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化工原理课程设计苯甲苯精馏塔设计化工原理是化学工程专业的基本课程之一，涵盖了化学反应、传热传质、流体力学等方面的知识。
在课程设计中，学生需要通过理论知识和实验操作来模拟化工生产过程，掌握正确的生产方法和流程。
本篇文档将重点介绍一种化工原理课程设计，即苯甲苯精馏塔设计。
1. 实验背景苯甲苯精馏塔是一种用于分离苯甲腾、苯和甲苯的设备，广泛应用于化工、医药、石油等领域。
这种设备可以通过调节进出口流量、塔板数等参数来实现不同组分的分离和纯化。
其中，精馏塔的设计是非常重要的，它直接影响到设备的性能和效率。
2. 实验目的本次课程设计的主要目的是让学生通过理论分析和实验操作，了解苯甲苯精馏塔的设计原理、计算方法和优化手段，进而掌握化工生产过程的基本技能。
3. 实验内容实验内容主要分为以下几个方面：（1）整体流程设计。
学生需要综合考虑工艺流程、设备选择和流量控制等因素，确定苯甲苯精馏塔的基本参数和结构设计。
（2）塔板设计。
学生需要针对不同组分的物理性质和传热特性，选择合适的塔板类型和数量，制定塔板布置图。
（3）塔底设计。
学生需要考虑热交换、温度调节、泵送和排放等问题，设计合适的塔底结构和管路连接。
（4）操作优化。
学生需要通过模拟操作和实验验证，寻找最佳的操作条件，比如塔板数、进出口流量、温度控制等。
4. 实验流程本次课程设计的具体流程如下：（1）定义苯甲苯精馏塔的物理和化学性质。
（2）确定生产需求和工艺流程。
（3）选择合适的设备和材料。
（4）估算物料特性参数和传热、传质性能。
（5）计算理论塔板数和进出口流量。
（6）制定塔板布置图和塔底结构。
（7）模拟实验和调整操作参数。
（8）完成实验报告和总结，总结设计经验和教训。
5. 实验要求本次课程设计要求学生具备一定的化工原理知识和操作技能，可以独立完成实验流程和报告撰写。
具体要求如下：（1）熟悉苯甲苯精馏塔的物理和化学性质。
（2）掌握塔板设计和布置的基本原理。
（3）理解热力学和传热传质的基本概念。
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。
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。
化工原理课程设计精馏塔
在化工原理课程设计中，精馏塔是一个非常重要的主题。
精馏塔是化工生产中
用来进行精馏分离的装置，其原理和设计对于化工工程师来说至关重要。
本文将对精馏塔的原理、结构和设计进行详细介绍，希望能对化工原理课程设计有所帮助。
首先，我们来介绍一下精馏塔的原理。
精馏塔利用不同组分的沸点差异来进行
分离，通过在塔内加热并在塔顶冷凝，使得液体沸腾蒸发，然后在塔顶冷凝成液体，从而实现组分的分离。
在精馏塔内，通常会设置填料或塔板，增加塔内表面积，促进传质和传热，提高分离效率。
其次，我们将介绍精馏塔的结构。
精馏塔通常由塔底、塔体和塔顶三部分组成。
塔底主要用来加热液体，使其蒸发；塔体内设置填料或塔板，用来增加接触面积；塔顶则用来冷凝蒸发的液体，使其凝结成液体。
此外，精馏塔还包括进料口、顶部产品出口和底部残液出口等部件。
最后，我们将讨论精馏塔的设计。
精馏塔的设计需要考虑诸多因素，如进料组分、产品要求、操作压力和温度等。
在设计精馏塔时，需要进行热力学计算和传质计算，确定塔板或填料的高度和类型，保证塔内的传热和传质效果。
此外，还需要考虑塔底加热方式、塔顶冷凝方式以及塔内液体分布等问题，确保精馏塔能够稳定、高效地进行分离操作。
总之，精馏塔作为化工生产中常用的分离设备，其原理、结构和设计都是化工
工程师需要掌握的重要知识。
通过本文的介绍，相信读者对精馏塔有了更深入的了解，希望能够对化工原理课程设计有所帮助。
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。
目录一．设计任务及要求 ............................................................................................3 二．概述 ...............................................................................................................3 三．设计依据 .......................................................................................................4 五．操作条件的计算 .. (4)1.塔型选择 ....................................................................................................................................... 42.1 操作压力 ................................................................................................................................... 5 2.2 进料状态 ................................................................................................................................... 