精馏塔设计图(参考)

Aspen plus精馏模拟实例教程1. Aspen Plus 简介进入Aspen Plus后，出现图1所示的Aspen Plus软件操作界面.图1操作界面构成·标题条：在该栏目中显示运行标识. 在你给出运行名字之前，Simulation1是缺省的标识. ·拉式菜单：Aspen Plus的功能菜单. 这些下拉式菜单与Windows的标准菜单类似.·工艺流程窗口：在该窗口中可以建立及连接所要模拟的工艺流程.·模式选择按钮：按下此按钮你可以关闭插入对象的插入模式，并返回到选择模式.·模型库：在这里列出建立模型可用的任何单元操作的模型..·状态域：显示当前有关运行的状态信息.·快速访问按钮：快速执行Aspen Plus相应的命令。

这些快捷按钮与其它Windows程序的快速访问按钮类似.·Next按钮（N->）：设计过程的任意时刻点击它，系统都会自动跳转到当前应当进行的工作位置，这为我们输入数据提供了极大的方便.2 Aspen Plus模拟精馏简介（1）塔模型分类做塔新流程模拟分析必须先进行简捷塔计算--- 塔的初步设计. 计算结果为理论板数、进料位置、最小回流比、塔顶/釜热负荷. 然后进行塔精确模拟分析，简捷塔计算结果做为精确计算的输入依据. 本文以甲醇-水混合物系分离为例，首先介绍初步设计方法，然后介绍复杂塔模拟计算。

为初学者提供帮助。

Aspen Plus塔模型分类如下表.模型简捷蒸馏 DSTWU、 Distl 、SCFrac严格蒸馏 RadFrac、 MultiFrac、 PetroFrac、 RateFrac（2）精馏塔的模拟类型精馏塔的模拟类型可以分为设计式和操作式模拟计算. 可以通过定义模型的回流比进行设计型计算，又可以定义塔板数进行操作型计算. 本章我们进行设计计算，在下一章中进行操作型计算.（3）设计实例常压操作连续筛板精馏塔设计，设计参数如下[1]：进料组份：水63.2%、甲醇38.6%（质量分率）；处理量：水甲醇混合液55t/h；进料热状态：饱和液相进料；进料压力：125 kPa；操作压力：110 kPa；单板压降：≤0.7 kPa；塔顶馏出液：甲醇量大于99.5 %（质量分率）塔底釜液：水量大于99.5 %；（质量分率）.回流比：自选；全塔效率：E T=52%热源：低压饱和水蒸汽；我们通过这个实例学习Aspen Plus精馏模拟应用.3. 精馏塔的简捷计算·设计任务确定理论塔板数 确定合适的回流比·DSTWU 精馏模型简介本例选择DSTWU 简捷精馏计算模型.DSTWU 可对一个带有分凝器或全凝器一股进料和两种产品的蒸馏塔进行简捷精馏 计算. DSTWU 假设恒定的摩尔溢流量和恒定的相对挥发度·DSTWU 规定与估算内容规 定目 的其它结果轻重关键组分的回收率 最小回流比和最小理论级数 理论级数 必需回流比回流比必需理论级数进料位置、冷凝器、再沸器的热负荷·DSTWU 计算结果浏览汇总结果、物料和能量平衡结果、回流比对级数曲线.3.1 定义模拟流程本节任务：·创建精馏塔模型 ·绘制物流·模块和物流命名1）创建精馏塔模块在模型库中选择塔设备column 标签，如图3.1-1.图3.1-1点击该DSTWU 模型的下拉箭头，弹出三个等效的模块，任选其一如图3.1-2所示.图3.1-2在空白流程图上单击，即可绘出一个精馏塔模型如图3.1-3所示.图3.1-32）绘制物流单击流股单元下拉箭头，选择流股类型，在这里我们选择 material 类型. 选择后得到图3.1-4所示.图3.1-4在箭头提示下我们可以根据需要来绘制流股，其中红色箭头表示必须定义的流股，蓝色箭头表示可选定义的流股，不同的模型根据设计任务绘制. 本例一股进料、塔顶和塔底两股出料，如图3.1-5.图3.1-53）模块和物流命名选择中流股/模块（单击流股/模块），点击鼠标右键，在弹出的菜单中选择 rename stream 或 rename block，在对话框中输入改后的名称，即可改变名称.在这里我们将入料改为FEED；塔顶出料改为D；塔底出料改为L；改变名称后的流程图如图3.1-6所示.图3.1-6至此，本节创建模拟流程任务完成，我们将在N-> 快捷键引导下进入下一步操作.3.2 模拟设置单击N-> 快捷键，进入初始化设置页面，如图3.2-1. 用户可以对Aspen Plus做全局设置、定义数据输入输出单位等.·定义数据输入输出单位Aspen plus提供了英制、公斤米秒制、国际单位制三种单位制. 输入数据可以在输入时改变单位，输出报告则按在此选择的单位制输出.系统自身有一套默认的设置。

