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化工原理（含化工设备机械基础）课程设计板式精馏塔设计专业班级：化工工艺06-3班本组成员：指导老师：设计时间：2009年4月27日至2009年5月15日目录1、摘要 (2)2、设计任务书 (3)3、前言 (4)4、回流比优化 (6)4、塔板的工艺设计 (8)5、塔板的流体力学计算 (18)6、塔附件设计 (25)7、塔总体高度的设计 (27)8、附属设备设计 (27)9、精馏塔主体设备机械设计 (28)10、参考文献 (36)11、附录 (39)摘要：本设计采用筛板塔精馏分离乙醇-水溶液，利用VB语言优化回流比，并算出理论塔板数为40，最优回流比2.66。
对塔的工艺尺寸进行计算得出塔径为0.8 米，塔总高42米。
对塔的流体力学进行验证后，符合筛板塔的操作性能。
经过对塔设备的强度计算，12mm满足设计要求。
本次设计内容对提高化工原理课程设计的能力有明显作用。
关键词：筛板塔、乙醇、最小回流比、经济衡算精馏塔优化设计任务书1、设计任务：年处理2.8万吨乙醇-水溶液系统2、设计条件：●料液含乙醇13wt%；●馏出液含乙醇不少于94wt%；●残液含乙醇不大于0.05wt%。
3、操作条件：●泡点进料，回流比由经济衡算优化；●塔釜加热方式及蒸汽压力：间接，0.2Mpa（表压）；●塔顶全凝器冷却水进口温度20℃，出口温度50℃；●常压操作，年工作日300天，每天工作24小时；●塔板形式：筛板塔；●安装地点：合肥。
4、主要设计内容：●工艺流程的确定；●塔和塔板的工艺尺寸计算；●塔板的流体力学验算及复合性能图；●主体设备的机械设计；●辅助设备的计算设备的机械设计。
前言精馏是通过汽液两相的直接接触，利用组分挥发度的不同，使易挥发组分由液相向气相传递，难挥发组分由气相向液相传递，来达到分离液相混合物的一种常用操作。
蒸馏操作在化工，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。
、尸■、■前言化工生产中所处理的原料，中间产物，粗产品几乎都是由若干组分组成的混合物，而且其中大部分都是均相物质。
生产中为了满足储存，运输，加工和使用的需求，时常需要将这些混合物分离为较纯净或几乎纯态的物质。
精馏是分离液体混合物最常用的一种单元操作，在化工，炼油，石油化工等工业得到广泛应用。
精馏过程在能量计的驱动下，使气，液两相多次直接接触和分离，利用液相混合物中各相分挥发度的不同，使挥发组分由液相向气相转移，难挥发组分由气相向液相转移。
实现原料混合物中各组成分离该过程是同时进行传质传热的过程。
本次设计任务为设计一定处理量的分离四氯化碳和二硫化碳混合物精馏塔。
板式精馏塔也是很早出现的一种板式塔， 20 世纪 50 年代起对板式精馏塔进行了大量工业规模的研究，逐步掌握了筛板塔的性能，并形成了较完善的设计方法。
与泡罩塔相比，板式精馏塔具有下列优点：生产能力 <2 0%—— 40%）塔板效率 <10%——50%）而且结构简单，塔盘造价减少 40%左右，安装，维修都较容易。
化工原理课程设计是培养学生化工设计能力的重要教案环节，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。
在设计过程中应考虑到设计的业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。
本课程设计的主要内容是过程的物料衡算，工艺计算，结构设计和校核。
【精馏塔设计任务书】一设计题目精馏塔及其主要附属设备设计二工艺条件生产能力： 10 吨每小时＜料液）年工作日：自定原料组成： 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 C进料状况：自定加热方式：直接蒸汽加热回流比：自选三设计内容1确定精馏装置流程。
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。
课程名称：化工原理课程设计设计内容：筛板式精馏塔设计年级：年级姓名：姓名日期：日期目录一、前言.......................................................... (4)1、塔设备在化工生产中的作用与地位 (4)2、塔设备的分类 (4)3、板式塔 (4)3.1、筛板塔 (4)4 、乙醇和水体系 (4)二、计算说明书 (5)1 设计单元操作方案简介 (5)2 筛板塔设计须知 (5)3 筛板塔的设计程序 (6)三、设计计算书........................................... ...... (6)1、已知参数 (6)1.1设计条件 (6)1.2设计要求 (6)2、精馏流程的确定 (6)3、塔的物料衡算 (7)4、塔板数的确定 (7)4.1、理论塔板数T N的求取 (7)4.2全塔效率T E估算 (10)4.3实际塔板数 (10)5、工艺计算和物性 (10)5.1全塔的平均温度 (12)5.2操作压强Pm (12)5.3、平均摩尔质量Mm (12)ρ (13)5.4、平均密度mσ (14)5.5、液体表面张力m5.6、负荷计算 (14)6、塔和塔板主要工艺尺寸计算 (15)6.1、塔径D (15)6.2、溢流装置 (16)l (17)6.2.1、溢流堰长Wh (17)6.2.2、出口堰高w6.2.3、管滴宽度dW 与降液管滴面积fA (17)6.2.4.