5 2.3 加热方式 ................................................................................................................................... 5 2.4 热能利用 ................................................................................................................................... 53.最小回流比及操作回流比的确定 ............................................................................................... 6 3.1逐板计算： ................................................................................................................................ 6 3.2全塔效率的估算 ........................................................................................................................ 7 3.3实际塔板数P N (8)4.全凝器冷凝介质的消耗量 ........................................................................................................... 8 5.热能利用 (8)六.精馏塔主体尺寸的计算 (9)1.精馏段与提馏段的体积流量 ....................................................................................................... 9 2.塔径的计算 ................................................................................................................................... 9 3.塔高的计算 ................................................................................................................................. 12 4.液流型式的选择 ......................................................................................................................... 12 5.溢流堰（出口堰）的设计 (13)(1).堰长W l : (13)l W =(0.6～0.8)D=0.7×1600=1120mm (13)(2).堰上液层高度h OW ： (13)6.塔板设计 ..................................................................................................................................... 14 6.1塔板尺寸 .................................................................................................................................. 15 6.2降液管底隙高度h0 ................................................................................................................. 15 6.3板结构的选择 .......................................................................................................................... 16 6.4板材料的选择 .......................................................................................................................... 16 6.5板基本结构的选择 .................................................................................................................. 16 6.6筛孔数n . (16)7.塔板的流体力学验算 (17)7.1气体通过塔板的压强降:ph ,m 液柱 (17)7.2降液管内液体高度(液泛or 淹塔) (19)7.3雾沫夹带 (20)7.4漏液点气速uOW (20)八.筛板塔的辅助设备 (21)1.配管 (21)2.储罐 (22)3.换热器 (22)八.设计评价 (22)九.参考文献 (23)一．设计任务及要求原料：乙醇~水溶液，年产量48000吨乙醇含量：33%(质量分数)，原料液温度：42℃ 设计要求：塔顶的乙醇含量不小于90%(质量分数) 塔底的乙醇含量不大于0.5%(质量分数) 乙醇-水相图：0.00.20.40.60.81.00.00.20.40.60.81.0YX二．概述乙醇是很常见的一种化工产品，它有着广泛的用途，主要有：消毒剂，药物使用，饮料，基本有机化工原料（乙醇可用来制取乙醛、乙醚、乙酸乙酯、乙胺等化工原料，也是制取、染料、涂料、洗涤剂等产品的原料），汽车燃料（乙醇可以调入汽油，作为车用燃料），稀释剂，有机溶剂，涂料溶剂等。
