化工原理课程设计--- 乙醇——水筛板精馏塔工艺设计

课程设计说明书题目乙醇—水连续筛板式精馏塔的设计课程名称化工原理院(系、部、中心)化学化工系专业应用化学班级应化096学生姓名XXX学号XXXXXXXXXX设计地点逸夫实验楼B-536指导教师设计起止时间：2010年12月20日至 2010 年12月31日第一章绪论 (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 (23)十、精馏塔的附属设备及接管尺寸 (23)第三章总结 (24).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 = 25 %（质量分数，下同）●生产能力 Q = 80t/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 = 4 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。

学院化工原理课程设计任务书专业：班级：姓名：学号：设计时间：设计题目：乙醇——水筛板精馏塔工艺设计（取至南京某厂药用酒精生产现场）设计条件： 1. 常压操作，P=1 atm（绝压）。

2. 原料来至上游的粗馏塔，为95——96℃的饱和蒸汽。

因沿程热损失，进精馏塔时原料液温度降为90℃。

3. 塔顶产品为浓度92.41%（质量分率）的药用乙醇，产量为 40吨/日。

4．塔釜排出的残液中要求乙醇的浓度不大于0.03%（质量分率）。

5．塔釜采用饱和水蒸汽加热（加热方式自选）；塔顶采用全凝器，泡点回流。

6．操作回流比R=（1.1——2.0）Rmin设计任务： 1. 完成该精馏塔工艺设计，包括辅助设备及进出口接管的计算和选型。

2．画出带控制点的工艺流程图，t-x-y相平衡图，塔板负荷性能图，筛孔布置图以及塔的工艺条件图。

3．写出该精流塔的设计说明书，包括设计结果汇总和对自己设计的评价。

指导教师：时间1设计任务1.1 任务1.1.1 设计题目乙醇—水筛板精馏塔工艺设计（取至南京某厂药用酒精生产现场）1.1.2 设计条件 1.常压操作，P＝1 atm（绝压）。

2．原料来至上游的粗馏塔，为95－96℃的饱和蒸气。

因沿程热损失，进精馏塔时原料液温度降为90℃。

3．塔顶产品为浓度92.41%（质量分率）的药用乙醇，产量为40吨/日。

4．塔釜排出的残液中要求乙醇的浓度不大于0.03％(质量分率)。

5．塔釜采用饱和水蒸气加热（加热方式自选）；塔顶采用全凝器，泡点回流。

R。

6．操作回流比R=(1.1—2.0)min1.1.3 设计任务1.完成该精馏塔工艺设计，包括辅助设备及进出口接管的计算和选型。

2．画出带控制点的工艺流程示意图，t-x-y相平衡图，塔板负荷性能图，筛孔布置图以及塔的工艺条件图。

3．写出该精馏塔的设计说明书，包括设计结果汇总和对自己设计的评价。

1.2 设计方案论证及确定1.2.1 生产时日设计要求塔日产40吨92.41%乙醇，工厂实行三班制，每班工作8小时，每天24小时连续正常工作。

摘要本设计采用板式精馏塔（浮阀塔）分离乙醇—水溶液，年处理量10620吨，进料组成（质量分数）35.4%，塔顶产品组成92.5%，塔底产品组成0.05%。

首先找出乙醇—水溶液的气液平衡数据，然后利用Excel作图，求出最小回流比为3.23,，再建立总费用和最小回流比之间的关系，求出实际回流比为6.46，逐板计算确定理论板数，利用塔板效率求出实际板数，然后对塔和塔板的工艺尺寸进行计算，计算圆整得塔径D T=1.2m，塔高H=30.2m。

