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化工原理(精馏塔设计)

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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学生姓名朱梦皓学号240094409设计地点文理楼A404指导教师李乾军目录第一章绪论 (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 (24)十、精馏塔的附属设备及接管尺寸 (24)第三章总结 (25)设计起止时间：2011年12月5日至 2011 年12月16日另附：化工原理课程设计任务书.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 = 30 %（质量分数，下同）●生产能力 Q = 100t/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 = 3 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（3） 塔和塔板主要工艺尺寸的计算（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）（4） 设计结果概要或设计一览表 （5） 精馏塔工艺条件图（6） 对本设计的评论或有关问题的分析讨论第二章 课程设计报告内容一、精馏流程的确定乙醇、水混合料液经原料预热器加热至泡点后，送入精馏塔。

塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝后，一部分作为回流，其余为塔顶产品经冷却器冷却后送至贮槽。

塔釜采用间接蒸汽向沸热器供热，塔底产品经冷却后送入贮槽。

二、塔的物料衡算(一) 料液及塔顶、塔底产品含乙醇摩尔分数144.018/7046/3046/30=+=F x86.018/646/9446/94=+=D x0004.018/9.9946/1.046/1.0=+=W x(二) 平均摩尔质量kmol kg M F/03.2218)144.01(46144.0=⨯-+⨯= kmol kg MD/08.4218)86.01(4686.0=⨯-+⨯=kmolkg M W /01.1818)0004.01(460004.0=⨯-+⨯=0.60.81.0f(三) 物料衡算总物料衡算 F W D =+ 易挥发组分物料衡算 F x W x D x F w D =+ 日生产能力Y=100吨 h kmol TMf m F /14.1892403.221000*100=⨯=∙=联立以上三式得h kmol F /14.189= hkmol D /94.30=h kmol W /2.158=三、塔板数的确定(一) 理论塔板数T N 的求取乙醇、水属理想物系，可采用M.T.图解法求T N1.根据乙醇、水的气液平衡数据作y-x 图附表 乙醇—水气液平衡数据图：乙醇—水的y-x 图及图解理论板2. 乙醇—水体系的平衡曲线有下凹部分，求最小回流比自a （,,,D D x x ）作平衡线的切线并延长与y 轴相交，截距273.01min =+R x D即 15.2min =R取操作回流比23.315.25.15.1min =⨯==R R精馏塔的气液相负荷 L=LD=3.23*30.94=99.94 V=(R+1)D=130.88 L ’=L+F=288.93 V ’=V=130.88 故精馏段操作线方程 11+++=R x R R y D即203.0764.0+=x y提馏段操作线方程 XwV W x V L y ''''-=即y=2.21X ’-0.0053.作图法求理论塔板数T N 得层5.20=T N （包括再沸器）。

其中精馏段理论板数为18层，提留段为2.5层（包括再沸器），第18层为加料板。

(二)全塔效率T E已知T E =52%(三)实际塔板数N精馏段3552.018==精N 层提留段552.05.2==提N 层四、塔的工艺条件及物性数据计算以精馏段为例进行计算 （一）操作压强P m塔顶压力kPa P D 3.1043.1013=+= 取每层塔板压强降Pa 7.0k P =△则进料板压强kPa P F 4.1347.0433.104=⨯+= 精馏段平均操作压强kPaP m 35.11924.1343.104=+=（二）温度t m依据操作压力，通过方程试差法计算出泡点温度，其中水、乙醇的饱和蒸汽压由安托尼方程计算。

① 方程为B B A A x p x p P 00+=式中：x —溶液中组分的摩尔分数； P—溶液上方的总压，Pa ；p—同温度下纯组分的饱和蒸汽压，Pa 。

（下标A 表示易挥发组分，B 表示难挥发组分）② 安托因方程为CT B A p +-=0lg式中：p—在温度为T 时的饱和蒸汽压，mmHgT —温度，℃A,B,C —Antoine 常数，其值见下表。

