年处理1.2万吨乙醇-水连续筛板精馏塔设计
摘要
乙醇-水是工业上最常见的溶剂，也是非常重要的化工原料之一，是无色、无毒、无致癌性、污染性和腐蚀性小的液体混合物。但是由于乙醇-水体系有共沸现象，普通的精馏对于得到高纯度的乙醇。因此，研究和改进乙醇-水体系的精馏设备是非常必要的。本设计基于精馏的原理，查阅乙醇-水体系的相关物性参数，对精馏装置进行设计.而这一设计过程中的主要内容有:物料衡算，热量衡算，塔体工艺设计，塔板工艺设计，塔附属设备设计以及部分机械设计。
本次设计筛板塔是化工生产中主要的气液传质设备。此设计针对二元物系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，该设计方法被工程技术人员广泛应用。精馏设计包括设计方案的选取，精馏装置设计和核算的结果中，塔高15.38m，塔径0.8m，塔板数24块，精馏段10块，提馏段14块，进料的塔板数是第5块，最小回流比是3.1，板间距0.35m堰高精馏段0.0415m, 提馏段0.04m,堰长0.42m，相对挥发度精馏段2.26，提馏段2.27，人孔直径0.5m。工艺参数的选定泡点进料，泡点回流。设备的结构设计和工艺尺寸的设计计算，辅助设备的选型，工艺流程图，主要设备的工艺条件图等内容。通过对精馏塔的运算，可以得出精馏塔的各种设计如塔的工艺流程、生产操作条件及物性参数是合理的，各种接管尺寸是合理的，以保证精馏过程的顺利进行并使效率可能的提高。经过流体力学验算，满足设计要求。
本设计的多数接管管径取大，为了能使塔有一定操作弹性，允许气体液体流量增大，所以采取大于工艺尺寸所需的管径。
关键词：乙醇-水；精馏塔设计；筛板塔；工艺要求
Annual Processing Capacity of the Design of 12000 Tons of Ethanol - Eater
Continuous Sieve Plate Distillation Tower
Abstract: Ethanol - water industry is the most common solvent, is also an important chemical raw materials, is a colorless, non-toxic, no carcinogenicity, pollution and corrosion of liquid mixtures. Due to its excellent physical and chemical properties, widely used in the national economy in many sectors, in recent years, due to rising fuel prices, ethanol fuel are increasingly replacing traditional fuel trend. But as a result of ethanol - water system with azeotropic phenomenon, ordinary distillation to obtain high purity ethanol. Therefore, to study and improve the ethanol-water distillation equipment is very necessary. Based on the design of rectification principle, consult the ethanol - water system of the relevant physical parameters, the rectification device design. This design process, the main contents are: material balance, heat balance, the tower body column plate process design, process design, tower equipment design as well as some mechanical design.
The design of sieve plate tower in the chemical production is mainly of gas-liquid mass transfer equipment. The design for the two yuan of property of the distillation problem analysis, selection, calculation, calculation, drawing, is a complete distillation design process, the design method has been widely used in engineering and technical personnel. Distillation design including design plan selection, distillation device design and calculation results, tower 15.38m, tower diameter 0.8m, plate number 24, rectification section 10, a stripping section 14, feeding the plate number is fifth, small reflux ratio is3.1，plate spacing 0.35m weir high rectifying section 0.0415m, stripping section 0.04m, weir long 0.42m, relative volatility and distillation section 2.26, a stripping section 2.27, manhole diameter 0.5m. Process parameter selection of bubble point feeding, bubble point return. Equipment structure design and process dimensions of the design calculation, equipment selection, process flow, main equipment conditions of content. Through the distillation tower operation, can draw the distillation tower design such as the tower process flow, operation conditions and physical property parameters is reasonable, all kinds of pipe size is reasonable, to ensure the rectification process smoothly and make efficiency may be improved. After the fluid mechanics calculation, to meet the design requirements.
The design of most pipe diameter and big, in order to make the tower has certain elasticity of operation, allowing the flow of gas and liquid increases, so take more than size desired diameter.
Keywords: ethanol - water; distillation tower design; distillation tower design of sieve plate tower; technical requirements
目录
1.引言 (1)
1.1精馏操作在化工生产中的应用 (1)
1.2精馏的原理 (2)
1.3操作条件的选择 (2)
1.3.1操作压强 (2)
1.3.2进料状况 (2)
1.3.3加热和冷凝 (2)
1.3.4热能利用 (2)
2设计方案及计算 (3)
2.1进料方式 (3)
2.2流程说明 (3)
2.3设计方案 (4)
2.4精馏塔的物料衡算 (4)
2.5原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 (4)
2.6原料及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 (5)
2.7物料衡算 (5)
2.8塔温的确定 (5)
2.9塔顶与塔底的平均温度下的挥发度 (6)
2.10操作线的确定 (9)
3塔板数的确定 (9)
3.1理论塔板数的确定 (9)
3.2进料板 (10)
3.3全塔效率 (10)
3.4实际塔板数 (11)
4精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (11)
4.1操作压强 (11)
4.2温度 (12)
4.3平均摩尔质量 (12)
4.4平均密度 (13)
4.5液体表面张力 (15)
4.6平均黏度的计算 (15)
4.7气液相体积流率 (16)
5精馏塔的塔体工业尺寸计算 (16)
5.1塔径的计算 (17)
5.2塔板间距的确定 (19)
5.3壳体、封头尺寸的确定 (20)
6塔板主要工艺尺寸的计算 (20)
6.1溢流装置的计算 (20)
6.1.1溢流堰 (20)
6.1.2计算堰长、堰高 (21)
