新疆工业高等专科学校
课程设计说明书
题目名称：分离乙醇—水混合液的筛板精馏塔设计
系部：化学工程系
专业班级：煤炭深加工与利用
学生姓名：马占国
学号：2010252016
指导教师：吴进喜
完成日期：2010年7月1日
课程设计评定意见
设计题目：分离乙醇-水混合液的筛板精馏塔设计学生姓名：马占国
评定意见：
评定成绩：
指导教师（签名）：年月日
课程设计任务书
2 学年2学期2012 年6 月27 日
专业煤炭生加工与利用班级煤化10—4（3）班课程名称精馏塔设计
设计题目筛板精馏塔的设计指导教师
起止时间2012-6-27—2012-7-3 周数 1 设计地点教学楼309
设计目的：
1着重加深学生对于化工原理理论知识的掌握。
2积极引导学生去思考，培养他们灵活运用所学知识去解决问题的能力，以及查阅资料、处理数据的能力。
设计任务或主要技术指标：
含乙醇含量为47%（质量分数，以下同）的水溶液，拟经一精馏塔进行分离，塔顶得到乙醇纯度为93%，釜残液中含乙醇不得高于5%。年处理原料能力为52016吨。设计该精馏塔。
假定恒摩尔流成立，塔顶采用全凝器，塔顶压强为5kpa（表压），进料为饱和液体，回设计进度与要求：
1拟订题目和课程设计指导书（包括课程设计目的、内容、要求、进度、成绩评定等），制定具体考核形式（一般应采用平常情况和答辩相结合方式）并于课程设计开始时向学生公布。
2完整的课程设计应由设计草稿书和任务书组成。草稿书不上交系里，是备指导老师检查之用，以督促学生按时完成设计及防止学生间抄袭。任务书应上交按照指定格式编排好的电子版及打印版。7月3日前上交系里。
主要参考书及参考资料：
[1]张立新，王宏主编传质分离技术：北京化学工业出版社，2009
[2]祁存谦，丁楠等主编化工原理：北京化学工业出版社，2008
[3]华南理工大学化工原理教研组，化工过程及设备设计：华南理工大学出版社，1990
[4]柴诚敬等.化工原理课程设计：天津科学技术出版社，2000
精馏是利用物质沸点的不同，多次的进行混合蒸气的部分冷凝和混合液的部分蒸发的过程，以达到分离的目的。
塔设备是炼油和化工生产的重要设备，其作用在于提供气液两相充分接触的场所，有效地实现气液两相间的传热、传质，以达到理想的分离效果，因此它在石油化工生产中得到广泛应用。
一个完整的板式塔主要是由圆柱形塔体、塔板、降液管、溢流堰、受液盘及气体和液体进、出口管等部件组成，同时考虑到安装和检修的需要，塔体上还要设置人孔和手孔。平台扶梯和吊柱等部件，整个塔体由塔裙座支撑，在塔内，根据生产公益要求，装有多层塔板，为气液亮相提供接触的场所，塔板性能的好坏直接影响传质效果，是塔板塔的核心部件
设计目的：
1着重加深学生对于化工原理理论知识的掌握。
2积极引导学生去思考，培养他们灵活运用所学知识去解决问题的能力，以及查阅资料、处理数据的能力。
设计任务或主要技术指标：
含乙醇含量为47%（质量分数，以下同）的水溶液，拟经一精馏塔进行分离，塔顶得到乙醇纯度为93%，釜残液中含乙醇不得高于5%。年处理原料能力为52016吨。设计该精馏塔。
假定恒摩尔流成立，塔顶采用全凝器，塔顶压强为5kpa（表压），进料为饱和液体，回流比为最小回流比的1.5倍，单板压降不大于0.7kpa，加热蒸汽为低压蒸汽。
关键词：精馏塔、筛板、设计
1.设计基础数据------------------------------------------------6
1.1原始数据及条件--------------------------------------------6
1.2乙醇和水的物理性质（表一）--------------------------------6
1.3乙醇和水的粘度（表二）------------------------------------6
1.4乙醇和水的表面张力（表三）--------------------------------6
1.5乙醇和水的密度（表四）------------------------------------6
1.6常压下乙醇——水的汽液平衡数据（表五）--------------------7
2.精馏塔工艺计算----------------------------------------------7
2.1塔的物料衡算-----------------------------------------------7
2.1.1原料液及塔顶塔底产品含乙醇的摩尔分率---------------------7
2.1.2进料量---------------------------------------------------7
2.1.3物料恒算式-----------------------------------------------8
2.2有关的工艺计算----------------------------------------------8 2.2.1原料液的平均摩尔质量--------------------------------------8 2.3最小回流比及操作回流比的确定--------------------------------8 2.4全凝器冷凝介质的消耗量--------------------------------------8 2.5热能利用----------------------------------------------------8 2.6理论板层数的确定--------------------------------------------9 2.7全塔效率的估算----------------------------------------------9 2.8实际塔板数Np-----------------------------------------------9 3．精馏塔主题尺寸的计算----------------------------------------9