降液管底隙高度oh (18)6.3、塔板布置...........................................................................18 6.4、筛孔数n 与开孔率 ............................................................20 6.5、塔有效高度Z ..................................................................21 6.6、塔高计算...........................................................................21 7、筛板的流体力学验算 (22)7.1气体通过筛板压强降的液柱高度ph (22)7.2、雾沫夹带量Ve 的验算 (23)7.3、漏液的验算........................................................................24 7.4、液泛的验算........................................................................24 8、塔板负荷性能图 (24)8.1、过量液沫夹带线..................................................................24 8.2、液泛线..............................................................................26 8.3、液相负荷上限线..................................................................27 8.4、漏液线..............................................................................27 8.5、液相负荷下限线..................................................................27 8.6、操作弹性...........................................................................28 9、筛板塔设计计算结果汇总............................................................29 10、附属设备和接管尺寸 (30)10.1、塔顶全凝器计算与选型的 (30)10.1.1、冷凝器的形式。
《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。
化工原理课程设计--板式精馏塔设计设计目标：基于给定的物料性质和操作要求，设计一座板式精馏塔，以实现对原料的分离和提纯。
1. 物料和操作要求：- 原料：A和B两种无限稀溶液，其组成为xA和xB，两者可以通过精馏分离。
- A和B的沸点相差较大，有利于分离。
- 要求从塔顶得到纯度高于90%的A，而底部给出纯度低于1%的A。
2. 原料性质和物料平衡：- 通过库仑方程计算A和B的蒸气压随温度的变化关系，并绘制出压力-温度图。
- 在工作温度下，A的蒸气压明显高于B，为确保物料能够充分分离，需保持塔顶温度在A液体的沸点温度之下。
3. 塔板设计：- 通过McCabe-Thiele图确定塔板数目和进料位置。
- 塔板数目的计算依赖于设定的塔上液回流比，一般经验值约为1.2-2.5。
- 进料位置选择在第一个塔板的位置，以确保传热效果和传质效果的最大化。
4. 塔的传热与传质设计：- 通过热力学分析确定A和B的传质系数，以及A和B在板上气液两相之间的传质速率。
- 根据传质速率和A、B的质量流率计算板上液流速，并选取波纹板（sieve tray）作为塔板，以提高传质效果。
