化工原理课程设计任务书
化药1104 赵金金 110150108
指导教师周莉莉
一、设计题目：分离乙醇-水混合液的浮阀精馏塔
二、原始数据及条件
生产能力：年处理乙醇-水混合液2.5万吨（开工率300天/年）原料：乙醇含量为35%（质量百分比）的常温液体
分离要求：塔顶乙醇含量不低于90%（质量分数）
塔底釜液乙醇含量不高于0.5%（质量分数）
塔操作条件：
精馏塔塔顶压强：常压
进料热状况：泡点进料
回流比：自选
单板压降：<=0.7kpa
塔板类型：浮阀塔
工作日：每年300天，每天24小时连续运行
厂址：廊坊地区
目录
前言 (1)
第1章塔板的工艺设计方法 (2)
第1.1节精馏塔全塔物料衡算 (2)
第1.2节常压下乙醇-水气液平衡组成（摩尔）与温度关系 (2)
第1.3节理论塔板的计算 (8)
第1.4节塔经的初步计算 (10)
第1.5节溢流装置 (11)
第1.6节塔板布置及浮阀数目与排列 (13)
第2章塔板的流体力学计算 (15)
第2.1节气相通过浮阀塔板的压降 (15)
第2.2节淹塔 (16)
第2.3节液沫夹带 (17)
第2.4节塔板负荷性能图 (18)
（三）附件设计 (22)
（四）塔总体高度的设计 (25)
（五）塔附属设备设计 (26)
设计体会 (28)
主要符号………………………………………………………………………
参考文献 (29)
结束语 (30)
前言
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。根据塔内气液接触部件的形式，可以分为填料塔和板式塔。板式塔属于逐级接触逆流操作，填料塔属于微分接触操作。工业上对塔设备的主要要求：
（1）生产能力大。
（2）分离效率高。
（3）操作弹性大。
（4）气体阻力小结构简单、设备取材面广等。
塔型的合理选择是做好塔设备设计的首要环节，选择时应考虑物料的性质、操作的条件、塔设备的性能以及塔设备的制造、安装、运转和维修等方面的因素。板式塔的研究起步较早，具有结构简单、造价较低、适应性强、易于放大等特点。
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。本设计的题目是乙醇-水连续精馏浮阀塔的设计，即需设计一个精馏塔用来分离易挥发的乙醇和不易挥发的水，采用连续操作方式，需设计一板式塔将其分离。
第1章 塔板的工艺设计方法
第1.1节 精馏塔全塔物料衡算
1.1.1精馏塔全塔物料衡算
F ：原料液流量(kmol/h) x F ：原料组成（摩尔分数，下同） D ：塔顶产品流量(kmol/h) x D ：塔顶组成
W ：塔底残液流量(kmol/h) x W ：塔底组成
原料乙醇组成：0.35
460.2070.350.65
4618F x ==+
塔顶组成：0.9460.7790.90.14618D x ==+ 塔底组成：0.005
460.0020.0050.995
4618W x ==+
进料平均分子量：M -
=460.17418(10.174)22.872kg /kmol =?+?-=
进料量：7
2.510151.81/720022.872
F kmol h ?=
=? 物料衡算式为：
F D W
F D W Fx Dx Wx =+=+ （1.1）
联立代入求解：D=33.61 kmol/h W=118.20 kmol/h
第1.2节 常压下乙醇-水气液平衡组成（摩尔）与温度关系
1.2.1常压下乙醇-水气液平衡组成（摩尔）与温度关系
表1.1 常压下乙醇-水气液平衡组成（摩尔）与温度关系
1.2.1.1温度
①t F ：
F 85.385.384.1
,t 84.7312.3816.6114.412.38F t --==--℃
②t D ：
D 78.41
78.4178.15,t 78.4789.3474.727874.72D t --==--℃ ③t W ：
W 100
10095.5,t 99.530 1.900.20
W t --==--℃ ④精馏段平均温度：184.7378.47
81.622F D t t t -++==
=℃ ⑤提馏段平均温度：284.7399.53
92.1322
F W t t t -++==
=℃ 1.2.1.2密度 已知：混合液密度
1
A
B
L
A
B
a a ρρρ=
+
（1.2）
混合气密度00
1
22.4V T M
T ρρρ-
=（a 为质量分率，M -为平均分子量） （1.3） （1）精馏段：181.6t -
=℃ 液相组成x 1：
1181.580.781.681.5
,x 31.87%32.7339.6532.73
x --==--
气相组成y 1：
1181.580.781.681.5
,y 59.02%59.2661.2259.26
y --==--
所以 1460.318718(10.3187)26.92kg /kmol L M -
=?+?-= 1460.590218(10.5902)34.53kg /kmol V M -
=?+?-= （2）提馏段：292.13t -
=℃ 液相组成x 2：
2295.589.092.1395.5
,x 4.65%1.907.21 1.90x --==--
气相组成y 2：
2295.589.092.1395.5
,y 28.35%17.0038.9117.00
y --==--
所以 2 46.0.046518.02(10.0465)19.302kg /kmol L M -
=?+?-= 2 460.283518(10.2835)25.94kg /kmol V M -
=?+?-=
表1.2 不同温度下乙醇和水的密度
求得在1t -与2t -
下乙醇和水的密度
181.6t -
=℃，
858081.680
=733.4730735735
ρρ--=--乙醇乙醇，kg/m 3
858081.680
=970.77968.6971.8971.8
ρρ--=--水水，kg/m 3
同理：292.13t -
=℃，' 722.3ρ=乙醇 kg/m 3，'
963.83ρ=水 kg/m 3
在精馏段
1
1
0.318746/[0.31874618(10.3187)]10.545
733.4970.77
L ρ??+?--=
+
液相密度：1825.1L ρ= kg/m 3 气相密度：134.53273.15
1.1872
2.4(27
3.1581.6)
V ρ?=
=?+ kg/m 3
同理可得出：在精馏段 液相密度：2929.37L ρ= kg/m 3 气相密度：20.866V ρ= kg/m 3 1.2.1.3混合液体表面张力
二元有机物-水溶液表面张力可用下列各式计算
公式： 11414
m sw w so σ?σ?σ=+ （1.4） 注：w w w w w o o x V x V x V ?=
+ （1.5） o o
o w w o o
x V x V x V ?=+ （1.6）
sw w sw s
x V V ?= （1.7） so o so s
x V V ?= （1.8）
2lg w o B ????= ??? （1.9） 2320.441o o
w w V q Q V T q σσ????=?- ???????（1.10）
A B Q =+ （1.11） 2
lg sw so A ????
= ???
（1.12） 1sw so ??+=（1.13） 式中下角标w 、o 、s 分别代表水、有机物及表面部分，Xw 、Xo 指主体部分的分子数，w υ、o υ指主体部分的分子体积，w σ、o σ为水、有机物的表面张力，对乙醇q=2。
①精馏段：181.085t -
=℃
表1.3 不同温度下乙醇和水的表面张力
18
21.82825.1
w
w w
m V ml ρ=
=
= 46
38.691.187
o
o o
m V ml ρ=
=
= 乙醇表面张力：
11
908016.217.15
,17.009081.616.2σσ--==--
水表面张力：
22
90809081.6
,62.3060.762.660.7σσ--==--
()()()()
2
2
21o w w w w
o o o w w o o o o w w o o x V x V x V x V x V x V x V x V ??-????==++
()()
2
10.318721.820.6590.318738.690.681321.820.318738.69-?????==???+?