3.1精馏段与提馏段的体积流量------------------------------------9 3.11精馏段-----------------------------------------------------9 3.12提馏段-----------------------------------------------------10 3.2 塔径的计算--------------------------------------------------10 3.3塔高的计算---------------------------------------------------12 4塔板结构尺寸的确定---------------------------------------------12
4.1 塔板尺寸----------------------------------------------------12 4.1.1溢流装置---------------------------------------------------12 4.1.2 降液管的宽度Wd--------------------------------------------12 4.1.3降液管降低高度Ho-------------------------------------------12 4.1.4取边缘宽度Wc-----------------------------------------------13 4.1.5安定区宽度Wl-----------------------------------------------13 4.1.6开孔区面积Ao-----------------------------------------------13
4.1.7开孔数n与开孔率ψ------------------------------------------13
5 各种接管尺寸的确定---------------------------------------------13 5.1进料管-------------------------------------------------------13 5.2 釜残液出料管-------------------------------------------------14
5.3 回流液管-----------------------------------------------------14
6.设计计算结果汇总-----------------------------------------------14
7 结果讨论-------------------------------------------------------16 参考文献---------------------------------------------------------17
1.设计基础数据
1.1原始数据及条件
生产能力：年处理原料能力为52016吨（开工率300天/年）
原料：乙醇含量为47%（质量分数，以下同）的水溶液。
分离要求：塔顶得到乙醇纯度为93%，釜残液中含乙醇不得高于5%。
1.2乙醇和水的物理性质（表一）
项目分子量沸点﹙°C﹚临界温度
﹙°C﹚临界压强﹙Kpa﹚
乙醇46.07 78.3 240.77 6.148
水18.01 100 373.91 22.05
1.3乙醇和水的粘度（表二）
温度
﹙°C﹚
20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 水的粘度
﹙mp
a.s ﹚
1.00
2
0.80
2
0.66
2
0.59
2
0.46
9
0.40
0.33
0.31
8
0.248 0.25
9
乙醇的粘
度﹙mp
a.s ﹚
1.22 1.00 0.83 0.69 0.38 0.48 0.41
5
0.35
1
0.305 0.26
2
1.4乙醇和水的表面张力（表三）
温度
﹙°C﹚
20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
水的表面
张力
﹙mN﹚
72.7 71.0 69.3 67.7 66.0 64.3 62.7 60.1 58.4 56.8
乙醇的表
面张力
﹙mN﹚
22.3 21.2 20.4 19.8 18.8 18.0 17.1 16.2 15.2 14.4
1.5乙醇和水的密度（表四）
温度
﹙°C﹚
20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
乙醇的密
度
﹙kg/m3﹚
795 785 777 765 755 746 735 730 716 703
水的密度﹙kg/m3﹚998.
2
995.
7
992.
2
988.
1
983.
2
977.
8
971.
8
965.
3
958.4 951.
1.6常压下乙醇——水的汽液平衡数据（表五）
沸点t/C ? 乙醇分子/% （液相）
乙醇分子/% （气相）
沸点t/C ? 乙醇分子/% （液相） 乙醇分子/% （气相） 100 99.9 99.8 99.7 99.5 99.2 99 98.75 97.64 95.8 95.5 91.3 89.0 87.9 86.7 85.3 85.2 84.1 83.75 82.7 82.3 82.3
0 0.004 0.04 0.05 0.12 0.23 0.31 0.39 0.79 1.61 1.90 4.16 7.21 7.41 9.66 12.38 12.64 16.61 17.41 23.37 25.75 26.08
0 0.053 0.51 0.77 1.57 2.90 3.725 45 8.76 16.34 17.00 29.92 38.91 39.61 43.75 47.04 47.49 50.89 51.67 54.45 55.74 55.80
82 81.5 81.3 80.7 80.6 80.1 79.85 79.8 79.7 79.5 79.3 79.2 78.95 78.75 78.74 78.6 78.4 78.27 78.2 78.15 78.15
27.3 32.73 33.24 39.65 42.09 48.92 52.68 50.79 51.98 61.02 57.32 65.64 68.92 72.36 74.72 75.99 79.82 83.87 85.97 89.41 89.43