附表 Antoine 常数计算结果如下： 塔顶温度 公式：33.10514.0133.01086.0133.01022821.166896681.765.2223.155404496.8=⨯⨯+⨯⨯+-+-t t℃48.81=D t进料板温度 公式：4.1359356.0133.0100644.0133.01022821.166896681.765.2223.155404496.8=⨯⨯+⨯⨯+-+-t t℃5.104=F t则精馏段平均温度℃99.9225.10448.81=+=M t（三）平均摩尔质量M m塔顶 86.01==y x D ，查平衡曲线得 X1=0.854kmol kg M VDm /08.4218)86.01(4686.0=⨯-+⨯=kmolkg MLDm/912.4118)854.01(46854.0=⨯-+⨯=进料板 即查气液平衡曲线，可得524.0=F y 191.0=F xkmol kg M VDm /672.3218)524.01(46524.0=⨯-+⨯= kmolkg MLDm/348.2318)191.01(46191.0=⨯-+⨯=则精馏段平均摩尔质量：kmol kg M Vm /736.372672.3208.42(=+=精） kmolkg MLm /63.322348.23912.41(=+=精）（四）平均密度m ρ1.液体密度Lm ρ附表 乙醇与水的密度温度/℃2030405060708090100110乙醇密度/kg/m 3795 785 777 765 755 746 735 730 716 703水密度/kg/m 3998.2 995.7 992.2 988.1 983.2 977.8 971.8 965.3 958.4 951.0已知：LB ραραρ///1B LA A Lm +=（α为质量分数） 塔顶 因为 ℃48.81=D t所以7358048.817357308090--=--乙ρ 3/26.734m kg =乙ρ8.9718048.818.9713.9658090--=--水ρ 3/84.970m kg =水ρ84.97006.026.73494.01+=LmDρ 3/16.745m kg LmD =ρ进料板 由加料板液相组成191.0=A x38.018)191.01(46191.046191.0=⨯-+⨯⨯=A α因为℃5.104=F t 所以7161005.104716703100110--=--乙ρ 3/15.710m kg =乙ρ4.9581005.1044.9580.951100110--=--水ρ 3/07.955m kg =水ρ07.95538.0115.71038.01-+=LmFρ 3/38.844m kg LmF =ρ故精馏段平均液相密度3(/77.79438.84416.74521m kg Lm =+=）（精）ρ2.气相密度mV ρ3(/49.1)15.27399.92(314.8763.3735.120mkg RTM P Vmm Vm =+⨯⨯==精）ρ（五）液体表面张力m σ附表 乙醇与水的表面张力温度2030405060708090100110/℃ 乙醇表面张力 ×103/N/m 22.3 21.2 20.4 19.8 18.8 18 17.1516.2 15.2 14.4水表面张力 ×103/N/m72.6 71.2 69.6 67.7 66.2 64.3 62.6 60.7 58.8 56.9塔顶 因为 ℃48.81=D t所以15.178048.8115.172.168090--=--乙σ m mN /01.17=乙σ6.628048.816.627.608090--=--水σ m mN /32.62=水σ进料板 因为 ℃5.104=F t所以2.151005.1042.154.14100110--=--乙σ m mN /84.14=乙σ8.581005.1048.589.56100110--=--水σ m mN /945.57=水σ∑==ni iim x 1σσmmN m /35.2332.6286.0101.1786.0(=⨯-+⨯=）（顶）σmmN m /71.49945.57191.0181.14191.0(=⨯-+⨯=）（进）σ则精馏段平均表面张力为mmN m /53.36271.4935.23(=+=精）σ（六）液体黏度Lm μ已知：BA T A -=1lg μ 乙醇的A=686.64 B=300.88塔顶 88.30064.68648.811.27364.686lg -+=乙μ 451.0=乙μs a m ⋅P 水的黏度65.358048.8165.3565.318090--=--水μ 350.0=水μs a m ⋅P进料板 88.30064.6865.1041.27364.686lg -+=乙μ 344.0=乙μs a m ⋅P水的黏度65.311005.10465.3138.28100110--=--水μ 302.0=水μs a m ⋅P∑==ni iiLm x 1μμ437.0350.086.01451.086.0(=⨯-+⨯=）（顶）L μs a m ⋅P31.0302.0191.01191.0344.0(=⨯-+⨯=）（进）L μs a m ⋅P则精馏段平均液相黏度为37.0231.0437.0(=+=精）Lm μsa m ⋅P五、精馏段气液负荷计算hkmol D R V /88.13094.30)123.3()1(=⨯+=+=s m VMV Vm Vm S /99.038.13600763.3788.13036003((=⨯⨯==精）精）ρhkmol RD L /94.9994.3023.3=⨯==s m LML Lm Lm S /0011.077.794360063.32*94.9936003((=⨯==精）精）ρh m L L S h /10.436000011.036003=⨯=⋅=六、塔和塔板主要工艺尺寸计算（一）塔径D参考表4-1，初选板间距m H T 45.0=,取板上液层高度m h L 07.0=表4-1 板间距与塔径的关系塔径D/m 0.3～0.5 0.5～0.8 0.8～1.6 1.6～2.4 2.4～4.0 板间距H T /mm200～300250～350300～450350～600400～600m h H T T 38.007.045.0=-=-0277.038.163.826298.20026.0))((2121=⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛=VL SS V L ρρ图4-5 Sminth 关联图查图4-5可知，076.020=C ，依照下式校正C087.02026.39076.0)20(2.02.020=⎪⎭⎫⎝⎛⨯==σC Cs m Cu VVL /81.138.138.163.826087.0max =-=-=ρρρ取安全系数为0.70，则sm u u /267.181.17.070.0max =⨯==故m uV D S52.1267.114.3298.244=⨯⨯==π按标准，塔径圆整为1.6m ， 则空塔气速s m DV u S/14.16.114.3298.24422=⨯⨯=='π（二）溢流装置采用单溢流、弓形降液管、平行受液盘及平行溢流堰，不设进口堰。