因为 0.3187o x =， 所以 10.31870.6813w x =-=
2lg lg 0.6590.181w o B ????
===- ???
23
230.441o o
w w V q Q V T q σσ????=?- ???????
2323217(38.69)0.44162.3(21.82)0.96981.6273.152???=?-?=-??+??
0.1810.969 1.15A B Q =+=--=-
联立方程组 2
lg sw so A ????
= ???
1sw so ??+=
代入解得： 0.065sw ?= 0.935so ?=
1114
141400.065(62.3)0.935(17),18.84m sw w so m σ?σ?σσ=+=?+?=
②提馏段：292.13t -
=℃
''
18
19.37929.37
w
w w
m V ml ρ=
=
=
''
46
53.120.866
o
o o
m V ml ρ=
=
= 乙醇表面张力：
'
1'11009010092.13,15.9915.216.215.2σσ--==--
水表面张力：，
'
2'
2
1009010092.13,60.358.816.258.8σσ--==-- ()()
2
'2'10.046519.37 6.60.046553.120.953519.370.046553.12w o
??-?????==???+?
因为 '0.0465o x =， 所以 '10.04650.9535w x =-=
'2'
'lg lg 6.60.82w o B ????
=== ???
23'
2215.99(53.12)0.44160.3(19.37)0.65292.13273.152Q ???=?-?=-??+??
'''0.820.6520.168A B Q =+=-=
联立方程组 '2'
'lg sw so A ????= ???
''
1sw so ??+=
代入解得：'0.192sw ?= '0.808so ?= '
20.75w σ=
1.2.1.4混合物的粘度
181.6t -
=℃，查表得：10.346μ= mPa ·s ，20.433μ= mPa ·s
292.13t -=℃，查表得：'10.300μ= mPa ·s ，'20.388μ= mPa ·s 精馏段粘度
()()112110.4330.31870.34610.31870.374x x μμμ=+-=?+?-= mPa ·s
提馏段粘度
()()'''122210.3840.04650.30010.04650.316x x μμμ=+-=?+?-= mPa ·s
1.2.1.5相对挥发度
①精馏段挥发度：由0.3187A x =，0.5902A y =得0.6813B x =，0.4098B y = 所以 0.59020.6813
3.080.40980.3187
A B B A y x y x α?=
==?顶 （1.14） ②提馏段挥发度：由'0.0465A x =，'0.2835A y =得'0.6813B x =，'
0.7165B y = 所以 ''
''
0.28350.9535
8.110.71650.0465
A B B A y x y x α?===?底 （1.15）
α=1.2.1.6气液相体积流量计算 根据x-y 图得：
min min 0.780.630.50710.780.484
D g D g y y R R x x --===+-- 所以 min 1.03R =
取min 1.5 1.5 1.03 1.545R R ==?= （1）精馏段： 1.54533.61
0.014kmol /s 3600
L RD ?==
= （1.16）
()()1.545133.6110.024kmol /s 3600
V R D +?=+=
= （1.17）
已知：126.92L M -
= kg/kmol ，134.53V M -
= kg/kmol 1825.1L ρ= kg/m 3，1 1.187V ρ= kg/m 3
质量流量：1126.920.0140.377kg /s L L M L -
==?= （1.18） 1134.530.0240.829kg /s V V M V -==?= （1.19） 体积流量：41
11
0.377
4.5691082
5.1
s L L L ρ-=
=
=? m 3/s （1.20） 1
11
0.829
0.6981.187
s V V V ρ=
=
= m 3/s （1.21）
（2）提馏段：因本设计为泡点进料，所以q=1
'151.81
0.0140.05623600
L L qF =+=+
=kmol/s （1.22） ()'10.024V V q F =+-= kmol/s （1.23） 已知：219.302L M -
= kg/kmol ，225.94V M -
= kg/kmol 2929.37L ρ= kg/m 3，20.866V ρ= kg/m 3
质量流量：'2219.3020.0562 1.085kg /s L L M L -
==?= （1.24） '2225.940.0240.623kg /s V V M V -
==?= （1.25） 体积流量：32
22
1.085
1.16710929.37
s L L L ρ-=
=
=? m 3/s （1.26）
2
22
0.623
0.7190.866
s V V V ρ=
=
= m 3/s （1.27）
第1.3节 理论塔板的计算
1.3.1理论塔板的计算
理论板：指离开这种板的气液两相互成平衡，而且塔板上液相组成均匀。 理论板的计算方法：可采用逐板计算法、图解法，本次实验采用图解法。 根据1.103×105Pa 下，乙醇-水的气液平衡组成关系可绘出平衡曲线即x-y 曲线图，泡点进料，所以q=1，即q 为一直线，本平衡具有下凹部分，操作线尚未落到平衡线前，已与平衡线相切。min 1.03R =，操作回流比
min 1.5 1.5 1.03 1.545R R ==?= 已知：精馏段操作线方程：10.6070.30611
D n n n x R
y x x R R +=+=+++ （1.28） 泡点进料 q=1,x q =x f =0.174
10.779D y x ==
()()1110.779
0.414915510.779
y x y αα=
==---? （1.29）
20.6070.7790.306=0.5578y ==?+
()20.5578
0.20155510.5578
x =
=--?
以此类推：30.1630.174F x x =≤=
提馏段操作线方程：1 2.340.00274(1)(1)W n m m Wx L qF
y x x V q F V q F
++=-=-----
（1.30）
4 2.340.1300.002740.3015y =?-=
()40.3015
0.07955510.3015
x =
=--?
以此类推：100.00140.002W x x =≤=
∴精馏塔内理论板N T =10块（包括再沸器），加料板为第3块理论板。 板效率与塔板结构、操作条件、物质的物理性质及流体性质有关，它反映了实际塔板上传质过程进行的程度。板效率可用奥康奈尔公式()0.245
0.49T L E αμ-=计算。 注：α——塔顶与塔底平均温度下的相对挥发度
L μ——塔顶与塔底平均温度下的液体粘度mPa ·s
（1）精馏段
∵ 3.08α=顶，0.374μ=顶mPa ·s ∴()
0.245
0.49 3.080.3740.473T E -=??=
110
21.140.473
T P T N N E =
==块 故121P N =块 （1）提馏段
∵8.11α=底，0.316μ=底 mPa ·s
∴()0.245
'
0.498.110.3160.389T
E -=??=
'2
'37.70.389
T P T N N E ===块故28P N =块 全塔所需实际塔板数：1221+829P P P N N N =+==块 全塔效率1034.48%29
t T P N E N =
==
第1.4节 塔经的初步计算
1.4.1塔经的初步计算
1.4.1.1精馏段
由u =（安全系数）×max u ，安全系数=0.6-0.8
，max u =C 可由史
密斯关联图查出： （1.31）
横坐标数值：12
141111 6.52010825.10.0180.96 1.187s L s V L V ρρ-??????== ? ?
??
??