6.2溢流堰的设计 (21)
6.3塔板布置 (21)
6.3.1边缘宽度的确定 (22)
6.3.2筛孔的计算 (23)
7塔板流体力学验算 (23)
7.1泡沫夹带量的校核 (23)
7.2塔板阻力的校核 (24)
7.2.1干板阻力 (24)
7.2.2液层阻力 (24)
7.2.3克服液体表面张力阻力 (25)
7.3液降管液阀校核 (26)
7.4液体在降液管中的停留时间 (27)
7.5严重泄漏液校核 (27)
8塔板负荷性能图 (27)
8.1过量液沫夹带线 (27)
8.2降液管液泛线 (29)
8.3严重泄露线 (31)
8.4液相负荷下限线 (31)
8.5液相负荷上限线 (32)
8.6操作弹性 (32)
9筛板塔的结构与附属设备 (34)
9.1塔顶空间结构 (34)
9.2塔底空间结构 (34)
9.3人孔 (35)
9.4塔高 (35)
9.5筛板塔的附属设备的计算 (36)
9.6冷凝器 (36)
9.6.1冷凝器的选择：强制循环式冷凝器 (36)
9.6.2冷凝器的传热面积和冷却水的消耗量 (36)
9.7再沸器 (37)
9.8主要接管尺寸的计算 (37)
9.8.1进料管尺寸的计算及选型 (37)
9.8.2釜液出口管尺寸的计算及选型 (38)
9.8.3回流管尺寸的计算及选型要仪器 (38)
9.8.4塔顶蒸汽出口径及选型 (39)
10 结论 (39)
参考文献 (41)
致谢 (42)
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1
1、引言
1.1、精馏操作在化工生产中的应用
乙醇-水是工业上最常见的溶剂，也是非常重要的化工原料之一，是无色、无毒、无致癌性、污染性和腐蚀性小的液体混合物。因其良好的理化性能，而被广泛地应用于化工、日化、医药等行业。近些年来，由于燃料价格的上涨，乙醇燃料越来越有取代传统燃料的趋势，且已在郑州、济南等地的公交、出租车行业内被采用。多年来，蒸馏工艺被认为是最经济的工业化回收乙醇的方法。但是随着能源短缺情况日益严重，研究节能型蒸馏工艺和非蒸馏回收乙醇工艺已成为乙醇工业研究的重要课题。在化工、石油、轻工等生产过程中，原料和中间产品有许多是由几具组分组成的液相均相混合物(或称混合液、溶液)，为了对某些组分进行提纯，或回收其中有用的组分，常需将混合液进行分离。精馏就是最为常用的分离方法之一。该设计中，用精馏的方法来分离乙醇和水的混合物。
1.2、精馏的原理
精馏原理可用t-x –y 图来说明。如图片1-1所示，将组成为F x 、温度为F t 的某混合加热至泡点以上，则该混合物被部分汽液化，产生汽液两相，其组成分别为1y 和1x ，此时
11F y x x >>。将汽液两相分离，并将组成为1y 的汽相混合物进行部分冷凝，则可得到组成为2y 的汽相和组成为2x 的液相。继续将组成为2y 的汽相进行部分冷凝，又可得到组成为3y 的汽相和组成为3x 的液相，显然3y >2y >1y 如此进行下去，最终的汽相经全部冷凝后，即可获得高纯度的易挥发组分产品。同时，将组成为1x 的液相进行部分
汽化，则可得到组成为'2y 的汽相和组成为'2x 的液
相，继续将组成为'2x 的液相部分汽化，又可得 图1-1 精馏原理
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2
到组成为'3y 的汽相和组成为'3x 的液相，显然''
'321x x x >>。如此进行下去，最终的液相即
为高纯度的难挥发组分产品。
由此可见，液体混合物经多次部分汽化和冷凝后，便可得到几乎完全的分离，这就是精馏过程的基本原理。
1.3操作条件的选择
1.3.1操作压强
根据处理物料的性能和设计任务可以在常压、加压和减压三种条件下进行，本设计中乙醇和水都为一般原料选择常压下操作。 1.3.2进料状况
进料状有五种即：过冷液体进料，泡点进料，气液混合进料，饱和蒸汽进料，过热蒸汽进料。在实际生产中为了方便控制和增加分离效果通常采用泡点进料，即将原料加热到泡点才送入精馏塔中。这样的塔操作比较容易控制。不受季节气温的影响，此外泡点进料精馏段与提馏段的塔径相同，在设计和制造上液方便。本设计采用泡点进料。
1.3.3加热和冷凝
精馏塔的加热方式一般采用间接加热方式。 为了让能量得到充分地利用采用水进行加热和冷凝。塔底产物主要是水而且需要的热量较多采用水进行直接加热，直接加热的优点是：可以利用较低的蒸汽加热，在塔内只需安装鼓泡管，不需要安装庞大的传热面，这样，操作费用和设备费用均可节省一些，但是直接蒸汽加热，蒸汽的不断涌入，
对塔底溶液起了稀释作用。在塔底易挥发物损失量相同的情况下，塔釜中易于挥发组分的浓度应较低，因而需要塔板数稍微有所增加。但对有些物系，当残液中易挥发组分浓度低时，溶液的相对挥发度大，容易分离故所增加的塔板数并不多，此时采用间接蒸汽加热是合适的。
对于塔底和塔顶的冷凝后的水在客体中重复循环至塔底进行塔釜加热，以增加对能量的利用。 1.3.4 能量的利用
精馏过程的特性是重复气化和冷凝。因此，热效率很低采用一些改进措施提高效率。因此，根据上述设计要求，本设计采用常压操作，泡点进料，间接加热以及冷水冷凝的
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冷却方式，适当考虑热能利用。
2、设计方案及计算
2.1进料方式
进料状态有多种，但一般都将料液预热到泡点或接近泡点才送入塔中。这样一来，进料温度就不受季节、气温变化和前道工序波动的影响，塔的操作就比较容易控制。此外，泡点进料时，精馏段与提馏段的塔径相同，设计制造均比较方便。 因此，本设计选择泡点进料，即1q 。
2.2流程说明
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084C 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025C 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。具体操作如下：首先，酒精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，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。气相上升到塔顶上方的冷凝器中，这些气相被降温到泡点，其中的液态部分进入产品冷却器中，停留一定的时间然后进入酒精的储罐，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，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。塔里的混合物不断进行上述过程，而进料口不断有原料的加入。最终，完成酒精与水的分离。
在化工生产中虽然有很多分离方法但大多都是用精馏的方法将物质进行分离提纯。本设计是采用连续精馏塔对乙醇和水进行分离。化工生产中的原料由若干组分所构成其中间产物所含成分较少可以忽略不计，精馏采用典型的单元操作。利用混合的水和乙醇的沸点有着较大的差距之一特点，让不平衡的气液组分在塔盘上多次接触后经过传质、传热后，通过部分冷凝和部分汽化，使易挥发的乙醇组分在气相中的含量增加而难挥发的水则聚集在液态之中，从而达到分离的目的[2]。
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工业上对精馏塔的设计要求：①生产能力大；②操作弹性大，分离效率高；③流体流动阻力小，操作费用低；④结构简单，造价低，制造、安装、维修方便等[3]。
2.3设计方案
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。
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。
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。
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030C 原料冷液进料。由于蒸汽质量不易保证，采用间接蒸汽加热。
热再沸器，冷凝器等附属设备的安排：塔底设置再沸器，塔顶蒸汽完全冷凝后在冷却至060C 回流入塔。冷凝冷却器安装在较低的框架上通过回流比控制期分流后，用回流泵打回塔内，馏出产品进入储罐。塔釜产品接近纯水，一部分用来补充加热蒸汽，其余储槽备稀释其他工段污水排放。
2.4精馏塔的物料衡算
原料液处理量为12000吨/年,（每年生产330天），塔顶产品组成94%（w/w ）乙醇。原料40%（w/w ）乙醇水溶液。 分子量=18/;=46/M kg kmol M kg kmol 水乙醇。
2.5原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率
液相中A 组分的摩尔分率，计算是如下
F x 原料液中易挥发组分的摩尔分数：
0.40.40.6
/()0.20746.0746.0718.02
F x =
+= (2-1) D x 塔顶馏出液中易挥发组分的摩尔分数：
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0.940.940.06
/()0.86046.0746.0718.02
D x =
+= W x 釜液中易挥发组分的质量分数：
0.020.020.98
/()0.00846.0746.0718.02
W x =
+= 2.6原料及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量
0.20746.07(10.207)18.0223.82 kg /kmol F M =?+-?= (2-2) 0.86046.07(10.860)18.0242.14 kg /kmol D M =?+-?=
0.00846.07(10.008)18.02
18.