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。

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。

前言常减压装置换热器的设计和三维建模1 前言原油常减压装置是炼油厂加工原油的第一套装置，它担负着将原油进行初步分离的任务，是炼油厂和许多石油化工企业的龙头装置。

原油一次加工能力即原油蒸馏装置的处理能力常被视为一个国家炼油工业发展水平的标志。

目前我国单套原油蒸馏装置处理能力最大达到8Mt/a，在装置及设备大型化等方面有了新的进展。

防腐技术，初馏塔提压操作，回收轻烃等新工艺在许多常减压装置得到工业应用。

本课题来源于生产实际，其目的是核算或设计一套对石油进行初步分离的常减压装置。

意义在于，通过常减压蒸馏对原油的处理，可以按所指定的产品方案将原油分割得到直馏汽油、煤油、轻柴油、重柴油馏分以及各种润滑油馏分等，为二次加工、三次加工提供更多的原料油。

蒸馏过程和设备的设计是否合理，操作是否良好，对炼油厂生产的影响甚为重大，因此需要考虑多方面因素以达到最优化设计。

本文在阐述常减压装置的工艺流程前提下完成减压塔的设计，文中重点放在塔设计过程中的工艺计算、塔体和塔板主要尺寸设计、流体力学的验算与操作负荷性能图，在此基础上设计合理的蒸馏设备，基本符合设计生产任务。

由于设计数据不够完善，而作者的知识和经验有限，文中如有错误和不妥之处恳请读者和同行批评指正。

2选题背景2.1 研究目的和意义石油是极其复杂的混合物。

要从原油提炼出多种多样的燃料、润滑油和其他产品，其本的途径是：将原油分割为不同沸程的馏分然后按照油品的石油要求，除去这些馏分中的非理想组分，或者是经由化学转化形成所需要的组成，进而获得合格的石油产品。

因此，炼油厂必须解决原油的分割和各种石油馏分在加工过程中的分离问题。

蒸馏正是一种合适的手段，而且常常也是一种最经济、最容易实现的分离手段。

原油蒸馏是原油加工的第一道工序，通过蒸馏将原油分成汽油、煤油、柴油等各种油品和后续加工过程的原料，原油蒸馏装置在炼化企业中占有重要的地位，被称为炼化企业的“龙头”。

在炼油厂中一般把常压装置和减压装置连在一块构成常减压装置。

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。

（一）设计方案的确定本设计任务为乙醇-水混合物。

设计条件为塔顶常压操作，对于二元混合物的分离，应采用连续精馏流程。

酒精精馏与化工精馏过程不同点就在于它不仅是一个将酒精浓缩的过程，而且还担负着把粗酒精中50多种挥发性杂质除去的任务，所以浓缩酒精和除去杂质的过程在酒精工业中称为精馏。

物料中的杂质基本上是在发酵过程中生成的，只是很少数的杂质是在蒸煮和蒸馏过程中生成的。

本次设计的精馏塔用板式塔，内部装有塔板、降液管、各种物料的进出口及附属结构（如全凝器等）。

此外，在塔板上有时还焊有保温材料的支撑圈，为了方便检修，在塔顶还装有可转动的吊柱。

塔板是板式塔的主要构件，本设计所用的塔板为筛板塔板。

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能使筛板塔满足要求的操作弹性，而且效率高，并且采用筛板可解决堵塞问题，还能适当控制漏液。

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。

塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝，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。

