精馏塔的设计及选型

精馏塔设计书精馏塔是化学和石油工业中常用的一种分离设备，其设计非常重要。

本文将从精馏塔的结构、操作条件、材料选择等方面进行详细介绍和建议，以帮助读者更好地进行精馏塔的设计。

一、结构设计1.1 塔体结构精馏塔的塔体一般分为直立式和横卧式两种类型。

直立式适合于处理高粘度、高沸点和易结晶的物料，横卧式适合于处理低粘度、低沸点和易挥发的物料。

在塔体的结构设计上，需要根据具体的工艺要求，确定塔的高度、直径和壁厚等参数，保证其能够在长期运行中保持稳定的分离效果。

1.2 塔盘结构塔盘是精馏塔的关键部件，其结构应该符合两相流动的要求，在连续计量流量的同时，实现物料的良好分离。

在设计塔盘时，需考虑填料的种类、布置和高度等因素，以保证塔盘的稳定性和分离效率。

二、操作条件2.1 进料方式精馏塔的进料方式有顶进、底进、侧进等多种方式，需根据具体的物料性质、流量和工艺特点等因素来选择。

在进料过程中，需控制进料速度和温度，避免液位过高和温度变化过大导致塔内压力波动，影响精馏效果。

2.2 温度和压力控制精馏塔的温度和压力是影响精馏效果的重要因素。

在运行过程中，需控制塔底温度和塔顶温度，避免出现气液两相不均匀、突然变化和温度不足等现象。

同时，还需控制塔内的压力，保证物料能够在塔内正常流动，达到良好的分离效果。

三、材料选择3.1 塔体材料精馏塔的塔体材料应该根据物料的性质和使用环境等因素选用。

常用的材料有碳钢、不锈钢、玻璃钢和聚合物等。

在选择材料时，需考虑其耐腐蚀性、强度和可焊性等因素，以保证塔体的稳定性和可靠性。

3.2 塔盘材料对于均相物料的精馏，塔盘一般选用不锈钢、有机玻璃或塑料等材料；对于非均相物料的精馏，塔盘则需选用更耐磨、更耐腐蚀的材料，如钛合金和镍基合金等。

总之，精馏塔的设计需要考虑多方面的因素，包括结构、操作条件和材料选择等，以保证其达到良好的分离效果和稳定性能。

通过科学、合理的设计，可实现更加高效、节能的生产过程，大大提高生产效率和质量，为工业生产带来更大的经济效益。

化工原理课程设计精馏塔
化工原理课程设计：精馏塔
一、设计题目
设计一个年产10万吨的乙醇-水溶液精馏塔。

该精馏塔将采用连续多级蒸馏的方式，将乙醇与水进行分离。

乙醇的浓度要求为95%（质量分数），水含量要求低于5%。

二、设计要求
1. 设计参数：
操作压力：常压
进料流量：10万吨/年
进料组成：乙醇40%，水60%（质量分数）
产品要求：乙醇95%，水5%
2. 设计内容：
完成精馏塔的整体设计，包括塔高、塔径、填料类型、进料位置、塔板数、回流比等参数的计算和选择。

同时，还需完成塔内件（如进料口、液体分布器、再沸器等）的设计。

3. 绘图要求：
需要绘制精馏塔的工艺流程图和结构示意图，并标注主要设备参数。

4. 报告要求：
完成设计报告，包括设计计算过程、结果分析、经济性分析等内容。

三、设计步骤
1. 确定设计方案：根据题目要求，选择合适的精馏塔类型（如筛板塔、浮阀塔等），并确定进料位置、塔板数和回流比等参数。

2. 计算塔高和塔径：根据精馏原理和物料性质，计算所需塔高和塔径，以满足分离要求。

3. 选择填料类型：根据物料的特性和分离要求，选择合适的填料类型，以提高传质效率。

4. 设计塔内件：根据塔板数和填料类型，设计合适的进料口、液体分布器、再沸器等塔内件。

5. 进行工艺计算：根据进料组成、产品要求和操作条件，计算每块塔板的温度和组成，以及回流比等参数。

6. 进行经济性分析：根据设计方案和工艺计算结果，分析项目的投资成本和运行成本，评估项目的经济可行性。

精馏塔的设计及选型目录精馏塔的设计及选型 (1)目录 (1)1设计概述 (1)1.1工艺条件 (1)1.2设计方案的确定 (1)2塔体设计计算 (3)2.1有关物性数据 (3)2.2物料衡算 (6)2.3塔板数的确定 (6)2.4精馏塔的工艺条件及相关物性数据 (10)2.5塔体工艺尺寸的设计计算 (13)2.6塔板工艺尺寸的设计计算 (17)2.7塔板流体力学验算 (21)2.8负荷性能图 (25)2.9精馏塔接管尺寸计算 (31)3精馏塔辅助设备的设计和选型 (36)3.1原料预热器的设计 (36)3.2回流冷凝器的设计和选型 (39)3.3釜塔再沸器的设计和选型 (44)3.4泵的选择 (47)3.5筒体与封头 (48)1设计概述1.1工艺条件（1）生产能力：2836.1kg/d（料液）（2）工作日：250天，每天4小时连续运行（3）原料组成：35.12%丙酮,64.52%水,杂质0.35%，由于杂质含量较小且不会和丙酮一起蒸馏出去，所以可以忽略。