W M =?+-?= 2.7物料衡算
原处理量为：
120001000
/23.7763.74/33024
F kmol h ?=
=?
总物料衡算：F D W =+ (2-3)
63.74D W =+
乙醇物料衡算：F D W F D W x x x ?=?+? (2-4)
63.740.2070.860D 0.008W ?=+
联立两方程解得：D 14.89 kmol /h =
W 48.85 kmol /h =
塔顶产品易挥发组分率η为D
F
Dx Fx η=
(2-5) 14.850.860/63.740.20η=?
?= 2.8塔温的确定
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表2-1 不同温度下乙醇和水的汽液平衡组成数据如下
液相摩尔 分数x/%
气相摩尔 分数y/% 温度/℃
液相摩尔 分数x/% 气相摩尔 分数y/% 温度/℃
0.00 0.00 100 32.73 58.26 81.5 1.90 17.00 95.5 39.65 61.22 80.7 7.21 38.91 89.0 50.79 65.64 79.8 9.66 43.75 86.7 51.98 65.99 79.7 12.38 47.04 85.3 57.32 68.41 79.3 16.61 50.89 84.1 67.63 73.85 78.74 23.37 54.45 82.7 74.72 78.15 78.41 26.08
55.80
82.3 89.43
89.43
78.15 塔顶温度：78.1D t = 进料温度：82.9F t = 塔底温度：98.1W t =
精馏段的平均温度：182.978.1
80.52t +=
= 提馏段的平均温度:282.998.1
90.52
t +=
= 全塔平均温度：82.998.178.1
86.373
t ++=
= 2.9塔顶与塔底的平均温度下的挥发度
//A b
A A
B B B B A B
y x P x P x y x ναν=
==
(2-6) 理想下的相对挥发度：00A
B
P P α=。
式中：α—溶液中酒精对水的相对挥发度；
A v 、
B v —溶液中酒精对水的挥发度；
A B A B x x y y 、、、—相平衡时液相和气相中各组分的摩尔分数。 由液体饱和蒸汽压0P 的Antoine (安托因)方程可知：
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由安托因公式(Antoine )0log B
P A t C
=-
+ (2-7) 注：0P ——纯组分液体的饱和液体的蒸汽压kPa ； A.B.C ——Antoine 常数。 乙醇和水的Antoine 常数如下
表2-2 Antoine 常数值
组分 A B C 乙醇(A) 7.33827 1652.05 231.48 水（B ）
7.07406
1657.46
227.02
全塔平均温度86.370
C 下,全塔的相对挥发度00A
B
P P α=。
01652.05
logP 7.33827 2.14
86.37231.48
P 138.038
A A =-=-= 0
01657.46
logP 7.07406 1.79
86.37227.02
P 60.256
A A =-=-= 得：138.038
2.2960.256
α=
=
同理,塔顶的温度:78.1, 2.28D D t α== 进料的温度:82.9, 2.26F F t α== 塔底的温度:98.1, 2.24W W t α==
对于精馏段
: 2.26α=== 对于提馏段
: 2.27m α===
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表2-3 乙醇-水溶液相平衡数据
X Y X Y X Y 0.000040 0.00053 0.0035 0.0412 0.4427 0.6299 0.000117 0.00153 0.0039 0.0451 0.4892 0.6470 0.000157 0.00204 0.0079 0.0876 0.5400 0.6692 0.000196 0.00255 0.0119 0.1275 0.5811 0.6876 0.000235 0.00307 0.0161 0.1634 0.6252 0.7110 0.000274 0.00358 0.0286 0.2396 0.6727 0.7361 0.000313 0.00410 0.0416 0.2992 0.7063 0.7582 0.000352 0.00461 0.0551 0.3451 0.7415 0.7800 0.00040 0.0051 0.0686 0.3806 0.7599 0.7926 0.00055 0．0077 0.0892 0.4209 0.7788 0.8042 0.0008 0.0103 0.1100 0.4541 0.7982 0.8183 0.0012 0.0157 0.1377 0.4868 0.8182 0.8325 0.0016 0.0198 0.1677 0.5127 0.8387 0.8491 0.0019 0.0248 0.2425 0.5522 0.8597 0.8640 0.0023 0.0290 0.2980 0.5741 0.8815 0.8825 0.0027 0.0333 0.3416 0.5910 0.8941 0.8941 0.0031 0.03725 0.4000 0.6144
图2-1 乙醇-水汽液平衡图
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由
min
min 0.60721
R R =+得：min 1.546R =
min R 2R =
3.1R =
2.10操作线的确定
精馏段：
L RD 3.114.89=46.16kmol/h ==?
()()1 3.1114.8961.05kmol /h V R D =+=+?= 精馏段的操作线方程为：
146.1614.890.86061.0546.16
n n D n L D y x x x V V +=
+=+? (2-8) 0.760.28n x =+ 提馏段:
'46.16163.74109.9/L L qF kmol h =+=+?= '(1)61.05(11)63.7461.05V V q F =--=--?= 提馏段的操作线方程：
'1''109.948.850.00861.0561.05
n n W n L W y x x x V V +=-=-?
1.80.0064n x =-
3.塔板数的确定
3.1理论塔板数的确定
理论板数T N 由芬斯克方程式可知：
min
10.86010.860lg lg 110.8600.00811lg lg 2.26
W D D W m X X X X N α??????-?-??????? ? ? ?????
--????????????=-=- (3-1)
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10
2.88
17.230.35
=
-= 并且
min 3.31 1.546
0.381 3.11
R R R --==++ 由吉利兰图[3]查得：
min 7.23
0.32511
T T
T T N N N N N --==++ 解得:12T N =
3.2进料板
min
10.86010.207lg lg 110.8600.20711 2.91lg lg 2.260
D F
D F m
X X X X N α??????-?-?
?????? ??
? ?????