（1.32）
取板间距：0.45T H = m ，0.07L h = m ，则0.38T L H h -= m 查图可知：170.07C = 0.2
0.2
1718.840.070.0692020C C σ??
??=== ? ?
??
??
（1.33）
max 0.069 1.82m /s u == 1max 0.7 1.274m /s u u ==
10.835m D =
== 圆整：11m D = 横截面积：22
21 3.1410.785m 4
4
T A D π
==
?= （1.34） 空塔气速：'110.6980.889m /s 0.785
s T V u A =
== （1.35）
1.4.1.2提馏段
横坐标数值：12
12
32222 1.16710929.370.05320.7190.866s L s V L V ρρ-??
????== ?
?
??
??
取板间距：'0.45T H = m ，'0.07L h = m ，则''
0.38T L H h -= m
查图可知：170.07C = 0.2
0.2
'1720.750.070.0712020C C σ????
=== ?
?
??
??
'max 0.071 2.32m /s u == '
2max 0.7 1.624m /s u u ==
20.751D m =
= 圆整：21D m = 横截面积：'2
2
22 3.1410.785m 4
4
T
A D π
==
?= 空塔气速：'22
'0.719
0.916m /s 0.785
s T V u A ===
第1.5节 溢流装置
1.5.1溢流装置
1.5.1.1堰长w l
取0.650.6510.65w l D m ==?= （1.36） 出口堰高：本设计采用平直堰，堰上液高度ow h 按下式计算
23
2.841000A ow w L h E l ??= ???
近似取E=1 （1.37）
（1）精馏段 23
42.843600 4.569100.0052710000.65ow h m -??
??== ?
??
0.070.005270.06473w L ow h h h m =-=-=
（2）提馏段 23
3'
2.843600 1.167100.098510000.65ow h m -????== ?
??
'''
0.070.009850.06015w L ow h h h m =-=-=
1.5.1.2弓形降液管宽度和横截面积 查图得：
0.0721f T
A A =，
0.124d
W D
= 则0.07210.7850.0566f A =?= m 2，0.12410.124d W m =?= 验算降液管内停留时间： 精馏段 4
1
0.05660.45
55.7454.56910
f T s A H s L θ-?=
=
=? （1.38） 提馏段：'
'
3
2
0.05660.45
21.8251.16710
f T
s A H s L θ-?=
=
=? （1.39） 验证结果为降液管，设计符合要求。 1.5.1.3降液管底隙高度
（1）精馏段
取降液管底隙的流速00.13u = m/s ，则41004.56910
0.0054
0.650.13s w L h m l u -?===? （1.40） （2）提馏段
取降液管底隙的流速'
0.13u =m/s ，则3
'20
'01.16710
0.01380.650.13
s w L h m l u -?==
=? （1.41）
因为'0h 小于20mm ，故0h 不满足要求。
第1.6节 塔板布置及浮阀数目与排列
1.6.1塔板布置及浮阀数目与排列
1.6.1.1塔板分布
本设计塔经D=1m ，采用分块式塔板，以便通过人孔装拆塔板。 1.6.1.2 浮阀数目与排列 （1）精馏段
取阀孔动能因子012F =，则孔速01u 为
0111.01m /s u ==
=（1.42）
每层塔板上浮阀数目为 1
2
2001
0.698
2020.7850.0211.01
4
s V N d u π
=
=
=??个（1.43） 取边缘区宽度0.06c W = m ，破沫区宽度0.10s W = m
计算塔板上的鼓泡区面积，即22arcsin 180a x A R R π?
?=???
? （1.44）
其中1
0.060.44m 22c D R W =
-=-= （1.45） ()()1
0.1240.10.27622
d s D x W W m =-+=-+= （1.46）
所以22
3.140.27620.2760.44arcsin 0.453m 1800.44a A ??=?=???
?
浮阀排列方式采用等腰三角形叉排，取同一个横排的孔心距t=75mm 则排间距：'0.4530.0302020.075
a t A t m N ===?=30mm （1.47） （1）提馏段
取阀孔动能因子012F =
，则0212.9m /s u ==
= （1.48） 每层塔板上浮阀数目为2
2
2002
0.719
1780.7850.0212.9
4
s V N d u π
=
=
=??个 （1.49） 按t=75mm ，估算排间距：'0.4530.0344m 1780.075
a t A t N =
==?=34mm （1.50） 开孔率：''
12+0.889+0.916
=0.903m /s 22
u u u == 20.8890.916
'13.990.7850.02411u +=
=?? （1.51）
0.903100% 6.45%10%'13.99u u φ==?=<
∵加压塔φ小于10% ∴满足要求
第2章 塔板的流体力学计算
第2.1节 气相通过浮阀塔板的压降
2.1.1气相通过浮阀塔板的压降
可根据p c l h h h h σ=++计算 （2.1） 2.1.1.1精馏段 ⑴ 干板阻力
19.57m /s oc U == （2.2）
∵11o oc U U >
∴22
v1111 5.34 1.18711.015.340.04822825.19.8
o c l U h m g ρρ??===??（46）
⑵ 板上气液层阻力
取00.5ε=，100.50.070.035l c h h m ε==?= （2.3） ⑶ 液体表面张力所造成的阻力
此阻力很小，可忽略不计，因此与气体流经塔板的压降相当的高度为
10.0480.0350.083p h m =+= （2.4）
1110.083825.19.8671.14p p l h h g Pa ρ?==??= （2.5） 2.1.1.2提馏段
⑴
干板阻力211.21m /s oc U == （2.6）
∵22o oc U U >， ∴2
v22212.670.042o c l U h m g
ρρ== （2.7）
⑵ 板上充气液层阻力。取00.5ε=，200.50.070.035l c h h m ε==?= （2.8）
⑶ 表面张力所造成的阻力
此阻力很小，可忽略不计，因此与气体流经塔板的压降相当的高度为：
20.0420.0350.077p h m =+=
（2.9）
2220.077929.379.8701.3p p l h h g Pa ρ?==??=
第2.2节 淹塔
2.2.1淹塔
为防止发生淹塔现象，要求控制降液管中清液高度w ()d T H H h ?≤+ （2.10） 2.2.1.1精馏段
⑴ 单层气体通过塔板压降所相当的液柱高度10.083p H m = ⑵ 液体通过降液管的压头损失：
42
211w 1
4.569100.153(
)0.153()0.002590.650.0054s d o l h m l h -?===? （2.11）
⑶ 板上液层高度：0.07c h m =，则，10.0830.002590.070.1556d h m =++=（2.12） 取0.5?=，已选定0.45T H m =，w10.06637h m = 则w 1()0.5(0.450.06473)0.2574T H h m ?+=+= 可见1w 1()d T H H h ?<+，所以符合防止淹塔的要求 2.2.1.2提馏段
⑴ 单板压降所相当的液柱高度20.077p H m = ⑵ 液体通过降液管的压头损失 32
22w 2
1.167100.153(
)0.153()0.002590.650.0138s d o l h m l h -?===? （2.13）
⑶ 板上液层高度：0.07c h m =，则20.0770.002590.070.1496d h m =++=（2.14） 取0.5?=，则w 2()0.5(0.450.06015)0.2551T H h m ?+=+= （2.15）
可见2w 2()d T H H h ?<+，所以符合防止淹塔的要求
第2.3节 液沫夹带
2.3.1液沫夹带
2.3.1.1精馏段
泛点率
100%F b
（2.16）
板上液体流经长度：2120.1240.752l d Z D W m =-=-?= 板上液流面积：20.78520.05660.6718A A A b T f =-=-?=㎡
查物性系数 K=1.0，泛点负荷系数图F C 0.103=
泛点率
100%38.97%=
对于大塔，为了避免过量物沫夹带，应控制泛点率不超过80%，由以上计算可知，无沫夹带能够满足v 0.11(kg ρ<液/kg 气）的要求。 2.3.1.2提馏段
取物性系数K=1.0，泛点负荷系数图F C 0.101=
泛点率
100%42.74%=
由计算可知符合要求。
第2.4节 塔板负荷性能图
2.4.1塔板负荷性能图
2.4.1.1雾沫夹带线
泛点率
F b
（2.17）
据此可作出负荷性能图中的物沫夹带线，按泛点率80%计算 ⑴ 精馏段
0.8=
整理得：s 0.0550.04 1.021L s V =+ （2.18） 由上可知物沫夹带线为直线，则在操作范围内任取两个L s 值，算出s V ⑵
提馏段0.8=
整理得：s 0.0540.03 1.021L s V =+ （2.19） 2.4.1.2液泛线
()w H h h h h h h h h h T p l d e c l d ?σ+=++=++++ （2.20）
由此确定液泛线，忽略式中的h
σ，
222v 03
0w w w
36002.84() 5.340.153()(1)[()]w 21000s s l o u l l H h h E T h l h l ρ?ερ+=?+?+++（2.21）
而 0240
s
V u d N π=
（2.22
⑴ 精馏段
2
1224222
30w 11w 2
2231.1870.257 5.340.7852190.02825.129.8
0.153()(1)[100.59 1.5(0.05370.56)]s s s s o V L h L L L h ε?=?