所以此母液可以视为仅含丙酮和水两种成分，其质量组成为：35.12%丙酮，水64.88%（下同）（4）产品组成：馏出液99%丙酮溶液，回收率为90%，由此可知塔釜残液中丙酮含量不得高于5.16%即每天生产99%的丙酮905.54kg。

（5）进料温度：泡点（6）加热方式：间接蒸汽加热（7）塔顶压力：常压（8）进料热状态：泡点（9）回流比：自选（10）加热蒸气压力：0.5MPa（表压）（11）单板压降≤0.7kPa1.2设计方案的确定（1）、精馏方式及流程：在本设计中所涉及的浓度范围内，丙酮和水的挥发度相差比较大，容易分离，且丙酮和水在操作条件下均为非热敏性物质，因此选用常压精馏，并采取连续精馏方式。

母液经过换热器由塔底采出液预热到泡点，在连续进入精馏塔内，塔顶蒸汽经过塔顶冷凝器冷凝后，大部分连续采出，采出部分经冷却器后进入储罐内备用，少部分进行回流；塔底液一部分经过塔釜再沸器气化后回到塔底，一部分连续采出，采出部分可用于给原料液预热。

精馏塔的设计(毕业设计)精馏塔的设计(毕业设计) 精馏塔尺寸设计计算初馏塔的主要任务是分离乙酸和水、醋酸乙烯，釜液回收的乙酸作为气体分离塔吸收液及物料，塔顶醋酸乙烯和水经冷却后进行相分离。

塔顶温度为102℃，塔釜温度为117℃，操作压力4kPa。

由于浮阀塔塔板需按一定的中心距开阀孔，阀孔上覆以可以升降的阀片，其结构比泡罩塔简单，而且生产能力大，效率高，弹性大。

所以该初馏塔设计为浮阀塔，浮阀选用F1型重阀。

在工艺过程中，对初馏塔的处理量要求较大，塔内液体流量大，所以塔板的液流形式选择双流型，以便减少液面落差，改善气液分布状况。

4.2.1 操作理论板数和操作回流比初馏塔精馏过程计算采用简捷计算法。

（1）最少理论板数Nm 系统最少理论板数，即所涉及蒸馏系统（包括塔顶全凝器和塔釜再沸器）在全回流下所需要的全部理论板数，一般按Fenske方程[20]求取。

Nm=lgxD,lxD,h×xW,hxW,llgαav （4－9）式中xD,l，xD,h——轻、重关键组分在塔顶馏出物（液相或气相）中的摩尔分数；xW,l，xW,h——轻、重关键组分在塔釜液相中的摩尔分数；αav——轻、重关键组分在塔内的平均相对挥发度；Nm——系统最少平衡级（理论板）数。

塔顶和塔釜的相对挥发度分别为αD=1.78，αW=1.84，则精馏段的平均相对挥发度：αav=αDαW=1.78×1.84=1.81 由式（4－9）得最少理论板数：Nm =lg0.77140.001×0.99990.0001lg1.81=27 初馏塔塔顶有全凝器与塔釜有再沸器，塔的最少理论板数Nm应较Nm 小，则最少理论板数：Nm=Nm -1=27-1=26。