- 通过HETP方法确定塔板高度，确保有效的液-液接触。
5. 动力学分析：- 根据操作要求和物料性质，进行动态模拟，分析A和B的浓度随时间的变化。
- 设计适当的控制策略，以稳定操作并使塔的性能达到最佳状态。
6. 安全与能耗：- 根据设计要求，确定塔的最佳工作温度和压力范围，以保证操作的安全性。
- 通过热力学计算，确定塔的能耗，并采取措施减少能量损失。
综上所述，通过对物料性质、物料平衡、塔板设计、传热与传质设计、动力学分析、安全与能耗等方面的综合考量，可以设计出一座高效、安全、经济的板式精馏塔，实现对原料组分的有效分离和提纯。
7. 材料选择和规格设计：- 选择耐腐蚀、耐高温的材料作为塔内部构件的材质，例如不锈钢。
- 根据操作条件和设计要求，确定塔的规格，包括直径、高度、板数、板间距等，以确保塔的工作效率和稳定性。
课程编号化工原理课程设计板式精馏塔设计院系:班级姓名:学号:学分:任课老师:课程成绩:2013年8月11日目录一、设计任务书 (3)二、概述 (5)三、设计条件及要紧物性参数 (11)四、工艺设计计算 (13)五、精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (19)六、塔板设计工艺设计 (21)七、塔板的校核 (22)八、塔板负荷性能曲 (28)九、辅助设备选型 (35)十、设计结果汇总表 (42)十一、对设计过程的评述和相关问题的讨论 (43)十二、要紧符号讲明 (44)一、设计任务书1、设计题目分离醋酸——水混合物常压精馏（筛板）塔的工艺2、设计条件1)生产能力：年产量D=3万吨(每年生产日按330天计算)；2)原料：含醋酸30%（摩尔分数）的粗馏冷凝液，以醋酸——水二元体系；3)采纳直接蒸汽加热；4)采纳泡点进料；5)塔顶馏出液中醋酸含量大于等于99.9%；6)塔釜残出液中醋酸含量小于等于2%；7)其他参数（除给出外）可自选；8)醋酸——水的相对挥发度为α=1.65，醋酸密度为1.049，水的密度为0.998，混合液的表面张力=20mN/m；3、设计讲明书的内容1)目录；2)设计题目及原始数据(任务书)；3)简述醋酸—水精馏过程的生产方法以及特点；4)论述精馏塔总体结构的选择和材料的选择；5)精馏过程的有关计算（物料衡算，理论塔板数，回流比，塔高，塔径，塔板设计管径等）；6)设计结果概要（要紧设备尺寸，衡算结果等）；7)主体设备设计计算及讲明；8)附属设备的选择；9)参考文献；10)后记及其他4、设计图要求1)绘制要紧装置图，设备技术要求，要紧参数，大小尺寸，部件明细表，标题栏；2)绘制设备流程图一张；3)用坐标纸绘制醋酸——水溶液y—x图一张，同时用图解法求理论塔板数；4)用坐标纸绘制温度与气液相含量的关系图；二、概述蒸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。
蒸馏操作在化工、石油化工、轻工等工业生产中中占有重要的地位。
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特不重要的。
蒸馏过程按操作方式可分为间歇蒸馏和连续蒸馏。
间歇蒸馏是一种不稳态操作，要紧应用于批量生产或某些有专门要求的场合；连续蒸馏为稳态的连续过程，是化工生产常用的方法。
蒸馏过程按蒸馏方式可分为简单蒸馏、平衡蒸馏、精馏和专门精馏等。
简单蒸馏是一种单级蒸馏操作，常以间歇方式进行。
平衡蒸馏又称闪蒸，也是一种单级蒸馏操作，常以连续方式进行。
简单蒸馏和平衡蒸馏一般用于较易分离的体系或分离要求不高的体系。
关于较难分离的体系可采纳精馏，用一般精馏不能分离体系则可采纳专门精馏。
专门精馏是在物系中加入第三组分，改变被分离组分的活度系数，增大组分间的相对挥发度，达到有效分离的目的。
专门精馏有萃取精馏、恒沸精馏和盐溶精馏等。
精馏过程按操作压强可分为常压精馏、加压精馏和减压精馏。
一般讲来，当总压强增大时，平衡时气相浓度与液相浓度接近，对分离不利，但对在常压下为气态的混合物，可采纳加压精馏；沸点高又是热敏性的混合液，可采纳减压精馏。
尽管工业生产中以多组分精馏为常见，但为简化起见，本书要紧介绍两组分连续精馏过程的设计计算。
2.1精馏操作对塔设备的要求精馏所进行的是气(汽)、液两相之间的传质，而作为气(汽)、液两相传质所用的塔设备，首先必须要能使气(汽)、液两相得到充分的接触，以达到较高的传质效率。
然而，为了满足工业生产和需要，塔设备还得具备下列各种差不多要求： (１) 气(汽)、液处理量大，即生产能力大时，仍不致发生大量的雾沫夹带、拦液或液泛等破坏操作的现象。
(２) 操作稳定，弹性大，即当塔设备的气(汽)、液负荷有较大范围的变动时，仍能在较高的传质效率下进行稳定的操作并应保证长期连续操作所必须具有的可靠性。
(３) 流体流淌的阻力小，即流体流经塔设备的压力降小，这将大大节约动力消耗，从而降低操作费用。