该物系属不易分离物系，最小回流比较小，采用其1.5倍。

设计中采用图解法求理论塔板数，在溢流装置选择方面选择单溢流弓形降液管。

塔釜采用间接蒸汽加热，塔顶产品经冷却后送至储罐。

（二）精馏塔的物料衡算1.原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率乙醇的摩尔质量 M 乙醇=46kg/kmol纯水的摩尔质量 M 水 =18kg/kmolx F =18/65.046/35.046/35.0+=0.174 x D =18/1.046/9.046/9.0+=0.779 x W =46/995.018/005.018/005.0+=0.002 2.原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量M F =0.174×46＋18×(1-0.174)= 22.872 kg/kmolM D =0.779×46＋18×(1-0.779)= 39.812 kg/kmolM W =0.002×46＋18×(1-0.002)= 18.056 kg/kmol3.物料衡算 D=30024812.3948000000⨯⨯=167.454 kmol/h F=D+WF ·x F =D ·x D +W ·x W解得 F=756.464 kmol/h W=589.01 kmol/h｛（三）塔板数的确定1.回流比的选择由任务书提供的乙醇-水物系的气液平衡数据绘出x-y 图；由于设计中选用泡点式进料，q=1，故在图中对角线上自点a（x D,x D）作垂线，与Y轴截距oa=x D/(R min+1)=0.415 即最小回流比R min=x D/oa-1=0.877取比例系数为1.5，故操作回流比R为R=1.5×0.877=1.3162.精馏塔的气液相负荷的计算L=RD=1.316×167.454=220.369 kmol/hV=L+D=(R+1)D=2.316×167.454=387.823 kmol/hL ’=L+qF=220.369+756.464=976.833 kmol/hV ’=V+(q-1)F=V=387.823 kmol/h3.操作线方程精馏段操作线方程为 y=1+R R x+11+R x D =1316.1316.1+x+11.3161+×0.779即：y=0.568x+0.336提馏段操作线方程为 y=F q D R qF RD )1()1(--++x-F q D R D F )1()1(--+-x W =1.316*167.454+1*756.464(1.316+1)*167.454x-756.464167.454(1.3161)*167.454-+×0.002 即：y=2.519x-0.0034.采用图解法求理论塔板数总理论塔板层数 N T=13进料板位置 N F=第10层5.全塔效率的计算查上图可知，t D=78.43 o C t W=99.53 o Ct平均= t D t W=88.35 o C塔顶P乙醇=101.749 KPa P水=44.607 KPaα顶=2.281塔底P乙醇=222.502 KPa P水=99.754 KPaα底=2.231α平均=α顶α底=2.256平均温度下μA=0.38 mPa·sμB=0.323 mPa·sμL=x AμA+(1-x A)μB=0.079×0.38+(1-0.079)×0.323=0.327 mPa·s 查蒸馏塔全塔效率图，横坐标为α平均μL=0.738可查得E T=52％6.实际板层数求取精馏段实际板层数N精=9/0.52=17.31≈18提馏段实际板层数N提=4/0.52= 7.69≈8（四）精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算1.操作压力计算塔顶操作压力P D=101.3 KPa单板压降△P=0.7 kPa进料板压力P F=0.7×18+101.3=113.9 kPa塔底操作压力P W=101.3+0.7×26=119.5 kPa精馏段平均压力P m=(101.3+113.9)/2=107.6 kPa 压力P m=(113.9+119.5)/2=116.7 kPa2.操作温度计算计算全塔效率时已知塔顶温度t D=78.43 o C进料板温度 t F=83.75 o C塔底温度t W=99.53 o C精馏段平均温度t m=(t D+t F)/2=(78.43+83.75)/2=81.09 o C提馏段平均温度t m=(t W+t F)/2=(99.53+83.75)/2=91.64 o C3.平均摩尔质量计算塔顶平均摩尔质量计算由x D=y1=0.779 查上图可得x1=0.741M VDm=0.779×46+(1-0.779)×18=39.812 g/molM LDm=0.741×46+(1-0.741)×18=38.748 g/mol进料板平均摩尔质量计算 t f=83.74 o C由y F=0.518 查上图可得x F=0.183M VFm =0.518×46+(1-0.518)×18=32.504 g/molM LFm =0.183×46+(1-0.183)×18=23.124 g/mol精馏平均摩尔质量M Vm =( M VDm + M VFm )/2=36.158 g/molM Lm =( M LDm + M LFm )/2=30.936 g/mol4.