--????????????=
-=-=
前已经查出
min
0.3251
T T N N N -=+
min
0.325
1T T N N N -=+ 2.91
0.325
1T T N N -=+
4.97T N =
故进料板为从塔顶往下的第5层理论板:即5F N = 总理论板层数 ：12T N =，不包括再沸器 进料板位置 ： 5F N =
3.3全塔效率T E
塔的平均温度86.37
混合物的平均相对挥发度 2.26α=。
精确的计算方法,目前，塔板效率的估算方法大体分为两类。一类是较全面的考虑各种传质和流体力学因素的影响，从点效率出发，逐步计算出全塔效率；另一类是简化的
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经验计算法。奥康奈尔方法[6]目前被认为是较好的简易方法。对于精馏塔，奥康奈尔法将总塔板总效率与物系性质、塔板结构及操作条件都有密切的关系，由于影响因素很多，目前尚无板效率对液相黏度与相对挥发度的乘积进行关联，表达式如下：
245.0)(49.0-=L T E αμ (3-2)
对于多组分系统L μ可按下式计算，即
∑=L i
i L x μμ
Li μ——液相任意组分i 的黏度，.mpa s ； i x ——液相中任意组分i 的摩尔分数。
在t=86.370C 时，由液体黏度共线图[3]查得0.381L μ=（图中，乙醇的X 10.5=，Y 13.8=）。
水的黏度 0.325.L Pa s μ=
()0.2070.38110.2070.3250.337mPa.s L L Li x μμ==?+-?=∑ (3-3)
即全塔效率E T ：
0.2450.2450.490.49(2.260.337)0.52T L L E αμ--==?=（）
3.4实际塔板数
精馏段的实际塔板数：5
9.6100.52
T P T N N E =
==≈ 提馏段的实际塔板数：'7
13.46140.52
T m T N N E ===≈
4精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算
4.1操作压强m P
塔顶压强：101.33kPa D P = 每层塔板的压强：P 0.7kPa ?=
进料板的压强：101.330.710108.33F P kPa =+?= 塔釜压强：101.330.724118.13W P =+?=
冯仿华：年处理1.2万吨酒精-水连续筛板精馏塔设计
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精馏段的平均压力：101.33108.33
104.832
m P +=
=
提馏段的平均压力：118.13108.33
113.232
m P +=
= 精馏塔的平均压强：101.33108.33118.23
109.33
p ++=
= 4.2温度m t
有前面的计算可知：
塔顶温度：78.1D t = 进料温度：82.9F t = 塔底温度：98.1W t =
精馏段的平均温度：182.978.1
80.52
t +=
= 提馏段的平均温度：282.998.1
90.52t +=
= 全塔平均温度： 82.998.178.1
86.373
t ++=
= 4.3平均摩尔质量M
10.860D x y ==
0.86046.07(10.860)18.0242.143/VD M kmol h =?+-?= (4-1) 0.85046.07(10.850)18.0241.86/LD M kmol h =?+-?= (4-2) 进料板：0.207F x =
2.290.207
0.37/1(1)1(2.291)0.207
F F F x y kmol h
x αα?=
==+-+-?0.3746.07(10.37)18.0228.38/VF M kmol h =?+-?=0.20746.07(10.207)18.0223.83/LF M kmol h =?+-?= 塔釜：0.008W x =
2.290.008
0.018/1(1)1(2.291)0.008
W W W x y kmol h x αα?=
==+-+-?
0.01846.0718.02=14.67kmo/h VW M =?+?（1-0.018） 0.00846.07(10.008)18.0218.24kmol/h LW M =?+-?=
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精馏段的平均摩尔质量：
42.14328.38
=
35.26kg/kmol 22VD VF V M M M ++==精 41.8623.83
=
32.85kg/kmol 22
LD LF L M M M ++==精 提馏段的平均摩尔质量：
28.3814.67
=
21.53kg/kmol 22VF VW V M M M ++==提
(23.8318.24
=
21.04kg/kmol 22
LF LW L M M M ++==提 4.4平均密度
气体的平均密度。 有理想气体方程计算，即 气相密度：m m Vm
V p M RT ρ= (4-3) 精馏段：m
m Vm V p M
RT
ρ=
3m 11
104.8335.26
=
1.58/8.314(273.1480.5)m V Vm Vm P M P M kg m Rt Rt ρ?===?+精精精
提馏段：
3m m 2
2
113.2321.53
=
0.81/8.314(273.1490.5)
t t V m V Vm P M P M kg m R R ρ?=
=
=?+提提
提提
提
液相的平均密度计算：
表4-1 乙醇不同温度下的密度
温度℃ 50 60 70 80 90 100 110 乙醇
765
755
746
735
730
716
703
表4-2 水在不同温度下的密度
温度 40 50 60 70 80 90 100 水
992.2
988.1
983.2
977.8
971.8
965.3
958.4
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由下式
∑
=i
i
L
w ρρ1
（α为质量分数）
0.86046.0739.62
0.940.86046.070.1418.0242.14
D ω?=
==?+?
0.20746.079.54
0.400.20746.070.79318.0223.83
F ω?===?+?
0.00846.070.37
0.0160.00846.070.99218.0218.24
W ω?===?+?
塔顶温度：78.1D t = 进料温度：82.9F t = 塔底温度：98.1W t =
表4-3 根据t
ρ-图可知
在不同温度下的密度
组分 78.1 82.9 98.1 乙醇 739.6 728.9 719.5 水
970.8
970.2
959.4
塔顶：739.6/,970.8/A B kg kmol kg kmol ρρ==，0.94A D ωω== 得：31
1734.22/0.940.06
739.6970.8
LDm A B
A B
kg m ρωωρρ=
=
=+
+ (4-4)
进料板：728.9/,970.2/A B kg kmol kg kmol ρρ==，0.40A ω=
3
1854.70/0.400.60
729.9970.2
LFm kg m ρ=
=+
塔釜：719.5/.959.5/A B kg kmol kg kmol ρρ== 0.02A ω=
31953.29/0.020.98
719.5959.4
LWm kg m ρ=
=+
精馏段的液相平均密度：3734.22854.70
=
=794.46/2
Lm kg m ρ+精
提馏段的气相平均密度：3959.5854.70
=
=907.1/2
Vm kg m ρ+提 4.5液体表面张力m L σ
液体表面张力按下式计算：m L i i x σσ=∑。
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。由于所涉浓度围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。
课程设计说明书 题目乙醇—水连续筛板式精馏塔的设计 课程名称化工原理 院系 专业 班级 学生姓名 学号 指导教师
目录 第一章绪论 (2) 一、目的： (2) 二、已知参数： (3) 三、设计内容： (3) 第二章课程设计报告内容 (3) 一、精馏流程的确定 (3) 二、塔的物料衡算 (4) 三、塔板数的确定 (4) 四、塔的工艺条件及物性数据计算 (6) 五、精馏段气液负荷计算 (10) 六、塔和塔板主要工艺尺寸计算 (10) 七、筛板的流体力学验算 (16) 八、塔板负荷性能图 (18) 九、筛板塔的工艺设计计算结果总表 (22) 十、精馏塔的附属设备及接管尺寸 (23) 第三章总结 (23) .