（2）最小回流比最小回流比，即在给定条件下以无穷多的塔板满足分离要求时，所需回流比Rm，可用Underwood 法计算。

此法需先求出一个Underwood参数θ。

i=1cαixF,iαi-θ=1-q （4－10）求出θ代入式（4－11）即得最小回流比。

丙烯—丙烷板式精馏塔设计丙烯-丙烷分离是石油炼制过程中的重要操作之一、丙烯-丙烷板式精馏塔是进行该分离的常见设备之一、本文将介绍丙烯-丙烷板式精馏塔的设计。

一、塔内结构设计1.塔径和塔高：根据丙烯-丙烷的物理性质和进出料的要求，决定塔径和塔高。

一般来说，塔径选择在0.5到2.5米范围内，塔高选择在20到30米范围内。

2.装塔板设计：为了提高分离效率，常采用板式结构。

根据工艺要求和流体性质，确定装塔板的类型、布置和数量。

常用的板式结构有筛板和壳程板。

筛板形状为圆形孔，使得流体分布更均匀；壳程板则是在板上装置隔流器，使流体分配均匀。

塔板的数量根据物料组分和分离要求确定。

3.塔壳设计：塔壳一般采用圆筒形结构，确保塔内压力稳定。

根据设计要求和工艺条件，确定壳体材料和厚度。

二、热量平衡设计1.进料和出料的热量平衡计算：根据进出料的温度和流量，计算出料的焓值，从而得到进出料之间的热量差。

2.塔板的热量平衡计算：根据进出料的温度和流量，在塔板上进行热量平衡计算，以确定塔板上液体和气体的温度和流量。

3.塔壳的热量平衡计算：根据进出料的温度和流量，在塔壳内进行热量平衡计算，以确定塔壳内的温度和流量。

三、物料平衡设计1.塔板的物料平衡计算：根据塔板上液体和气体的温度和流量，计算塔板上液体和气体的物料平衡，以确定各组分的质量分数。

2.塔壳的物料平衡计算：根据塔壳内的温度和流量，计算塔壳内的物料平衡，以确定各组分的质量分数。

四、压力平衡设计1.压力损失计算：根据装塔板和塔壳的结构参数，计算出塔板和塔壳内的压力损失，以确定塔板和塔壳的工作压力。

2.压力平衡设计：根据丙烯-丙烷的物理性质和工艺要求，确定塔板和塔壳的工作压力，从而确保各部分之间的流体压力平衡。

五、其他设计考虑因素1.材料的选择：根据工艺要求和流体性质，选择适当的材料，以确保设备的耐腐蚀性和机械性能。

2.设备的安全性和可靠性：考虑设备的安全性和可靠性，采取必要的安全措施，如设置安全阀、温度传感器等。

精馏塔的设计及选型精馏塔是一种用于分离混合物中各成分的设备，主要应用于化工、石油和制药等工业领域。

正确的设计和选型对于实现有效的分离和提高生产效率至关重要。

以下是精馏塔设计及选型的一般步骤和考虑因素。

1.确定物料的组成和性质：了解待分离混合物的组成和性质是进行精馏塔设计和选型的第一步。

这包括成分的相对量、沸点、密度、粘度、腐蚀性等物理和化学属性。

2.确定分离效果要求：根据分离效果要求，确定需要达到的纯度和回收率。

这将影响塔的设计和操作参数的选择。

3.选择塔的类型：根据待分离混合物的性质和要求，选择适合的精馏塔类型。

常见的类型包括板式塔、填料塔和结构塔等。

-板式塔：采用一系列平行的水平板作为分离装置。

适用于低流量、需高纯度产物的应用。

-填料塔：内部填充着填料颗粒，增加了接触面积和传质效果。

适用于高流量、需较高分离效果的应用。

-结构塔：能够同时进行提馏和萃取操作。

适用于需要一次完成多个分离过程的应用。

4.确定操作参数：根据混合物组成和性质以及分离效果要求，确定适当的操作参数，如温度、压力、进料量和塔底回流比等。

5.确定塔的尺寸和规格：根据分离效果要求、操作参数和生产能力，确定塔的尺寸和规格。

这包括塔的高度、直径、板数（或填料层数）等。

6.材料选择：根据待处理混合物的化学性质、温度和压力等条件，选择合适的材料以防止腐蚀和泄漏。

常见的材料包括不锈钢、碳钢和玻璃钢等。

7.能耗和经济性考虑：在设计和选型时，需要考虑能耗和经济性。

选择合适的操作参数和塔结构，以提高分离效率和降低能耗，并综合考虑成本因素。

8.安全性考虑：在设计和选型时，需要考虑安全性。

选择适当的压力容器等级，并确保设备具有良好的密封性和安全措施。

9.考虑后期维护和清洁：在设计和选型时，应考虑后期的维护和清洁工作。

选择易于维护和清洁的塔结构和材料，以减少维护成本和工作量。

最后，精馏塔的设计和选型是一个复杂的过程，需要综合考虑多个因素，如物料性质、分离效果要求、生产能力、经济性和安全性等。

乙二醇分离塔精馏段具体设计1 工艺参数乙二醇分离塔T105 的操作条件及工艺参数见表1。

2 设备选型精馏塔主要有板式塔和填料塔两大类，二者各有优缺点，要根据具体情况进行选择。

选择时应考虑的因素有：物料性质、操作条件、塔设备的性能，以及塔设备的制造、安装、运转和维修等。

一般来说，易起泡、有腐蚀性、热敏性的物质，或者液体负荷较大时选用填料塔；而当物料中有悬浮物，要求操作弹性较大时选用板式塔。

根据经验，对于多数情况，塔径大于800mm 时，宜用板式塔；小于800mm 时，则可用填料塔。

但也有例外，鲍尔环及某些新型填料在大塔中的使用效果可优于板式塔。

同样，塔径小于800mm 时，也有使用板式塔的。

乙二醇分离塔的液相负荷不大，但气相负荷较大，因而导致塔径较大，同时这里要求操作弹性，因而最终选择了板式塔。

3 乙二醇分离塔精馏段详细设计3.1 基本水力学数据根据Aspen Plus 模拟的结果，将精馏段各理论板上的气液负荷及物性数据列于表2。

表2：Aspen Plus 模拟得到的各理论板上的气液负荷及物性数据3.2为了确定塔径，首先要确定适宜的操作气速，而适宜的操作气速的选择一般根据泛点气速选择，所以，估算塔径的关键就是泛点气速的求解。

以精馏段水力学数据的平均值作为设计和校核的依据，计算所用数据如表3：在估算塔径时，板上清液层高度L的经验值可在50~100mm 选取，根据经验，小塔板间距H T为0.2~0.4m ，大塔H T为0.4~0.6m ，初选塔板间距H T =0.6m ，板上清液层高度h L =0.1m 则H T-h L =0.5m0.5又L L=0.037V V查Smith 泛点关联图得：c20 =0.113则泛点气速：u f=c20L- V=1.616m/sf 200.02 V塔的适宜操作气速应比泛点气速低，根据经验，适宜气速u op=(0.6~0.8)u f，对于加压操作、不易起泡的物系，可取较高的安全系数。