?????+?++++?+s1s1s2
整理得：V =37.13-21533.47L -187.62L
⑵ 提馏段0.251=5.34?
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 3. 3. 3.
20 4 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。 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。 1.4常用板式塔类型及本设计的选型 常用板式塔类型有很多，如：筛板塔、泡罩塔、舌型塔、浮阀塔等。而浮阀塔具有很多优点，且加工方便，故有关浮阀塔板的研究开发远较其他形式的塔板广泛，是目前新型塔板研开发的主要方向。近年来与浮阀塔一直成为化工生中主要的传质设备，浮阀塔多用
浮阀塔设计示例 设计条件 拟建一浮阀塔用以分离某种液体混合物，决定采用F1型浮阀（重阀），试按下述条件进行浮阀塔的设计计算。 气相流量V s = 1.27m3/s；液相流量L s = 0.01m3/s； 气相密度ρV = 3.62kg/m3；液相密度ρL = 734kg/m3； 混合液表面张力σ= 16.3mN/m，平均操作压强p = 1.013×105Pa。 设计计算过程 （一）塔径 欲求出塔径应先计算出适宜空塔速度。适宜空塔速度u一般为最大允许气速u F的0.6～0.8倍 即： u＝（0.6～0.8）u F 式中C可由史密斯关联图查得，液气动能参数为： 取板间距H T =0.6m，板上液层高度h L =0.083m，图中的参变量值H T-h L=0.6-0.083 =0.517m。根据以上数值由图可得液相表面张力为20mN/m时的负荷系数C20=0.1。由所给出的工艺条件校正得： 最大允许气速： 取安全系数为0.7，则适宜空塔速度为：
由下式计算塔径： 按标准塔径尺寸圆整，取D = 1.4m； 实际塔截面积： 实际空塔速度： 安全系数：在0.6～0.8范围间，合适。 （二）溢流装置 选用单流型降液管，不设进口堰。 1）降液管尺寸 取溢流堰长l w=0.7D，即l w/D=0.7，由弓形降液管的结构参数图查得：A f/A T=0.09,W d/D=0.15 因此：弓形降液管所占面积:A f=0.09×1.54=0.139(m2) 弓形降液管宽度:W d=0.15×1.4=0.21(m2) 验算液体在降液管的停留时间θ， 由于停留时间θ＞5s，合适。 2）溢流堰尺寸 由以上设计数据可求出： 溢流堰长 l w=0.7×1.4=0.98m 采用平直堰，堰上液层高度可依下式计算，式中E近似取1，即
设计任务书 设计题目： 苯－甲苯连续精馏浮阀塔设计 设计条件： 常压： 1p atm = 处理量： 100Kmol h 进料组成： 0.45f x = 馏出液组成： 98.0=d x 釜液组成： 02.0=w x （以上均为摩尔分率） 塔顶全凝器： 泡点回流 回流比： min (1.1 2.0)R R =- 加料状态： 0.96q = 单板压降： 0.7a kp ≤ 设 计 要 求 ： (1) 完成该精馏塔的工艺设计（包括物料衡算、热量衡算、筛板塔的设计算）。 (2) 画出带控制点的工艺流程图、塔板负荷性能图、精馏塔工艺条件图。 (3) 写出该精馏塔的设计说明书，包括设计结果汇总和设计评价。
目录 摘要 ........................................................................................................................................................................... I 绪论 (1) 设计方案的选择和论证 (3) 第一章塔板的工艺计算 (5) 1.1基础物性数据 (5) 1.2精馏塔全塔物料衡算 (5) 1.2.1已知条件 (5) 1.2.2物料衡算 (5) 1.2.3平衡线方程的确定 (6) 1.2.4求精馏塔的气液相负荷 (7) 1.2.5操作线方程 (7) 1.2.6用逐板法算理论板数 (7) 1.2.7实际板数的求取 (8) 1.3精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (9) 1.3.1进料温度的计算 (9) 1.3.2操作压力的计算 ................................................................................................ 错误!未定义书签。 1.3.3平均摩尔质量的计算 (9) 1.3.4平均密度计算 (10) 1.3.5液体平均表面力计算 (11) 1.3.6液体平均粘度计算 (12) 1.4 精馏塔工艺尺寸的计算 (12) 1.4.1塔径的计算 (12) 1.4.2精馏塔有效高度的计算 (14) 1.5 塔板主要工艺尺寸的计算 (14) 1.5.1溢流装置计算 (14) 1.6浮阀数目、浮阀排列及塔板布置 (15) 1.7塔板流体力学验算 (16) 1.7.1计算气相通过浮阀塔板的静压头降h f (16) 1.7.2计算降液管中清夜层高度Hd (17) 1.7.3计算雾沫夹带量e V (18) 1.8塔板负荷性能图 (19) 1.8.1雾沫夹带线 (19) 1.8.2液泛线 (19) 1.8.3 液相负荷上限线 (21) 1.8.4漏液线 (21) 1.8.5液相负荷下限线 (21) 1.9小结 (22) 第二章热量衡算 (23) 2.1相关介质的选择 (23) 2.1.1加热介质的选择 (23) 2.1.2冷凝剂 (23) 2.2热量衡算 (23) 第三章辅助设备 (28)
化学与环境工程学院 《化工原理》课程设计 设计题目：年产量1.5万吨乙醇-正丙醇精馏塔设计 专业班级： 指导教师： 学生姓名： 学号： 起止日期 2011.06.13-2011.06.24 目录 1．设计任务 (2) 2．设计方案 (3) 3.1 物料衡算 (6) 3.2 摩尔衡算 (7) 4．塔体主要工艺尺寸 (7) 4.1 塔板数的确定 (7) 4.1.1 塔板压力设计 (7) 4.1.2 塔板温度计算 (8) 4.1.3 物料相对挥发度计算 (9) 4.1.4 回流比计算 (9) 4.1.5 塔板物料衡算 (10) 4.1.6 实际塔板数的计算 (11) 4.1.7 实际塔板数计算 (12) 4.2 塔径计算 (12) 4.2.1 平均摩尔质量计算 (12) 4.2.2 平均密度计算 (13)
4.2.3 液相表面张力计算 (14) 4.2.4 塔径计算 (14) 4.3 塔截面积 (15) 4.4 精馏塔有效高度计算 (15) 4.5 精馏塔热量衡算 (16) 4.5.1 塔顶冷凝器的热量衡算 (16) 4.5.2 全塔的热量衡算 (18) 5．板主要工艺尺寸计算 (21) 5.1 溢流装置计算 (21) 5.1.1 堰长 l (21) w 5.1.2 溢流堰高度 h (21) W 5.1.3 弓形降液管宽度W d和截面积A f (22) 5.1.4 降液管底隙高度h0 (22) 5.2 塔板布置 (22) 5.2.1 塔板的选用 (22) 5.2.2 边缘宽度和破沫区宽度的确定 (23) 5.2.3 鼓泡区面积的计算 (23) 5.2.4 浮阀的数目与排列 (23) 5.3 阀孔的流体力学验算 (25) 5.3.1 塔板压降 (25) 5.3.2 液泛 (26) 5.3.3 液沫夹带 (27) 5.3.4 漏液 (29) 6．设计筛板的主要结果汇总表 (30)