乙醇——水连续精馏塔的设计 第一章绪论 一、目的： 通过课程设计进一步巩固课本所学的内容，培养学生运用所学理论知识进行化工单元过程设计的初步能力，使所学的知识系统化，通过本次设计，应了解设计的内容，方法及步骤，使学生具有调节技术资料，自行确定设计方案，进行设计计算，并绘制设备条件图、编写设计说明书。 在常压连续精馏塔中精馏分离含乙醇70%的乙醇—水混合液，分离后塔顶馏出液中含乙醇量不小于90%，塔底釜液中含乙醇不高于0.1%（均为质量分数）。 二、已知参数： （1）设计任务 ●进料乙醇 X = 70 %（质量分数，下同） ●原料流量 Q = 20t/d ●塔顶产品组成 > 90 % ●塔底产品组成 < 0.1 % （2）操作条件 ●操作压强：常压 ●精馏塔塔顶压强：常压 ●釜加热方式:直接蒸汽 ●进料热状态：饱和蒸汽进料 ●回流比：自定待测 ●冷却水： 20 ℃ ●加热蒸汽：低压蒸汽，0.2 MPa ●单板压强：≤ 1kpa ●塔顶为全凝器，中间饱和蒸汽进料，筛板式连续精馏 三、设计内容： （1）设计方案的确定及流程说明 （2）塔的工艺计算
化工原理课程设计 题目：乙醇水精馏筛板塔设计 ( 设计时间：2010、12、20-2011、1、6 / 》 ：
化工原理课程设计任务书（化工1） 一、设计题目板式精馏塔的设计 二、设计任务：乙醇-水二元混合液连续操作常压筛板精馏塔的设计 三、工艺条件 } 生产负荷（按每年7200小时计算）：6、7、8、9、10、11、12万吨/年 进料热状况：自选 回流比：自选 加热蒸汽：低压蒸汽 单板压降：≤ 工艺参数 四、设计内容 1.确定精馏装置流程，绘出流程示意图。 ` 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 塔顶全凝器设计计算：热负荷，载热体用量，选型及流体力学计算。 | 料液泵设计计算：流程计算及选型。 管径计算。 五、设计结果总汇 六、主要符号说明 七、参考文献 八、图纸要求 1、工艺流程图一张(A2 图纸) 2、主要设备工艺条件图（A2图纸） ^
~ 目录 前言 (3) 1概述 (4) 设计目的 (4) 塔设备简介 (4) 2设计说明书 (6) 流程简介 (6) 工艺参数选择 (7) ) 3 工艺计算 (8) 物料衡算 (8) 理论塔板数的计算 (8) 查找各体系的汽液相平衡数据 (8) 如表3-1 (8) q线方程 (9) 平衡线 (9) 回流比 (10) … 操作线方程 (10) 理论板数的计算 (11) 实际塔板数的计算 (11) 全塔效率ET (11) 实际板数NE (12) 4塔的结构计算 (13) 混合组分的平均物性参数的计算 (13) 平均分子量的计算 (13) 】 平均密度的计算 (14) 塔高的计算 (15) 塔径的计算 (15) 初步计算塔径 (16) 塔径的圆整 (17) 塔板结构参数的确定 (17) 溢流装置的设计 (17) 塔盘布置（如图4-4） (17) ` 筛孔数及排列并计算开孔率 (18) 筛口气速和筛孔数的计算 (19) 5 精馏塔的流体力学性能验算 (20) 分别核算精馏段、提留段是否能通过流体力学验算 (20) 液沫夹带校核 (20)
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
化工原理课程设计 设计题目乙醇-水筛板精馏塔设计 学生姓名 学号 班级 指导教师 设计时间 完成时间2
化工原理课程设计任务书 （一）设计题目：乙醇－水筛板精馏塔设计 （二）设计任务 完成精馏塔工艺优化设计、精馏塔结构优化设计以及有关附属设备的设计和选用，绘制带控制点的工艺流程图、精馏塔工艺条件图，并编制工艺设计说明书。 年产量：10000t ；原料液浓度：40% （乙醇质量分数）； 产品浓度：93% （乙醇质量分数）；乙醇回收率：99% 。 （三）操作条件 1．塔顶压强4 kPa（表压）； 2．进料热状况，泡点进料； 3．塔顶全凝器，泡点回流，回流比R=(1.1~2.0)R min； 4．塔釜加热蒸汽压力245 KPa(表压)； 5．单板压降不大于0.7 kPa； 6．塔板类型筛板塔； 7．工作日每年330天，每天24h连续运行; 8．厂址：徐州地区。 （四）设计内容 1．精馏塔的物料衡算； 2．塔板数的确定； 3．精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算； 4．精馏塔的塔体工艺尺寸计算； 5．塔板主要工艺尺寸的计算； 6．塔板的流体力学验算； 7．塔板负荷性能图； 8．精馏塔接管尺寸计算,附属设备的确定； 9．绘制带控制点工艺流程图（A2）、精馏塔工艺条件图（A2）； 10．符号说明； 11.对设计过程的评述和有关问题的讨论； 12.参考文献。
摘要 精馏塔是进行精馏的一种塔式气液接触装置，又称为蒸馏塔。有板式塔与填料塔两种主要类型。根据操作方式又可以分为连续精馏塔与间歇精馏塔。化工生产常需进行液体混合物的分离以达到提纯或回收有用组分的目的，精馏操作在化工、石油化工、轻工等工业生产中占有重要的地位。为此，掌握气液平衡关系，熟悉各种塔形的操作特性，对选择、设计和分析分离过程中的各种参数是非常重要的。 在本设计中我使用了筛板塔，筛板塔的突出优点是结构简单、造价低。当有合理的设计和适当的操作，筛板塔能满足分离要求的操作弹性，而且效率高。 精馏是最常用的分离液液混合物方式之一，是组成化工生产过程的主要单元操作，也是典型的化工操作设备之一。进行此次课程设计，我的目的是培养自己综合运用所学知识的能力，以及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，为以后从事设计等化工工作打下坚实的基础。 关键词：乙醇；水；精馏段；提馏段；筛板塔。
专业资料 化工原理课程设计题目乙醇-水溶液连续精馏塔优化设计
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)
精馏塔优化设计任务书 一、设计题目 乙醇—水溶液连续精馏塔优化设计 二、设计条件 1．处理量： 16000 （吨/年） 2．料液浓度： 40 （wt%） 3．产品浓度： 92 （wt%） 4．易挥发组分回收率： 99.99% 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 （某大学化学化工学院） 摘要：设计一座连续浮阀塔，通过对原料，产品的要求和物性参数的确定及对主要尺寸的计算，工艺设计和附属设备结果选型设计，完成对乙醇-水精馏工艺流程和主题设备设计。 关键词：精馏塔，浮阀塔，精馏塔的附属设备。 （Department of Chemistry,University of South China,Hengyang 421001） Abstract: The design of a continuous distillation valve column, in the material, product requirements and the main physical parameters and to determine the size, process design and selection of equipment and design results, completion of the ethanol-water distillation process and equipment design theme. Keywords: rectification column, valve tower, accessory equipment of the rectification column.