精馏塔机械设计方案1.1 塔设备概论塔设备是化工、石油化工和炼油、医药、环境保护等工业部门的一种重要的单元操作设备。

它的作用是实现气（汽）——液相或液——液相之间充分的接触，从而达到相际间进行传质及传热的目的。

可在塔设备中完成的常见的单元操作有：精馏、吸收、解吸和萃取等。

此外，工业气体的冷却与回收、气体的湿法净制和干燥，以及兼有气液两相传质和传热的增湿、减湿等。

塔设备应用面广、量大，其设备投资费用占整个工艺设备费用较大的比例。

在化工或炼油厂中，塔设备的性能对整个装置的产品产量、质量、生产能力和消耗定额以及三废处理和环境保护等各个方面都有着重大影响。

因此，塔设备的设计和研究受到化工、炼油行业的极大重视。

为了使塔设备能更有效、更经济地运行，除了要求它满足特定的工艺条件外，还应满足以下要求：（1）气（汽）液两相充分接触，相际间的传热面积大；（2）生产能力大，即气液处理量大；（3）操作稳定，操作弹性大；（4）流体流动的阻力小，即流体通过塔设备的压力降小。

这将大大减少生产中的动力消耗，以降低操作的费用；（5）结构简单，制造、安装、维修方便，并且设备的投资及操作费用低；（6）耐腐蚀，不易堵塞。

方便操作、调节和检修。

塔设备的分类：（1）按操作压力可分有加压塔、常压塔以及减压塔；（2）按单元操作可分有精馏塔、吸收塔、介吸塔、萃取塔、反应塔、干燥塔等；（3）按件结构可分有填料塔、板式塔;（4）按形成相际接触界面的方式可分为具有固定相界面的塔和流动过程中形成相界面的塔。

1.2 常压塔的主要结构在塔设备的类别中，由于目前工业上应用最广泛的是填料塔以及板式塔，所以主要考虑这两种类别。

考虑到设计条件，成分复杂，并且板式塔和填料塔相比效率更高一些，更稳定，液——气比适用围大，持液量较大，安装、检修更容易，造价更低，故选用板式塔更为合理。

板式塔是一种逐级（板）接触的气液传质设备。

塔使用塔板作为基本构件，气体自塔底向上以鼓泡或喷射的形式穿过塔板上的液层，使气——液相密切接触而进行传质与传热，并且两相的组分浓度呈阶梯式变化。

引言塔设备是化学工业，石油化工，生物化工，制药等生产过程中广泛采用的传质设备。

根据塔内气液接触构件的结构形式，可分为板式塔和填料塔两大类。

板式塔为逐级接触式气液传质设备，塔内设置一定数量的塔板，气体以鼓泡形式或喷射形式通过塔板上的液层，正常条件下，气相为分散相，液相为连续相，气相组成呈阶梯变化，它具有结构简单，安装方便，压降低，操作弹性大，持液量小等优点，被广泛的使用。

本设计的目的是分离苯—甲苯的混合液，故选用板式塔。

设计方案的确定和流程说明1.塔板类型精馏塔的塔板类型共有三种：泡罩塔板，筛孔塔板，浮阀塔板。

浮阀塔板具有结构简单，制造方便，造价低等优点，且开孔率大，生产能力大，阀片可随气流量大小而上下浮动，故操作弹性大，气液接触时间长，因此塔板效率较高。

本设计采用浮阀塔板。

2. 加料方式加料方式共有两种：高位槽加料和泵直接加料。

采用泵直接加料，具有结构简单，安装方便等优点，而且可以引入自动控制系统来实时调节流量及流速。

故本设计采用泵直接加料。

3. 进料状况进料方式一般有两种：冷液进料及泡点进料。

对于冷液进料，当进料组成一定时，流量也一定，但受环境影响较大；而采用泡点进料，不仅较为方便，而且不受环境温度的影响，同时又能保证精馏段和提馏段塔径基本相等，制造方便。

故本设计采用泡点进料。

4. 塔顶冷凝方式苯和甲苯不反应，且容易冷凝，故塔顶采用全凝器，用水冷凝。

塔顶出来的气体温度不高，冷凝后的回流液和产品无需进一步冷却，选用全凝器符合要求。

5. 回流方式回流方式可分为重力回流和强制回流。

本设计所需塔板数较多，塔较高，为便于检修和清理，回流冷凝器不适宜塔顶安装，故采用强制回流。

6. 加热方式加热方式分为直接蒸气和间接蒸气加热。

直接蒸气加热在一定回流比条件下，塔底蒸气对回流液有稀释作用，从而会使理论塔板数增加，设备费用上升。

故本设计采用间接蒸气加热方式。

7. 操作压力苯和甲苯在常压下相对挥发度相差比较大，因此在常压下也能比较容易分离，故本设计采用常压精馏。

精馏塔的设计及选型目录精馏塔的设计及选型 (1)目录 (1)1设计概述 (1)1.1工艺条件 (1)1.2设计方案的确定 (1)2塔体设计计算 (2)2.1有关物性数据 (2)2.2物料衡算 (4)2.3塔板数的确定 (5)2.4精馏塔的工艺条件及相关物性数据 (9)2.5塔体工艺尺寸的设计计算 (12)2.6塔板工艺尺寸的设计计算 (15)2.7塔板流体力学验算 (20)2.8负荷性能图 (23)2.9精馏塔接管尺寸计算 (28)3精馏塔辅助设备的设计和选型 (32)3.1原料预热器的设计 (33)3.2回流冷凝器的设计和选型 (35)3.3釜塔再沸器的设计和选型 (39)3.4泵的选择 (41)3.5筒体与封头 (42)1设计概述1.1工艺条件（1）生产能力：2836.1kg/d（料液）（2）工作日：250天，每天4小时连续运行（3）原料组成：35.12%丙酮,64.52%水,杂质0.35%，由于杂质含量较小且不会和丙酮一起蒸馏出去，所以可以忽略。