化工原理课程设计任务书1.设计题目：分离乙醇—正丙醇二元物系旳浮阀式精馏塔2.原始数据及条件：进料：乙醇含量45%（质量分数，下同），其他为正丙醇分离规定：塔顶乙醇含量 93%；塔底乙醇含量 0.01%生产能力：年处理乙醇-正丙醇混合液 25000 吨，年动工 7200 小时操作条件：间接蒸汽加热；塔顶压强 1.03atm(绝压)；泡点进料； R=53.设计任务：⑴完毕该精馏塔旳各工艺设计，包括设备设计及辅助设备选型。
⑵画出带控制点旳工艺流程图、塔板版面布置图、精馏塔设计条件图。
⑶写出该精馏塔旳设计阐明书，包括设计成果汇总和设计评价。
概述本次设计针对二元物系旳精馏问题进行分析、计算、核算、绘图，是较完整旳精馏设计过程。
精馏设计包括设计方案旳选用，重要设备旳工艺设计计算、辅助设备旳选型、工艺流程图旳制作、重要设备旳工艺条件图等内容。
通过对精馏塔旳核算，以保证精馏过程旳顺利进行并使效率尽量旳提高。
本次设计成果为：理论板数为 20 块，塔效率为 42.2%，精馏段实际板数为 40块，提馏段实际板数为 5 块，实际板数 45 块。
进料位置为第 17 块板，在板式塔重要工艺尺寸旳设计计算中得出塔径为 0.8 米，设置了四个人孔，塔高 22.19 米，通过浮阀板旳流体力学验算，证明各指标数据均符合原则。
关键词：二元精馏、浮阀精馏塔、物料衡算、流体力学验算。
目录第一章绪论 (5)第二章塔板旳工艺设计 (7)一、精馏塔全塔物料衡算 (7)二、乙醇和水旳物性参数计算 (7)1.温度 (7)2.密度 (8)三、理论塔板旳计算 (11)四、塔径旳初步计算 (12)五、溢流装置 (14)六、塔板分布、浮阀数目与排列 (15)第三章塔板旳流体力学计算 (16)一、气相通过浮阀塔板旳压降 (16)二、淹塔 (17)三、物沫夹带 (18)四、塔板负荷性能图 (19)1.物沫夹带线 (19)2.液泛线 (19)3.液相负荷上限 (20)4.漏液线 (20)5.液相负荷下限 (20)第四章塔附件旳设计 (21)一、接管 (21)二、筒体与封头 (23)三、除沫器 (23)四、裙座 (24)五、人孔 (24)第五章塔总体高度旳设计 (24)一、塔旳顶部空间高度 (24)二、塔总体高度 (24)第六章附属设备旳计算 (24)8.1热量衡算 (24)8.1.10℃旳塔顶气体上升旳焓Qv (24)258.1.2回流液旳焓QR..................................................................8.1.3塔顶馏出液旳焓Q D (25)8.1.4冷凝器消耗旳焓Q C (25)8.1.5进料口旳焓Q F (25)8.1.6塔釜残液旳焓Q W (26)8.1.7再沸器Q B (26)8.2冷凝器旳设计 (26)8.3冷凝器旳核算 (27)8.4泵旳选择 (27)浮阀塔工艺设计计算成果列表 (28)重要符号阐明 (29)参照文献 (31)第一章绪论精馏旳基本原理是根据各液体在混合液中旳挥发度不一样，采用多次部分汽化和多次部分冷凝旳原理来实现持续旳高纯度分离。
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。
希腊字母β——充气系数，无因次；δ——筛板厚度，m；ε——空隙率，无因次；θ——液体在降液管内停留时间，s；μ——粘度，mPa；ρ——密度，kg/m3；σ——表面张力，N/m；ψ——液体密度校正系数，无因次。
下标max——最大的；min——最小的；L——液相的；V——气相的。
目录精馏塔优化设计任务书 (1)乙醇—水连续精馏塔设计前言 (2)精馏塔优化设计计算 (3)一、精馏流程确定 (3)二、塔的物料衡算 (3)1. 原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 (3)2. 平均摩尔质量 (3)3. 物料衡算 (3)三、塔板数的确定 (4)1. 理论塔板数的求取 ................................................................................... 错误!未定义书签。
2. 实际塔板数的求取 (5)四、精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (6)1. 操作压力计算 (6)2. 操作温度计算 (6)3. 平均摩尔质量计算 (6)4. 平均密度计算 (7)5. 液体平均表面张力计算 (7)6. 液相平均粘度 (8)五、精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (9)1. 塔径的计算 (9)2. 精馏塔有效高度的计算 (10)六、塔板主要工艺的计算 (10)1. 溢流装置计算 (10)2. 塔板布置 (11)七、塔板流体力学验算 (12)1. 塔板压降 (12)2. 液面落差 (13)3. 液沫夹带 (13)4. 漏液 (14)5. 液泛 (14)八、塔板负荷性能图 (14)1. 漏液线 (14)2. 液沫夹带线 (15)3. 液相负荷下限线 (16)4. 液相负荷上限线 (16)5. 液泛线 (16)设计计算总结表 (19)课程设计心得 (20)精馏塔优化设计任务书一、设计题目乙醇－水连续精馏塔的设计二、设计参数1. 进精馏塔的料液含乙醇X=30%（质量），其余为水2. 产品的乙醇含量不得低于94%（质量）3. 残液中乙醇含量不得高于0.1%（质量）4. 生产能力为日产（24小时）Y=90吨94%（质量）的乙醇产品三、设计条件1. 