化工原理课程设计任务书
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，也便于清洗检修[2]。因此，本设计采用筛板塔比较合适。
1.2.3精馏方式
由设计要求知，本精馏塔为连续精馏方式。
1.2.4 操作压力
常压操作可减少因加压或减压操作所增加的增、减压设备费用和操作费用，
提高经济效益, 在条件允许下常采用常压操作，因此本精馏设计选择在常压下操作。
1.2.5加热方式
在本物系中，水为难挥发液体，选用直接蒸汽加热，可节省再沸器。
1.2.6 工艺流程
原料槽中的原料液先由离心泵送到预热器预热，再进精馏塔，精馏塔塔顶蒸汽经全凝器冷凝，泡点回流，塔顶产品输送进乙醇贮存罐，而再沸器则加热釜液，塔釜产品流入釜液贮存罐。
2 筛板式精馏塔的工艺设计
2.1 精馏塔的工艺计算
2.1.1乙醇和水的汽液平衡组成
相对挥发度 的计算：
塔顶产品浓度为92.4%，因此，可近似看成纯乙醇溶液；同理，塔底浓度为0.02%可近似看成纯水溶液。所以，塔顶温度为乙醇沸点为78.3o C，塔底温度为水的沸点96.0o C
表2-1查[2]
书得：不同温度下乙醇和水的汽液平衡组成如下表所示：
② 通过试差法求出塔顶、塔底、进料处、加料板的乙醇气相组成
17.05
.95903891.017.00.895.95--=--进料板Y
0190
.05
.95900721.00190.00.895.95--=--进料板X
解得 X 进料板=0.0639 Y 进料板=0.355
③计算塔顶、塔底、进料处相对挥发度
计算公式为：Xa
Ya 1Xa 1Ya ）（）
（α--=
顶
Y --=--8943.03
.7815.788943.07815.015.7841.78
Y
顶
=0.8292
8943
.015
.783.788943.07472.015.7841.78--=--顶X
X 顶=0.8094
17.05
.959617.005.95100--=--顶Y
0190
.05
.9596019.005.95100--=--底X
塔顶：α顶=1.123 塔底：α底=8.957 加料板：α加料板=8.063
④计算乙醇－水的平均相对挥发度：
乙醇－水的相对挥发度一般应用各温度下的挥发度的几何平均值或者算术平均值表示，
本设计中使用各温度下的几何平均值来表示。 α底顶αα=
=2.32
2.1.2全塔物料衡算
原料液中：设 A 组分－乙醇; B 组分－水
查[6]书和[7]书得:
乙醇的摩尔质量：M 乙=46.07 kg/kmol 水的摩尔质量： M 水=18.02 kg/kmol
826.002
.18/0759.007.46/9241.007
.46/9241.0=+=
D x
0000782.002.18/98.007.46/02.007
.46/02.0=+=W x
因为入口的原料液是上游为95——96℃的饱和蒸汽冷却至90o C 所得，因此，x F 的液相
组成就是95.5 o C 的气相组成。经查表得，95.5 o C 的饱和蒸汽进料液的摩尔组成为：
x F = 0.17
根据产量和所定工作时间，即日产40吨92.41%乙醇，每天24小时连续正常工作，则
原料处理量：D =3
401040.51(/)24(0.826546.070.1718.02)kmol h ?=??+?
206.000000782
.0826.00000782.017.0=--=--=W D W F X X X X F D h kmol /196.650F =
h kmol D F W /156.14040.51196.650=-=-=
求q 值
由表2-1乙醇-水的平衡数据用内差法求得原料进入塔时{90℃时}的气液相组成为：x A =0.0639 y A
=0.3554
由 F F x = L x A + V y A
和 F = L + V 得 L = 125.26（kmol/h ），
∴q = L /F = 0.6360
则：q 线方程为 y =
11
F x q
x q q ---= -1.747x+0.467 塔顶和塔釜温度的确定
由t-x-y 图可知: 塔顶温度t D =78.30℃，塔底温度t w = 96.00℃，
△
t=1/2(t D +t w )=87.15℃
回流比和理论塔板的确定
用内差法求得进料板的气液相组成（90℃进料）
进料板位于平衡线上,则：{
355
.00639.0====进料板进料板Y y X x q q
618.10639
.0355.0355
.0826.0min =--=
--=
q
q q D x y y x R
R=1.5*R min =1.5*1.618=2.427
操作方程的确定
精馏段：h kmol D R L /318.9851.40427.2=?=?=
h kmol D R V /828.13851.40)1427.2()1(=?+=+=
提馏段：h kmol qF L L /387.223650.196*636.0318.98=+=+='
h kmol F q V V /247.67650.196*)636.01(828.138)1(=--=--='
、精镏段操作方程：b
292.0708.0826.0*828
.13851
.40828.138318.981+=+=+=
+n D n n x Xn x V D x V L y 提镏段操作线方程：
000182.0322.30000782.0*247
.67140.156247.67387.2231-=-='-''=
+n w n n x Xn x V W x V L y 相平衡方程为：
n
n
n n n n n y y y y Xn x x y 32.132.2)1()1(1-=
--=?-+=
αααα 板效率及实际塔板数的确定
（1）求αμL
平均温度 t ?=87.15 (0C)下
μA = 0.449mpas μB =0.3281 mpas 则μL =x F μA ＋（1－x F ）μB
=0.17×0.449＋（1－0.17）×0.3281 =0.3487mpas
αμL =2.35×0.3487=0.8194 （2）求板效率E T
由αμL =0.8194，由《化工原理(下)》164页图10-20查得 E T =51%，偏低；实际工作E T 有所提高,因此取E T =70%. （3）求实际板数
由 T
T E N N 1
-=
得 精馏段实际板数： N 精 =21/0.70=30（块） 提馏段实际板数： N 提 =7/0.70=10（块） 全塔板数： N=40块
2.2 精馏段物性衡算
2.2.1物料衡算
操作压强 P = 101.325
温度 t m t D =78.300C t F =900C t w =96.000C
∴t m =
015.842
90
30.782=+=+F D t t C 定性组成
(1)塔顶 y 1= X D = 0.826 查平衡曲线得到 x 1=0.810 (2)进料 y f =0.355 x f =0.0639 平均分子量 m M 查附表知: (1)塔顶：M
VDm
=0.826?46.07+(1-0.826)?18.02=41.189（mol g /） M
LDm
=0.810?46.07+(1-0.810)?18.02=40.730（mol g /） (2)进料: M
VFm
=0.355?46.07+(1-0.355)?18.02=27.978（mol g /）M
LFm
=0.0639?46.07+(1-0.0639)?18.02=19.810（mol g /）
平均分子量M
Vm =
2VFm VDm M M +=2978
.27189.41+=34.584（mol g /）
M
Lm =
2
LFM LDM M M +=2810
.19730.40+=30.270(mol g /)
平均密度m ρ 由[6]书和[7]书：1/LM ρ=a A /LA ρ+a B /LB ρ A 为乙醇 B 为水 塔顶：在78.30℃下：LA ρ=744.289(3/m kg ) LB ρ=972.870(3/m kg )
LMD
ρ1
=0.9241/744.289+（1-0.9241）/972.870 则LMD ρ=758.716(3/m kg )
进料:在进料温度90℃下：
LA ρ=729.9(3/m kg ) LB ρ=965.3(3/m kg )
a A =
149.002
.18)0639.01(07.460639.007
.460639.0=?-+??