第一章绪论 (2) 一、目的： (2) 二、已知参数： (2) 三、设计内容： (2) 第二章课程设计报告内容 (3) 一、精馏流程的确定 (3) 二、塔的物料衡算 (3) 三、塔板数的确定 (4) 四、塔的工艺条件及物性数据计算 (6) 五、精馏段气液负荷计算 (10) 六、塔和塔板主要工艺尺寸计算 (10) 七、筛板的流体力学验算 (15) 八、塔板负荷性能图 (18) 九、筛板塔的工艺设计计算结果总表 (22) 十、精馏塔的附属设备及接管尺寸 (22) 第三章总结 (23) .
乙醇——水连续精馏塔的设计 第一章绪论 一、目的： 通过课程设计进一步巩固课本所学的内容，培养学生运用所学理论知识进行化工单元过程设计的初步能力，使所学的知识系统化，通过本次设计，应了解设计的内容，方法及步骤，使学生具有调节技术资料，自行确定设计方案，进行设计计算，并绘制设备条件图、编写设计说明书。 在常压连续精馏塔中精馏分离含乙醇25%的乙醇—水混合液，分离后塔顶馏出液中含乙醇量不小于94%，塔底釜液中含乙醇不高于0.1%（均为质量分数）。 二、已知参数： （1）设计任务 ●进料乙醇 X = 25 %（质量分数，下同） ●生产能力 Q = 80t/d ●塔顶产品组成 > 94 % ●塔底产品组成 < 0.1 % （2）操作条件 ●操作压强：常压 ●精馏塔塔顶压强：Z = 4 KPa ●进料热状态：泡点进料 ●回流比：自定待测 ●冷却水： 20 ℃ ●加热蒸汽：低压蒸汽，0.2 MPa ●单板压强：≤ 0.7 ●全塔效率：E T = 52 % ●建厂地址：南京地区 ●塔顶为全凝器，中间泡点进料，筛板式连续精馏 三、设计内容： （1）设计方案的确定及流程说明 （2）塔的工艺计算
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
题目：乙醇水精馏筛板塔设计 设计时间： 化工原理课程设计任务书（化工1） 一、设计题目板式精馏塔的设计 二、设计任务：乙醇-水二元混合液连续操作常压筛板精馏塔的设计 三、工艺条件 生产负荷（按每年7200小时计算）：6、7、8、9、10、11、12万吨/年 进料热状况：自选 回流比：自选 加热蒸汽：低压蒸汽 单板压降：≤0.7Kpa 工艺参数 组成浓度（乙醇mol%） 塔顶78 加料板28 塔底0.04 四、设计内容 1.确定精馏装置流程，绘出流程示意图。 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 塔顶全凝器设计计算：热负荷，载热体用量，选型及流体力学计算。 料液泵设计计算：流程计算及选型。 管径计算。 五、设计结果总汇 六、主要符号说明 七、参考文献 八、图纸要求 1、工艺流程图一张(A2图纸) 2、主要设备工艺条件图（A2图纸） 目录 前言 (4) 1概述 (5) 1.1设计目的 (5) 1.2塔设备简介 (6) 2设计说明书 (7) 2.1流程简介 (7) 2.2工艺参数选择 (8) 3工艺计算 (8) 3.1物料衡算 (8) 3.2理论塔板数的计算 (8) 3.2.1查找各体系的汽液相平衡数据 (8) 如表3-1 (8) 3.2.2q线方程 (9) 3.2.3平衡线 (9) 3.2.4回流比 (10) 3.2.5操作线方程 (11) 3.2.6理论板数的计算 (11) 3.3实际塔板数的计算 (11) 3.3.1全塔效率ET (11) 3.3.2实际板数NE (12) 4塔的结构计算 (13)
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，还必须有塔底再沸器和塔顶冷凝器，有时还要配原料液预热器、回流液泵等附属设备，才能实现整个操作。 浮阀塔与20世纪50年代初期在工业上开始推广使用，由于它兼有泡罩塔和筛板塔的优点，已成为国内应用最广泛的塔型，特别是在石油、化学工业中使用最普遍。浮阀有很多种形式，但最常用的形式是F1型和V-4型。F1型浮阀的结果简单、制造方便、节省材料、性能良好，广泛应用在化工及炼油生产中，现已列入部颁标准（JB168-68）内，F1型浮阀又分轻阀和重阀两
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
新疆工程学院 化工原理课程设计说明书 题目名称：年产量为8000t的乙醇-水混合液 精馏塔的工艺设计 系部：化学与环境工程系 专业班级：化学工程与工艺13-1 学生姓名：杨彪 指导老师：杨智勇 完成日期： 2016.6.27
格式及要求 1、摘要 1)摘要正文 (小四，宋体) 摘要内容200～300字为易，要包括目的、方法、结果和结论。 2）关键词 XXXX；XXXX；XXXX (3个主题词) (小四，黑体) 2、目录格式 目录(三号，黑体，居中) 1 XXXXX（小四，黑体） 1 1.l XXXXX(小四，宋体) 2 1.1.1 XXXXX(同上) 3 3、说明书正文格式： 1. XXXXX (三号，黑体) 1．1 XXXXX(四号，黑体) 1.1.1 XXXXX(小四，黑体) 正文：XXXXX(小四，宋体) （页码居中） 4、参考文献格式： 列出的参考文献限于作者直接阅读过的、最主要的且一般要求发表在正式出版物上的文献。参考文献的著录，按文稿中引用顺序排列。 参考文献内容(五号，宋体) 示例如下： 期刊——[序号]作者1，作者2…，作者n．题(篇)名，刊名(版本)，出版年，卷次(期次)。 图书——[序号]作者1，作者2…，作者n．．书名，版本，出版地，出版者，出版年。 5、.纸型、页码及版心要求： 纸型： A4，双面打印 页码：居中，小五 版心距离：高：240mm(含页眉及页码)，宽：160mm 相当于A4纸每页40行，每行38个字。 6、量和单位的使用： 必须符合国家标准规定，不得使用已废弃的单位。量和单位不用中文名称，而用法定符号表示。
新疆工程学院课程设计任务书