精馏塔塔顶压强：Z=4KPa（表压）2. 进料热状态：3. 回流比：R4. 加热蒸汽：低压蒸汽5. 单板压降≤ 0.7kPa6. 全塔效率：E52%T7.建厂地址：南京地区四、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设计（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. 对本设计的评述或有关问题的分析讨论乙醇——水连续精馏塔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，因力乙醇极具挥发性，也具有溶解性，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，要用连续蒸馏的方法，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圈形的精馏塔内进行的，塔内装有若干层塔饭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。
浮阀有很多种形式，但最常用的形式是F1型和V-4型。
F1型浮阀的结果简单、制造方便。
节省材料。
广泛应用在化工及炼油生产中，现已列入部颁标准(JB1b8-68)内，F1型浮阀又分轻阀和重阀，但一般情况下都采用重阀，只有处理量大且要求压强降很低的系统中，才用轻阀。
浮润塔其有下列优点：1、生产能力大；2、操作弹性大；3、塔板效率高；4、气体压强降及液面落差较小；5、塔的造价低。
浮阀塔不宜处理易结焦或粘度大的系统，但对于粘度稍大及有一般聚合现象的系统，浮阀塔也能正常年操作。
精馏塔优化设计计算一. 设计方案的确定本设计任务为分离乙醇—水混合物。
对于二元混合物的分离，应采用连续精馏流程。
设计中采用泡点进料，将原料液预热器加热至泡点后送入精馏塔内。
塔顶上升蒸汽采用全冷凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，其余部分经产品冷却后送至储存罐。
该物系属易分离物系，最小回流比较小，故操作回流比取最小回流比2倍。
塔釜采用直接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储存罐。
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 kmol kg M A 18= 水的摩尔质量 kmol kg M B 46==F x 187.0463.0463.0+144.0==D x 1806.04694.04694.0+860.0==W x 18999.046001.046001.0+0004.0=2. 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量()kmol kg M F 03.2218144.01144.0=⨯-⨯= ()kmol kg M D 08.4218860.0146860.0=⨯-+⨯= ()kmol kg M W 01.18180004.01460004.0=⨯-+⨯=3. 物料衡算原料处理量 =F 03.222410903⨯=kmol kg 22.170总物料衡算 W D +=22.170乙醇物料衡算 W D 0004.0860.0144.022.170+=⨯ 联立解得kmol kg D 44.28= kmol kg W 78.141=三、塔板数的确定1. 理论板层数N T 的求取1.1 乙醇—水属理想物系，可采用图解法求理论板层数0.20.40.60.810.20.40.60.81.0x Wx F x D0.273fybdgex图解法求理论版层数a1.2 求最小回流比及操作回流比采用作图法求最小回流比。
在图中对角线上，自点e （0.144，0.144）作垂线ef 即为进料线（q 线），该线与平衡线的交点坐标为509.0=q y 144.0=q x故最小回流比=min R qq q D x y y x --=962.0144.0509.0509.0860.0=--此时乙醇—水系统的平衡曲线有下凹部分，求最小回流比自a 点（x D ，x D ）作平衡线的切线ag 并延长与y 轴相交于c 点，截距为0.273， 即 =min R 273.0273.0-D x =273.0273.0860.0-150.2=当最小回流比为2.150比0.962还大时，已出现恒浓区，需要无穷多块塔板才能达到g 点。
所以对有下凹部分平衡曲线的物系，求R min 时，不能以平衡数据（y q ，x q ）代入。
所以，取操作回流比为300.42min ==R R1.3 求精馏塔的气、液相负荷 L=RD=h kmol 30.12244.28300.4=⨯V=（R+1）D=()h kmol 73.15044.281300.4=⨯+ L'=L+F=h kmol 03.27373.15030.122=+ V'=V=h kmol 73.150 1.4 求操作线方程 精馏段操作线方程为y=162.0811.0860.073.15044.2873.15030.122+=+=+x x x V D x V L D提留段操作线方程为y=W x VWx V L ''''-=0004.0811.10004.073.15078.14173.15003.273'-'=⨯-x x1.5 图解法求理论板层数采用图解法求理论板层数，如图所示。