LMF
ρ1
=
3
.965)
149.01(9.729149.0-+ 则LMF ρ=921.0(3/m kg )
即精馏段的平均液相密度LM ρ=(758.716+921.0)/2=839.858(3/m kg ) 平均气相密度VM ρ=
RT PM VM =
=+??)
15.27315.84(314.86
.34325.101 1.180(3/m kg ) 液体平均粘度LM μ
液相平均粘度依下式计算：μμi i lm x lg lg ∑=
(1)塔顶: 查[6]书和[7]书中图表求得在78.3℃下：A 是乙醇，B 是水
DA μ=0.504s mpa ?; DB μ=0.367s mpa ?;
lg LD μ=0.826?lg(0.504)+0.174?lg(0.367) 则LD μ=0.477 (s mpa ?)
(2)进料: 在90℃下：
FA μ=0.428 s mpa ?; FB μ=0.3165s mpa ?。
lg lF μ=0.0639?lg(0.428)+(1-0.0639)?lg(0.3165) 则lF μ=0.3226 (s mpa ?)
lm μ=（LD μ+lF μ）/2=（0.477+0.3226）=0.3998
液体表面张力m σ
(1)塔顶: 查[6]书和[7]书求得在78.30℃下：
447.18=A σm mN / 974.62=b σm mN /
194.26974.62174.0447.18826.0=?+?=MD σ(m mN /)
(2)进料: 在90℃下：
29.17'=A σm mN / 79.60'=b σ m mN /
01.5879.60)0639.01(29.170639.0=?-+?=MF σ(m mN /)
则 m σ=(MD σ+MF σ)/2=(26.194+58.01)/2=42.102(m mN /) 2.2.2气液体积流率的计算
由已知条件V =138.828h kmol / L =98.318h kmol / 得
S V =
VM
VMvm ρ3600=180.136006
.34828.138??=1.131 (s m /3) S L =
LM LM LM ρ3600=
001.0858
.839360027
.303.101=??(s m /3)
2.3 塔和塔板主要工艺尺寸计算
2.3.1 塔板横截面的布臵计算 塔径D 的计算
参考化工原理下表10-1，取板间距H T =0.45m =L h 0.06m
H T -L h =0.45-0.06=0.39m
两相流动参数计算如下
LV F =
Vs
Ls v
L
ρρ ∴LV F =（
131
.1001.0）（
180.15
8.839）2/1=0.0236
参考化工原理下图10-42筛板的泛点关联得：C 20f =0.083
f C =2.02020??
?
??σf C =0963.020102.42083.02
.0=?
?? ??
u =f 5
.02
.02020???
?
??-??? ??V
V
L f C ρρρσ=5
.0180.1180.1858.8390963.0??? ??-=2.567(s m /) 本物系不易起泡,取泛点百分率为80%，可求出设计气速
n u '= 0.8*u =f 0.8?2.567=2.053(s m /)
m u Vs D 838.0053
.214.3131
.144=??==
'π 根据塔设备系列化规格，将D '圆整到D=1m 作为初选塔径，因此
重新校核流速u
)(441.11
1785.0131
.12m u n =??=
实际泛点百分率为
561.0567
.2441.1==f n u u 222
785.01785.04
m D A T =?==
π
塔板详细设计 选用单溢流，弓形降液管，不设进口堰。
因为弓形降液管具有较大容积，又能充分利用塔面积，且单溢流液体流径长，塔板效率高，结构简单，广泛用于直径小于2.2米的塔中。[4] (1)溢流装臵
取堰长w l =0.7D=0.7×1=0.7m, 选择平流溢流堰 出口堰高=w h OW L h h -,已取L h =0.06
W h 0=2.84×310-E 3
/2)(
w
h l L 由5
.2)
(w h
l L =3.544/7.05
.2=8.644
查化工原理下图10-48得：E=1.025
W h 0=2.84×310-×1.025(3.544/0.7)2/3
=0.00859m
=w h OW L h h -=0.06-0.00859=0.0514m 取=w h 0.06是符合的。
∴h L =h W +h OW =0.06+0.00859=0.0686m
修正后h L 对u n 影响不大,顾塔径计算不用修正. (2) 降液管宽度W d 与降液管面积A f 由w l /D=0.7查化工原理下图10-40得:
149.0=D W d
088.0=T f A A ∴ d W =0.149×1=0.149m 220691.014
088.0m A f =??
=π
(3) 降液管底隙高度h O
因物系较清洁,不会有脏物堵塞降液管底隙,取液体通过降液管底隙速度
o
u '=0.07m/s.
m u l Ls h o w o 024.007
.070.0001
.0=?='?=
过小,取h o =0.04m (4)塔板布臵 取安定区宽度W S =0.08m, 取边缘区宽度W C =0.04m
()()m W W D x S d 271.008.0149.021
2=+-=--=
m W D
r C 46.004.05.02
=-=-=
??
? ?
?
+-=-r x r x r x A a 1222sin
1802π )(468.046.0271.0sin 46.0180271.046.0271.022
122
2m =??
? ?
??+
-=-π (3)筛板数n 与开孔率? 初取mm d o 6=，
0.3=o
d t
呈正三角形排列 t =3.0*6=18MM 依下式计算塔板上的开孔率?
=
?101.0)
6/18(907.0/907.0220===）（d t Aa Ao =10.1% 则每层塔板上的开孔面积o A 为： 20473.0468.0101.0m A A a o =?==?
n =
4
200d A π=
孔1674006.0*14.34
0473.02=? 2.3.2 筛板能校塔流体力学校核 1板压降的校核
(1)干板压降相当的液柱高度 取板厚mm 3=δ，
5.00
.60
.3==
o
d δ
,查化工原理下图10-45得: C o =0.74
911.230473
.0131.100===
A V u s m/s
h c =g 21*????
??????
??L
v o
o
C u ρρ2
=0.051???
? ??????
??L
v o
o C u ρρ2
=
m 0748
.0858.839180.174.0911.23051.02
=??
? ????? ??液柱 (2)气体穿过板上液层压降相当的液柱高度h l )/(606.10691
.01785.0131
.12
s m A A Vs u f T a =-?=-=
相应的气体动能因子 745.1180.1606.15.05.0=?==ρa a u F 查化工原理下图10-46得：β=0.58
m h h h h L ow w l 0398.00686.058.0)(=?==+=ββ液柱 (3)克服液体表面张力压降相当的液柱高度h σ
h δ=m d L 00341.010
6858.83981.910102.42481.943
30=?????=--ρσ ∴气体通过筛板压降相当的液柱高度即板压降： h p =h c +h L +h σ
m h p 1180.000341.00398.00748.0=++=
本设计系常压操作，对板压降本身无特殊要求。
液面落差
对于筛板塔，液面落差很小，且本设计的塔径和液流量均不大，故可忽略液面落差的影响。 1 液沫夹带量的校核 m h h L f 1715.05.2*0686.05.2==?=
Kg Kg h H u e f T
a v /0369.01715.045.0606.110102.42107.5107.52.3362
.36
液=??? ??-??=???? ??-?=---σ汽 0.0369<0.1Kg 液/Kg 气
故在设计负荷下不会发生过量液沫夹带。
3 溢流液泛条件的校核
溢流管中的当量清液高度可由式2
153.0???
? ??=∑o w S f
h l L h 计算液体沿筛板流动时,阻力损失很小,其液面落差?可忽略不计,即 0=?。
已知: 06.0=L h 86m , 0=?，
m h l L h o
w S f 000195.004.07.0001.0153.0153.02
2
=??? ???=???