进而对塔的流体力学性能进行验算，利用塔设备的强度要求确定塔体壁厚，再利用产量和分离要求确定塔的附属设备及其尺寸，使之符合要求。

关键词：浮阀塔；回流比；实际板数；工艺尺寸AbstractThe design use the float valve tower distilling and separating the ethanol-water solution, the handing capacity is 10620 tons ,the feed composition (wt%) is 35.4%, the composition of top product is 92.5% and the bottom is 0.05%.At first , we find some necessary date and then use “Excel” to make a drawing and obtain our minimum reflux ratio. Next , we establish the pattern between the reflux ratio and the total cost to select our optional reflux ratio .The reflux ratio is 6.46, and the theoretical and practical plate number of our tower is 13 and 26. We also calculated the size of the tower and the plate and we obtain that the diameter of the tower is 1.2 meters, the height of the tower is 30.2 meters. After the liquid mechanic calculation of the tower, it is suitable to the capable of this floating valve tower. By calculating the intensity of the tower , we can get the thickness of the tower ,then use the production and separation requirements to determine the size of the ancillary equipments of the tower.Keywords: ethanol-water solution; float valves; optional reflux ratio; liquid mechanic calculation; technology dimension目录目录 (1)引言 (3)第1章设计条件与任务 (4)1.1设计条件 (4)1.2设计任务 (4)第2章设计方案的确定 (4)2.1操作条件的确定 (4)2.1.1 装置流程的确定 (5)2.1.2操作压力 (5)2.1.3进料状态 (5)2.1.4加热方式 (5)2.1.5冷却剂与出口温度 (6)2.1.6回流比的选择 (6)2.1.7热能的利用 (6)2.2确定设计方案的原则 (7)2.2.1满足工艺和操作的要求 (7)2.2.2满足经济上的要求 (7)2.2.3保证安全生产 (7)2.3 工艺流程 (8)3.1全塔物料衡算 (9)3.1.1原料液、塔顶及塔底产品的摩尔分数 (9)3.1.2原料液、塔顶及塔底产品的平均摩尔质量 (9)3.1.3原料液的进料流量 (9)3.1.4物料衡算 (9)3.2实际回流比及操作线方程 (10)3.2.1最小回流比及实际回流比确定 (10)3.2.2操作线方程 (11)3.2.3汽、液相热负荷计算 (11)3.3理论塔板数确定 (12)3.4实际塔板数确定 (13)3.5精馏塔的工艺条件及有关物性数据计算 (15)3.5.1操作压力计算 (15)3.5.2操作温度计算 (15)3.5.3平均摩尔质量计算 (15)3.5.4平均密度计算 (16)3.5.5液体平均表面张力计算 (18)3.5.6液体平均黏度计算 (20)3.6精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (20)3.6.1塔径计算 (20)3.6.2精馏塔有效高度计算 (22)第4章塔板工艺尺寸的计算 (23)4.1塔板工艺尺寸的计算 (23)4.1.1溢流装置计算 (23)4.1.2塔板设计............................................... 错误!未定义书签。

目录1 设计任务书 (1)1.1设计题目 (1)1.2工艺条件 (1)1.3塔板类型 (1)1.4生产制度 (1)1.5设计内容 (1)2 设计方案 (2)2.1 设计方案简介 (2)2.2 设计方案的确定及工艺流程的说明 (3)3 工艺计算 (4)3.1 塔板的工艺计算 (4)3.1.1 物料衡算 (4)3.1.2 q线方程 (5)3.1.3 R的确定 (7)3.1.4 总物料恒算 (7)3.1.5 回收率 (8)3.1.6 操作线方程 (8)3.1.7 图解法求理论板层数 (8)3.1.8实际板层数的求取 (9)3.2精馏塔工艺条件及计算 (10)3.2.1操作压力 (10)3.2.3平均摩尔质量 (11)3.2.4液体的平均密度 (12)3.2.5液体表面张力计算 (13)3.3 精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (14)3.3.1塔径的计算 (14)3.3.2精馏塔有效高度计算 (16)3.4塔板主要工艺尺寸计算 (16)3.4.1溢流装置计算 (16)3.4.2塔板布置 (18)3.5 筛板的流体力学验算 (20)3.5.1精馏段校核 (20)3.5.2 提馏段校核 (22)3.6塔板负荷性能图 (24)3.6.1精馏段 (24)3.6.2 提馏段 (27)4 板式塔的塔体总高度的计算 (29)4.1 塔顶空间H D (29)4.2 塔底空间H B (29)4.3 人孔 (29)4.4 裙座 (29)4.5 筒体与封头 (30)4.5.2 封头 (30)4.6塔体总高度 (31)5 精馏塔附属设备的选型及相关计算 (31)5.1 换热器的选型与核算 (31)5.1.1 估算传热面积，初选换热器型号 (31)5.1.2确定物性数据 (31)5.1.3估算传热面积 (32)5.1.4换热器核算 (34)5.2接管 (37)5.2.1进料管 (37)5.2.2回流管 (37)5.2.3塔底出料管 (37)5.2.4塔顶蒸汽出料管 (38)5.2.5塔底蒸汽进料管 (38)5.4 泵的计算与选型 (39)6 计算结果一览表 (41)7设计感想评价及有关问题的分析讨论 (43)8 参考文献 (43)9绘制塔顶全凝器设备图 (44)1 设计任务书1.1设计题目：乙醇-水常压分离过程筛板式精馏塔工艺设计1.2工艺条件：生产能力：乙醇-水混合液处理量5.0万吨/年进料状况：冷液进料原料组成：乙醇的含量20（wt%）塔顶组成：乙醇的含量91（wt%）塔底组成：乙醇的含量0.3（wt%）进料温度：C23︒=tF适宜回流比R：R=1.3Rmin塔顶压力：（表压）P=a0.4KP单板压降：)(∆P=KPa5.0表压加热蒸汽压力: )100表压P=KPa0.(加热方式：塔底直接加热1.3塔板类型：筛板式精馏塔1.4生产制度：年开工300天，每天24小时连续生产1.5设计内容：1）精馏塔的物料衡算；2）塔板数的确定；3) 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算；4) 精馏塔的塔体工艺尺寸计算；5) 塔板主要工艺尺寸的计算；6) 塔板的流体力学验算；7) 塔板负荷性能图；8）塔体总高度的计算；9）精馏塔附属设备的选型及相关计算；10) 计算结果一览表11) 对设计过程的评述和有关问题的讨论；12）参考文献；13）绘制精馏塔及换热器的设备图2 设计方案2.1 设计方案简介精馏的基本原理是根据各液体在混合液中的挥发度不同，采用多次部分汽化和多次部分冷凝的原理来实现连续的高纯度分离。