学院 化工原理课程设计任务书 专业： 班级： 姓名： 学号： 设计时间： 设计题目：乙醇——水筛板精馏塔工艺设计 （取至南京某厂药用酒精生产现场） 设计条件： 1. 常压操作，P=1 atm（绝压）。 2. 原料来至上游的粗馏塔，为95——96℃的饱和蒸汽。因沿 程热损失，进精馏塔时原料液温度降为90℃。 3. 塔顶产品为浓度92.41%（质量分率）的药用乙醇，产量为 40吨/日。 4．塔釜排出的残液中要求乙醇的浓度不大于0.03%（质量分 率）。 5．塔釜采用饱和水蒸汽加热（加热方式自选）；塔顶采用全凝器，泡点回流。 。 6．操作回流比R=（1.1——2.0）R min 设计任务： 1. 完成该精馏塔工艺设计，包括辅助设备及进出口接管的计 算和选型。 2．画出带控制点的工艺流程图，t-x-y相平衡图，塔板负 荷性能图，筛孔布置图以及塔的工艺条件图。 3．写出该精流塔的设计说明书，包括设计结果汇总和对自己 设计的评价。 指导教师：时间
1设计任务 1.1 任务 1.1.1 设计题目乙醇—水筛板精馏塔工艺设计（取至南京某厂药用酒 精生产现场） 1.1.2 设计条件 1.常压操作，P＝1 atm（绝压）。 2．原料来至上游的粗馏塔，为95－96℃的饱和蒸气。 因沿程热损失，进精馏塔时原料液温度降为90℃。 3．塔顶产品为浓度92.41%（质量分率）的药用乙醇， 产量为40吨/日。 4．塔釜排出的残液中要求乙醇的浓度不大于0.03％ (质量分率)。 5．塔釜采用饱和水蒸气加热（加热方式自选）；塔顶 采用全凝器，泡点回流。 6．操作回流比R=(1.1—2.0) R。 min 1.1.3 设计任务 1.完成该精馏塔工艺设计，包括辅助设备及进出口接 管的计算和选型。 2．画出带控制点的工艺流程示意图，t-x-y相平衡 图，塔板负荷性能图，筛孔布置图以及塔的工艺条 件图。 3．写出该精馏塔的设计说明书，包括设计结果汇总 和对自己设计的评价。 1.2 设计方案论证及确定 1.2.1 生产时日 设计要求塔日产40吨92.41%乙醇，工厂实行三班制，每班工作8小时，每天24小时连续正常工作。 1.2.2 选择塔型 精馏塔属气—液传质设备。气—液传质设备主要分为板式塔和填料塔两大类。该塔设计生产时日要求较大，由板式塔与填料塔比较[1]知：板式塔直径放大
（一） 设计题目 乙醇—水二元物系筛板式精馏塔的设计 （二）设计条件 常压： P=1atm 处理量：100kmol/h 进料组成：0.45 馏出液组成：0.88 釜液组成：0.12 塔顶设全凝器，泡点回流 加料热状况：q=0.98 回流比min )0.21.1(R R -= 单板压降≤0.7kPa （三）设计容 (1)精馏塔塔体工艺设计，包括物料衡算、热量衡算、筛板塔的设计计算 (2)绘制带控制点的工艺流程图、精馏塔设计条件图。 (3)撰写精馏塔的设计说明书。
目录 化工原理单元设计任务书 (2) 第一章前言 (1) 1.1精馏原理及其在工业生产中的应用 (1) 1.2精馏操作对塔设备的要求 (1) 1.3常用板式塔类型及本设计的选型 (2) 1.4本设计所选塔的特性 (3) 第二章精馏塔的工艺设计 (5) 2.1全塔物料衡算 (5) 2.2温度计算 (5) 2.3气相组成计算 (6) 2.4摩尔组成计算 (8) 2.5混合液体表面力计算 (8) 2.6平均相对挥发度的计算 (13) 2.7精馏段和提馏段操作线方程 (13) 2.8逐板法确定理论板数及进料位置 (14) 2.8.1理论板数的计算 (14) 2.8.2实际塔板数及加料位置的计算 (16) 2.9全塔效率的计算 (17) 2.9.1粘度计算 (17) 2.9.2板效率计算 (17) 第三章热量衡算 (19) 3.1加热器热负荷及全塔热量衡算 (19) 3.2热量衡算 (20) 第四章精馏塔的主要工艺尺寸的计算 (21) 4 .1体积流量的计算 (21) 4.2塔径的计算 (22) 4.3溢流装置的计算 (22) 4.3.1堰长W l (22) 4.3.2溢流堰高度 (22)
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
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：
化工原理课程设计任务书 专业：班级： 姓名： 学号： 设计时间： 设计题目：乙醇——水筛板精馏塔工艺设计 （取至南京某厂药用酒精生产现场） 设计条件： 1. 常压操作，P=1 atm（绝压）。 2. 原料来至上游的粗馏塔，为95——96℃的饱和蒸汽。因沿 程热损失，进精馏塔时原料液温度降为90℃。 3. 塔顶产品为浓度92.41%（质量分率）的药用乙醇，产量为 40吨/日。 4．塔釜排出的残液中要求乙醇的浓度不大于0.03%（质量分 率）。 5．塔釜采用饱和水蒸汽加热（加热方式自选）；塔顶采用全凝器，泡点回流。 。 6．操作回流比R=（1.1——2.0）R min 设计任务： 1. 完成该精馏塔工艺设计，包括辅助设备及进出口接管的计 算和选型。 2．画出带控制点的工艺流程图，t-x-y相平衡图，塔板负 荷性能图，筛孔布置图以及塔的工艺条件图。 3．写出该精流塔的设计说明书，包括设计结果汇总和对自己 设计的评价。 指导教师：时间 1设计任务