? ??=∑
故降液管内的当量清液高度：
m h h h H f f L d 2403.01715.0000195.000686.0=+++=++?+=∑
乙醇-水混合液不易起泡,取φ=0.6,则降液管内泡沫层高度：
m H H d
fd 5.0400.06
.02403
.0<==
=
φ
不会产生溢流液泛。
液体在降液管内停留时间的校核
降液管内的停留时间 s L H A s
d f 60.16001
.02403
.00691.0=?=
=
τ>5s
不会产生严重的气泡夹带。
4 漏液点的校核 漏液点的孔速为：
v L L o ow h h C u ρρσ/)13.00056.0(4.4-+=
=018.1/858.839)00341.00686.013.00056.0(74.04.4?-?+? =9.155(m/s ) 筛孔气速o u =
)/(911.230473
.0131
.10s m A V S == 塔板稳定系数 ()0.2~5.1612.2155
.9911
.23>===
ow o u u k 表明具有足够的操作弹性。
根据以上各项流体力学验算，可认为设计的塔径及各工艺尺寸合适。
2.4 精馏段塔板负荷性能图
注:以下计算常用3/23)(
1084.2w h ow l L E h -?=得)(~s ow L h ,E ~~5.2w
h l L
经验计算, 取E=1.0 则3/23
)7.0(0.11084.2h ow
L h ???=-=Ls Ls 8462.07.036001084.23/23=??
? ????-2/3
2.4.1 过量液沫夹带线
依下式计算: v e =
σ6107.5-????
? ??-f T
a h H u 3.2
(2-1)
式中：a u =
f T S
A A V -=0691
.01785.02
-?S V =S V 397.1 h
f
=5.2(h w +h ow )=8462.00502.0(5.2+)3
/2s L =3
/21155
.2126.0s L +
令v e =0.1kg 液/kg 气，由σ= 42.1?103-m N /, H T =0.45m
代入式(2-1)得：0.1=3610102.42107.5--??(3
/21155.20.12645.0397.1s
L Vs --)2
.3 整理得： 3
/293.1183.1s
s L V -=
在操作范围中，任取几个s L 值，根据上式算出s V 值列于表2-3中：
2.4.2溢流液泛线
由式]2[T w d
H h H ≤-φ
和 f f ow w d h h h h H ∑++?++= 联立求解。
(1)σh h h h L c p ++=
c h =051.0（o o c u ）2（L v ρρ）=051.0（o o s A C V ）2L
v ρρ
=051.0（0473
.074.0?s V ）2（858.83918.1）=2
0585.0s V
l h =β（h w +h ow ）=3
/23
/24908.00291.0)8462.00502.0(58.0s
s L L +=+
故 h p =2
0578.0s V +3
/24908.00291.0s L ++00409.0
=2
0578.0s V +3/24908.0s
L + 0.0332
(2)h
d
=0.153（
h l L w s ）2=153.0（04.07.0?s L ）2=2
2.195s L 则：
=+)0502.045.0(6.02
0578.0s V +3
/24908.0s L +0.0332+0.0502+0.84623
/2s
L +195.22
s L
整理得： s V 2=3.19-23.13L 3/2s -3377.16L 2
s （2-18）
取若干s L 值依(2-18)式计算s V 值，见表2-4，作出液泛线 (参见2-1图)
表2-4
2.4.3液相上限线
取液体在降液管中停留时间为5秒。 则 s L man =
τ
f
T A H =
5
0691
.045.0?=00622.0（s m /3）
在s
L man
=00622.0s m /3
处作出垂线得液相负荷上限线，可知在图上 它为与气体流量 V S 无关的垂直线。(参见图2-1） 2.4.4漏液线（气相负荷下限线）
由 h L =h w +h ow =0.0502+0.8462s
L 3
/2，
u ow =
o
s A V min
.代入下式]2[求漏液点气速式： u ow =4.4C o v L L h h ρρδ/]13.00056.0[-+
o s A V min =4.4?0.74180.1858.839]00341.08462.00502.013.00056.0[3
/2-++）（s L
将A o =0.0476 代入上式并整理得 =Ao
Vs min
3.2563/2292.78206.6Ls +
V s
min =0.1543
/2292.78026.6s
L +
据上式，取若干个s L 值计算相应s V 值，见表2-5，作漏液线 (参见图2-1)
2.4.5液相下限线 取平顶堰堰上液层高度h
ow
=6mm ，作为液相负荷下限条件，低于此下限,则不能
保证板上液流分布均匀。 则
h ow =2.84?103-E （
w
h
l L ）3/2 0.006=2.84?10
3
-?1.01（
7
.03600Ls ）3/2
整理得： 4min ,1088.5-?=s L s m /3
在图上4min ,1088.5-?=s L s m /3处作垂线即为液相下限线。(见图2-2) 2.4.6 操作线
P 点为操作点，其坐标为：
s m V Vs h
/131.13600
3==
， s m Ls /001.03= OP 为操作线，OP 与液泛线的交点对应气相负荷为V s,ma ；n ,与漏夜线的交点对应气相负荷为V s,min .可知：
精馏段的操作弹性=
,max ,min
1.70
4.360.39
s s V V =
= 图2-1
2.5 提馏段物性衡算
2.5.1物料衡算
操作压强 P = 101.325
温度 t m t D =78.300C t F =900C t w =96.00C
∴t m =
932
90
962=+=+tf tw 0C 定性组成
(1)塔斧 W x =0.OOO0782查相平衡图得到：W y =0.0014 (2)进料 y f =0.355 x f =0.0639 平均分子量 m M 查附表知: (1)塔斧：M
VWm
=0.0014?46.07+(1-0.0014)?18.02=18.059（mol g /） M
LWm
=0.0001?46.07+(1-0.0001)?18.02=18.02（mol g /） (2)进料: M
VFm
=0.355?46.07+(1-0.355)?18.02=27.99（mol g /）
M
LFm
=0.0639?46.07+(1-0.0639)?18.02=19.81（mol g /）平均分子量
M
Vm =
2VFm VWm M M +=18.0527.99
2+=23.02（mol g /）
M
Lm =
2
LFM LWM M M +=18.0219.812+=18.92(mol g /)
平均密度m ρ 由式]3[：1/LM ρ=a A /LA ρ+a B /LB ρ 塔斧：查[6]书和[7]书在96.0℃下：A 乙醇 B 水
LA ρ=722.38(3/m kg ) LB ρ=961.16(3/m kg )
LMW
ρ1
=0.0000782/722.38+(1-0.0000782)/961.16 则
LMW ρ=961.135(3/m kg )
进料:在进料温度90℃下：
LA ρ=729.9(3/m kg ) LB ρ=965.3(3/m kg )
a A =
149.002
.18)0639.01(07.460639.007
.460639.0=?-+??
LMF
ρ1
=
3
.965)149.01(9.729149.0-+ 则LMF ρ=921.0(3/m kg ) 即提馏段的平均液相密度LM ρ=(961.135+921.0)/2=941.067(3/m kg ) 平均气相密度VM ρ=
RT
PM VM =）（15.27393*314.802
.23*325.101+=0.766(3/m kg ) 液体表面张力m σ
(1)塔釜: 查[6]书和[7]书得在96.0℃下：
σ=16.688m mN / B σ=58.99m mN /
σmv=0.0014*16.688+（1-0.0014）*58.99=58.930(m mN /)
(2) 进料: 查
[6]书和[7]书得在90℃下：
29.17'=A σm mN / 79.60'=b σ m mN /
01.5879.60)0639.01(29.170639.0=?-+?=MF σ(m mN /)
则 m σ=(Mw σ+MF σ)/2=(58.930+58.01)/2=58.47（m mN /) 液体平均粘度LM μ (3)塔釜:
查[6]书和[7]书得在96.0℃下：
WA μ=0.391s mpa ?; WB μ=0.2977s mpa ?;
lg LW μ=0.0014?lg(0.391)+0.9986?lg(0.2977) 则LW μ=0.295(s mpa ?)