56.44 59.26 58.78 61.22 62.22 64.70 66.28 65.64 65.99 70.29 68.41 72.71 74.69 76.93 78.15 79.26 81.83 84.91 86.40 89.41 89.43
2.精馏塔工艺计算
2.1塔的物料衡算
2.1.1原料液及塔顶塔底产品含乙醇的摩尔分率
F ：原料液流量)/(s kmol F x : 原料液组成%)(mol D ：塔顶产量流量 )/(s kmol D x : 塔顶组成%)(mol
W: 塔底残留液流量 )/(s kmol W x ：塔底组成%)(mol 原料乙醇组成：xF=(47÷46)/(47÷46+53÷18)=0.2576
塔顶组成：xD=(93÷46)/(93÷46+7÷18)=0.8387
塔底组成：xW=(5÷46)/(5÷46+95÷18)=0.0202 2.1.2进料量
F=52016吨/年=（52016×103）/（300×24×23.4）=306.12kmol/h 2.1.3物料恒算式
W D F += W D F x x x W D F +=
联立代入求解：D= 86.35h kmol / W= 219.77h kmol /
2.2有关的工艺计算
2.2.1原料液的平均摩尔质量
M F =x F ·M 乙醇+(1- x F )·M 水=0.2576×46 +（1-0.2576）18=25.2kg/kmol 同理可得M D =41.5kg/kmol ,M W =18.6kg/kmol
40℃下，原料液中ρ水=992.2 kg/m 3，ρ乙醇=777kg/m 3 由此可查图一得，原料液、塔底和塔顶混合物的沸点，如下表： 名称 原料液 馏出液 釜残液 xf/% 47 93 5 摩尔分数xf 0.2576 0.8387 0.0202 摩尔质量kg/kmol 25.2 41.5 18.6 沸点温度t/℃ 82.3 78.5 95.5
2.3最小回流比及操作回流比的确定
由于是饱和液体进料（泡点进料），xq=x F =0.2576,过点e (0.2576,0.2576)作直线x=0.2576交平衡线于点d ，由d 点可读得yq=0.490，因此： Rmin=(Xd-yq)/(yq-xq)=(0.8387-0.490)/(0.490-0.2576)=1.500
由于要求回流比为最小回流比的1.5倍，可取操作回流比R=1.50*1.500=2.25
2.4全凝器冷凝介质的消耗量
塔顶全凝器的热负荷：Qc=（R+1）D （I VD -I LD ） 可以查得I VD =1266kJ/kg , I LD =253.9 kJ/kg
所以Qc=（2.25+1）×86.35×(1226-253.9)=272807.7kJ/h
取水为冷凝介质，其进出冷凝器的温度分别为25℃和35℃，则平均温度下的比热Cpc=4.174kJ/(kg ℃)，于是冷凝水用量可求：
Wc=Qc/ [Cpc(t 2-t 1) ]=272807.7/ [4.174×﹙35-25﹚]=6535.9kg/h
2.5热能利用
以釜残液对预热原料液，则将原料液加热至泡点所需的热量Qf 可记为： Qf=Wf ·Cpf(t f2-t f1)
其中t fm =(82.3+40)/2=61.2℃
在进出预热器的平均温度及t fm =61.2℃的情况下可以查得比热Cpf=4.179kJ/(kg ℃), 所以 Qf= [52016×4.179×（82.3-40）]/（300×24）=1277.1 kJ/h
釜残液放出的热量Qw=Ww ·Cpw(tw 1- tw 2)
若将釜残液的温度降至tw 2=55℃，那么平均温度twm=(95.5+55)/2=75.3℃ 其比热为Cpw=4.191 kJ/(kg ℃)，因此，
Qw=219.77×4.191×（95.5-55）=37302.77 kJ/h
由以上可知：Qw＞Qf，于是理论上可以用釜残液加热原料液至泡点。
2.6理论板层数的确定
精馏段操作线方程：y=Rx/(R+1)+XD/(R+1)=0.587x+0.347
泡点进料，q线方程为x=0.2576，在y-x相图中分别画出上述直线（定点截距发作精馏段操作线，借助q法作提馏段操作线），利用图解法可求出，如图二所示N
T
=16块（含塔釜），其中精馏段13块，提留段3块。
2.7全塔效率的估算
用奥康奈尔法对全塔效率进行估算：
由相平衡方程式y=αx/ [1+﹙α-1﹚x]可得α=（1-x)/ [x﹙1-y﹚]
根据乙醇-水体系的相平衡数据可查得：
y1=xD=0.8387 x1=0.820(塔顶第一块板)
yf=0.49 xf=0.2576(加料板)
xw=0.0202 yw=0.013(塔釜)
因此可求得：α1=1.36 ,αf=5.028 ,αw=0.639
全塔的平均相对挥发度：
αm=(α1·αf·αw)1/3 =(1.36× 5.65 ×0.639) 1/3=1.64
全塔的平均温度：tm=(td+tf+tw)/3=(78.5+83.3+95.5)/3=85.4℃
在温度tm下查得μ
水=0.327mPa·s, μ
乙醇
=0.38 mPa·s
因为μ
L =Σxiμ
Li
所以，μ
Lf
=0.2576×0.38+(1-0.2576) ×0.327=0.341
全塔的液体平均粘度：μ
Lm =(μ
Lf
+μ
LD
+μ
LW
)/3=(0.341+0.38+0.327)/3=0.349
mPa·s
全塔效率E
T =0.49（α·μ
L
）-0.245=0.49×（1.64×0.349）-0.245=56.2%
2.8实际塔板数Np
Np=N
T /E
T
=16/0.5709=28块(含塔釜)
其中，精馏段的塔板数为:1.3/0.5709=23块
3．精馏塔主题尺寸的计算
3.1精馏段与提馏段的体积流量
3.11精馏段
整理精馏段的已知数据列于下表，由表中数据可知:液相平均摩尔质量:M=
(M
F +M
L
)/2= (25.2+41.5)/2=33.35kg/kmol
液相平均温度：t
m = (t
f
+t
d
)/2= (82.3+78.5)/2=80.4°C
在平均温度下查的ρ
水=971.8kg/m3 ρ
乙醇