浮阀板式精馏塔设计方案 第1章设计条件与任务 1.1设计条件 在常压操作的连续板式精馏塔分离乙醇-水混合物。塔釜直接蒸汽加热，生产能力和产品的质量要求如下： 生产能力：年处理乙醇-水混合液35 000吨(300天/年） 原料：乙醇含40%(质量分数，下同）的常温液体 分离要求：塔顶乙醇含量为93% 塔底乙醇含量为0.35% 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单板压降≤0.7kPa。 建厂地址： 1.2设计任务 1 全塔物料衡算、操作回流比和理论塔板数的确定。 2 计算冷凝器和再沸器热负荷。 3 计算精馏段、提馏段的塔板效率，确定实际塔板数。 4 估算塔径。 5 板式塔的工艺尺寸计算，包括溢流装置与塔板的设计计算。 6 塔板的流体力学性能校核，包括板压力降、液面落差、液沫夹带、漏液及液泛的校核。 7 绘制塔板的负荷性能图。塔板的负荷性能图由液相负荷下限线、液相负荷上限线、漏液线、液沫夹带线和溢流液泛线确定。 8 塔的结构确定，包括塔体结构与塔板结构。 塔体结构：塔顶空间，塔底空间，人孔(手孔），支座，封头，塔高等。 塔板结构：采用分块式塔板还是整块式塔板。 9 塔的附属设备选型,包括塔顶冷凝器、塔底(蒸馏釜的换热面积，原料预热器的换热面积与泵的选型(视情况而定）。 10 精馏塔各接管尺寸的确定。 11 绘制精馏塔系统工艺流程图。 12 绘制精馏塔装配图。 13 编写设计说明书。 14计算机要求：编写程序、CAD绘图等。 15 英语要求：撰写英文摘要。 16 设计说明书要求：逻辑清楚，层次分明，书写工整，独立完成。
第2章设计方案的确定图2.1 板式精馏塔的工艺流程简图
化工原理课程设计乙醇-水连续精馏塔的设计 姓名 学号 年级 专业化学工程与工艺 系（院）化学化工学院 指导教师张杰 2013年 6月
目录 第一章绪论 (1) 第二章塔板的工艺设计 (3) 2.1 精馏塔全塔物料衡算 (3) 2.2 常压下乙醇-水气液平衡组成（摩尔）与温度关系 (3) 2.3 理论塔板的计算 (8) 2．4 塔径的初步计算 (10) 2.5 溢流装置 (11) 2.6 塔板布置及浮阀数目与排列 (12) 第三章塔板的流体力学计算 (14) 3.1 气相通过浮阀塔板的压降 (14) 3.2 淹塔 (15) 3.3 液沫夹带 (15) 3.4 塔板负荷性能图 (16) 第四章附件设计 (20) 4.1 接管 (21) 4.2 筒体与封头 (22) 4.3 除沫器 (22) 4.4 裙座 (22) 4.5 吊柱 (22) 4.6 人孔 (23) 第五章塔总体高度的设计 (23) 第六章塔附属设备设计 (23) Q (23) 6.1确定冷凝器的热负荷 c 6.2 冷凝器的选择 (24) 参考书目 (24) 主要符号说明 (25) 结束语 (26)
（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30%（质量分数，下同），其余为水； 2) 产品的乙醇含量不得低于93%； 3) 残液中乙醇含量不得高于0.5%； 4) 每年实际生产时间：7200小时/年，处理量：80000吨/年； 5) 操作条件 a) 塔顶压力：常压 b) 进料热状态：饱和液体进料 (或自选) c) 回流比： R=1.55Rmin d) 加热方式：直接蒸汽 e) 单板压降：≤0.7kPa （三）板类型 浮阀塔 （四）厂址 临沂地区 （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）设计结果汇总 10) 对设计过程的评述和有关问题的讨论。 2、设计图纸要求 绘制生产工艺流程图（选作）； 注:常压下乙醇-水气液平衡组成与温度的关系见课程设计教材附录(105页)
乙醇－水连续浮阀式精馏塔的设计方案 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。 二：效率高：气液两相在塔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。 1.4常用板式塔类型及本设计的选型 常用板式塔类型有很多，如：筛板塔、泡罩塔、舌型塔、浮阀塔等。而浮阀塔具有很多优点，且加工方便，故有关浮阀塔板的研究开发远较其他形式的塔板广泛，是目前新型塔板研开发的主要方向。近年来与浮阀塔一直成为化工生中主要的传质设备，浮阀塔多用不锈钢板或合金。实际操作表明，浮阀在一定程度的漏夜状态下，使其操作板效率明显下降，其操作的负荷围较泡罩塔窄，但设计良好的塔其操作弹性仍可达到满意的程度。 浮阀塔塔板是在泡罩塔板和筛孔塔板的基础上发展起来的，它吸收了两者的优点。所以在此我们使用浮阀塔，浮阀塔的突出优点是结构简单，造价低，制造方便；塔板开孔率大，生产能力大等。 乙醇与水的分离是正常物系的分离，精馏的意义重大，在化工生产中应用非常广泛，对于提纯物质有非常重要的意义。所以有必要做好本次设计 1.4．本设计所选塔的特性 浮阀塔的优点是： 1．生产能力大，由于塔板上浮阀安排比较紧凑，其开孔面积大于泡罩塔板，生产能力 比泡罩塔板大 20%～40%，与筛板塔接近。 2．操作弹性大，由于阀片可以自由升降以适应气量的变化，因此维持正常操作而允许 的负荷波动围比筛板塔，泡罩塔都大。 3．塔板效率高，由于上升气体从水平方向吹入液层，故气液接触时间较长，而雾沫夹 带量小，塔板效率高。 4．气体压降及液面落差小，因气液流过浮阀塔板时阻力较小，使气体压降及液面落差
-- - 目录 设计任务书 (4) 第一章前言 (5) 第二章精馏塔过程的确定 (6) 第三章精馏塔设计物料计算 (7) 3.1水和乙醇有关物性数据 (7) 3.2 塔的物料衡算 (8) 3.2.1料液及塔顶、塔底产品及含乙醇摩尔分率 (8) 3.2.2平均分子量 (8) 3.2.3物料衡算 (8) 3.3塔板数的确定 (8) 3.3.1理论塔板数N T的求取 (8) 3.3.2求理论塔板数N T (9) 3.4塔的工艺条件及物性数据计算 (11) 3.4.1操作压强P m (12) 3.4.2温度t m (12) 3.4.3平均分子量M精 (12) 3.4.4平均密度ρM (13) 3.4.5液体表面X力σm (13) 3.4.6液体粘度μm L， (14) 3.4.7精馏段气液负荷计算 (14) 第四章精馏塔设计工艺计算 (15) 4.1塔径 (15) 4.2精馏塔的有效高度计算 (16) 4.3溢流装置 (16) 4.3.1堰长l W (16) 4.3.2出口堰高h W (16)