(4)进料:
查[6]书和[7]书得在90℃下：
FA μ=0.388 s mpa ?; FB μ=0.290s mpa ?。
lg lF μ=0.0639?lg(0.388)+(1-0.0639)?lg(0.290) 则lF μ=0.3226 (s mpa ?)
LM μ= (LW μ+LF μ)/2 = (0.295+0.3226)/2 =0.309(s mpa ?)
2.5.2气液体积流率的计算
由已知条件V =70.11h kmol / L =226.6h kmol / 得
Vs =VM
Mvm V ρ3600=
=766.0*360002
.23*387.670.562 (s m /3)
Ls =
LM LM M L ρ3600=
=067
.941*360092
.18*387.2230.00125(s m /3) 2.6 塔和塔板主要工艺尺寸计算
2.6.1 塔板横截面的布臵计算 塔径D 的计算
参考化工原理下表10-1，取板间距H T =0.3m =L h 0.06m
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、部、中心)化学化工系 专业应用化学 班级应化096 学生姓名XXX 学号XXXXXXXXXX 设计地点逸夫实验楼B-536 指导教师
设计起止时间：2010年12月20日至 2010 年12月31日 第一章绪论 (3) 一、目的： (3) 二、已知参数： (3) 三、设计内容： (4) 第二章课程设计报告内容 (4) 一、精馏流程的确定 (4) 二、塔的物料衡算 (4) 三、塔板数的确定 (5) 四、塔的工艺条件及物性数据计算 (7) 五、精馏段气液负荷计算 (11) 六、塔和塔板主要工艺尺寸计算 (11) 七、筛板的流体力学验算 (16) 八、塔板负荷性能图 (19) 九、筛板塔的工艺设计计算结果总表 (23) 十、精馏塔的附属设备及接管尺寸 (23) 第三章总结 (24) .
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
北 京 化 工 大 学 实 验 报 告 课程名称： 化工原理实验 实验日期： 2011.04.24 班 级： 化工0801 姓 名： 王晓 同 组 人：丁大鹏,王平,王海玮 装置型号： 精馏实验 一、摘要 精馏是实现液相混合物液液分离的重要方法，而精馏塔是化工生产中进行分离过程的主要单元，板式精馏塔为其主要形式。本实验用工程模拟的方法模拟精馏塔在全回流的状态下及部分回流状态下的操作情况，从而计算单板效率和总板效率，并分析影响单板效率的主要因素，最终得以提高塔板效率。 关键词：精馏、板式塔、理论板数、总板效率、单板效率 二、实验目的 1、熟悉精馏的工艺流程，掌握精馏实验的操作方法。 2、了解板式塔的结构，观察塔板上气-液接触状况。 3、测测定全回流时的全塔效率及单板效率。 4、测定部分回流时的全塔效率。 5、测定全塔的浓度或温度分布。 6、测定塔釜再沸器的沸腾给热系数。 三、实验原理 在板式精馏塔中，由塔釜产生的蒸汽沿塔逐板上升与来自塔顶逐板下降的回流液，在塔板上实现多次接触，进行传热和传质，使混合液达到一定程度的分离。 回流是精馏操作得以实现的基础。塔顶的回流量和采出量之比，称为回流比。回流比是精馏操作的重要参数之一，其大小影响着精馏操作的分离效果和能耗。 回流比存在两种极限情况：最小回流比和全回流。若塔在最小回流比下操作，要完成分离任务，则需要有无穷多块塔板的精馏塔。当然，这不符合工业实际，所以最小回流比只是一个操作限度。若操作处于全回流时，既无任何产品采出，也无原料加入，塔顶的冷凝液全部返回塔中，这在生产中无实验意义。但是，由于此时所需理论板数最少，又易于达到稳定，故常在工业装置开停车、排除故障及科学研究时采用。 实际回流比常取用最小回流比的1.2-2.0倍。在精馏操作中，若回流系统出现故障，操作情况会急剧恶化，分离效果也将变坏。 板效率是体现塔板性能及操作状况的主要参数，有以下两种定义方法。 （1）总板效率E e N E N 式中 E —总板效率； N —理论板数（不包括塔釜）； Ne —实际板数。
广西大学化学化工学院 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
化工原理精馏习题课文件管理序列号：[K8UY-K9IO69-O6M243-OL889-F88688]
第一章 蒸馏 1、熟悉气液平衡方程、精馏段操作线方程、提馏段操作线方程和q 线方 程的表达形式并能进行计算； 2、能根据物料进料状况列出q 线方程并用于计算，从而根据q 线方程、 进料组成还有气液平衡方程计算出点（x q ，y q ），再进一步计算出最小 回流比R min ；例如饱和液相进料（泡点进料）时，q 线方程式x=x F ，即 x q =x F ；而饱和蒸汽进料时，q 线方程式y=x F ，即y q =x F 。 3、掌握通过质量分数换算成摩尔分数以及摩尔流量的方法，要特别注意 摩尔流量计算时应该用每一个组分的流量乘以它们的摩尔分数而不是质量分数。 习题1：书上P71页课后习题第5题； 分析：本题的考察重点是质量分数与摩尔分数之间的转换，这个转换大家一定要注意，很多同学在此常会出错。在此我们采用直接将原料组成和原料流量都转换成摩尔量来进行计算，首先还是先列出所有题目给出的已知量，为了便于区分，建议大家以后再表示质量分数的时候可以使用w 来表示，而表示摩尔分数时使用x 来表示： ① 根据题目已知：w F =0.3，F=4000kg/h ，w w =0.05，另外还可以知道二硫 化碳的分子量Mcs 2=76，四氯化碳的分子量Mccl 4=154 根据这些条件可以先将进料和塔底组成转换成摩尔组成 ② =+F x =二硫化碳摩尔量二硫化碳质量分数二硫化碳分子量总摩尔量二硫化碳质量分数二硫化碳分子量四氯化碳质量分数四氯化碳分子量 0376=0.4650376+1-03154 F x =..（.） ③ 同理可以求出塔底组成
资料 前言 化工原理课程设计是培养学生化工设计能力的重要教学环节，通过课程设计使我们初步掌握化工设计的基础知识、设计原则及方法；学会各种手册的使用方法及物理性质、化学性质的查找方法和技巧；掌握各种结果的校核，能画出工艺流程、塔板结构等图形。在设计过程中不仅要考虑理论上的可行性，还要考虑生产上的安全性、经济合理性。 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，精馏是利用液体混合物中各组分挥发度的不同并借助于多次部分汽化和部分冷凝达到轻重组分分离的方法。塔设备一般分为阶跃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。 筛板塔和泡罩塔相比较具有下列特点：生产能力大于%，板效率提高产量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，也便于清理检修。本次课程设计为年处理含苯质量分数36%的苯-甲苯混合液4万吨的筛板精馏塔设计，塔设备是化工、炼油生产中最重要的设备之一。它可使气(或汽)液或液液两相之间进行紧密接触，达到相际传质及传热的目的。 在设计过程中应考虑到设计的精馏塔具有较大的生产能力满足工艺要求，另外还要有一定的潜力。节省能源，综合利用余热。经济合理，冷却水进出口温度的高低，一方面影响到冷却水用量。另一方面影响到所需传热面积的大小。即对操作费用和设备费用均有影响，因此设计是否合理的利用热能R等直接关系到生产过程的经济问题。 |
