题目：乙醇——水精馏塔 设计任务及条件： 1、精馏塔进料液含乙醇25%（质量分数，下同），其余为水。 2、产品乙醇含量不得低于94%。 3、残液中乙醇含量不得高于0.1%。 4、生产能力为日产（24小时）70吨94%的乙醇产品 5、操作条件 表 1 操作条件表 6、设备类型：浮阀塔 7、厂址：XX地区 二、方案设计 根据设计任务书可知，本设计属于乙醇生产产物提纯分离的一部分，即精馏塔部分，并且根据课程需要做了简化处理，设计分离物系为乙醇-水的二元，塔顶采出符合要求的乙醇产品，相应的设计要求如设计任务书所示。 2.1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。 二：效率高：气液两相在塔内保持充分的密切接触，具有较高的塔板效率或传质效率。 三：流体阻力小：流体通过塔设备时阻力降小，可以节省动力费用，在减压操作是时，易于达到所要求的真空度。 四：有一定的操作弹性：当气液相流率有一定波动时，两相均能维持正常的流动，而且不会使效率发生较大的变化。 五：结构简单，造价低，安装检修方便。 六：能满足某些工艺的特性：腐蚀性，热敏性，起泡性等。 表2 板式塔和填料塔的性能比较
在本设计中，板式塔具有较宽的操作负荷范围，操作易于稳定的优点，所以选用板式塔。 2.2常用板式塔类型及本设计的选型 塔板形式很多，常见的有泡罩塔板、筛孔塔板、浮阀塔板、网孔塔板、垂直塔板、无降液管塔板（常见的有穿流式栅板、穿流式筛板）、导向筛板、多降液管塔板和斜喷型塔板（常见的有舌型塔板、斜孔塔板、浮动舌型塔板、浮动喷射塔板）等。 泡罩塔板是工业上应用最早的塔板，它由升气管及泡罩构成。泡罩安装在升
在化学工业和石油工业中广泛应用的诸如吸收、解吸、精馏、萃取等单元操作中，气液传质设备必不可少。塔设备就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。 塔设备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，在各种塔型中，当前应用最广泛的是筛板塔与浮阀塔。 填料塔是以塔内的填料作为气液两相间接触构件的传质设备。填料塔的塔身是一直立式圆筒，底部装有填料支承板，填料以乱堆或整砌的方式放置在支承板上。填料的上方安装填料压板，以防被上升气流吹动。液体从塔顶经液体分布器喷淋到填料上，并沿填料表面流下。气体从塔底送入，经气体分布装置（小直径塔一般不设气体分布装置）分布后，与液体呈逆流连续通过填料层的空隙，在填料表面上，气液两相密切接触进行传质。填料塔属于连续接触式气液传质设备，两相组成沿塔高连续变化，在正常操作状态下，气相为连续相，液相为分散相。 当液体沿填料层向下流动时，有逐渐向塔壁集中的趋势，使得塔壁附近的液流量逐渐增大，这种现象称为壁流。壁流效应造成气液两相在填料层中分布不均，从而使传质效率下降。因此，当填料层较高时，需要进行分段，中间设置再分布装置。液体再分布装置包括液体收集器和液体再分布器两部分，上层填料流下的液体经液体收集器收集后，送到液体再分布器，经重新分布后喷淋到下层填料上。 填料塔具有生产能力大，分离效率高，压降小，持液量小，操作弹性大等优点。填料塔也有一些不足之处，如填料造价高；当液体负荷较小时不能有效地润湿填料表面，使传质效率降低；不能直接用于有悬浮物或容易聚合的物料；对侧线进料和出料等复杂精馏不太适合等。 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。由于此次设计时间紧张，本人水平有限，难免有遗漏谬误之处，恳请老师指出以便修正。 1概述 1.1 与物性有关的因素 ①易起泡的物系在板式塔中有较严重的雾沫夹带现象或引起液泛，故选用填料塔为宜。因为填料不易形成泡沫。本设计为分离乙醇和水，故选用填料塔。
目录 （一）设计方案简介.................................................................................................................. - 1 - （二）工艺计算及主体设备设计计算...................................................................................... - 1 - 1．精馏流程的确定............................................................................................................ - 1 - 2．塔的物料恒算................................................................................................................ - 1 - 2.1料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数....................................................................... - 1 - 2.2 料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量.............................................................. - 2 - 2.3 物料恒算.................................................................................................................. - 2 - 3．塔板数的确定................................................................................................................ - 2 - 3.1理论塔板数的求取................................................................................................... - 2 - 3.1.1绘制相平衡图................................................................................................... - 2 - 3.1.2 求最小回流比、操作回流比.......................................................................... - 3 - 3.1.3 求理论塔板数.................................................................................................. - 3 - 3.2全塔效率................................................................................................................... - 5 - 3.3实际塔板数............................................................................................................... - 5 - 4．塔的工艺条件及物性数据计算[2]................................................................................. - 5 - 4.1操作压力................................................................................................................... - 5 - 4.2温度[1] ....................................................................................................................... - 5 - 4.3平均摩尔质量........................................................................................................... - 6 - 4.4平均密度................................................................................................................... - 6 - 4.5液体表面张力........................................................................................................... - 7 - 4.6液体黏度................................................................................................................... - 7 - 5．精馏段气液负荷计算[2]................................................................................................. - 7 - 6．塔和塔板主要工艺尺寸计算[3]，[4] ............................................................................... - 8 - 6.1塔径........................................................................................................................... - 8 - 6.2溢流装置................................................................................................................... - 8 - 6.3塔板布置................................................................................................................... - 9 - 6.4筛孔数与开孔率..................................................................................................... - 10 - 6.5塔的有效高度(精馏段)......................................................................................... - 10 - 6.6塔高计算................................................................................................................. - 10 - 7.筛板的流体力学验算[5]................................................................................................. - 10 - 7.1塔板压降................................................................................................................. - 10 - 7.2液面落差................................................................................................................. - 11 - 7.3.液沫夹带................................................................................................................ - 11 - 7.4漏液......................................................................................................................... - 11 - 7.5液泛......................................................................................................................... - 11 - 8.塔板负荷性能图[6]......................................................................................................... - 12 - 8.1漏液线..................................................................................................................... - 12 - 8.2液沫夹带线............................................................................................................. - 12 - 8.3液相负荷下限线..................................................................................................... - 13 - 8.4液相负荷上限线..................................................................................................... - 13 - 8.5液泛线..................................................................................................................... - 14 - 9.附图................................................................................................................................ - 16 - 10.本设计的评价或有关问题的分析讨论...................................................................... - 18 - 附：参考文献符号说明.......................................................................................................... - 18 -