平均密度计算气相平均密度计算由理想气体状态方程计算，即ρVm =RT PMv =)15.27309.81(314.8158.366.107+⨯⨯=1.321 kg/m 3液相平均密度计算液相平均密度依1/ρLm =∑αi /ρi 计算塔顶液相平均密度计算t D =78.43 o C 时 ρ乙醇=740 kg/m 3 ρ水=972.742 kg/m 3 ρLDm =)742.972/1.0740/9.0(1+=758.14 kg/m 3进料板液相平均密度计算t F =83.75 o C 时 ρ乙醇=735 kg/m 3 ρ水=969.363 kg/m 3 ρLFm =)363.969/636.0735/364.0(1+=868.554 kg/m 3 塔底液相平均密度计算 t W =99.53 o C 时 ρ乙醇=720 kg/m 3 ρ水=958.724 kg/m 3ρLWm =)724.958/995.0720/005.0(1 =957.137 kg/m 3 精馏段液相平均密度计算 ρLm =(ρLFm +ρLDm )/2=(758.14+868.554)/2=813.347 kg/m 3 提馏段液相平均密度计算 ρLm =(ρLFm +ρLWm ）/2=(957.137+868.554)/2=912.846 kg/m 35.液体平均表面张力计算液体平均表面张力依σLm =∑x i σi 计算塔顶液相平均表面张力计算t D =78.43时 σ乙醇=62.866 mN/m σ水=17.8 mN/m σLDm =0.779×17.8+0.221×62.886=84.446 mN/m进料板液相平均表面张力计算 t F =83.75时 σ乙醇=61.889 mN/m σ水=17.3 mN/m σLFm =0.183×17.3+0.817×61.889=53.729 mN/m塔底液相平均表面张力计算 t W =99.53时 σ乙醇=58.947 mN/m σ水=15.9 mN/m σLWm =0.005×15.9+0.995×58.947=58.732 mN/m精馏段液相平均表面张力计算σLm =(84.446+53.729)/2=69.088 mN/m提馏段液相平均表面张力计算σLm =(58.732+53.729)/2=56.231 mN/m6.液体平均粘度计算液体平均粘度依lgμLm=∑x i lgμi计算塔顶液相平均粘度计算t D=78.43o C时μ乙醇=0.364mPa·s μ水=0.455 mPa·s lgμLDm=0.779lg(0.455)+0.221lg(0.364)=-0.363μLDm =0.436 mPa·s进料液相平均粘度计算t F=83.75 o C时μ乙醇=0.341mPa·s μ水=0.415 mPa·s lgμLFm=0.183lg(0.415)+0.817lg(0.341)=-0.452μLFm=0.353 mPa·s塔底液相平均粘度计算t W=99.53 o C时μ乙醇=0.285mPa·s μ水=0.335 mPa·s lgμLWm=0.002lg(0.335)+0.998lg(0.285)=-0.544μLWm=0.285 mPa·s精馏段液相平均粘度计算μLm=(0.436+0.353)/2=0.395 mPa·s提馏段液相平均粘度计算μLm=(0.285+0.353)/2=0.319 mPa·s（五）精馏塔的塔体工艺尺寸计算1.塔径的计算精馏段的气液相体积流率为V S =ρ3600VM =2.949 m 3/sL S =ρ3600LM=0.0023 m 3/s查史密斯关联图，横坐标为Vh Lh (v l ρρ)21=949.20023.0(321.1347.813) 1/2=0.0196取板间距H T =0.45m ，板上液层高度h L =0.06m， 则H T -h L =0.39m 查图可得C 20=0.08由C=C 20(20Lσ)0.2=0.08(69.088/20)0.2=0.103u max =C (ρL -ρV )/ ρV =2.554 m/s取安全系数为0.7，则空塔气速为u=0.7u max =1.788 m/s D=4V s /πu=788.1/14.3/949.2*4=1.39 m按标准塔径元整后 D=1.4 m塔截面积A T =(π/4)×1.42=1.539 ㎡实际空塔气速为 u=2.717/1.539=1.765 m/s2.精馏塔有效高度的计算精馏段有效高度为Z 精=（N 精-1）H T =7.65 m提馏段有效高度为Z 提=（N 提-1）H T =3.15 m在进料板上方开一人孔，其高度为 1m故精馏塔的有效高度为Z=Z 精+Z 提+1=7.65+3.15+1=11.8 m（六）塔板主要工艺尺寸的计算1.溢流装置计算因塔径D=1.4 m ，可选用单溢流弓形降液管 堰长l W =0.7×1.4=0.98 m 2.溢流强度i 的校核i=L h /l W =0.0023×3600/0.98=8.449≤100~130m 3/h ·m 故堰长符合标准 3.溢流堰高度h W平直堰堰上液层高度h ow =100084.2E （L h /l W ）2/3由于L h 不大，通过液流收缩系数计算图可知E 近似可取E=1h ow =100084.2×1×（L h /l W ）2/3=0.0119 mh W =h L -h ow =0.06-0.0119=0.0481 m 4.降液管尺寸计算查弓形降液管参数图，横坐标l W /D=0.7 可查得A f /A T =0.093 W d /D=0.151 故 A f =0.093A T =0.143 ㎡ W d =0.151W d =0.211 ㎡留管时间θ=3600A T H T /L H =27.64 s ＞5 s 符合设计要求 5.降液管底隙高度h oh O =L h /3600l W u 0’=0.0023/0.98×0.08=0.03 m h W -h O =0.0481-0.03=0.0181 m ＞0.006 m6.塔板布置塔板的分块 D=1400 mm ＞800 mm ，故塔板采用分块式。