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目录 第一章绪论 (1) 精馏条件的确定 (1) 精馏的加热方式 (1) 精馏的进料状态 (1) 精馏的操作压力 (1) 确定设计方案 (1) 工艺和操作的要求 (2) 满足经济上的要求 (2) 保证安全生产 (2) 第二章设计计算 (3) 设计方案的确定 (3) 精馏塔的物料衡算 (3) 原料液进料量、塔顶、塔底摩尔分率 (3) 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 (3) 物料衡算 (3) 塔板计算 (4) 理论板数NT的求取 (4) 全塔效率的计算 (6) 求实际板数 (7) 有效塔高的计算 (7) 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (8) 操作压力的计算 (8) 操作温度的计算 (8) 平均摩尔质量的计算 (8) 平均密度的计算 (10) 液体平均表面张力的计算 (11) 液体平均黏度的计算 (12) 气液负荷计算 (13)
北京化工大学 实验报告 精馏实验 一、摘要 精馏是实现液相混合物液液分离的重要方法，而精馏塔是化工生产中进行分离过程的主要单元，板式精馏塔为其主要形式。本实验用工程模拟的方法模拟精馏塔在全回流的状态下及部分回流状态下的操作情况，从而计算单板效率和总板效率，并分析影响单板效率的主要因素，最终得以提高塔板效率。 关键词：精馏、板式塔、理论板数、总板效率、单板效率 二、实验目的 1、熟悉精馏的工艺流程，掌握精馏实验的操作方法。 2、了解板式塔的结构，观察塔板上气- 液接触状况。 3、测测定全回流时的全塔效率及单板效率。 4、测定部分回流时的全塔效率。 5、测定全塔的浓度或温度分布。 6、测定塔釜再沸器的沸腾给热系数。 三、实验原理 在板式精馏塔中，由塔釜产生的蒸汽沿塔逐板上升与来自塔顶逐板下降的回流液，在塔 板上实现多次接触，进行传热和传质，使混合液达到一定程度的分离。 回流是精馏操作得以实现的基础。塔顶的回流量和采出量之比，称为回流比。回流比是精馏操作的重要参数之一，其大小影响着精馏操作的分离效果和能耗。 回流比存在两种极限情况：最小回流比和全回流。若塔在最小回流比下操作，要完成分离任务，则
需要有无穷多块塔板的精馏塔。当然，这不符合工业实际，所以最小回流比只是 一个操作限度。若操作处于全回流时，既无任何产品采出，也无原料加入，塔顶的冷凝液全部返回塔中，这在生产中无实验意义。但是，由于此时所需理论板数最少，又易于达到稳定，故常在工业装置开停车、排除故障及科学研究时采用。 实际回流比常取用最小回流比的倍。在精馏操作中，若回流系统出现故障，操作情况会急剧恶化，分离效果也将变坏。 板效率是体现塔板性能及操作状况的主要参数，有以下两种定义方法。 （1）总板效率E N e 式中E —总板效率；N—理论板数（不包括塔釜）；Ne —实际板数。 2）单板效率E ml E x n 1 x n E ml * x n 1 x n* 式中E ml—以液相浓度表示的单板效率； x n，x n-1—第n 块板的和第（n-1 ）块板得液相浓度； x n*—与第n 块板气相浓度相平衡的液相浓度。 总板效率与单板效率的数值通常由实验测定。单板效率是评价塔板性能优劣的重要数据。物系性质、板型及操作负荷是影响单板效率的重要因素。当物系与板型确定后，可通过改变气液负荷达到最高的板效率；对于不同的板型，可以在保持相同的物系及操作条件下，测定其单板效率，已评价其性能的优劣。总板效率反映全塔各塔板的平均分离效果，常用于板式塔设计中。 若改变塔釜再沸器中电加热器的电压，塔板上升蒸汽量将会改变，同时，塔釜再沸器电加热器表面的温度将发生变化，其沸腾给热系数也将发生变化，从而可以得到沸腾给热系数也加热量的关系。由牛顿冷却定律，可知 Q A t m
北 京 化 工 大 学 化 工 原 理 实 验 告 ： ： ： ： ： ： 实验名称 班级 姓名 学 号 同组成员 实验日期 精馏实验 2015.5.13 实验 日 期
精馏实验 一、实验目的 1、熟悉填料塔的构造与操作； 2、熟悉精馏的工艺流程，掌握精馏实验的操作方法； 3、了解板式精馏塔的结构，观察塔板上汽液接触状况； 4、掌握液相体积总传质系数K a的测定方法并分析影响因素 x 5、测定全回流时的全塔效率及单板效率； 6、测量部分回流时的全塔效率和单板效率 二、实验原理 在板式精馏塔中，混合液的蒸汽逐板上升，回流液逐板下降，气液两相在塔板上接触，实现传质、传热过程而达到分离的目的。如果在每层塔板上，上升的蒸汽与下降的液体处于平衡状态，则该塔板称之为理论塔板。然而在实际操做过程中由于接触时间有限，气液两相不可能达到平衡，即实际塔板的分离效果达不到一块理论塔板的作用。因此，完成一定的分离任务，精馏塔所需的实际塔板数总是比理论塔板数多。 回流是精馏操作得以实现的基础。塔顶的回流量与采出量之比，称为回流比。回流比是精馏操作的重要参数之一，其大小影响着精馏操作的分离效果和能耗。 回流比存在两种极限情况：最小回流比和全回流。若塔在最小回流比下操作，要完成分离任务，则需要有无穷多块板的精馏塔。这在工业上是不可行的，所以最小回流比只是一个操作限度。若在全回流下操作，既无任何产品采出，也无原料加入，塔顶的冷凝液全部返回塔中，这在生产中无实验意义。实际回流比常取最小回流比的1.2~2.0倍。 本实验处于全回流情况下，既无任何产品采出，又无原料加入，此时所需理论板最少，又易于达到稳定，可以很好的分析精馏塔的性能。影响塔板效率的因素很多，大致可归结为：流体的物理性质（如粘度、密度、相对挥发度和表面张力等）、塔板结构以及塔的操作
化工原理课程设计任务书示例一 1 设计题目分离苯―甲苯混合液的浮阀板式精馏塔工艺设计 2 设计参数 （1）设计规模：苯――甲苯混合液处理量________t/a （2）生产制度：年开工300天，每天三班8小时连续生产 （3）原料组成：苯含量为40％（质量百分率，下同） （4）进料状况：热状况参数q为_________ （5）分离要求：塔顶苯含量不低于_____%，塔底苯含量不大于_____％ （6）建厂地区：大气压为760mmHg、自来水年平均温度为20℃的某地 3 设计要求和工作量 （1）完成设计说明书一份 （2）完成主体精馏塔工艺条件图一张（A1） （3）完成带控制点的工艺流程简图（A2） 4 设计说明书主要内容（参考） 中文摘要，关键词 第一章综述 1．精馏原理及其在工业生产中的应用 2．精馏操作对塔设备的要求（生产能力、效率、流动阻力、操作弹性、结构、造价和工艺特性等） 3．常用板式塔类型及本设计的选型
4．本设计所选塔的特性 第二章工艺条件的确定和说明 1．确定操作压力 2．确定进料状态 3．确定加热剂和加热方式 4．确定冷却剂及其进出、口温度 第三章流程的确定和说明（附以流程简图） 1．流程的说明 2．设置各设备的原因（精馏设备、物料的储存和输送、必要的检测手段、操作中的调节和重要参数的控制、热能利用） 第四章精馏塔的设计计算 1．物料衡算 2．回流比的确定 3．板块数的确定 4．汽液负荷计算（将结果进行列表） 5．精馏塔工艺尺寸计算（塔高塔径溢流装置塔板布置及浮阀数目与排列） 6．塔板流动性能校核（液沫夹带量校核、塔板阻力校核、降液管液泛校核、液体在降液管中停留时间校核以及严重漏液校核） 7．塔板负荷性能图 8．主要工艺接管尺寸的计算和选取（进料管、回流管、釜液出口管、塔顶蒸汽管、塔底蒸汽管、人孔等） 9．塔顶冷凝器/冷却器的热负荷
南京工程学院 课程设计说明书（论文）题目乙醇—水连续精馏塔的设计 课程名称化工原理 院(系、部、中心)康尼学院 专业环境工程 班级K环境091 学生姓名朱盟翔 学号240094410 设计地点文理楼A404 指导教师李乾军张东平 设计起止时间：2011年12月5日至 2011 年12月16日