所以此母液可以视为仅含丙酮和水两种成分，其质量组成为：35.12%丙酮，水64.88%（下同）（4）产品组成：馏出液99%丙酮溶液，回收率为90%，由此可知塔釜残液中丙酮含量不得高于5.16%即每天生产99%的丙酮905.54kg。

（5）进料温度：泡点（6）加热方式：间接蒸汽加热（7）塔顶压力：常压（8）进料热状态：泡点（9）回流比：自选（10）加热蒸气压力：0.5MPa（表压）（11）单板压降≤0.7kPa1.2设计方案的确定（1）、精馏方式及流程：在本设计中所涉及的浓度范围内，丙酮和水的挥发度相差比较大，容易分离，且丙酮和水在操作条件下均为非热敏性物质，因此选用常压精馏，并采取连续精馏方式。

母液经过换热器由塔底采出液预热到泡点，在连续进入精馏塔内，塔顶蒸汽经过塔顶冷凝器冷凝后，大部分连续采出，采出部分经冷却器后进入储罐内备用，少部分进行回流；塔底液一部分经过塔釜再沸器气化后回到塔底，一部分连续采出，采出部分可用于给原料液预热。

精馏塔设计一、设计方案的确定1.塔型：选用重型浮阀塔F1型浮阀塔的结构简单，制造方便，节省材料，性能良好，广泛用于化工及炼油生产中，现已列入部颁标准（JB1118-68）内。

一般情况下采用重阀，只有在处理量大并且要求压强降得很低的系统（如减压塔）中，采用轻阀。

由于本设计采用常压操作即可完成任务故采用重阀。

重阀采用厚度未2mm的薄板冲制，每阀质量约为33g。

浮阀塔具有以下优点：生产能力大；操作弹性好；塔板效率高；气体压强及液面落差较小；使用周期长；结构简单，便于安装；塔的造价低等。

2.操作压力：常压精馏因为常压下乙醇—水湿液态混合物，其沸点较低（小于100℃），故采用常压精馏就可以分离。

3.进料状态：泡点进料泡点进料的操作容易控制，而且不受季节的影响；另外泡点进料时精馏段和提留段塔径相同，设计和制造比较方便。

4.加热方式：采用间接蒸汽加热5.冷却剂与出口温度：采用25℃常温水为冷却剂，出口温度是40℃6.回流方式：泡点回流泡点回流易于控制，设计和控制是比较方便，而且可以节约能源。

3.1工艺条件和物性参数的计算3.3.1将质量分数转换成摩尔分数质量分数：0.425F X = 0.8346=0.92580.8346+0.1718D X ⨯=⨯⨯B 0.146=0.22120.146+0.918X ⨯=⨯⨯摩尔分数：()F 0.425/46=0.22430.425/4610.425/18x =+- 0.8300D x = 0.1000B x =3.1.2物料衡算摩尔流量：原料处理量=20.0115 1.85/t h -⨯= 故摩尔流量()()185010.42518500.42576.19/4618F kmol h ⨯-⨯=+=由F D B Fx Dx Bx =+ B F D =+ ()0.22430.176.1912.97/0.830.1F B D B x x D Fkmol h x x --==⨯=--()76.1912.9763.22/B F D kmol h =-=-= 质量流量：1850/F kg h = F D B Fx Dx Bx =+ B F D =+471.84/D kg h = 1378.16/B kg h =3.1.3平均分子量()()0.22434610.22431824.28/F M kg kmol =⨯+-⨯= ()()0.834610.831841.24/D M kg kmol =⨯+-⨯= ()0.1460.91820.8/B M kg kmol =⨯+⨯=3.1.4理论塔板数T N 的求取（图解法）乙醇—水气液平衡数据做x-y 图 （1） 最小回流比从下图读得，精馏线的斜率为min min 83340.5904183R R -==+，故min 1.441R =（2） 精馏段方程()min =1.2~2R R ，故取min =1.8 1.8 1.441 2.5938R R =⨯= 则精馏段方程为：y=0.7220.23111D x Rx x R R +=+++ （3） 提留段方程RR D=， 2.593812.9733.64L RD ==⨯=()/kmol h ()()146.61/V L D D R kmol h =+=+=1q =，()'46.61/V V kmol h =='33.6476.19109.83L L qF =+=+=()/kmol h则提留段方程为：''' 2.360.058B L By x x x V V=-=-故得到下图：N ，其中精由图得到全塔共需理论塔板13块，扣除再沸器后理论塔板数12T馏段12块，提留段0块E3.1.5全塔效率T（1）作t-x-y图：（2）计算黏度从t-x-y 图查得78.3C D t =︒，86.5C B t =︒，83.0C F t =︒ 则78.386.582.4C 22D B m t t t ++===︒ 由《流体力学与传热》附录二和P257液体粘度共线图可得水和乙醇在不同温度下的粘度： ()L 82.4C =0.41mPa s μ︒⋅乙醇℃，()L 82.4C =0.3461mPa s μ︒⋅水℃()()()L L +1=0.22430.41+10.22430.34610.360Lm F F x x mPa s μμμ∴=⨯-⨯⨯-⨯=⋅乙醇水（3）相对挥发度：由t-x-y 图上查得，0.8300D x =， 0.84Dy *= 0.1000B x =， 0.4385By *= ()()()()10.8410.83 1.07530.8310.841D D D D D y x x y α***-⨯-===⨯--()()()()10.438510.17.02850.110.43851B B B BBy x xy α***-⨯-===⨯--1.07537.02852.749m D B ααα∴==⨯= 则计算全塔效率为：()0.2450.490.4913T m Lm E αμ-=⨯⋅=3.1.6实际塔板数1224.430.4913T P T N N E ===， 取整25P N = 其中，精馏段：12240.4913N ==精， 提留段：1N =精 3.1.7塔的工艺条件以及无聊数据计算（一）、操作压强因为常压下乙醇—水湿态混合物，其沸点较低（小于100C ︒），故采用常压精馏就可以分离。