4.3.3降液管的宽度W d与降液管的面积A f (16) 4.3.4降液管底隙高度h o (17) 4.4塔板布置及浮阀数目排列 (17) 4.5塔板流体力学校核 (18) 4.5.1气相通过浮塔板的压力降 (18) 4.5.2淹塔 (18) 4.6雾沫夹带 (18) 4.7塔板负荷性能图 (19) 4.7.1雾沫夹带线 (19) 4.7.2液泛线 (20) 4.7.3液相负荷上限线 (20) 4.7.4漏液线（气相负荷下限线） (20) 4.7.5液相负荷下限线 (21) 4.8塔板负荷性能图 (22) 设计计算结果总表 (23) 符号说明 (24) 关键词 (25) 参考文献 (25) 课程设计心得 (26) 附录 (27) 附录一、水在不同温度下的黏度 (27) 附录二、饱和水蒸气表 (27) 附录三、乙醇在不同温度下的密度 (27)
3.4 浮阀精馏塔设计实例 3.4.1 化工原理课程设计任务书 1 设计题目：分离乙醇-水混合液的浮阀精馏塔设计 2 原始数据及条件 生产能力：年处理乙醇-水混合液14.0万吨（开工率300天/年） 原料：乙醇含量为20%（质量百分比，下同）的常温液体 分离要求：塔顶乙醇含量不低于95% 塔底乙醇含量不高于0.2% 建厂地址：江苏常州 3.4.2 塔板的工艺设计 1 精馏塔全塔物料衡算 F：原料液流量（kmol/s）x F：原料组成（摩尔分数，下同） D：塔顶产品流量（kmol/s）x D：塔顶组成 W：塔底残液流量（kmol/s）x W：塔底组成 原料乙醇组成： 塔顶组成： 塔底组成： 进料量： 物料衡算式：F = D + W F x F= D x D+ W x W 联立代入求解：D = 0.0264 kmol/s，W = 0.2371 kmol/s 2 常压下乙醇-水气液平衡组成（摩尔）与温度关系 在示例中对表格、图和公式未编号，在设计说明书中要求严格编号。 表3-11 乙醇-水气液平衡组成（摩尔）与温度关系 液相气相温度/℃液相气相温度/℃液相气相温度/℃ 100 0 0 82.7 23.37 54.45 79.3 57.32 68.41 95.5 1.90 17.00 82.3 26.08 55.80 78.74 67.63 73.85 89.0 7.21 38.91 81.5 32.73 59.26 78.41 74.72 78.15 86.7 9.66 43.75 80.7 39.65 61.22 78.15 89.43 89.43 85.3 12.38 47.04 79.8 50.79 65.64 84.1 16.61 50.89 79.7 51.98 65.99
乙醇-水溶液连续精馏塔设计 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., 8.参考文献 (23) 9.课程设计心得 (23) 精馏塔设计任务书 一、设计题目 乙醇—水溶液连续精馏塔设计 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： 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。 乙醇——水溶液连续精馏塔优化设计 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
课程设计 题目：浮阀式连续精馏 塔的设计 教学院：化学与材料工程学院专业：07级精细化工 学号：200740810113 学生：哈哈 指导教师：屈媛夏贤友 2010年 5 月20 日
课程设计任务书 2009 ～ 2010学年第 2 学期 学生：专业班级：07化学工程与工艺（精细化工向） 指导教师：屈媛夏贤友工作部门：化学与材料学院 一、课程设计题目 浮阀式连续精馏塔设计 二、课程设计容（含技术指标） 1. 工艺条件与数据 原料液量1500kg/h，含苯42%（质量分数，下同），乙苯58%；馏出液含苯98%，残液含苯2%；泡点进料；料液可视为理想溶液。 2. 操作条件 常压操作；回流液温度为塔顶蒸汽的露点；间接蒸汽加热，加热蒸汽压力为5kgf/cm2（绝对压力）；冷却水进口温度30℃，出口温度为45℃；设备热损失为加热蒸汽供热量的5% 。 3. 设计容 ①物料衡算、热量衡算； ②塔板数、塔径计算； ③溢流装置、塔盘设计； ④流体力学计算、负荷性能图。 三、进度安排 1．5月6日：分配任务； 2．5月6日-5月14日：查询资料、初步设计； 3．5月15日-5月21日：设计计算，完成报告。 四、基本要求 1. 设计计算书1份：设计说明书是将本设计进行综合介绍和说明。设计说明书应根据设计指导思想阐明设计特点，列出设计主要技术数据，对有关工艺流程和设备选型作出技术上和经济上的论证和评价。应按设计程序列出计算公式和计算结果，对所选用的物性数据和使用的经验公式、图表应注明来历。 设计说明书应附有带控制点的工艺流程图，塔结构简图。 设计说明书具体包括以下容：封面；目录；绪论；工艺流程、设备及操作条件；塔工艺和设备设计计算；塔机械结构和塔体附件及附属设备选型和计算；设计结果概览；附录；参考文献等。
浮阀塔课程设计说明书
题目： 拟建一浮阀塔用以分离苯-氯苯混合物（不易气泡），决定采用F1型浮阀，试根据以下条件做出浮阀塔（精馏段）的设计计算。 （1）进行塔板工艺设计计算及验算 （2）绘制负荷性能图 （3）绘制塔板结构图 （4）给出设计结果列表 （5）进行分析和讨论 设计计算及验算 1.塔板工艺尺寸计算 （1）塔径 欲求塔径应先给出空塔气速u ，而 max u )(?=安全系数u v v l c u ρρρ-=max 式中c 可由史密斯关联图查出，横标的数值为 0625.0)996 .29.841(61.1006.0)(5 .05.0==v l h h V L ρρ 取板间距m H T 45.0=，板上液层高度m h L 05.0=，则图中 参数值为 m h H L T 4.005.045.0=-=-
由图53-查得0825 .020 =c ，表面张力./9.20m mN =σ 0832 .0)20 ( 2.020=?=σ c c s m u /399.1996 .2996 .29.8410832.0max =-? = 取安全系数为0.6，则空塔气速为 m /s 84.0399.16.0u max =?=?=安全系数u 塔径m u V D s 562.184 .014.361 .144=??== π 按标准塔径圆整m D 6.1=，则 塔截面积 22201.2)6.1(4 14 .34 m D A T =?= = π 实际空塔气速 s m A V u T s /801.001 .261.1=== （2）溢流装置 选用单溢流弓形降液管，不设进口堰。各项计算如下： ①堰长W l ：取堰长D l W 66.0=，即 m l W 056.16.166.0=?= ②出口堰高W h ：OW L W h h h -= 采用平直堰，堰上液层高度OW h 可依下式计算： 3 2 )(100084.2W h OW l L E h = 近似取1=E ，则可由列线图查出OW h 值。 m 021.0h 056.1,/6.213600006.0OW 3===?=，查得m l h m L W h m h h h OW L W 029.0021.005.0=-=-=则