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化工原理课程设计(化工机械设计部分)精馏塔

化工原理课程设计(化工机械设计部分)精馏塔

化工机械设计部分设计条件：设计压力0.1Mpa ，工作温度130℃，设计温度150℃，介质名称为苯—氯苯，介质密度为973㎏/3m ，基本风压300N/㎡[1]，地震烈度为8，场地类别Ⅱ，塔板数量22，塔高26m ，保温层材料厚度为100mm ，保温层密度为300㎏/3m一 塔体及封头厚度设计1壳体材料选取 该塔工作温度为130℃，设计压力为0.12Mpa ，塔体内径3400mm ，塔高21米。

介质苯-氯苯有轻微的腐蚀性，选用强度较好的16MnR ，16MnR 在设计温度下的许用应力[]t σ=170Mpa ，Rel=345Mpa ，腐蚀裕量2C =2mm ，采用双面对接焊缝，局部无损探伤，焊接系数为Φ=1.02塔体厚度计算计算压力：0.12c p M Pa = 2C mm = []170tM Pa σ= D=1.0φ= 圆筒的计算厚度：]0.124600 1.35217010.12c itcp D m mp δσφ⨯===⨯⨯--设计厚度：2 1.352 3.35d C mm δδ=+=+=考虑到其受到风载荷、地震载荷、偏心载荷和介质压力作用，取名义厚度：8n mm δ= 有效厚度：.8 2.8 5.2e n C mm δδ=-=-=3封头厚度计算 （封头采用标准椭圆形封头，材料与筒体相同）计算压力：0.12c p M Pa = 2C mm = []170tM Pa σ= 4600i D mm = 1φ=封头厚度：]0.14600 1.35217010.50.120.5c itcp D m mp δσφ⨯===⨯⨯-⨯-设计厚度：2 1.352 3.35d C mm δδ=+=+= 取名义厚度：8n mm δ=有效厚度：.8 2.8 5.2e n C mm δδ=-=-=二 塔设备质量载荷计算1 筒体、圆筒、封头、裙座的质量【8】()2222000.785(4.6164.6)227.851000236254im D D H kgπρ=⨯-=⨯-⨯⨯⨯=2附件的质量010.252375a m m kg ==3塔内构件的质量筛板塔塔盘单位质量265/N q kg m = 塔内构件的质量：22020.785 4.62265237534i m D Nq kg πN ==⨯⨯⨯=4 保温层的质量22220302()()0.785(4.816 4.616)(277)300237534i m D D H H kgπρ=⨯-⨯-⨯=⨯-⨯-⨯=5平台、扶梯的质量查得平台单位质量2150/P q kg m = 笼式扶梯单位质量40/F q kg m = 其中平台数3n =，笼式扶梯高度为26000mm 平台、扶梯的质量㎏()()222204002340210.785 4.6162 4.616150389754f p m q H D D q kgπ⎡⎤⎡⎤=⨯++-⨯⨯=⨯+⨯+-⨯⨯=⎣⎦⎣⎦6操作时物料的质量220510.785 4.60.04422973156454i m D h kg πρ==⨯⨯⨯⨯=7水压试验质量220.785 4.6(267)1000315604w i w m D H kg πρ==⨯⨯-⨯=8 操作质量：0010203040586345 am m m m m m m kg =+++++=9 全塔最大质量m max=m01+ m02+ m03+ m04+ m a+ m w=377326 10 全塔最小质量m min =m01+0.2 m02+ m03+ m04=43256kg计算前先对塔进行分段，以地面为0-0截面，裙座人孔为1-1截面，塔低封头焊缝为2-2截面，筒体分为两段,总共四段。