精馏塔设计与优化精馏塔的设计与优化1.精馏塔的设计精馏塔的设计牵涉到众多的参数：产品组成、产品的流量、操作压力、塔板数、进料位置、回流比、再沸器热负荷、冷凝器冷却负荷、塔径、塔高。

精馏塔设计中常见的情况是已知进料条件，即进料物流的流量F、组成z i、温度T F、压力P F。

通常也会指定塔顶产品的中轻关键组分浓度x D,LK和塔底产品的重关键组分浓度x B,HK[1]。

因此，设计的问题就在于确立精馏塔的操作压力，塔板数，进料位置，回流比，以得到期望纯度的产品。

当确定了操作压力、塔板数、进料位置、回流比以及期望的产品纯度，则相应的再沸器热负荷、冷凝器冷却负荷、塔顶及塔底流量、塔径、塔高也即为定值（具体的塔板类型及换热器结构不在讨论范围之内）。

计算机编程能够精确的求解MESH方程组，但是简捷计算法仍被用于设计任务的初期，并且在界定问题上作为计算机的辅助手段，具有智能指导性的简捷计算法可以减少计算机的耗时和费用[2]。

1.1.操作压力的确定对于绝大多数精馏塔的设计问题而言，选择独立操作塔（即与过程中其余部分无能量集成的塔）的操作压力是一项相对简单的，直截了当的任务，考虑的重点只是塔顶馏出物的冷凝温度，使其能够在炎热的夏季也能用自来水将蒸汽冷凝下来[3]。

1.2.塔板数与回流比的计算在多组分精馏中，由于产品浓度不能完全确定，二元精馏中十分有效的逐板计算法在多元精馏中遇到了困难，多元精馏的设计计算至今尚无通用有效的方法，只能应用核算型算法经多方案试算比较，得到合适的设计结果[4]。

图解法（即McCabe-Thiele法）能很好地图示出VLE、回流比、塔板数，但该方法仅限于二元体系。

随着组分数的增多，图解法也无法应用了。

在多组分精馏中，对于有恒定α的多组分系统，可以用Underwood法求得最小回流比的精确解，其方程式为：n j F,jj=1j n j D,j m j=1j αx =1-qα-θαx R +1=α-θ∑∑ (1)经验表明，最佳回流比的值往往处在1.03<="" m="" p="" r="" 和malone="" 方程的表达式[3]：="" 等于="" 给出了可以用来代替underwood="">BC AF AC AF BF AF CF a (x +x )x A/BC: Rm = + fx (a -a )fx (a -1)1f=1+x 100(x +x )/(a -1)+x /(a -1)AB/C Rm=(x +x )(1+x x )式中，： (2) 在多组分精馏中，对于有恒定α的多组分系统，Fenske 导出了全回流条件下的最小塔板数的表达式：,,,,,lg[()()]lg D lk B hk D hk B lk m lk hk x x x x N α= (3) 式中αlk,hk 是轻关键组分对重关键组分的相对挥发度，下标lk 指轻关键组分，hk 指重关键组分。

第四章设备设计及选型4.1 设备设计标准➢《钢制压力容器》GB150-98➢《压力容器用钢板》GB6654-96➢《化工装置用不锈钢大口径焊接钢管技术要求》HG20537.4-92➢《安全阀的设置和选用》HG/T20570.2-95➢《设备进、出管口压力损失计算》HG/T20570.9-95➢《钢制化工容器设计基础规定》HG20580-98➢《钢制化工容器材料选用规定》HG20581-98➢《钢制化工容器强度计算规定》HG20582-98➢《钢制化工容器结构设计规定》HG20583-98➢《钢制化工容器制造技术规定》HG20584-98➢《化工设备设计基础规定》HG/T20643-98➢《压力容器无损检测》JB4730-2005➢《钢制压力容器焊接工艺评定》JB4708-2000➢《钢制压力容器焊接规程》JB/T4709-2000➢《钢制压力容器产品焊接试板的力学性能检验》JB4744-2007➢《压力容器用钢锻件》JB4726-2000➢《石油化工塔型设备设计规范》SH 3030-19974.2 设备设计及选型塔设备是化工、石油化工和炼油等生产中最重要的设备之一，塔可以使气液相或者液液相之间进行紧密接触，达到较为良好的相际传质及传热的目的。