求解结果为 总理论板层数 N T =19.5（包括再沸器） 进料板位置 N F =17 2. 实际板层数的求取精馏段实际板层数 318.3052.016≈==精N 提留段实际板层数 77.652.05.3≈==提N四、精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算以精馏段为例进行计算 1. 操作压力计算塔顶操作压力 kPa P D 3.10543.101=+= 每层塔板压降 kPa P 7.0=∆进料板压力 kPa P F 4.128337.03.105=⨯+= a 精馏段平均压力 ()kPa P m 85.11624.1283.105=+= 2. 操作温度计算依据压力，由泡点方程通过试差法计算出泡点温度，其中乙醇—水的饱和蒸汽压由安托尼方程计算，计算过程省略，计算结果如下 塔顶温度 ℃48.81=D t 进料版温度 ℃2.102=F t精馏段平均温度 ()℃84.9122.10248.81=+=m t 3. 平均摩尔质量 塔顶平均摩尔质量计算由 860.01==y x D ,查平衡曲线得854.01=x()kmol kg M VDm 08.4218860.0146860.0=⨯-+⨯= ()kmol kg M LDm 91.4118854.0146854.0=⨯-+⨯=进料板平均摩尔质量计算 由图解理论塔板得 524.0=F y 查平衡曲线得 191.0=F x()kmol kg M VFm 67.3218524.0146524.0=⨯-+⨯= ()kmol kg M LFm 35.2318191.0146191.0=⨯-+⨯=精馏段平均摩尔质量()kmol kg M Vm 38.37267.3208.42=+= ()kmol kg M Lm 63.32235.2391.41=+=4. 平均密度计算 4.1 气相平均密度由理想气体状态方程计算，即()344.115.27384.91314.838.3785.116m kg RT M P m Vm m Vm =+⨯⨯==ρ 4.2 液相平均密度计算 液相平均密度依下式计算，即iiLm a ρρ∑=1塔顶液相平均密度的计算 由 ℃48.81=D t ，查手册得34.732m kg A =ρ 39.970m kg B =ρ()34.7439.97006.04.73294.01m kg LDm =+=ρ进料板液相平均密度计算 由 ℃2.102=F t ，查手册得34.702m kg A =ρ 3957m kg B =ρ进料板液相的质量分率376.018809.046191.046191.0=⨯+⨯⨯=A a()32.842376.014.702376.01m kg LFm =-+=ρ精馏段液相平均密度为()38.79222.8424.743m kg Lm =+=ρ5. 液体平均表面张力计算 液相平均表面张力依下式计算，即i i Lm x σσ∑=塔顶液相平均表面张力计算由 ℃48.81=D t ，查手册的m mN A 60.16=σ m mN B 32.62=σ()m mN LDm 00.2332.6286.0160.1686.0=⨯-+⨯=σ进料液相平均表面张力的计算由 ℃2.102=F t ，查手册得m mN A 70.14=σ m mN B 2.58=σ()m mN LFm 89.492.58191.0170.14191.0=⨯-+⨯=σ精馏段液相平均表面张力为()m mN Lm 45.36289.4900.23=+=σ6. 液体平均粘度计算液相平均粘度依下式计算，即i i LDm x μμlg lg ∑=塔顶液相平均年度计算由 ℃48.81=D t ，查手册得s mPa A ⋅=44.0μ s mPa B ⋅=35.0μ()()()35.0lg 86.0144.0lg 86.0lg -+=LDm μ解得 s mPa LDm ⋅=426.0μ进料板平均粘度计算由 ℃2.102=F t ，查手册得s mPa A ⋅=32.0μ s mPa B ⋅=25.0μ()()()25.0lg 191.0132.0lg 191.0lg -+=LFm μ解得 s mPa LFm ⋅=262.0μ精馏段液相平均表面张力为()s mPa Lm ⋅=+=344.02262.0426.0μ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s m VM V Vm Vm s 30869.144.1360038.3773.1503600=⨯⨯==ρ m LM L Lm Lm s 30014.08.792360063.323.1223600=⨯⨯==ρ 由 V V L Cu ρρρ-=max 式中C 由式2.020)20(L C C σ=计算，其中20C 由图查取，图的横坐标为 0302.044.18.79236000869.136000014.02121=⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛V L h h V L ρρ 取板间距m H T 40.0=，板上液层高度05.0=L hm h H L T 35.005.040.0=-=-查图（史密斯关联图）得：075.020=C0846.02045.36075.0202.02.020=⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎭⎫ ⎝⎛=L C C σ s m u 983.144.144.18.7920846.0max =-= 取安全系数0.7，则空塔气速为s m u u 388.1983.17.07.0max =⨯==m u V D S 998.0388.10869.144=⨯⨯==ππ 按标准塔径圆整后为m D 0.1=塔截面积为222785.00.144m D A T =⨯==ππ实际空塔气速为s m u 385.1785.00869.1== 2. 精馏塔有效高度的计算精馏段有效高度为()()m H N Z T 124.01311=⨯-=-=精精提留段有效高度为()()m H N Z T 4.24.0171=⨯-=-=提提在进料板上方开一人孔，其高度为m 8.0故精馏塔的有效高度为m Z Z Z 2.158.04.2128.0=++=++=提精六、塔板主要工艺尺寸的计算1. 溢流装置计算因塔径m D 0.1=，可选用单溢流弓形降液管，采用凹形受液盘。