=735kg/m3
液相平均密度为：1/ρ
lm =x’
lm
/ρ
CH3CH2OH
+﹙1－x’
lm
﹚/ρ
H2O
其中，平均质量分数x’
Lm =﹙0.47+0.911﹚/2=0.691,所以ρ
Lm
=792kg/m3
位置进料板塔顶﹙第一块板﹚
质量分数x’f=0.47
y’f=0.818 y
1
’=x
D
’=0.93
x
1
’=0.911
摩尔分数xf=0.2576
yf=0.49 y
1
=x
D
=0.8387
x
1
=0.820
摩尔质量 kg/kmol
M lf =23.4 M vf =25.2 M lf =41.5 M vf =40.4
沸点温度 /°C 82.3 78.5 精馏段液相负荷L=RD=2.25×85.35=194.29kmol/h L n =L n /ρLm =﹙194.29×33.35﹚／792＝8.181m 3/h 同理可算出精馏段的气相负荷： 名称 汽相 液相 平均摩尔质量kg/kmol 37.2 33.35 平均密度kg/m 3 1.23 792 体积流量m 3/h 277.1﹙0.077m 3/s ﹚ 0.133(3.69×10-5m 3/s) 3.12提馏段
整理提馏段数据于下表，采用与精馏段中相同的计算方法可得提馏段的负荷： 位置 塔釜 进料板 质量分数 x’w =0.05 y ’w =0.056 x ’f =0.47
y ’f =0.816
摩尔分数 x w =0.0202 y w =0.175 x f =0.2576
x f =0.49
摩尔质量 kg/kmol M lw =18.1 M lv =18.9 M lf =23.4
M vf =34.21
沸点温度 /°C 95.5 78.5 得到提馏段的汽液相负荷 名称 液相 汽相 平均摩尔质量kg/kmol 21.2 26.2 平均密度kg/m 3 863.6 0.59 体积流量m 3/h 0.3312 ( 9.2×10-5m 3/s ) 212.4 ( 0.059m 3/s )
3.2 塔径的计算
由于精馏段和提留段的上升蒸汽量相差不大，为便于制造，我们取两端的塔径相等 由以上的计算结果可知： 汽塔的平均蒸汽流量：
=
+=
2
st
sj s v v v 068.02
059
.0077.0=+s m 3
汽塔的平均液相流量: 555104.62
102.91069.32
?=?+?=+=--st
sj s L L L s m 3
汽塔的汽相平均密度：
391.02
95
.023.12
m kg vt
vj l =+=
+=
ρρρ 汽塔的液相平均密度：
38.8272
6
.8637922
m kg vt
vj l =+=
+=
ρρρ 塔径可以由下面的公式算出：
D=
πμ
s
v 4
由于适应的空塔气速μ=（0.6~0.8）max μ，因此需先计算出量最大允许气速max μ。 取塔板间距H t =350mm=0.35m,板上液层高度h 1 =60mm=0.06m, 那么分离空间：
H t - h 1=0.35-0.06=0.29m 功能参数：v l s s v L ρρ)(
=028.091
.08.827068.0000064.0=? 从史密斯关联图查得：c 20=0.06,由于c= c 202
.0)20
6( 需先求平均表面张力: 全塔平均温度
c T T T W F D ?=++=++41.853
5
.953.825.783
在此温度下，乙醇的平均摩尔分数为：
3722.03
8387
.00202.00576.0=++
根据表3，得σ乙醇=16.7 mN N 4.61,=水σμ
σ=
mN x x 38.188387
.04.612576.07.164
.617.162
21121=?+??=
+σσσσ
C= c 202.0)20(
σ
=0.06058.0)20
36.18(2
.0=? s m c
v v L 78.191
.091
.08.827058.0max =-?=-=ρρρμ
所以，μ=（0.6~0.8）max μ=0.8?1.78=1.424s m
D=
πμ
s
v 4=
m 245.0424
.114.3068
.04=??
根据塔径尺寸，圆整后，得D=600mm
则塔截22228.06.04
14
.34
m D A T
=?=
=
π
空塔气速：24.028
.0068
.0'
1==
μs m 3.3塔高的计算：
塔的高度可以由下式计算： Z=m H E N T T T 45.935.0)15709
.016
()1(
=?-=- 在第六块板上设一个孔，所以全塔高度z=10.1m
4塔板结构尺寸的确定
4.1 塔板尺寸
4.1.1溢流装置
由于塔径小于800密码，所以使用单溢流，弓形降液管，平行受液盘及平行溢流堰，不设进口堰
去堰长D l w 66.0=即m l w 396.06.066.0=?= 出口堰高w l w h h h -=，66.0=D
l w
，查图知E=1,
则
m l l E h w
h w
002.0)396.02412.0(1100084.2)(100084.23
23
20=??=
=
w l w h h h -==0.06-0.002=0.058m
4.1.2 降液管的宽度d W 与降液管的面积f A
由66.0=D l w 查得125,0=D W d ，0700.0=T f A A
m D W d 075.06.0125.0125.0=?== f A =0.0700?T A =0.0700?0.28=0.022m
停留时间τ=
符合要求）s s L H A s
T f 5(7.1891069.335
.002.05
=??=
-
4.1.3降液管降低高度o H
o H =w h -0.006=0.058-0.006=0.0052m
4.1.4取边缘宽度C W 取边缘宽度C W =0.03m 4.1.5安定区宽度C W 取安定区宽度为C W =0.050m 4.1.6开孔区面积a A
X=
m W W D S D 175.0)050.0075.0(26.0)(2=+-=+- R=m W D C 27.003.02
6.02=-=- a A =2（x R
x
R x R 1
222sin 180
-+
-π
）=0.0632m 4.1.7开孔数n 与开孔率?