符号说明 英文字母 A a——塔板开孔区面积，m2； A f——降液管截面积，m2； A0——筛孔面积； A T——塔截面积； c0——流量系数，无因此； C——计算u max时的负荷系数，m/s； C S——气相负荷因子，m/s； d0——筛孔直径，m； D——塔径，m； D L——液体扩散系数，m2/s； D V——气体扩散系数，m2/s； e V——液沫夹带线量，kg(液)/kg(气)；E——液流收缩系数，无因次； E T——总板效率，无因次； F——气相动能因子，kg1/2/（s·m1/2）； F0——筛孔气相动能因子，kg1/2/（s·m1/2）；g——重力加速度，9.81m/s2； h1——进口堰与降液管间的距离，m； h C——与干板压降相当的液柱高度，m液柱； h d——与液体流过降液管相当的液柱高度，m； h f——塔板上鼓泡层液高度，m； h1——与板上液层阻力相当的高度，m液柱； h L——板上清夜层高度，m； h0——降液管底隙高度，m； h OW——堰上液层高度，m； h W——出口堰高度，m； h'W——进口堰高度，m； Hσ——与克服表面张力的压降相当的液柱高度，m液柱； H——板式塔高度，m； 溶解系数，kmol/(m3·kPa)； H B——塔底空间高度，m； H d——降液管内清夜层高度，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；K——稳定系数，无因次； l W——堰长，m； L h——液体体积流量，m3/h； L S——液体体积流量，m3/h； n——筛孔数目； P——操作压力，Pa； △P——压力降，Pa； △P P——气体通过每层筛板的压降，Pa；r——鼓泡区半径，m， t——筛板的中心距，m； u——空塔气速，m/s； u0——气体通过筛孔的速度，m/s； u0，min——漏气点速度，m/s； u'0——液体通过降液管底隙的速度，m/s；V h——气体体积流量，m3/h； V s——气体体积流量，m3/h； 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； x——液相摩尔分数； X——液相摩尔比； y——气相摩尔分数； Y——气相摩尔比； Z——板式塔的有效高度，m。 希腊字母 β——充气系数，无因次； δ——筛板厚度，m； ε——空隙率，无因次； θ——液体在降液管内停留时间，s；μ——粘度，mPa； ρ——密度，kg/m3； σ——表面张力，N/m； ψ——液体密度校正系数，无因次。 下标 max——最大的； min——最小的； L——液相的； V——气相的。
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：≤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 (9) 3.1物料衡算 (9) 3.2理论塔板数的计算 (10) 3.2.1 查找各体系的汽液相平衡数据 (10) 如表3-1 (10) 3.2.2 q线方程 (9) 3.2.3 平衡线 (11) 3.2.4 回流比 (12) 3.2.5 操作线方程 (12) 3.2.6 理论板数的计算 (12) 3.3 实际塔板数的计算 (13) 3.3.1全塔效率ET (13) 3.3.2 实际板数NE (14) 4塔的结构计算 (15) 4.1混合组分的平均物性参数的计算 (15) 4.1.1平均分子量的计算 (15) 4.1.2 平均密度的计算 (16) 4.2塔高的计算 (17) 4.3塔径的计算 (17) 4.3.1 初步计算塔径 (17) 4.3.2 塔径的圆整 (18) 4.4塔板结构参数的确定 (19) 4.4.1溢流装置的设计 (19) 4.4.2塔盘布置（如图4-4） (20) 4.4.3 筛孔数及排列并计算开孔率 (21) 4.4.4 筛口气速和筛孔数的计算 (21) 5 精馏塔的流体力学性能验算 (22) 5.1 分别核算精馏段、提留段是否能通过流体力学验算 (22) 5.1.1液沫夹带校核 (22) 5.2.2塔板阻力校核 (23) 5.2.3溢流液泛条件的校核 (25) 5.2.4 液体在降液管内停留时间的校核 (26) 5.2.5 漏液限校核 (26) 5.2 分别作精馏段、提留段负荷性能图 (26) 5.3 塔结构数据汇总 (29) 6 塔的总体结构 (30) 7 辅助设备的选择 (31) 7.1塔顶冷凝器的选择 (31) 7.2塔底再沸器的选择 (32) 7.3管道设计与选择 (33)
重庆邮电大学 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 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
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
化工原理实验报告 一、实验目的 1. 熟悉精馏的工艺流程，掌握精馏实验的操作方法； 2. 了解板式塔的结构，观察塔板上气-液接触状况； 3. 测定全回流时的全塔效率及单板效率。 4. 测定全塔的浓度分布。 二、摘要 在板式精馏塔中，由塔釜产生的蒸汽沿塔逐板上升与来自塔顶主板下降的回流液，在塔板上实现多次接触，进行传热与传质，使混合液达到一定程度的分离。对于双组分混合液的蒸馏，若已知汽液平衡数据，测得塔顶流出液组成D X 、釜残液组成W X ，液料组成F X 及回流比R 和进料状态，就可用图解法在y x 图上，或用其他方法求出理论塔板数T N 。塔的全塔效率T E 为理论塔板数与实际塔板数N 之比。精馏塔的单板效率M E 可以根据液相通过测定塔板的浓度变化进行计算。本实验在板式精馏塔全回流的情况下，通过测定乙醇丙醇体系混合液在精馏塔中的传质的一些参数，计算精馏塔的总板效率和某几块板的单板效率（液相单板效率），分析该塔的传质性能和操作情况。 三、实验原理 在板式精馏塔中，混合液的蒸汽逐板上升，回流液逐板下降，气液两相在塔板上接触，实现传质、传热过程而达到分离的目的。如果在每层塔板上，上升的蒸汽与下降的液体处于平衡状态，则该塔板称之为理论塔板。然而在实际操做过程中由于接触时间有限，气液两相不可能达到平衡，即实际塔板的分离效果达不到一块理论塔板的作用。因此，完成一定的分离任务，精馏塔所需的实际塔板数总是比理论塔板数多。 回流是精馏操作得以实现的基础。塔顶的回流量与采出量之比，称为回流比。回流比是精馏操作的重要参数之一，其大小影响着精馏操作的分离效果和能耗。回流比存在两种极限情况：最小回流比和全回流。本实验处于全回流情况下，既无任何产品采出，又无原料加入，此时所需理论板最少，又易于达到稳定，可以很好的分析精馏塔的性能。影响塔板效率的因素很多，大致可归结为：流体的
化工原理实验复习 1.填空题 1．在精馏塔实验中，开始升温操作时的第一项工作应该是开循环冷却水。 2．在精馏实验中，判断精馏塔的操作是否稳定的方法是塔顶温度稳定 3．干燥过程可分为等速干燥和降速干燥。 4．干燥实验的主要目的之一是掌握干燥曲线和干燥速率曲线的测定方法。 5．实验结束后应清扫现场卫生，合格后方可离开。 6．在做实验报告时，对于实验数据处理有一个特别要求就是: 要有一组数据处理的计算示例。 7.在精馏实验数据处理中需要确定进料的热状况参数q 值，实验中需要测定进料量、进料温度、进料浓度等。 8.干燥实验操作过程中要先开鼓风机送风后再开电热器，以防烧坏加热丝。