在塔设备中常见的单元操作有：吸收、精馏、解吸和萃取等。

此外工业气体的冷却与回收、气体的湿法净制和干燥，以及兼有气液两相传质和传热的增湿和减湿等效果。

4.2.1 塔设备设计原则➢具有适宜的流体力学条件，可使气液两相良好接触；➢结构简单，处理能力大，压降低；➢强化质量传递和能量传递。

4.2.2 塔设备的设计目标作为主要用于传质过程的塔设备，首先必须使气液两相能充分接触，以获得较高的传质效率。

此外，为满足工业生产的需要，塔设备还得考虑下列各项要求：（1）生产能力大。

在较大的气（汽）液流速下，仍不致发生大量的雾沫夹带、拦液、或液泛等破坏正常操作的现象；（2）操作稳定、弹性大。

填料塔精馏塔的工艺设计选型1、首先考虑采用规整填料还是散堆填料一般来说，对于负压、常压系统优先考虑规整填料，加压系统下规整填料的效率很低（原因据说不明），得考虑使用散堆填料或者板式塔。

对于喷淋密度超过50m3/m2.h的体系，采用规整填料不太合适，效率下降很多。

对于不清洁的物料体系（或易结焦的），采用散堆填料较好，也可以考虑采用规整填料中的栅格型，不宜采用波纹板、丝网等，简单的说需要考虑填料的抗堵性能2、填料床层高度的影响填料床层过高会导致液体不良分布的加剧，影响填料效率，sulzer公司推荐15-20块理论塔板设置一个液体再分布器，也有人推荐：床层最高不超过6-7m、或不超过10-15块理论塔板、或床层高度小于6-8倍塔径，从3者中选择最低的作为基准。

3、喷淋点密度的影响对于散堆填料，填料直径越小一般要求喷淋点密度越高，一般不超过100个/m2；对于规整填料、比表面积越大要求喷淋点密度越高，sulzer公司推荐为100-300个/m2以上。

4、最低喷淋密度的影响一般来说，不同材质的填料对最低喷淋密度的要求不一样，未上秞的陶瓷、氧化的碳钢、铜等材料对液体的亲和性较好、需要的最低喷淋密度可达到1m3/m2.h以下，而玻璃、陶瓷、不锈钢等居中，约为2-3m3/m2.h，塑料、四氟乙烯等最差，为4-5m3/m2.h。

不同的液体对填料的浸润性也需要考虑，一般来说粘度大、表面张力大的液体需要的最小喷淋密度较大，比如甘油、水等，而正烷烃之类需要的最小喷淋密度则较低。

5、液体分布器的设计对于散堆填料，分布器的设计较为简单，影响相对较小。

对于规整填料，分布器的设计极为重要。

分布器首先要考虑足够的气相通道、足够的喷淋点密度，喷淋点分布要尽可能均匀，为保持稳定流量，分布器要有一定的液位高度，一般认为正常操作条件下最少为3英寸高（最低操作弹性时不低于20-30mm）同时要考虑防止堵塞，对于孔流型，进料清洁度一般，通常要求孔径为5-8mm，对于进塔物料比较清洁，进塔前有可靠过滤装置的孔径可以设计为2mm左右，由于一般要求最大流量/最小孔流量≤1.5（也有建议为1.25），故孔径越小对加工精度要求越高；对于堰流型，尤其是V型堰流，对加工精度要求很高，设计、计算也较为复杂。