符号说明：英文字母 Aa---- 塔板的开孔区面积，m2 A f---- 降液管的截面积, m2 A T----塔的截面积 m C----负荷因子无因次 C20----表面力为20mN/m的负荷因子 d o----阀孔直径 D----塔径 e v----液沫夹带量 kg液/kg气 E T----总板效率 R----回流比 R min----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/s2 F----阀孔气相动能因子 kg1/2/(s.m1/2) h l----进口堰与降液管间的水平距离 m h c----与干板压降相当的液柱高度 m h f----塔板上鼓层高度 m h L----板上清液层高度 m h1----与板上液层阻力相当的液注高度 m ho----降液管底隙高度 m h ow----堰上液层高度 m h W----溢流堰高度 m h P----与克服表面力的压降相当的液注高度m H-----浮阀塔高度 m H B----塔底空间高度 m H d----降液管清液层高度 m H D----塔顶空间高度 m H F----进料板处塔板间距 m H T·----人孔处塔板间距 m H T----塔板间距 m l W----堰长 m Ls----液体体积流量 m3/s N----阀孔数目 P----操作压力 KPa △P---压力降 KPa △Pp---气体通过每层筛的压降 KPa N T----理论板层数 u----空塔气速 m/s V s----气体体积流量 m3/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 希腊字母 θ----液体在降液管停留的时间 s υ----粘度 mPa.s ρ----密度 kg/m3 σ----表面力N/m φ----开孔率无因次 X`----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 m----精馏段 n-----提馏段 D----塔顶 F-----进料板 W----塔釜
目录 1 课程设计的目的 (3) 2 课程设计题目描述和要求 (3) 3 课程设计报告内容 (4) 4 对设计的评述和有关问题的讨论 (22) 5 参考书目 (22) 1苯-甲苯连续精馏浮阀塔设计 1．课程设计的目的 2 课程设计题目描述和要求 本设计的题目是苯-甲苯连续精馏浮阀塔的设计，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，板空上安装浮阀，具体工艺参数如下： 原料苯含量：质量分率= (30+0.5*学号)% 原料处理量：质量流量=（10-0.1*学号）t/h [单号] （10+0.1*学号）t/h [双号] 产品要求：质量分率：xd=98%，xw=2% [单号] xd=96%，xw=1% [双号] 工艺操作条件如下： 常压精馏，塔顶全凝，塔底间接加热，泡点进料，泡点回流，R=（1.2～2）Rmin。 3．课程设计报告内容 3.1 流程示意图 冷凝器→塔顶产品冷却器→苯的储罐→苯 ↑↓回流 原料→原料罐→原料预热器→精馏塔 ↑回流↓ 再沸器← → 塔底产品冷却器→甲苯的储罐→甲苯 3.2 流程和方案的说明及论证 3.2.1 流程的说明 首先，苯和甲苯的原料混合物进入原料罐，在里面停留一定的时间之后，通过泵进入原料预热器，在原料预热器中加热到泡点温度，然后，原料从进料口进入到精馏塔中。因为被加热到泡点，混合物中既有气相混合物，又有液相混合物，这时候原料混合物就分开了，气相混合物在精馏塔中上升，而液相混合物在精馏塔中下降。气相混合物上升到塔顶上方的冷凝器中，这些气相混合物被降温到泡点，其中的液态部分进入到塔顶产品冷却器中，停留一定的时间然后进入苯的储罐，而其中的气态部分重新回到精馏塔中，这个过程就叫做回流。液相混合物就从塔底一部分进入到塔底产品冷却器中，一部分进入再沸器，在再沸器中被加热到泡点温度重新回到精馏塔。塔里的混合物不断重复前面所说的过程，而进料口不断有新鲜原料的加入。最终，完成苯与甲苯的分离。 3.2.2 方案的说明和论证 本方案主要是采用浮阀塔。 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：3 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。
板式连续精馏塔设计任务书 一、设计题目：分离苯一甲苯系统的板式精馏塔设计 试设计一座分离苯一甲苯系统的板式连续精馏塔，要求原料液的年处理量 为 50000 吨，原料液中苯的含量为 35 %，分离后苯的纯度达到 98 %, 塔底馏出液中苯含量不得高于1% （以上均为质量百分数） 二、操作条件 厂址拟定于天津地区。 设计内容 1. 设计方案的确定及流程说明 2. 塔的工艺条件及有关物性数据的计算 3. 精馏塔的物料衡算 4. 塔板数的确定 5. 塔体工艺尺寸的计算 6. 塔板主要工艺尺寸的设计计算 7. 塔板流体力学验算 8. 绘制塔板负荷性能图 9. 塔顶冷凝器的初算与选型 10. 设备主要连接管直径的确定 11. 全塔工艺设计计算结果总表 12. 绘制生产工艺流程图及主体设备简图 13. 对本设计的评述及相关问题的分析讨论 1. 塔顶压强： 2. 进料热状态： 3. 回流比： 加热蒸气压强: 单板压降： 4 kPa （表压）； 101.3 kPa （表压）; 塔板类型 浮阀塔板 四、 生产工作日 每年300天，每天 24小时运行。 五、 厂址
一、绪 论 二、设计方案的确定及工艺流程的说明 2.1 设计流程 2.2 设计要求 2.3 设计思路 2.4 设计方案的确定 三、全塔物料衡算 3.2 物料衡算 四、塔板数的确定 4.1 理论板数的求取 4.2 全塔效率实际板层数的求取 五、精馏与 提馏段物性数据及气液负荷的计算 5.1 进料板与塔顶、塔底平均摩尔质量的计算 5.4 液相液体表面张力的计算 目录 5.5 塔内各段操作条件和物性数据表 11 六、塔径及塔板结构工艺尺寸的计算 14 6.1塔径的计算 14 6.2塔板主要工艺尺寸计算 15 6.3 塔板布置及浮阀数目与排列 17 5.2 气相平均密度和气相负荷计算 10 5.3 液相平均密度和液相负荷计算 10 11
v .. . .. 乙醇-水溶液连续精馏塔设计 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) 精馏塔设计任务书 一、设计题目 乙醇—水溶液连续精馏塔设计 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。 乙醇——水溶液连续精馏塔优化设计 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
化工原理课程设计 浮阀塔的设计 专业：化学工程与工艺 班级：化工1003 ：皓升 学号：1001010310 成绩： 指导教师：王晓宁
