化工原理课程设计板式精馏塔设计

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-板式精馏塔的设计(总29页)-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1-CAL-本页仅作为文档封面，使用请直接删除化工原理课程设计–––––板式精馏塔的设计摘要................................................... 错误!未定义书签。

Abstract…………………………………………………………………………………………….引言第一章设计条件与任务 .......................... 错误!未定义书签。

第二章设计方案的确定 .......................... 错误!未定义书签。

第三章精馏塔的工艺计算 ....................... 错误!未定义书签。

实际回流比........................................... 错误!未定义书签。

全塔物料衡算 ........................................ 错误!未定义书签。

塔板数的计算 ........................................ 错误!未定义书签。

理论塔板数........................................ 错误!未定义书签。

实际塔板数........................................ 错误!未定义书签。

精馏塔物性参数的计算 ............................... 错误!未定义书签。

操作压力计算...................................... 错误!未定义书签。

操作温度计算...................................... 错误!未定义书签。

平均摩尔质量计算.................................. 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。

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学环节，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℃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;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。

板式精馏塔的设计1.1 概述塔设备是炼油、化工、石油化工等生产中广泛应用的气液传质设备。

根据塔内气液接触部件的结构型式，可分为板式塔和填料塔。

板式塔内设置一定数目的塔板，气体以鼓泡或喷射形式穿过板上液层进行质热传递，气液相组成呈阶梯变化，属逐级接触逆流操作过程。

填料塔内装有一定高度的填料层，液体自塔顶沿填料表面下流，气体逆流向上（也有并流向下者）与液相接触进行质热传递，气液相组成沿塔高连续变化，属微分接触操作过程。

工业上对塔设备的主要要求是：（1）生产能力大；（2）传热、传质效率高；（3）气流的摩擦阻力小；（4）操作稳定，适应性强，操作弹性大；（5）结构简单，材料耗用量少；（6）制造安装容易，操作维修方便。

此外，还要求不易堵塞、耐腐蚀等。

板式塔大致可分为两类：（1）有降液管的塔板，如泡罩、浮阀、筛板、导向筛板、新型垂直筛板、蛇形、S型、多降液管塔板；（2）无降液管的塔板，如穿流式筛板（栅板）、穿流式波纹板等。

工业应用较多的是有降液管的塔板，如浮阀、筛板、泡罩塔板等。

（一）泡罩塔泡罩塔是最早使用的板式塔，是Celler于1813年提出的，其主要构件是泡罩、升气管及降液管。

泡罩的种类很多，国内应用较多的是圆形泡罩。

泡罩塔的主要优点是：因升气管高出液层，不易发生漏液现象，操作弹性较大，液气比范围大，适用多种介质，操作稳定可靠，塔板不易堵塞，适于处理各种物料；但其结构复杂，造价高、安装维修不便，板上液层厚，气体流径曲折，塔板压降大，因雾沫夹带现象较严重，限制了起诉的提高。

现虽已为其他新型塔板代替，但鉴于其某些优点，仍有沿用。

（a b）图1 泡罩塔（二）浮阀塔浮阀塔广泛用于精馏、吸收和解吸等过程。

其主要特点是在塔板的开孔上装有可浮动的浮阀，气流从浮阀周边以稳定的速度水平地进入塔板上液层进行两相接触。

浮阀可根据气体流量的大小而上下浮动，自行调节。

浮阀有盘式、条式等多种，国内多用盘式浮阀，此型又分为F－1型（V－1型）、V－4型、十字架型、和A型，其中F－1型浮阀结构较简单、节省材料，制造方便，性能良好，故在化工及炼油生产中普遍应用，已列入部颁标准（JB－1118－81）。