化工原理精馏塔设计

化工原理精馏塔设计

前言在设计过程中考虑到设计的精馏塔应具有较大的生产能力，并且满足工艺要求，另外还要节省能源，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，设计是否合理关系到生产过程的经济问题。

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分分离的过程是传质传热的过程。

本次任务为设计一定处理量的分离苯和氯苯混合物精馏塔。

通过对精馏塔进行设计和物料衡算等方面的计算，进一步加深了对化工原理、石油加工单元过程原理等的理解深度，开阔了视野，提高了计算、绘图、计算机的使用等方面的知识和能力。

目录前言1第一章方案设计11.1操作条件的确定11.1.1操作压力11.1.2进料状态11.1.3加热方式11.1.4冷却剂与出口温度21.1.5热能的利用21.2确定设计方案的原则31.2.1满足工艺和操作的要求31.2.2满足经济上的要求31.2.3保证安全生产31.3工艺流程4第二章工艺设计及计算52.1物料衡算52.1.1原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率52.1.2原料液及塔顶塔底产品的平均摩尔质量52.1.3全塔物料衡算52.2理论塔板数估算62.2.1常压下苯-氯苯汽液平衡数据62.2.2气液平衡线62.2.3进料热状况参数72.2.4求最小回流比R min82.2.5精馏段提馏段操作线82.2.6图解法求理论板数92.3各种操作条件及相关的物性估算112.3.1操作温度估算112.3.2平均摩尔质量估算112.3.3液相平均粘度估算122.3.4相对挥发度估算132.3.5实际塔板数估算142.3.6操作压力估算142.3.7液相平均密度估算152.3.8气相平均密度估算162.3.9液相平均表面张力估算172.4气液相负荷估算182.4.1精馏段气液相负荷182.4.2提馏段气液相负荷18第三章设备设计203.1塔径和有效高度203.1.1精馏段塔径203.1.2提馏段塔径203.1.3塔的有效高度213.2塔板设计213.2.1溢流装置设计213.2.2塔板设计243.3流体力学验算253.3.1精馏段流体力学验算253.3.2提馏段流体力学验算273.4塔板负荷性能图283.4.1精馏段塔板负荷性能图283.4.2提馏段塔板负荷性能图303.5接管设计333.5.1进料管333.5.2回流管333.5.3塔底出料管333.5.4塔顶蒸汽出料管343.5.5塔底进气管343.5.6法兰343.6筒体与封头343.6.1筒体343.6.2封头353.7其他塔附件353.7.1裙座353.7.2吊柱353.7.3人孔363.8塔总体高度设计363.8.1塔的顶部空间363.8.2塔的底部空间363.8.3塔的立体高度363.9附属设备373.9.1冷凝器373.9.2再沸器383.9.3原料预热器383.9.4进料泵393.9.5回流泵39第四章设计结果404.1物料衡算计算结果404.2精馏塔工艺条件及有关物性数据计算结果404.3精馏塔工艺设计结果414.4接管尺寸计算结果42第五章附图435.1史密斯关联图435.2干筛孔的流量系数图435.3充气系数关联图44符号说明45参考文献47第一章方案设计1.1操作条件的确定确定设计方案是指确定整个精馏装置的流程、各种设备的结构型式和某些操作指标。