1.1 任务 1.1.1 设计题目乙醇—水筛板精馏塔工艺设计（取至南京某厂药用酒 精生产现场） 1.1.2 设计条件 1.常压操作，P＝1 atm（绝压）。 2．原料来至上游的粗馏塔，为95－96℃的饱和蒸气。 因沿程热损失，进精馏塔时原料液温度降为90℃。 3．塔顶产品为浓度92.41%（质量分率）的药用乙醇， 产量为40吨/日。 4．塔釜排出的残液中要求乙醇的浓度不大于0.03％ (质量分率)。 5．塔釜采用饱和水蒸气加热（加热方式自选）；塔顶 采用全凝器，泡点回流。 6．操作回流比R=(1.1—2.0) R。 min 1.1.3 设计任务 1.完成该精馏塔工艺设计，包括辅助设备及进出口接 管的计算和选型。 2．画出带控制点的工艺流程示意图，t-x-y相平衡 图，塔板负荷性能图，筛孔布置图以及塔的工艺条 件图。 3．写出该精馏塔的设计说明书，包括设计结果汇总 和对自己设计的评价。 1.2 设计方案论证及确定 1.2.1 生产时日 设计要求塔日产40吨92.41%乙醇，工厂实行三班制，每班工作8小时，每天24小时连续正常工作。 1.2.2 选择塔型 精馏塔属气—液传质设备。气—液传质设备主要分为板式塔和填料塔两大类。该塔设计生产时日要求较大，由板式塔与填料塔比较[1]知：板式塔直径放大时，塔板效率较稳定,且持液量较大，液气比适应范围大，因此本次精馏塔设备选择板式塔。筛板塔是降液管塔板中结构最简单的，它与泡罩塔相比较具有下列优点：生产能力大10-15%，板效率提高15%左右，而压降可降低30%左右，另外筛板塔结构简单，消耗金属少，塔板的造价可减少40%左右，安装容易，也便于
（封面） XXXXXXX学院 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
目录 第一章设计任务书 (1) 第二章设计方案的确定及流程说明 (2) 2.1 塔类型的选择 (2) 2.2 塔板形式的选择 (3) 2.3 设计方案的确定 (4) 第三章塔的工艺计算 (6) 3.1物料衡算 (6) 3.2理论板数，板效率及实际板数的计算 (10) 3.3平均参数、塔径、塔高的计算 (14) 第四章塔板结构设计 (21) 4.1塔板结构尺寸的确定 (21) 4.2塔板流体力学计算 (23) 第五章塔板负荷性能图 (28) 5.1 精馏段 (28) 5.2提馏段 (30) 第六章附属设备设计 (33) 6.1产品冷却器 (33) 6.2接管 (34) 6.3其他 (35) 第七章设计方案的比较与讨论 (36)
第一章设计任务书 一、设计题目：乙醇—水精馏塔 本设计是根据生产实际情况并加以一定程度的简化而提出的。 二、设计任务及条件 1.进精馏塔料液含乙醇25%（质量），其余为水。 2.产品乙醇含量不得低于94%（质量）。 3.残液中乙醇含量不得高于0.1%（质量）。 4.生产能力为日产（24小时）50吨94%的乙醇产品 5.操作条件： 精馏塔顶压力：4KPa（表压） 进料状况：泡点进料 回流比：R/R min=1.6 单板压降：不大于667 Pa 加热蒸汽压力：101.3kPa（表压） 6.设备形式：浮阀塔 7.厂址：天津地区
第二章设计方案的确定及流程说明 2.1 塔类型的选择 塔设备的种类很多，按操作压力可分为常压塔、加压塔和减压塔；按塔内气液相接触构件的结构形式又可分为板式塔和填料塔两大类。 板式塔和填料塔各有适用的环境，具体板式塔和填料塔性能的比较可见下表1： 表1 板式塔和精馏塔的比较 类型板式塔填料塔 结构特点每层板上装配有不同型式的气 液接触元件或特殊结构，如筛 板、泡罩、浮阀等；塔内设置 有多层塔板，进行气液接触 塔内设置有多层整砌或乱堆的填料， 如拉西环、鲍尔环、鞍型填料等散装 填料，格栅、波纹板、脉冲等规整填 料；填料为气液接触的基本元件 操作特点气液逆流逐级接触微分式接触，可采用逆流操作，也可 采用并流操作 设备性能 空塔速度（亦即生产能力） 高，效率高且稳定；压降大， 液气比的适应范围大，持液量 大，操作弹性小 大尺寸空塔气速较大，小尺寸空塔气 速较小；低压时分离效率高，高压时 分离效率低，传统填料效率较低，新 型乱堆及规整填料效率较高； 大尺寸压力降小，小尺寸压力降大； 要求液相喷淋量较大，持液量小，操 作弹性大 制造与维修直径在600mm以下的塔安装困 难，安装程序较简单，检修清 理容易，金属材料耗量大 新型填料制备复杂，造价高，检修清 理困难，可采用非金属材料制造，但 安装过程较为困难 适用场合处理量大，操作弹性大，带有 污垢的物料 处理强腐蚀性，液气比大，真空操作 要求压力降小的物料 在本设计中，之所以选用板式塔，塔底为直接蒸汽加热，板式塔塔底无需再添加气体初始分布装置，且塔顶和进料口位置无需添加液体初始分布装置；另一方面，塔板所需费用要远低于规整填料，正式是因为板式塔的结构简单，造价较低两大优点，导致具有比较大的经济优势。
化工原理课程设计乙醇-水筛板精馏塔设计 学生姓名李瑞雪 学院名称环境工程 学号20111702207 班级11环工 2 专业名称环境工程 指导教师王菊 2015年1月5日
第一章前言 (2) 第二章任务书 (3) 2.1 设计题目： (3) 2.2 设计任务及操作条件: (3) 2.3 设备形式： (3) 2.4 设计内容： (3) 2.4.1 设计说明书的内容： (3) 2.4.2设计图纸要求： (3) 2.5 设计基础数据： (4) 第三章流程的确定和说明 (5) 3.1设计思路 (5) 3.2设计流程 (5) 第四章塔的工艺计算 (6) 4.1 进料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数 (6) 4.2 平均摩尔质量 (6) 4.3全塔物料衡算： (7) 4.4回流比的确定 (7) 4.4.1平均相对挥发度的计算 (7) 4.4.3精馏段和提馏段操作线方程的确定 (8) 4.5 精馏塔的塔顶、进料板、塔釜温度、全塔效率的确定 (10) 4.5.1全塔的相对平均挥发度的计算 (10) 4.6实际塔板数的计算 (12) 第五章塔板结构设计 (13) 5.1塔径的计算 (13) 5.2塔高的计算 (16) 5.3塔板结构尺寸的确定 (16) 5.3.1溢流装置计算 (18) 5.3.2塔板布置 (19) 5.4筛板的流体力学验算 (20) 5.4.1塔板压降 (20) 5.4.2液沫夹带 (21) 5.4.3漏液 (22) 5.4.4液泛 (22) 5.5塔板负荷性能图 (23) 5.5.1过量液沫夹带线关系式 (23) 5.5.2液相下限线关系式 (23) 5.5.3严重漏夜线关系式 (23) 5.5.4液相上限线关系式 (24) 5.5.5降液管液泛线关系式 (24) 结束语 (26) 参考文献 (27)