一、前言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，是工业上应用最广的液体混合物分离操作，广泛用于石油、化工、轻工、食品、冶金等部门。

为此，掌握气液相平衡关系，熟悉各种塔型的操作特性，对选择、设计和分析分离过程中的各种参数是非常重要的。

本设计包括设计方案的选取，主要设备的工艺设计计算——物料衡算、操作线方程、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，调试塔的工艺流程、生产操作条件及物性参数是否合理，换热器和泵及各种接管尺寸的选用是否正确，以保证精馏过程的顺利进行并使效率尽可能的提高。

二．设计任务书1．设计题目精馏塔及其主要附属设备设计2．工艺条件生产能力：25吨/小时（料液）年工作日：300工作日原料组成：34%的二硫化碳和66%的四氯化碳（摩尔分率，下同）产品组成：馏出液 97%的二硫化碳，釜液5%的二硫化碳操作压力：塔顶压强为常压进料温度：58℃进料状况：饱和液体泡点进料加热方式：直接蒸汽加热塔型：板式塔3．设计内容1．确定精馏装置流程;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.4.设计结果总汇将精馏塔的工艺设计计算的结果列在精馏塔的工艺设计计算结果总5.参考文献列出在本次设计过程中所用到的文献名称、作者、出版社、出版日期。

三．精馏塔的设计计算【主要基础数据】:【设计计算】1.设计方案的确定本设计任务为分离二硫化碳——四氯化碳混合物。

对于二元混合物的分离，应采用连续精馏流程。

设计中采用饱和液体泡点进料，将原料液通过预热器加热至泡点后送入精馏塔内。

塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝，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。