一般碳钢的板厚σ为3mm ，则筛孔径0d =2?3=6mm 控中心距t=30d =3?6=18mm 塔板上的筛孔数为n=
224155
.12
=a A t
孔 塔板上的开孔区的开孔率?为?=
%1.10%3
907
.0%)(0907.02
20==d t 每层塔板上的开孔面积0A =?a A =0.00642m 在（5%~15%范围内） 精馏塔段气体通过筛孔的气速63.100064
.0068
.000===
A V s μs m 5 各种接管尺寸的确定
5.1进料管
进料管体积流量s m h m FM V
f
f
sf
3331032.2336.844
.9252
.2512.306-?==?=
=
ρ
取适宜的输送速度s m f 0.2=μ
故m V d sf
f 0384.014
.321032.2443
=???=
=
-πμ
经圆整选取热轧无缝钢管（YB231-64），规格：mm 5.08?φ
实际管内流速：31.60007
.014.31032.242
3=???=-f μs m 5.2 釜残液出料管
釜残液的体积流量：
s m h m WM V w
w
SW 3331023.1417.444
.9256
.1877.219-?==?=
=
ρ
取适宜的输送速度5.1=w μs m ，则
m d if 032.014
.35.11023.143
=???=
-
经圆整选取热轧无缝钢管（YB231-64）, 规格：mm 5.08?φ
实际管内流速：98.31007
.014.31023.142
3
=???=-W μs m 5.3 回流液管
回流液体积流量
s m h m LM V l
L
SL 353107.314.08
.82735
.3331.3-?==?=
=
ρ
利用液体重力进行回流，取适宜的回流速度5.0=l μs m ，那么
m d it 009.014
.35.0107.345
=???=
-
经圆整选取热轧无缝钢管（YB231-64）, 规格：mm 5.010?φ
实际管内流速：58.0009
.014.3107.342
5
=???=-W μs m 6.设计计算结果汇总
项目 符号 单位 结果/备注
实际塔板数 N
块 28 板间距 T H
m 0.35 塔板有效高度 z M 10.1 塔径 D
m 0.6 空塔气速 μ
s m 1.432 塔板液流形式 单流形 溢
溢流管形式
弓形 堰长 w l
m 0.396
高
w h m 0.058
溢流堰宽度 d W m 0.075 管底与盘距 0H
m 0.052 板上清液层高度 l h m 0.06 孔径 0d mm 6 孔间距 t mm 18 孔数 N
个
224 筛孔气速 0μ
s
m 10.63 液体在降液管 中停留时间 τ
s
189.7
降液管内清液 层高度 d H
m 开孔率 ? %
10.1 开孔面积
0A
2m
0.0064
7 结果讨论
通过此次课程设计使我充分理解了化工原理课程的重要性，特
别是对精馏原理及其操作各方面的了解和设计总结，对实际单元操
作设计中涉及的各个方面需要注意的问题都明了了。
经过了两天的辛勤劳动（计算、画图、查阅资料），做了设计文字方面的模版，并且按质量完成了自己的任务，我们是一个团体，很有凝聚力的团体，分工明确，责任心强。在做设计的过程中，在设计中学到了很多。塔板的计算，进料方程和物料恒算式的又一次体会和加深，选择塔板应该注意的问题（塔压，什么样的塔板，塔板上的气体液体分布情况），对压降的核算，如何避免事故的发生，精馏塔附属设备的设计问题等等都是环环相扣的，紧密联系在一起的，一个小的方面都可以造成很大的影响。在设计中我们也遇到了很多问题，，但是还是通过我们的努力，把问题解决掉了。在这次设计中，我们的大局观意识得到提升，体会到了团体的力量，我们不足的地方别人可以有效弥补。在设计中，发现了自己的问题，改正了以前的错误理解，学到了更深层的知识。总之，在这上面付出了很多时间，自己也收获了，很有意义。
参考文献
[1]张立新，王宏主编传质分离技术：北京化学工业出版社，2009
[2]祁存谦，丁楠等主编化工原理：北京化学工业出版社，2008
[3]华南理工大学化工原理教研组，化工过程及设备设计：华南理工大学出版社，1990
[4]柴诚敬等.化工原理课程设计：天津科学技术出版社，2000
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
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。
化学与化学工程学院 《化工原理》专业课程设计 设计题目常压甲醇－水筛板精馏塔设计 姓名：潘永春 班级：化工101 学号： 2010054052
指导教师：朱宪 荣 课程设计时间2013、6、8——2013、6、20 化工原理课程设计任务书 专业：化学与化学工程学院：化工101 姓名：潘永春 学号 20100054052 指导教师朱宪荣 设计日期： 2013 年6月8日至 2013年6月20日 一、设计题目：甲醇－水精馏塔的设计 二、设计任务及操作条件： 1、设计任务 生产能力（进料） 413.34Kmol/hr 操作周期 8000小时/年 进料组成甲醇0.4634 水0.5366（质量分率下同） 进料密度 233.9Kg/m3 平均分子量 22.65 塔顶产品组成 >99% 塔底产品组成 <0.04% 2、操作条件 操作压力 1.45bar （表压） 进料热状态汽液混合物液相分率98% 冷却水 20℃ 直接蒸汽加热低压水蒸气 塔顶为全凝器，中间汽液混合物进料，连续精馏。 3、设备形式筛板式或浮阀塔
4、厂址齐齐哈尔地区 三、图纸要求 1、计算说明书（含草稿） 2、精馏塔装配图（1号图，含草稿） 一．前言5 1.精馏与塔设备简介 5 2.体系介绍 5 3.筛板塔的特点 6 4.设计要求: 6 二、设计说明书7 三．设计计算书8 1.设计参数的确定8 1.1进料热状态8 1.2加热方式8 1.3回流比（R）的选择8 1.4 塔顶冷凝水的选择 8 2.流程简介及流程图 8 2.1流程简介8 3.理论塔板数的计算与实际板数的确定9 3.1理论板数计算9 3.1.1物料衡算9 3.1.2 q线方程9 3.1.3平衡线方程10 3.1.4 Rmin和R的确定10 3.1.5精馏段操作线方程的确定10 3.1.6精馏段和提馏段气液流量的确定10 3.1.7提馏段操作线方程的确定10 3.1.8逐板计算10 3.1.9图解法求解理论板数如下图: 12 3.2实际板层数的确定12 4精馏塔工艺条件计算12 4.1操作压强的选择12 4.2操作温度的计算13