9.在本实验室中的精馏实验中应密切注意釜压，正常操作维持在0.005mPa，如果达到0.008～0.01mPa，可能出现液泛，应该减少加热电流（或停止加热），将进料、回流和产品阀关闭，并作放空处理，重新开始实验。 10.在精馏实验中，确定进料状态参数q 需要测定进料温度，进料浓度参数。 11.某填料塔用水吸收空气中的氨气，当液体流量和进塔气体的浓度不变时，增大混合气体的流量，此时仍能进行正常操作，则尾气中氨气的浓度增大 12.在干燥实验中，提高空气的进口温度则干燥速率提高;若提高进口空气的湿度则干燥速率降低。 13.常见的精馏设备有填料塔和板式塔。 14.理论塔板数的测定可用逐板计算法和图解法。 15.理论塔板是指离开该塔板的气液两相互成平衡的塔板。 16.填料塔和板式塔分别用等板高度和全塔效率来分析、评价它们的分离性能。 2.简答题 一.精馏实验 1.其它条件都不变，只改变回流比，对塔性能会产生什么影响？答：精馏中的回流比R，在塔的设计中是影响设备费用（塔板数、再沸器、及冷凝器传热面积）和操作费用（加热蒸汽及冷却水消耗量）的一个重要因素，所以
《化工原理》课程设计报告精馏塔设计 学院 专业 班级 学号 姓名 指导教师
目录 苯-氯苯分离过程板式精馏塔设计任务 (3) 一．设计题目 (3) 二．操作条件 (3) 三．塔设备型式 (3) 四．工作日 (3) 五．厂址 (3) 六．设计内容 (3) 设计方案 (4) 一．工艺流程 (4) 二．操作压力 (4) 三．进料热状态 (4) 四．加热方式 (4) 精馏塔工艺计算书 (5) 一．全塔的物料衡算 (5) 二．理论塔板数的确定 (5) 三．实际塔板数的确定 (7) 四．精馏塔工艺条件及相关物性数据的计算 (8) 五．塔体工艺尺寸设计 (10) 六．塔板工艺尺寸设计 (12) 七．塔板流体力学检验 (14) 八．塔板负荷性能图 (17) 九．接管尺寸计算 (19) 十．附属设备计算 (21) 设计结果一览表 (24) 设计总结 (26) 参考文献 (26)
苯-氯苯精馏塔的工艺设计 苯-氯苯分离过程精馏塔设计任务 一．设计题目 设计一座苯-氯苯连续精馏塔，要求年产纯度为%的氯苯140000t，塔顶馏出液中含氯苯不高于%。原料液中含氯苯为22%（以上均为质量%）。 二．操作条件 1.塔顶压强自选； 2.进料热状况自选； 3.回流比自选； 4.塔底加热蒸汽压强自选； 5.单板压降不大于； 三．塔板类型 板式塔或填料塔。 四．工作日 每年300天，每天24小时连续运行。 五．厂址 厂址为天津地区。 六．设计内容 1.设计方案的确定及流程说明 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； 5.精馏塔主要工艺尺寸；
专业：化学工程与工艺 班级：黔化升061 姓名：唐尚奎 指导教师：王瑾老师 设计时间: 2007年1月 前言 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。 筛板塔在十九世纪初已应用与工业装置上，但由于对筛板的流体力学研究很少，被认为操作不易掌握，没有被广泛采用。五十年代来，由于工业生产实践，对筛板塔作了较充分的研究并且经过了大量的工业生产实践，形成了较完善的设计方法。筛板塔和泡罩塔相比较具有下列特点：生产能力大于10.5%，板效率提高产量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，也便于清理检修。本次设计就是针对水乙醇体系，而进行的常压二元筛板精馏塔的设计及其辅助设备的选型。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，恳切希望各位老师指出，以便订正。 目录 一、设计任务 二、方案选定 三、总体设计计算-------------------------------05 3.1气液平衡数据------------------------------ 05 3.2物料衡算------------------------------------- 05 3.3操作线及塔板计算------------------------- 06 3.4全塔Et%和Np的计算----------------------06 四、混合参数计算--------------------------------07 4.1混合参数计算--------------------------------07 4.2塔径计算--------------------------------------08 4.3塔板详细计算-------------------------------10 4.4校核-------------------------------------------12 4.5负荷性能图----------------------------------14 五、筛板塔数据汇总-----------------------------16 5.1全塔数据-------------------------------------16 5.2精馏段和提馏段的数据-------------------17 六、讨论与优化-----------------------------------18 6.1讨论-------------------------------------------18 6.2优化--------------------------------------------18
化工原理壳程设计计算示例 一浮阀塔工艺设计计算示例 拟设计一生产酒精的板式精馏塔。来自原料工段的乙醇-水溶液的处理量为48000吨/年，乙醇含量为35%（质量分率）原料温度为45℃。 设计要求：塔顶产品的乙醇含量不小于90%（质量分率），塔底料液的乙醇含量不大于0.5%。 一、塔形选择及操作条件的确定 1．塔形：选用浮阀塔 2．操作条件： 操作压力：常压；其中塔顶：1.013×105Pa 塔底：[1.013×105+N（265~530）Pa] 进料状态：饱和液体进料 加热方式：用直接水蒸气加热 热能利用：拟采用釜残液加热原料液 二、工艺流程
三、有关工艺计算 首先，根据题目要求，将各组成要求由质量分率转换为摩尔分率，其后由 2 3971.1/H O kg m ρ=，3735/kg m ρ=乙醇 参考资料（一），查出相应泡点温度及计算平均分子量。 同理求得0.779D x = 0.0002 W x = (1)0.17646(10.176)1822.3/f f f M x M x M kg kmol =+-=?+-?=乙醇水 同理求得：39.81/D M kg kmol =，18.1/D M kg kmol = 1. 最小回流比及操作回流比的确定 由于是泡点进料，x q =x f =0.174过点e(0.174，0.174)作x=0.174直线与平衡线交与点d ，由点d 可以读得y q =0.516，因此， min(1)0.7790.516 0.7690.5160.174 D q q q x y R y x --= = =-- 又过点a （0.779,0.779）作平衡线的切线，可得切点g 由切点g 可读得' 0.55q x =，' 0.678q y =，