关于减压精馏操作，过大的压力降还将使整个系统无法维持必要的真空度，最终破坏物系的操作。
(４) 结构简单，材料耗用量小，制造和安装容易。
(５) 耐腐蚀和不易堵塞，方便操作、调节和检修。
(６) 塔内的滞留量要小。
2.2 板式塔的常用塔型及其选用板式塔是一类用于气液或液液系统的分级接触传质设备，由圆筒形塔体和按一定间距水平装置在塔内的若干塔板组成。
广泛应用于精馏和汲取，有些类型（如筛板塔）也用于萃取，还可作为反应器用于气液相反应过程。
操作时（以气液系统为例），液体在重力作用下，自上而下依次流过各层塔板，至塔底排出；气体在压力差推动下，自下而上依次穿过各层塔板，至塔顶排出。
每块塔板上保持着一定深度的液层，气体通过塔板分散到液层中去，进行相际接触传质。
依照目前国内外实际使用的情况，要紧塔型是泡罩塔、筛板塔及浮阀塔。
2.2.1 泡罩塔泡罩塔是历史悠久的板式塔，长期以来，在蒸馏、汲取等单元操作所使用的塔设备中，曾占有要紧地位，近三十年来由于塔设备有专门大的进展，出现了许多性能良好的新塔型，才使泡罩塔的应用范围和在塔设备中所占的比重有所减少。
但泡罩塔并不因此失去其应用价值，因为它具有如下优点。
①操作弹性较大，在负荷变动范围较大时仍能保持较高的效率。
②无泄漏。
③液气比的范围大。
④不易堵塞，能适应多种介质。
泡罩塔的不足之处在于结构复杂、造价高、安装维修苦恼以及气相压力降较大。
然而，泡罩塔通过长期的实践，积存的经验比其他任何塔型都丰富，常用的泡罩差不多标准化。
在处理非腐蚀性物料时，整个泡罩塔盘都可用碳钢制造。
泡罩塔盘的蒸气压力降尽管高一些，但在常压或加压下操作时，并不是要紧问题。
2.2.2筛板塔筛板塔也是专门早出现的一种板式塔。
20世纪50年代起对筛板塔进行了大量工业规模的研究，逐步掌握了筛板塔的性能，并形成了较完善的设计方法。
与泡罩塔相比，筛板塔具有下列优点：生产能力大（20％～40％），塔板效率高（10％～15％），压力降低（30％～50％），而且结构简单，塔盘造价减少40％左右，安装、维修都较容易。
从而一反长期的冷落状况，获得了广泛应用。
近年来对筛板塔盘的研究还在进展，出现了大孔径筛板（孔径可达20～25mm）、导向筛板等多种型式。
筛板塔盘上分为筛孔区、无孔区、溢流堰及降液管等几部分。
工业塔常用的筛孔孔径为3～8mm，按正三角形排列，孔间距与孔径的比为2.5～5。
近年来有用大孔径（10～25mm）筛板的，它具有制造容易、不易堵塞等优点，只是漏液点稍高，操作弹性较小。
与泡罩塔操作情况类似，液体从上一层塔盘的降液管流下，横向流过塔盘，经溢流堰进入降液管，流入下一层塔盘。
依靠溢流堰来保持塔盘上的液层高度。
蒸气自下而上穿过筛孔时，分散成气泡，穿过板上液层。
在此过程中进行相际的传热和传质。
筛板塔盘的特点如下。
（1）结构简单，制造维修方便。
（2）生产能力较大。
（3）塔板压力降较低。
（4）塔板效率较高，但比浮阀塔盘稍低。
（5）合理设计的筛板塔可具有适当的操作弹性。
（6）小孔径筛板易堵塞，故不宜处理脏的、黏性大的和带有固体粒子的料液。
2.2.3 浮阀塔20世纪50年代起，浮阀塔已大量用于工业生产，以完成加压、常压、减压下的精馏、汲取、脱吸等传质过程。
大型浮阀塔的塔径可达10m，塔高达83m，塔板数有数百块之多。
浮阀塔是在泡罩塔的基础上进展起来的，它要紧的改进是取消了升气管和泡罩，在塔板开孔上设有浮动的浮阀，浮阀可依照气体流量上下浮动，自行调节，使气缝速度稳定在某一数值。
这一改进使浮阀塔在操作弹性、塔板效率、压降、生产能力以及设备造价等方面比泡罩塔优越。
但在处理粘稠度大的物料方面，又不及泡罩塔可靠。
浮阀塔广泛用于精馏、汲取以及脱吸等传质过程中。
塔径从200mm到6400mm，使用效果均较好。
国外浮阀塔径，大者可达10m，塔高可达80m，板数有的多达数百块。
浮阀塔之因此广泛应用，是由于它具有下列特点。
（1）处理能力大浮阀在塔盘上可安排得比泡罩更紧凑。
因此浮阀塔盘的生产能力可比圆形泡罩塔盘提高20％～40％。
（2）操作弹性大浮阀可在一定范围内自由升降以适应气量的变化，而气缝速度几乎不变，因之能在较宽的流量范围内保持高效率。
它的操作弹性为3～5，比筛板和舌形塔盘大得多。
（3）塔板效率高由于气液接触状态良好，且蒸气以水平方向吹入液层，故雾沫夹带较少。
因此塔板效率较高，一般情况下比泡罩塔高15％左右。
（4）压力降小气流通过浮阀时，只有一次收缩、扩大及转弯，故干板压力降比泡罩塔低。
在常压塔中每层塔盘的压力降一般为400～666.6Pa。
浮阀的型式专门多，国内已采纳的浮阀，如V-1型、V-4型、V-6型、十字架型和A型，其中常用的是V-1型和V-4型。
浮阀塔盘操作时的气液流程和泡罩塔相似；蒸气自阀孔上升，顶开阀片，穿过环形缝隙，以水平方向吹入液层，形成泡。