化工原理课程设计题目名称：乙醇-水分离筛板精馏塔课程设计学生姓名：院 (系)：专业班级：指导教师：时间：目录1 化工原理课程设计任务书 (1)1.1 设计题目 (1)1.2 操作条件 (1)1.3 设计内容 (1)1.4 设计成果 (1)2 设计计算 (4)2.1 设计方案及工艺流程 (4)2.2 全塔物料衡算 (4)2.2.1 料液及塔顶、塔底产品中乙醇的摩尔分数 (4)2.2.2 平均摩尔质量 (4)2.2.3 料液及塔顶、塔底产品的摩尔流率 (4)2.3 塔板数的确定 (5)2.3.1. 理论塔板数NT的求取 (5)2.3.22.4 塔的精馏段操作工艺条件及相关物性数据的计算 (8)2.4.12.4.2 (9)2.4.32.4.42.5 精馏段的气液负荷计算 (13)2.6 精馏段塔和塔板主要工艺结构尺寸的计算 (13)2.6.1 塔径 (13)2.6.2 精馏段塔板工艺结构尺寸的设计与计算 (14)2.6.3塔板布置 (14)2.7 精馏段塔板上的流体力学验算 (15)2.7.2 液面落差 (16)2.7.5 液泛的验算 (16)2.8 精馏段塔板负荷性能图 (17)2.8.1 雾沫夹带线 (17)2.8.2 液泛线（气相负荷上限线） (17)2.8.3 液相负荷上限线 (18)2.8.4 漏液线（气相负荷下限线） (18)2.8.5 液相负荷下限线 (18)2.8.6 操作线与操作弹性 (19)2.9 提馏段的气液负荷计算 (19)2.10 提馏段塔和塔板主要工艺结构尺寸的计算 (20)2.10.1 塔径 (20)2.10.2. 提馏段塔板工艺结构尺寸的设计与计算 (20)2.10.3 塔板布置 (21)2.11 提馏段塔板上的流体力学验算 (22)2.11.2 液面落差 (22)2.11.3 雾沫夹带ev的验算 (22)2.11.4 漏液的验算 (22)2.11.5 液泛的验算 (23)2.12 提馏段塔板负荷性能图 (23)2.12.1 雾沫夹带线 (23)2.12.2 液泛线（气相负荷上限线） (24)2.12.3 液相负荷上限线 (24)2.12.4 漏液线（气相负荷下限线） (24)2.12.5 液相负荷下限线 (25)2.12.6 操作线与操作弹性 (25)4.结果汇总 (25)5 总结 (26)1 化工原理课程设计任务书1.1 设计题目设计一座乙醇－水连续精馏的筛板式精馏塔，年产乙醇60000t/a，要求塔顶馏出液中乙醇浓度不低于94％，残液中乙醇含量不得高于0.1％。