目录 设计任务书 (1) 一、塔板工艺尺寸计算 (2) （1）塔径 (2) （2）溢流装置 (3) （3）塔板布置及浮阀数目与排列 (4) 二、塔板部结构图 (6) 三、塔板流体力学验算 (7) （1）气相通过浮阀塔板的压强降 (7) （2）夜泛 (7) （3）雾沫夹带 (8) 四、塔板负荷性能图 (9) (1)雾沫夹带线 (9) ⑵液泛线 (10) ⑶液相负荷上限线 (10) ⑷漏液线 (11) ⑸液相负荷下限线 (11) 五、汇总表 (13)
设计任务书 拟建一浮阀塔用以分离甲醇——水混合物，决定采用F1型浮阀（重阀），试根据以下条件做出浮阀塔的设计计算。 已知条件： 其中：n为学号 要求： 1.进行塔的工艺计算和验算 2.绘制负荷性能图 3.绘制塔板的结构图 4.将结果列成汇总表 5.分析并讨论
一 、塔板工艺尺寸计算 （1）塔径 欲求塔径应先给出空塔气速u ，而 max u )(?=安全系数u v v l C u ρρρ-=m ax 式中C 可由史密斯关联图查出，横标的数值为 0963.0)01 .1819(89.10064.0)(5 .05.0==v l h h V L ρρ 取板间距m H T 5.0=，板上液层高度m h l 07.0= ，则图中参数值为 m h H L T 38.007.045.0=-=- 由图53-查得085.020=c ，表面力./38m mN =σ 0.2 0.2 2038() 0.085=0.096 20 20c c σ ?? =?=? ??? max 0.096 2.73/u m s =?= 取安全系数为0.6，则空塔气速为 max u=0.6u =0.6 2.73=1.63m/s ? 则塔径D 为： 1.22D m = == 按标准塔径圆整D=1.4m ，则 塔截面积： 2 22 54.1)4.1(4 14.34m D A T =?==π
化工原理课程设计—浮阀塔塔板设计 专业:化学工程与工艺 班级:化工0701 姓名:曾超 学号：0701010101 成绩: 指导教师：张克铮
题目: 拟建一浮阀塔用以分离苯—氯苯混合物（不易气泡），决定采用F1型浮阀，试根据以下条件做出浮阀塔（精馏段）的设计计算。 已知条件见下表： （1）进行塔板工艺设计计算及验算 （2）绘制负荷性能图 （3）绘制塔板结构图 （4）给出设计结果列表 进行分析和讨论 设计计算及验算 1.塔板工艺尺寸计算 塔径欲求塔径应先给出空塔气速u ，而 max u )(?=安全系数u v v l c u ρρρ-=max 式中c 可由史密斯关联图查出，横标的数值为 0625.0)996 .29.841(61.1006.0)(5.05.0==v l h h V L ρρ取板间距m H T 45.0=，板上液层高度m h L 05.0=,则图中参数值为 m h H L T 4.005.045.0=-=-由图53-查得0825.020=c ，表面张力./9.20m mN =σ
0832.0)20(2.020=?=σ c c s m u /399.1996 .2996.29.8410832.0max =-?= 取安全系数为0。6，则空塔气速为
m /s 84.0399.16.0u max =?=?=安全系数u 塔径m u V D s 562.184 .014.361.144=??==π 按标准塔径圆整m D 6.1=，则 塔截面积22201.2)6.1(4 14.34m D A T =?==π （1）实际空塔气速s m A V u T s /801.001.261.1=== 溢流装置选用单溢流弓形降液管,不设进口堰。各项计算如下： ①堰长W l :取堰长D l W 66.0=,即 m l W 056.16.166.0=?=②出口堰高W h ：OW L W h h h -= 采用平直堰，堰上液层高度OW h 可依下式计算： 32 )(100084.2W h OW l L E h =近似取1=E ，则可由列线图查出OW h 值。 m 021.0h 056.1,/6.213600006.0OW 3===?=，查得m l h m L W h m h h h OW L W 029.0021.005.0=-=-=则 ③弓形降液管宽度d W 和面积f A : 66.0=D l W 由图103-查得：124.0,0721.0==D W A A d T f ,则 2145.001.20721.0m A f =?=m W d 199.06.1124.0=?= 停留时间s L H A L H A s T f h T f 88.10006 .045.0145.03600=?===θ
题目：乙醇-水精馏塔工艺设计与塔顶冷凝器选型设计专业：煤炭深加工与利用 学生姓名：武婷 学号: 090010 小组成员:郭泽红 指导教师: 完成日期: 新疆工业高等专科学校教务处印制 （乌鲁木齐市830091）
化工原理 课程设计任务书设计题目：乙醇——水连续精馏塔的设计 设计人员 所在班级成绩 指导教师日期
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94； （3）塔顶易挥发组分回收率为%； （4）生产能力为25000吨/年94%的乙醇产品； （5）每年按330天计，每天24h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) 单板压降小于等于 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。 。
第一章前言 化工生产中所处理的原料中间产品几乎都是由若干组分组成的混合物。其中大部分是均相混合物。生产中为满足要求需将混合物分离成较纯的物质。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。精馏过程在能量剂的驱动下（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。该过程是同时进行传质、传热的过程。 在本设计中我们使用筛板塔。筛板塔的突出优点是结构简单造价低。合理的设计和适当的操作筛板塔能满足要求的操作弹性。而且效率高采用筛板可解决堵塞问题适当控制漏液。 筛板塔是最早应用于工业生产的设备之一。五十年代之后通过大量的工业实践逐步改进了设计方法和结构。近年来与浮阀塔一起成为化工生中主要的传质设备。为减少对传质的不利影响。可将塔板的液体进入区制成突起的斜台状这样可以降低进口处的速度使塔板上气流分布均匀。筛板塔多用不锈钢板或合金制成。使用碳钢的比率较少。 它的主要优点是：结构简单。易于加工。造价为泡罩塔的60左右。为浮阀塔的80%左右；在相同条件下。生产能力比泡罩塔大20%～40%；塔板效率较高。比泡罩塔高15%左右。但稍低于浮阀塔；气体压力降较小。每板降比泡罩塔约低30%左右。缺点是：小孔筛板易堵塞。不适宜处理脏的、粘性大的和带固体粒子的料液；操作弹性较小（约2～3）。 蒸馏是分离均相混合物的单元操作。精馏是最常用的蒸馏方式。是组成化工生产过程的主要单元操作。精馏是典型的化工操作设备之一。进行此次课程设计的目的是为了培养综合运用所学知识,来解决实际化工问题的能力,做到能独立进行化工设计初步训练。为以后从事设计工作打下坚实的基础。 第二章流程的确定和说明 设计思路 首先，乙醇和水的原料混合物进入原料罐，在里面停留一定的时间之后，通过泵进入原料预