化工原理课程设计——精馏塔设计

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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。

化工原理课程设计任务书精馏塔

化工原理课程设计任务书精馏塔

化工原理课程设计任务书精馏塔本篇文档主要介绍化工原理课程设计任务书中关于精馏塔的要求和内容。

一、设计任务设计一座丙酮-甲醇精馏塔，要求：1. 产品：A级丙酮、B级丙酮、水、甲醇2. 输入流量：1000kg/h，A级丙酮50%，B级丙酮50%3. 操作压力：常压4. 输出流量：1000kg/h，A级丙酮90%，B级丙酮10%5. 设计基准：精馏32个板层二、设计步骤1. 精馏塔的结构设计(1) 塔的类型：管式塔(2) 塔的高度：设定32个板层，按传质条件设计最小高度(3) 填料类型：采用网格填料(4) 塔的直径：根据输入流量、精馏塔高度和填料设计(5) 塔的材质：不锈钢(6) 填料厚度：1.5cm2. 精馏塔的操作参数及控制(1) 操作压力：常压(2) 丙酮的重心温度：58℃(3) 甲醇的重心温度：52℃(4) 塔顶压力：1atm(5) 塔底压力：1atm(6) 板间压力降：0.015atm(7) 蒸汽进口管直径：50mm(8) 汽液分离器直径：100mm(9) 泵的扬程：15m3. 精馏塔的热力学计算(1) 设定板层数：32(2) 输入流量：1000kg/h，A级丙酮50%，B级丙酮50%(3) 设定塔顶压力：1atm(4) 设定塔底压力：1atm(5) 设定塔板温度，参考数值文献或软件计算(6) 根据塔板温度确定物质的蒸汽压(7) 根据物质的蒸汽压计算物质的分馏、回流比等参数4. 精馏塔的动力学模拟(1) 建立模型：使用MATLAB或其他模拟软件建立动力学模型(2) 确定控制方案：根据设定的输出要求，确定控制方案(3) 模拟仿真：进行塔的动态仿真，查找可能的故障及出现的问题(4) 评价：对模拟结果进行评价，并应对出现的问题进行处理三、设计成果1. 绘制精馏塔的结构图：包含填料、板层、进口出口等2. 绘制精馏塔的液相、气相平衡图3. 计算精馏塔流程图：包括输入和输出物质流量、温度、压力等参数4. 编写精馏塔的操作说明：包括操作控制、参数设定、操作步骤等5. 输出精馏塔的动态模拟成果：包括MATLAB或其他模拟软件的代码和仿真结果以上是化工原理课程设计的精馏塔任务书的要求和内容，本文档中介绍了设计步骤和要求，设计成果等部分，可以为读者提供一定帮助，同时也展示了精馏塔设计工作的一般流程和方法。