《化工原理课程设计》指导书 一、课程设计的目的与性质 化工原理课程设计是化工原理课程的一个实践性、总结性和综合性的教学环节，是学生进一步学习、掌握化工原理课程的重要组成部分，也是培养学生综和运用课堂所学知识分析、解决实际问题所必不可少的教学过程。 现代工业要求相关工程技术人员不仅应是一名工艺师，还应当具备按工艺要求进行生产设备和生产线的选型配套及工程设计能力。化工原理课程设计对学生进行初步的工程设计能力的培养和训练，为后续专业课程的学习及进一步培养学生的工程意识、实践意识和创新意识打下基础。 二、课程设计的基本要求 (1)在设计过程中进一步掌握和正确运用所学基本理论和基本知识，了解工程设计的基本内容，掌握设计的程序和方法，培养发现问题、分析问题和解决问题的独立工作能力。 (2)在设计中要体现兼顾技术上的先进性、可行性和经济上的合理性，注意劳动条件和环境保护，树立正确的设计思想，培养严谨、求实和科学的工作作风。 (3)正确查阅文献资料和选用计算公式，准确而迅速地进行过程计算及主要设备的工艺设计计算。 (4)用简洁的文字和清晰的图表表达设计思想和计算结果。 三、设计题目 题目Ⅰ：在生产过程中需将3000kg/h的某种油（在90℃时，密度为825kg/m3；定压比容为2.22kJ/kg·℃；导热系数为0.140W/m·℃；粘度为0.000715Pa·s；污垢热阻为0.000172m2·℃/W）从140℃冷却至40℃，压力为0.3MPa，冷却介质采用循环水，循环冷却水的压力为0.4MPa，循环水的入口温度为35℃，出口温度为45℃。设计一列管式换热器满足上述生产需要。 题目Ⅱ：在生产过程中需将5000kg/h的某种油（在90℃时，密度为825kg/m3；定压比容为2.22kJ/kg·℃；导热系数为0.140W/m·℃；粘度为0.000715Pa·s；污垢热阻为0.000172m2·℃/W）从140℃冷却至40℃，压力为0.3MPa，冷却介质采用循环水，循环冷却水的压力为0.4MPa，循环水的入口温度为35℃，出口温度为45℃。设计一列管式换热器满足上述生产需要。 题目Ⅲ：在生产过程中需将7000kg/h的某种油（在90℃时，密度为825kg/m3；定压比容为2.22kJ/kg·℃；导热系数为0.140W/m·℃；粘度为0.000715Pa·s；污垢热阻为0.000172m2·℃/W）从140℃冷却至40℃，压力为0.3MPa，冷却介质采用循环水，循环冷却水的压力为0.4MPa，循环水的入口温度为35℃，出口温度为45℃。设计一列管式换热器满足上述生产需要。
吉林化工学院 化工原理课程设计 题目 ____________ 筛板精馏塔分离苯一甲苯工艺设计
教学院化工与材料工程学院 专业班级材化0801 ____________ 学生姓名______________________ 学生学号08150108____________ 指导教师张福胜___________________ 2010年6月14日
5.1塔顶冷凝器设计计算 (23) 5.2泵的选型 (24) 5.4塔总体高度的设计 (25) 目录 摘要 ....................................................... 一 绪论 ....................................................... 二 第一章流程及流程说明 (1) 第二章 精馏塔工艺的设计 (2) 2.1产品浓度的计算 (2) 2.1.1原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 (2) 2.1.2原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 2 2.2最小回流比的确定 (3) 2.3物料衡算 3 2.4精馏段和提馏段操作线方程 (3) 2.4.1求精馏塔的气液相负荷 2.4.2求操作线方程 3 2.5精馏塔理论塔板数及理论加料位置 3 2.6实际板数的计算 3 2.7实际塔板数及实际加料位置 第三章精馏塔主要工艺尺寸的设计计算 .............. 3.1物性数据计算 (5) 3.2精馏塔主要工艺尺寸的计算 (9) 3.3筛板流体力学验算 (13) 3.4塔板负荷性能图 (16) 第四章热量衡算 ........................ 4.1塔顶气体上升的焓。 (21) 4.2回流液的焓 ° . 21 4.3塔顶馏出液的焓^厲 (21) 4.4冷凝器消耗焓Q (21) 4.5进料的焓 Q (21) 4.6塔底残液的焓 (21) 4.7再沸器的焓Q (22) 21 第五章塔的附属设备的计算 .................... 23
《化工原理课程设计》报告 4万吨/年甲醇~水 板式精馏塔设计
目录 一、概述 (4) 1.1 设计依据·································错误！未定义书签。 1.2 技术来源·································错误！未定义书签。 1.3 设计任务及要求 (5) 二：计算过程 (7) 1. 塔型选择 (7) 2. 操作条件的确定 (8) 2.1 操作压力 (8) 2.2 进料状态 (8) 2.3 加热方式 (8) 2.4 热能利用 (8) 3. 有关的工艺计算 (9) 3.1 最小回流比及操作回流比的确定·········错误！未定义书签。 3.2 塔顶产品产量、釜残液量及加热蒸汽量的计算错误！未定义书签。 3.3 全凝器冷凝介质的消耗量 (17) 3.4 热能利用·····························错误！未定义书签。 3.5 理论塔板层数的确定 (17) 3.6 全塔效率的估算·······················错误！未定义书签。 N·······················错误！未定义书签。 3.7 实际塔板数 P 4. 精馏塔主题尺寸的计算······················错误！未定义书签。 4.1 精馏段与提馏段的体积流量·············错误！未定义书签。 4.1.1 精馏段 (20) 4.1.2 提馏段 (22) 4.2 塔径的计算 (24) 4.3 塔高的计算 (33) 5. 塔板结构尺寸的确定 (27) 5.1 塔板尺寸 (27) 5.2 弓形降液管···························错误！未定义书签。 5.2.1 堰高 (29) 5.2.2 降液管底隙高度h0 (30) 5.2.3 进口堰高和受液盘···············错误！未定义书签。 5.3 浮阀数目及排列 (31)
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图8－2塔顶回流示意图 对第一块板作物料、热量衡算：
图8－3 全回流时理论板数的确定
部分回流操作时，如图8－4，图解法的主要步骤为： A.根据物系和操作压力在y－x图上作出相平衡曲线，并画出对角线作为辅助线； B.在x轴上定出x＝x D 、x F 、x W 三点，依次通过这三点作垂线分别交对角线于点a、f、b； C.在y轴上定出y C ＝x D /(R+1)的点c，连接a、c作出精馏段操作线； D.由进料热状况求出q线的斜率q/（q-1），过点f作出q线交精馏段操作线于点d； E.连接点d、b作出提馏段操作线； F.从点a开始在平衡线和精馏段操作线之间画阶梯，当梯级跨过点d时，就改在平衡线和 提馏段操作线之间画阶梯，直至梯级跨过点b为止； G.所画的总阶梯数就是全塔所需的理论踏板数（包含再沸器），跨过点d的那块板就是加 料板，其上的阶梯数为精馏段的理论塔板数。 图8－4部分回流时理论板数的确定 三、实验装置 本实验装置的主体设备是筛板精馏塔，配套的有加料系统、回流系统、产品出料管路、残液出料管路、进料泵和一些测量、控制仪表。 筛板塔主要结构参数：塔内径D＝68mm，厚度 ＝4mm，塔板数N＝10块，板间距H T ＝100mm。加料位置由下向上起数第4块和第6块。降液管采用弓形，齿形堰，堰长56mm，堰高7.3mm， 齿深4.6mm，齿数9个。降液管底隙4.5mm。筛孔直径d ＝1.5mm，正三角形排列，孔间距t＝5mm，开孔数为77个。塔釜为内电加热式，加热功率2.5kW，有效容积为10L。塔顶冷凝器、塔釜换热器均为盘管式。单板取样为自下而上第1块和第10块，斜向上为液相取样口，水平管为气相取样口。