摘要精馏塔作为一种工业生产使用的塔设备，在化工、医药、食品等行业得到广泛应用。

根据精馏原理可知，精馏塔实现精馏操作，必须同时拥有塔底再沸器和塔顶冷凝器，有时还有配原料液、预热器、回流液泵等附属设备。

本次设计根据实际操作条件，设计苯-甲苯连续精馏塔，即需设计一个精馏塔用来分离易挥发的苯和不易挥发的甲苯，采用连续操作方式，需设计一个板式塔将其分离。

综合工艺操作方便、经济及安全等多方面考虑，本设计采用塔板为碳钢材料，按照逐板计算求得理论板数为13。

根据经验式算得全塔效率为51.7%。

塔顶使用全凝器，部分回流。

精馏段实际板数为12，提馏段实际板数为14。

实际加料位置在第13块板。

全塔塔径为1.0m。

通过对塔内物料物性数据的分析，按照工程实践经验，设计了塔的工艺尺寸;通过板压降、漏液、液泛、液沫夹带的流体力学验算，均在安全操作范围内。

确定了操作点符合操作要求。

最后，对塔的附属设备进行了设计，主要是换热器和接口管径的设计计算，从而完成了此次设计任务。

关键词：苯-甲苯分离；精馏塔；塔板；性能负荷；换热器目录第1章问题重述 (6)1.1 设计题目 (6)1.2 设计任务及操作条件 (6)1.3 设备型式 (6)1.4 厂址 (6)1.5 设计内容 (7)第2章问题背景 (7)第3章设计方案的确定 (8)3.1 进料状况 (8)3.2 塔顶蒸汽的冷凝形式 (8)3.3 塔釜蒸气加热方式 (8)3.4 塔釜产品流向 (9)3.5 操作压强的选择 (9)3.6 回流比的选择 (9)第4章工艺流程 (9)4.1 工艺流程说明 (9)4.2 设计要求 (10)4.3 工艺流程图 (10)第5章精馏塔的工艺计算 (11)5.1 苯的各摩尔分率 (11)5.2 原料液及塔顶底苯的平均摩尔质量 (12)5.3 全塔物料衡算 (12)5.4 操作线方程 (13)5.5塔板数的确定 (13)5.5.1 图解法 (13)5.5.2 逐板计算法 (15)5.5.3 全塔效率的计算 (16)5.5.4 实际塔板数 (18)第6章塔的工艺条件及物性数据 (18)6.1 塔的操作压强 (18)6.2 塔的操作温度 (19)6.3 平均分子量 (19)6.4 平均密度 (20)6.4.1 液相组分密度计算 (20)6.4.2 气相组分密度计算 (21)6.5 液体的表面张力 (22)6.6 液体的粘度 (22)6.7 塔的工艺条件及物性数据一览表 (23)6.8 气液负荷计算 (24)6.8.1 精馏段气液负荷计算 (24)6.8.2 提馏段气液负荷计算 (24)第7章 塔的主要尺寸的设计 (25)7.1 塔径的计算 (25)7.1.1 精馏段的塔径 (25)7.1.2 提馏段的塔径计算 (26)7.2 溢流装置 (27)7.2.1 溢流堰的堰长与出口堰高 (27)7.2.2 降液管的设计计算 (28)7.2.3 受液盘及进口堰 (29)7.3 塔板设计 (30)7.3.1 边缘区与安定区 (30)7.3.2 开孔区面积 (30)7.3.3 筛孔数目与开孔率 (30)7.4 塔板结构简图 (32)7.5 塔的有效高度的计算 (33)7.6 塔高计算 (33)第8章 塔板的流体力学验算 (34)8.1 气体通过塔板的压降 (34)8.1.1干板阻力c h (34)8.1.2 气体通过液层的阻力l h (35)8.1.3 液体表面张力的阻力h σ (36)8.1.4 气体通过筛板压降P P ∆ (36)8.2 雾沫夹带量 (37)8.3 漏液点气速 (37)8.4 液泛 (38)8.5 验算讨论 (39)第9章 塔板负荷性能图 (39)9.1 精馏段塔板负荷性能图 (39)9.1.1 雾沫夹带线 (39)9.1.2 液泛线 (40)9.1.3 液相负荷上限线 (41)9.1.4 漏液线 (41)9.1.5 液相负荷下限线 (42)9.1.6 塔的负荷性能图及操作弹性 (42)9.2 提馏段塔板负荷性能图 (43)9.2.1 雾沫夹带线 (43)9.2.2 液泛线 (44)9.2.3 液相上限线 (44)9.2.4 漏液线 (44)9.2.5 液相负荷下限线 (45)9.2.6 塔的负荷性能图及操作弹性 (45)第10章塔的工艺设计计算结果总表 (46)第11章筒体强度的计算 (48)第12章精馏塔的附属设备 (49)12.1 塔顶冷凝器的选型 (49)12.1.1 确定流体通入的空间 (49)12.1.2 确定流体的定性温度及平均温度差 (49)12.1.3 热负荷及冷却剂用量 (49)12.1.4 换热器的面积及设备选型 (50)12.2 塔顶冷却器的选型 (50)12.2.1确定流体通入的空间 (50)12.2.2确定流体的定性温度及平均温度差 (50)12.2.3热负荷及冷却剂用量 (51)12.2.4换热器的面积及设备选型 (51)12.3 原料预热器的选型 (51)12.3.1确定流体通入的空间 (51)12.3.2确定流体的定性温度及平均温度差 (51)12.3.3热负荷及加热剂用量 (52)12.3.4换热器的面积及设备选型 (52)12.4 塔底冷却器的选择 (52)12.4.1确定流体通入的空间 (52)12.4.2确定流体的定性温度及平均温度差 (53)12.4.3热负荷及冷却剂用量 (53)12.4.4换热器的面积及设备选型 (53)12.5 再沸器的选型 (54)12.5.1 确定流体通入的空间 (54)12.5.2 流体基本物性数据 (54)12.5.3 热负荷及加热剂用量 (54)12.5.4 换热器的面积及设备选型 (54)12.6 塔的主要接管尺寸 (55)12.6.1 塔顶蒸汽出口管径 (55)12.6.2 回流液的管径 (55)12.6.3 加料管管径 (55)12.6.4 料液排出管径 (55)12.6.5 水蒸汽输送管径 (56)第13章设计评述与心得 (57)13.1 设计评述 (57)13.2 设计心得 (58)第14章附录 (58)14.1 参考文献 (58)14.2 基础数据 (59)14.2.1 苯和甲苯的物理性质 (59)14.2.2 常压下苯-甲苯的气液平衡常数数据 (59)14.2.3 饱和蒸汽压P (60)14.2.4 苯与甲苯的液相密度ρL (60)14.2.5 液体表面张力σ (61)14.2.6 液体粘度μL (61)14.2.7 液体汽化热γ (61)板式精馏塔的设计第1章问题重述1.1 设计题目苯—甲苯连续精馏塔的设计1.2 设计任务及操作条件(1) 进精馏塔料液中41%为苯(质量分数),其余为甲苯。