3.5筛板精馏塔设计示例 3.5.1 化工原理课程设计任务书 设计题目：分离苯-甲苯混合液的筛板精馏塔 在一常压操作的连续精馏塔内分离苯-甲苯混合液。已知原料液的处理量为4000kg/h，组成为0.41(苯的质量分率)，要求塔顶馏出液的组成为0.96，塔底釜液的组成为0.01。 设计条件如下：表3-18 操作压力 进料热状态回流比单板压降全塔效率建厂地址 4kPa(塔顶常压)自选自选w0.7kPa ET=52%天津地区 试根据上述工艺条件作岀筛板塔的设计计算。 3.5.2 设计计算1设计方案的确定 本设计任务为分离苯一甲苯混合物。对于二元混合物的分离，应采用连续精馏流程。设计中采用泡点进料, 将原料液通过预热器加热至泡点后送人精馏塔内。塔顶上升蒸气采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，其余部分经产品冷却器冷却后送至储罐。该物系属易分离物系，最小回流比较小，故操作回流比取最小回流比的2倍。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。 2精馏塔的物料衡算 (1)原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 苯的摩尔质量—~'：'■- 甲苯的摩尔质量匚丁 0.41/78. H 0.41/78J1 +0.59/92.13 (2)原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 二0.450X7E.11 + (l-0 450)x9213 =託尾如畑H ^=0.966x78 1U(1-0.9 13 few? ^ = 0.012x73.11 + (1-0.012)x92.13 = 91.9^/^? (3 )物料衡算 F = = 46.6 A 原料处理量二二一 0.450
总物料衡算46.61 = D+ W 苯物料衡算46.6 1X0.45 = 0.966D + 0.012 W 联立解得D = 21.40 kmol / h W=25.21kmol/h 3塔板数的确定 （1）理论板层数NT的求取 苯一甲苯属理想物系，可采用图解法求理论板层数。 ①由手册查得苯一甲苯物系的气液平衡数据，绘出x~y图，见图3-22。 ②求最小回流比及操作回流比。 采用作图法求最小回流比。在图3-19中对角线上，自点e（0.45，0.45 ）作垂线ef即为进料线（q线），该线与平衡线的交点坐标为 y q = 0.667 xq = 0.450 故最小回流比为? 2 1■' 取操作回流比为77■■ ■―■:--' ③求精馏塔的气、液相负荷 L = R^D= 2.76x 21.40 = 7+1）D =（2 76 +l）x 21 40 = 80.46^；^ Z r= L + ^ = 59.06+46,^1 =
目录 一、概述 (1) 二、设备流程 (1) 三、设备技术数据和性能……………………………………………1-2 四、使用和维修…………………………………………………………2-8 湘潭祺润教学设备科技有限公司 乙醇-水系筛板塔精馏实验装置 一、概述 蒸馏原理是利用混合物中组分间挥发度的不同来分离组分，经多次平衡分离的蒸馏过程称为精馏。由于精馏单元操作流程简单、设备制作容易、操作稳定、易于控制，其设计理论较为完善与成熟，从而在化工企业中，尤其在石油化工、有机化工、煤化工、精细化工、生物化工等企业中被广泛采用。常见的精馏单元过程由精馏塔、冷凝器、再沸器、加料系统、回流系统、产品贮槽、料液贮槽及测量仪表等组成。精馏塔本身又分为板式精馏塔和填料精馏塔，本产品为板式精馏塔。可进行连续或间歇精馏操作，回流比可任意调节，也可以进行全回流操作。本装置的料液槽和产品槽全部放置在控制屏的下部，设备结构紧凑美观。 二、设备流程： 三、设备技术数据和性能 （1）精馏塔：本装置精馏塔体和塔板均采用不锈钢制作，塔径为φ50mm，塔板数13块，板间距100mm，孔径为2mm，开孔率为6％。为便于学生实验时观察操作工况，特设置了两节玻璃塔节。精馏塔设置了两处进料口，同时在再沸器上也设置了进料口，以便于开车时直接向再沸器加料。本精馏塔的回流比通过回流控制阀和馏出液控制阀可以任意调节。 （2）冷凝器：精馏塔冷凝器壳体采用不锈钢制作，换热管采用传热效率较高的铜管制作。管径为φ12×1mm，换热面积为0.0568m2，冷凝器下部与精馏塔体直接相连，以减少热损失。冷凝液储存在馏出液槽中，一部分通过回流控制阀和
转子流量计计量后再返回精馏塔顶板。另一部分则通过馏出液控制阀和转子流量计计量后送至产品槽。 （3）再沸器：精馏塔再沸器直接置于精馏塔下部，采用不锈钢制作，内置电加热管加热。总加热功率为2000W，分两组，各1000W，两组采用自动无级控制，承担精馏塔的温度控制调节，以确保控温精度。 （4）料液泵：本料液泵采用微型增压泵，扬程为6m，输入功率为90W。进行连续精馏实验时可通过加料出口阀、流量计向精馏塔加料。 （5）控制屏：本装置的釜液加热温度的给定和调节、加料量的调节、回流比的调节、离心泵出口流量的调节，以及塔釜、塔顶温度、料液温度的显示、加料量、产品量、回流量和离心泵出口流量的显示，均集中在控制屏。精馏塔的料液槽、产品槽、以及料液泵也集中设置在控制屏内（下部）。控制屏的后门可以打开，以便加料及维修用。 （6）璃塔节：为便于学生实验时观察塔内的操作工况，本装置特别设置了两节玻璃塔节。为防止泄漏，玻璃塔节和两端法兰采用密封连接。在使用过程中，应尽量不拆开玻璃塔节为宜。 四、使用与维修 （1）精馏塔的正常与稳定操作 精馏塔从开车到正常稳定操作是一个从不稳定到稳定、不正常到正常的渐进过程。在这一过程中，塔内的浓度分布会从不正常到正常，经历“逆行分馏”之后，才会转入正常正常操作状态。因为刚开车时，塔板上均没有液体，蒸汽可直接穿过干板到达冷凝器，被冷凝成液体后再返回塔内第一块塔板，并与上升的蒸汽接触。而后，逐板溢流至塔釜。因为首先返回塔釜的液体经过的板数最多，从而经过的气液平衡次数也最多，显然首先到达最底下一块塔板的液体其轻组分的含量必然是最高的。而第一块塔板上的液体中轻组分的含量反而会比它下面的塔板上的液体中轻组分的含量会低一些，这就是“逆行分馏”现象。从“逆行分馏”到正常精馏，需要较长的转换时间。对实验室的精馏装置，这一转换时间至少需30分钟以上。而对于实际生产装置，转换时间有可能超过2小时。所以精馏塔从开车到稳定、正常操作的时间也必须保证在30 分钟以上。判断精馏塔是否已经进入正常、稳定操作状态，还必须经过采样分析才知道。如果在同一采样点连续三次采样分析（至少两次，间隔10分钟以上）结果均相近（不超过1％），则可认为已进入正常、稳定操作状态。 （2）维持精馏塔正常稳定操作的条件