一、引言精馏塔是化工生产中常见的一种分离设备，通过利用不同组分在液相和气相之间的传质传热差异，实现物质的分离纯化。

精馏塔的设计方案的选定对于生产过程的效率和质量具有重要影响。

本文将从选择塔型、确定塔盘数以及优化操作参数三个方面，介绍精馏塔设计方案的选定。

二、选择塔型精馏塔的塔型选择是设计中的核心问题之一。

常见的精馏塔塔型包括板式塔、填料塔和结构塔。

不同塔型的选择将影响塔的装填方式、气液分布和传质效果。

1. 板式塔板式塔是将塔内空间分为多个水平的塔盘，用来支承塔板。

塔板可分为穿孔板、泡沫塔板和波纹塔板。

穿孔板适用于低液速和正常气速的流体，泡沫塔板适用于气速较高的流体，而波纹塔板适用于高液速和低气速的流体。

根据具体的操作条件和物料属性，选取适宜的塔盘型式。

2. 填料塔填料塔是通过将填料充满整个塔体来提供大量的表面积，增加气液接触，从而增强传质效果。

常用填料有环形填料、球形填料和片状填料等。

根据塔的高度和具体的应用要求，选择合适的填料类型。

3. 结构塔结构塔通过设置各种结构件，如槽板、静雾层和液下分布器等，来提高气液接触效果。

结构塔的选择需考虑到操作远程和疏水性等因素。

在特殊的工艺要求下，结构塔是一种较好的选择。

三、确定塔盘数塔盘数的确定会直接影响到塔的高度和设备投资。

为保证精馏的有效塔盘数，需要考虑到塔盘间的液体波动度、气液分布和传质效果等因素。

1. 传质传热效果传质传热效果是决定有效塔盘数的关键因素之一。

在设计中，需通过实验和计算确定传质传热的塔效，并据此确定有效塔盘数。

2. 液波动度液波动度是塔内液面上下波动的幅度，对有效塔盘数有一定的影响。

一般来说，液波动度较大时，需要增加塔盘数以提高塔的分离效果。

3. 落液区间精馏塔的下部是用于落液的区间，该区间的长度也会影响到有效塔盘数。

通常情况下，落液区间应满足液滴在下部区间内平均停留数秒的要求，并根据设计手册的要求确定有效塔盘数。

四、优化操作参数精馏塔设计方案的选定还要考虑到操作参数的优化。

精馏塔设计方案的选定
精馏塔是石油化工行业中常见的设备，用于分离和纯化混合物，例如原油、石油制品、化工原料等。

精馏塔的设计方案的选定对于设备的性能和运行效果有着重要的影响。

以下是在选择精馏塔设计方案时应考虑的几个关键因素：
1. 分离要求：根据混合物的成分和目标纯化度，确定所需的分离效率。

分离效率越高，对精馏塔的设计和操作要求就越高。

2. 操作压力和温度：操作压力和温度对于精馏塔的设计和操作有很大的影响。

高压操作会增加设备的强度要求，而高温操作则需要考虑材料的热稳定性。

确定操作压力和温度后，可以选择适当的设计方案。

3. 流体性质：流体的物理和化学性质对于精馏塔的选择也很重要。

流体的粘度、密度、沸点等性质将影响设备的尺寸和设计。

4. 塔板设计：精馏塔的塔板设计影响着紧密接触的液体和气体相之间的传质、传热过程。

常见的塔板设计包括交错填料板、筛板、泡沫塔板等，每种设计都有其适用的操作条件和分离要求。

5. 塔径和塔高：塔径和塔高的选择主要与设备的产能和分离要求相关。

较大的塔径可以提高流体的横向扩散，增加传质和传热效率；较大的塔高则可以提高分离效率。

选择合适的塔径和塔高，可以平衡设备的投资和运行成本。

6. 附属设备：在选择精馏塔设计方案时，还需要考虑塔顶、塔底、冷凝器、再沸器等附属设备的设计和安装。

这些设备的选择应与主设备相匹配，以保证整个精馏系统的正常运行。

在选定精馏塔设计方案时，需要综合考虑以上因素，并参考相关技术规范和经验。

通过合理的设计选择，可以确保设备的性能和运行效果，提高生产效率和产品质量。

第三章设备选型-精馏塔设计说明书3.1 概述本章是对各种塔设备的设计说明与选型。

3.2设计依据气液传质分离用的最多的为塔式设备。

它分为板式塔和填料塔两大类。

板式塔和填料塔均可用作蒸馏、吸收等气液传质过程，但两者各有优缺点，根据具体情况进行选择。

设计所依据的规范如下：《F1型浮阀》JBT1118《钢制压力容器》GB 150-1998《钢制塔式容器》JB4710-92《碳素钢、低合金钢人孔与手孔类型与技术条件》HG21514-95《钢制压力容器用封头标准》JB/T 4746-2002《中国地震动参数区划图》GB 18306-2001《建筑结构荷载规范》GB50009-20013.3 塔简述3.3.1填料塔简述(1)填料塔填料塔是以塔内的填料作为气液两相间接触构件的传质设备，由外壳、填料、填料支承、液体分布器、中间支承和再分布器、气体和液体进出口接管等部件组成。

填料是填料塔的核心，它提供了塔内气液两相的接触面，填料与塔的结构决定了塔的性能。

填料必须具备较大的比表面，有较高的空隙率、良好的润湿性、耐腐蚀、一定的机械强度、密度小、价格低廉等。

常用的填料有拉西环、鲍尔环、弧鞍形和矩鞍形填料，20世纪80年代后开发的新型填料如QH—1型扁环填料、八四内弧环、刺猬形填料、金属板状填料、规整板波纹填料、格栅填料等，为先进的填料塔设计提供了基础。

填料塔适用于快速和瞬间反应的吸收过程，多用于气体的净化。

该塔结构简单，易于用耐腐蚀材料制作，气液接触面积大，接触时间长，气量变化时塔的适应性强，塔阻力小，压力损失为300～700Pa，与板式塔相比处理风量小，空塔气速通常为0.5-1.2 m/s，气速过大会形成液泛，喷淋密度6-8 m3/(m2.h)以保证填料润湿，液气比控制在2-10L/m3。

填料塔不宜处理含尘量较大的烟气，设计时应克服塔内气液分布不均的问题。

(2)规整填料塔填料分为散装填料、规整填料(含格栅填料) 和散装填料规整排列3种，前2种填料应用广泛。