目录一.前言 (3)二.塔设备任务书 (4)三.塔设备已知条件 (5)四.塔设备设计计算 (6)1、选择塔体和裙座的材料 (6)2、塔体和封头壁厚的计算 (6)3、设备质量载荷计算 (7)4、风载荷与风弯距计算 (9)5、地震载荷与地震弯距计算 (12)6、偏心载荷与偏心弯距计算 (13)7、最大弯距计算 (14)8、塔体危险截面强度和稳定性校核 (14)9、裙座强度和稳定性校核 (16)10、塔设备压力试验时的应力校核 (18)11、基础环设计 (18)12、地脚螺栓设计 (19)五.塔设备结构设计 (20)六.参考文献 (21)七.结束语 (21)前言苯(C6H6)在常温下为一种无色、有甜味的透明液体，并具有强烈的芳香气味。

苯可燃，有毒，也是一种致癌物质。

它难溶于水，易溶于有机溶剂，本身也可作为有机溶剂。

苯具有的环系叫苯环，是最简单的芳环。

苯分子去掉一个氢以后的结构叫苯基，用Ph表示。

因此苯也可表示为PhH。

苯是一种石油化工基本原料。

苯的产量和生产的技术水平是一个国家石油化工发展水平的标志之一。

甲苯是有机化合物，属芳香烃，分子式为C6H5CH3。

在常温下呈液体状，无色、易燃。

它的沸点为110．8℃，凝固点为－95℃，密度为0．866克／厘米3。

甲苯不溶于水，但溶于乙醇和苯的溶剂中。

甲苯容易发生氯化，生成苯—氯甲烷或苯三氯甲烷，它们都是工业上很好的溶剂；它还容易硝化，生成对硝基甲苯或邻硝基甲苯，它们都是染料的原料；它还容易磺化，生成邻甲苯磺酸或对甲苯磺酸，它们是做染料或制糖精的原料。

甲苯的蒸汽与空气混合形成爆炸性物质，因此它可以制造梯思梯炸药。

甲苯与苯的性质很相似，是工业上应用很广的原料。

但其蒸汽有毒，可以通过呼吸道对人体造成危害，使用和生产时要防止它进入呼吸器官。

苯和甲苯都是重要的基本有机化工原料。

工业上常用精馏方法将他们分离。

精馏是分离液体混合物最早实现工业化的典型单元操作，广泛应用于化工，石油，医药，冶金及环境保护等领域。

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 01。

1工艺条件 01.2设计方案的确定 02塔体设计计算 (1)2.1有关物性数据 (1)2。

2物料衡算 (3)2.3塔板数的确定 (4)2。

4精馏塔的工艺条件及相关物性数据 (8)2。

5塔体工艺尺寸的设计计算 (11)2。

6塔板工艺尺寸的设计计算 (14)2.7塔板流体力学验算 (18)2。

8负荷性能图 (22)2.9精馏塔接管尺寸计算 (27)3精馏塔辅助设备的设计和选型 (31)3.1原料预热器的设计 (32)3.2回流冷凝器的设计和选型 (34)3。

3釜塔再沸器的设计和选型 (38)3.4泵的选择 (40)3。

5筒体与封头 (41)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。