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。
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)
化工原理课程设计 化工原理 课程设计 题目乙醇-水分离过程筛板精馏塔设计 （院）系化工院 专业化学工程与工艺 班级2010级化工1班 学生姓名*************** 学号1006210117 指导教师**************
目录 一、化工原理课程设计任务书 (4) 二、塔板工艺设计 (6) 2.1精馏塔全塔物料衡算 (6) 2.2乙醇和水的物性参数计算 (6) 2.2.1 温度 (7) 2.2.2 密度 (8) 2.2.3相对挥发度 (13) 2.2.4混合物的黏度 (13) 2.2.5混合液体的表面张力 (13) 2.3塔板的计算 (14) 2.3.1 q、精馏段、提留段方程计算 (14) 2.3.2理论塔板计算 (16) 2.3.3实际塔板计算 (16) 2.4操作压力的计算 (17) 三、塔体的工艺尺寸计算 (17) 3.1塔径的初步计算 (17) 3.1.1气液相体积流量计算 (17) 3.1.2塔径计算 (18) 3.2塔体有效高度的计算 (20) 3.3精馏塔的塔高计算 (20) 3.4溢流装置 (21) 3.4.1堰长 (21) 3.4.2溢流堰高度 (21) 3.4.3弓形降液管宽度和截面积 (21) 3.5塔板布置 (22) 3.5.1塔板的分块 (22) 3.5.2边缘区宽度的确定 (23) 3.5.3开孔区面积计算 (23)
3.5.4筛孔计算及其排列 (23) 四、筛板的流体力学验算 (24) 4.1塔板压降 (24) 4.1.1干板阻力 (24) 4.1.2气体通过液层的阻力 (24) 4.1.3液体表面张力的阻力（很小可以忽略不计） (25) 4.1.4气体通过每层板的压降 (25) 4.2雾沫夹线 (26) 4.3液沫夹带 (26) 4.4漏液 (26) 4.5液泛 (26) 五、塔板负荷性能图 (27) 5.1漏液线 (27) 5.2液沫夹带线 (28) 5.3液相负荷下限线 (29) 5.4液相负荷上限线 (29) 5.5液泛线 (29) 5.6图表汇总及负荷曲线图 (31) 六、主要工艺接管尺寸的计算和选取 (32) 七、课程设计总结 (34) 八、参考文献 (35)
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
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
分离乙醇—水混合液的筛 板精馏塔设计 This model paper was revised by the Standardization Office on December 10, 2020
课题名称：化工课程设计任务书 系别：化环学院 专业：化工2班 学号： 姓名： 指导教师： 时间：2011年12月01-16日 附 化工原理—化工设备机械基础课程设计任务书-1专业化工班级 0409402 设计人 一. 设计题目 分离乙醇—水混合液的筛板精馏塔设计 二. 原始数据及条件 生产能力：年处理量8万吨（开工率300天/年），每天工作24小时； 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90%， 塔底，乙醇含量不高于 8%； 操作条件： 三. 设计要求： （一）编制一份设计说明书，主要内容包括： 1. 前言 2. 设计方案的确定和流程的说明 3. 塔的工艺计算 4. 塔和塔板主要工艺尺寸的设计 a. 塔高、塔径及塔板结构尺寸的确定 b. 塔板的流体力学验算
c. 塔板的负荷性能图 5. 附属设备的选型和计算 6. 设计结果一览表 7. 注明参考和使用的设计资料 8. 对本设计的评述或有关问题的分析讨论。 （二）绘制一个带控制点的工艺流程图（2#图） （三）绘制精馏塔的工艺条件图（1#图纸） 四. 设计日期：2011年 12月01日至 2011 年12 月16日 五. 指导教师：谭志斗、石新雨 推荐教材及主要参考书： 1.王国胜, 裴世红，孙怀宇. 化工原理课程设计. 大连：大连理工大学出版社，2005 2.贾绍义，柴诚敬.化工原理课程设计. 天津：天津科学技术出版社，2002. 3、马江权，冷一欣. 化工原理课程设计. 北京：中国石化出版社，2009. 4、《化工工艺设计手册》，上、下册; 5、《化学工程设计手册》；上、下册; 6、化工设备设计全书编辑委员会.化工设备设计全书-塔设备；化学工业出版社：北京. 2004，01
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)
《化工原理》课程设计报告 苯-氯苯分离过程板式精馏塔设计 学院 专业 班级 学号 姓名 合作者 指导教师
化工原理设计任务书 一、设计题目: 苯-氯苯分离过程板式精馏塔设计 二、设计任务 1）进精馏塔的原料液中含氯苯为38%（质量百分比，下同），其余为苯。 2）塔顶馏出液中含氯苯不高于2%。 3）生产能力为日产纯度为99.8%的氯苯Z吨产品。年工作日300天，每天24小时连续运行。（设计任务量为3.5吨/小时） 三、操作条件 1.塔顶压强4kPa（表压）； 2.进料热状况，自选； 3.回流比，自选； 4.塔釜加热蒸汽压力0.5MPa； 5.单板压降不大于0.7kPa； 6. 设备型式：自选 7．厂址天津地区 四、设计内容 1.精馏塔的物料衡算； 2.塔板数的确定； 3.精馏塔的工艺条件及有关五行数据的计算； 4.精馏塔的塔体工艺尺寸计算； 5.塔板的主要工艺尺寸计算； 6.塔板的流体力学计算； 7.塔板负荷性能图； 8.精馏塔接管尺寸计算； 9.绘制生产工艺流程图； 10.绘制精馏塔设计条件图； 11.绘制塔板施工图； 12.对设计过程的评述和有关问题的讨论