化工原理课程设计设计题目乙醇-水筛板精馏塔设计学生姓名学号班级指导教师设计时间完成时间 2化工原理课程设计任务书（一）设计题目：乙醇－水筛板精馏塔设计（二）设计任务完成精馏塔工艺优化设计、精馏塔结构优化设计以及有关附属设备的设计和选用，绘制带控制点的工艺流程图、精馏塔工艺条件图，并编制工艺设计说明书。

年产量： 10000t ；原料液浓度： 40% （乙醇质量分数）；产品浓度： 93% （乙醇质量分数）；乙醇回收率： 99% 。

（三）操作条件1．塔顶压强4 kPa（表压）；2．进料热状况，泡点进料；；3．塔顶全凝器，泡点回流，回流比R=(1.1~2.0)Rmin4．塔釜加热蒸汽压力245 KPa(表压)；5．单板压降不大于0.7 kPa；6．塔板类型筛板塔；7．工作日每年330天，每天24h连续运行;8．厂址：徐州地区。

（四）设计内容1．精馏塔的物料衡算；2．塔板数的确定；3．精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算；4．精馏塔的塔体工艺尺寸计算；5．塔板主要工艺尺寸的计算；6．塔板的流体力学验算；7．塔板负荷性能图；8．精馏塔接管尺寸计算,附属设备的确定；9．绘制带控制点工艺流程图（A2）、精馏塔工艺条件图（A2）；10．符号说明；11.对设计过程的评述和有关问题的讨论；12.参考文献。

摘要精馏塔是进行精馏的一种塔式气液接触装置，又称为蒸馏塔。

有板式塔与填料塔两种主要类型。

根据操作方式又可以分为连续精馏塔与间歇精馏塔。

化工生产常需进行液体混合物的分离以达到提纯或回收有用组分的目的，精馏操作在化工、石油化工、轻工等工业生产中占有重要的地位。

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

在本设计中我使用了筛板塔，筛板塔的突出优点是结构简单、造价低。

当有合理的设计和适当的操作，筛板塔能满足分离要求的操作弹性，而且效率高。

精馏是最常用的分离液液混合物方式之一，是组成化工生产过程的主要单元操作，也是典型的化工操作设备之一。

化工原理课程设计任务书1、设计题目：乙醇——水筛板式精馏塔的设计2、工艺操作条件：工艺条件：进料乙烯含量（表内）% (摩尔百分数，下同)；年开工8000小时。

塔顶乙醇含量不低于（表内）％，釜液乙醇不高于含量（表内）%设计条件：常压atm（绝压）塔顶全凝器泡点回流P1单板压降≤0.7kPa·塔顶浓度为含乙醇93%（摩尔分率），产量为2万吨/年；·塔釜为饱和蒸汽间接加热，从塔釜出来的残液中乙醇浓度要求不大于0.3%（摩尔分率）；x（％，摩尔分率）：F x=20F。

·塔顶采用全凝器，泡点回流，回流比：R=1.3Rmin3、设计任务：完成工艺设计与计算，画出塔板负荷性能图，有关附属设备的设计与选型，绘制工艺流程图和塔的工艺条件图，编写设计说明书。