五、基础数据 1.组分的饱和蒸汽压 i p （mmHg ） 2.组分的液相密度ρ（kg/m 3） 纯组分在任何温度下的密度可由下式计算 苯 t A 187.1912-=ρ 氯苯 t B 111.11127-= ρ 式中的t 为温度，℃。 3.组分的表面张力σ（mN/m ） 双组分混合液体的表面张力m σ可按下式计算： A B B A B A m x x σσσσσ+= （B A x x 、为A 、B 组分的摩尔分率） 4.氯苯的汽化潜热 常压沸点下的汽化潜热为35.3×103kJ/kmol 。 纯组分的汽化潜热与温度的关系可用下式表示： 38 .01212??? ? ??--=t t t t r r c c （氯苯的临界温度：C ?=2.359c t ） 5.其他物性数据可查化工原理附录。
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
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
河西学院 Hｅxi Ｕniｖersiｔy 化工原理课程设计 题目: 苯-甲苯筛板式精馏塔设计学院：化学化工学院
专业：化学工程与工艺 学号: 姓名: 指导教师： 2014年１２月6日 目录 化工原理课程设计任务书 1．概述 (5) 1.1序言 ....................................................................................................................... ５ 1.2再沸器?5 1.3冷凝器?5 2．方案的选择及流程说明?6 3.塔的工艺计算?6 3.1原料及塔顶塔底产品的摩尔分率?７ 3.2原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 (7) 3．3物料衡算?7 4．塔板数的确定 (7) 4.1理论塔板数T N (7)
4.2最小回流比及操作回流比?8 ４.３精馏塔的气、液相负荷?８ 4.4操作线方程 .............................................................................. 错误!未定义书签。 4．５图解法求理论塔板数 (9) 4.6实际板层数?9 5.精馏塔的工艺条件及有关物性数据................................................. 错误!未定义书签。 5.1操作压力?9 5．２操作温度?１0 10 ５.３平军摩尔质量? 5.4平均密度?１1 ５.5液体平均表面张力 ........................................................................................... 1２ 5.6液体平均黏度 ..................................................................................................... 1２ 13 ６.精馏塔的塔体工艺尺寸? 6.1塔径 (13) 6.2空塔气速 (13) 6.3实际空塔气速 (14) 6．４精馏塔有效高度?错误!未定义书签。 7．踏板主要工艺尺寸的设计......................................................................................... １5７.１塔板布置 .......................................................................................................... 1８ 7.２.塔板布 置………………………………………………………………………….1８
（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)
河西学院 Hexi University 化工原理课程设计 题目: 苯-甲苯筛板式精馏塔设计 学院: 化学化工学院 专业:化学工程与工艺 学号: 姓名: 指导教师: 2014年12月6日
目录 化工原理课程设计任务书 1.概述 (5) 1.1序言 (5) 1.2再沸器 (5) 1.3冷凝器 (5) 2.方案的选择及流程说明 (6) 3.塔的工艺计算 (6) 3.1原料及塔顶塔底产品的摩尔分率 (7) 3.2原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 (7) 3.3物料衡算 (7) 4.塔板数的确定 (7) N (7) 4.1理论塔板数T 4.2最小回流比及操作回流比 (8) 4.3精馏塔的气、液相负荷 (9) 4.4操作线方程 (9) 4.5图解法求理论塔板数 (9) 4.6实际板层数 (9) 5.精馏塔的工艺条件及有关物性数据 (9) 5.1操作压力 (9) 5.2操作温度 (10) 5.3平军摩尔质量 (10) 5.4平均密度 (11) 5.5液体平均表面张力 (12) 5.6液体平均黏度 (13) 6.精馏塔的塔体工艺尺寸 (13) 6.1塔径 (13) 6.2空塔气速 (14) 6.3实际空塔气速 (15)
6.4精馏塔有效高度 (15) 7.踏板主要工艺尺寸的设计 (15) 7.1塔板布置 (17) 7.2.塔板布 置 (18) 8.筛板的流体力学验算 (19) 8.1塔板压降 (19) 8.2液面落差 (20) 8.3液沫夹带 (20) 8.4漏液 (20) 8.5液泛 (21) 9.塔板负荷性能图 (22) 9.1漏液线 (22) 9.2液沫夹带线 (22) 9.3液相负荷下限线 (23) 9.4液相负荷上限线 (24) 9.5液泛线 (24) 10.板式塔常见附件 (26) 10.1进料罐线管径 (27) 11.附属设备 (30) 11.1塔顶空间 (30) 11.2塔底空间. (30) 11.3人孔 (30) 11.4塔高 (30) 12.设计筛板塔的主要结果汇总： (30) 参考文献 (32) 设计心得体会 (32) 成绩评定： ............................................. 错误!未定义书签。