目录化工原理课程设计任务书 (I)摘要 (V)前言 (6)查新 (7)绪论 (9)§1.1设计背景 (9)§1.2设计方案 (9)§1.3 设计思路 (9)§1.4选塔依据 (10)第一章精馏塔的工艺设计 (11)§ 1.1全塔工艺设计计算 (10)1.1.1产品浓度的计算和进料组成确定 (10)1.1.2平均相对挥发度的计算 (10)1.1.3最小回流比的确定 (11)1.1.4物料衡算 (11)1.1.5精馏段和提馏段操作线 (11)1.1.6逐板法确定理论板数及理论加料板位置 (11)1.1.7全塔效率、实际塔板数及加料位置 (13)第二章板式塔主要工艺尺寸的设计计算 (14)§ 2.1 塔的工艺条件及物性数据计算 (14)2.1.1操作压强 P (14)2.1.2操作温度 T (14)2.1.3塔内各段气、液两相组分的平均分子量 (15)2.1.4精馏段和提馏段各组分的密度 (15)2.1.5液体表面张力的计算 (18)2.1.6液体粘度μm (21)2.1.7相对挥发度 (22)2.1.8混合物的粘度 (22)2.1.9气液负荷计算 (22)§2.2塔和塔板的主要工艺尺寸的计算 (23)2.2.1塔径 D (23)2.2.2液流形式、降液管及溢流装置等尺寸的确定 (24)2.2.3塔板布置 (25)2.2.4筛孔数 n 及开孔率φ (26)2.2.5塔有效高度Z (26)2.2.6塔高的计算 (27)§2.3筛板塔的流体力学校核 (27)2.3.1板压降的校核 (27)2.3.2液沫夹带量eV的校核 (28)2.3.3漏液点的校核 (28)2.3.4溢流液泛条件的校核 (28)§2.4塔板负荷性能图 (29)2.4.1漏液线 (29)2.4.2液沫夹带线 (29)2.4.3 液相负荷下限线 (30)2.4.4 液相负荷上限线 (31)2.4.5溢流液泛线 (31)2.4.6 塔气液负荷性能图 (32)2.4.7 热量衡算： (33)第三章塔的附属设备的计算 (36)§3.1塔顶冷凝器设计计算 (36)3.1.1 确定设计方案 (36)3.1.2 确定物性数据 (36)3.1.3热负荷Q的计算 (36)3.1.4传热面积的计算 (36)3.1.5换热器工艺结构尺寸 (37)3.1.6 核算总传热系数K0 (38)1.管程表面传热系数计算 (39)2. 计算壳程对流传热系数 (39)3. 确定污垢热阻RS (39)4. 核算总传热系数K0 (39)5. 传热面积裕度 (40)3.1.7 壁温核算 (40)3.1.8 换热器内流体的流动阻力（压降） (40)§3.2 接管设计 (41)3.2.1进料管 (41)3.2.2 回流管 (41)3.2.3釜液出口管 (42)3.2.4塔顶蒸汽管 (42)3.2.5加热蒸汽管 (42)3.2.6管线设计结果表 (42)§3.3 泵的选型 (43)第四章设计结果汇总 (45)结束语 (47)参考文献 (48)主要符号说明 (49)附录 (51)摘 要化工生产常需进行液体混合物的分离以达到提纯或回收有用组分的目的，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。

化工原理课程设计任务书设计题目：乙醇一一水筛板式精懈塔的设计设计条件：・常压：P=0. 92atm（绝压）；•原料来自粗镭塔，为95°C〜96°C饱和蒸汽，由于沿途热损失，进精憾塔时，原料温度约为90°C；•塔顶浓度为含乙醇92.41% （质量分率）的酒精，产量为25吨/天；•塔釜为饱和蒸汽直接加热，从塔釜出来的残液中乙醇浓度要求不大于0. 034% （质量分率）；•塔顶采用全凝器，泡点回流，回流比：R二（1. 1一2. 0）乂汰。

设计任務：1.完成该精憎塔工艺设计（包括塔顶冷凝器及进出口管路的设计与选型）。

2.画出带控制点的工艺流程图、塔板负荷性能图、精镭塔工艺条件图。

3.写出该精谓塔设计说明书，包括设计结果汇总及设计评价。

试针目感:W06耳吃R至2006年1月摘要 (1)引言 (2)第一章绪论 (3)§1」设计背景 (3)1.1.1发酵法. (3)1.1.2乙烯水合法. (4)1.1.3英他方法. (4)§1.2设计方案 (4)§ 1.3设计思路 (5)§1.4选塔依据 (6)第二章精馅塔的工艺设计 (7)§2.1全塔工艺设计计算 (7)2.1.1产品浓度的计算和进料组成确定 (7)2.1.2 q线方程的确定: (9)2.1.3平均相对挥发度的计算. (10)2.1.4最小回流比和适宜回流比的选取 (10)2.7.5物料衡算. (10)2.1.6精懈段和提懈段操作线 (11)2.1.7逐板法确泄理论板数. (11)2.1.8全塔效率、 (12)2.1.9实际塔板数及实际加料位置 (13)第三章板式塔主要工艺尺寸的设计计算 (14)§3.1塔的工艺条件及物性数据计算 (14)3丄1操作压强P (14)3丄2操作温度T. (14)3丄3塔内各段气、液两相组分的平均分子量 (14)3.1.4精懈段和提懈段各组分的密度. (15)3.1.5液体表而张力的计算. (16)3.L6液体粘度Pm (16)3.17气液负荷计算. (17)§ 3.2塔和塔板的主要工艺尺寸的计算 (17)3.2.1 塔径 D (17)322液流形式、降液管及溢流装宜等尺寸的确定 (19)3.1.4筛孔数n及开孔率＜p (20)3.15塔有效高度乙 (21)3.1.6塔高的计算. (21)§3.3筛板塔的流体力学校核 (22)3.3.1板压降的校核. (22)3.3.2液沫夹带量e\，的校核. (23)3.3.3溢流液泛条件的校核. (24)3.3.4液体在降液管内停留时间的校核. (24)3.3.5漏液点的校核. (25)§3.4塔板负荷性能图 (26)3.4.1液相负荷下限线 (26)3.4.2液相负荷上限线 (26)343漏液线（气相负荷下限线） (26)3.4.4过量液沫夹带线（气相负荷上限线） (27)3.4.5溢流液泛线 (28)3.4.6塔气液负荷性能图. (30)第四章塔的附属设备的计算 (33)§4.1塔顶冷凝器设计计算 (33)4.1.1确定设计方案. (33)4.1.2确定物性数据. (33)4.1.3热负荷Q的计算. (33)4.1.4传热而积的计算. (33)4. 1. 5换热器工艺结构尺寸 (34)4.1.5核算总传热系数K。

化工原理课程设计乙醇和水筛板精馏塔
一、工艺原理
乙醇和水筛板精馏塔是一种以乙醇为介质的广泛应用的化学反应设备。

这种精馏塔主要是利用乙醇对水的抽提分离物质的蒸馏和沉淀形式，在乙醇中达到分离的目的。

其操作原理是：将一定比例的乙醇与水混合，通过螺杆螺桶升温，使乙醇蒸馏，吸收乙醇汽体并伴随水汽在热力学过程中分离开。

因此，当这两种物质同时沉淀分离时，乙醇和水就可以通过这种方法获得更纯净的液体。

通过这个过程，物质也可以进行混合或有机溶剂的分离。

二、工艺流程
1.投料：将水混合物经过投料口，均匀的进入精馏塔管内。

2.抽提：采用乙醇为介质，出口的温度和压强维持一定的范围，当介质达到一定温度时，可使水和有机溶剂通过抽提过程进行分离。

3.进料：将经过抽提的液体经过调节阀再次进料，使乙醇连续循环。

4.净化：当液体进行循环抽提时，可使有机溶剂、水和乙醇通过滤筛板分离，达到净化的效果，经过多次的净化过程，乙醇的干净度可以达到99%以上。

5.出料：乙醇和水筛板精馏塔中的液体通过调节阀分别流入工艺和控制系统中，其中纯乙醇可作为常温下的产品出料。

三、应用领域
1、医药：
乙醇和水筛板精馏塔可以用来分离生物分子，如蛋白质、多肽、核酸和抗体等.因为乙醇有很好的气溶能力，也可以用乙醇作为载体进行药物的辅料成分分离和分离。

2、催化：
乙醇的介质有利于催化剂的活性，可以使催化剂在乙醇环境中进行催化反应，从而获得合成催化剂所需的原料。

3、有机溶剂：
乙醇可以用作有机溶剂，特别是对一些有机物质有良好的溶解效果。

在乙醇和水
筛板精馏塔的应用中，可以实现在有机溶剂中分离固体物质的目的。

化工原理课程设计-乙醇-水精馏塔设计.doc化工原理课程设计：乙醇-水精馏塔设计一、设计任务本设计任务是设计一个乙醇-水精馏塔，用于分离乙醇和水混合物。

给定混合物中，乙醇的含量为30%，水含量为70%。

设计要求塔顶分离出95%以上的乙醇，塔底剩余物中水含量不超过5%。

二、设计方案1.确定理论塔板数根据给定的乙醇含量和设计要求，利用简捷计算法计算理论塔板数。

首先确定乙醇的回收率和塔顶产品的浓度，然后根据简捷计算公式计算理论塔板数。

2.塔的总体积和尺寸根据理论塔板数和每块理论板的液相体积流量，计算塔的总体积。

根据总体积和塔内件设计要求，确定塔的外形尺寸。

3.塔内件设计塔内件包括溢流管、进料口、冷凝器、再沸器和出口管等。

溢流管的尺寸和形状应根据塔径和物料性质进行设计。

进料口的位置和尺寸应根据进料流量和进料组成进行设计。

冷凝器和再沸器应根据物料的热力学性质和工艺要求进行设计。

出口管应根据塔径和出口流量进行设计。

4.塔板设计每块塔板的设计包括板上液相和气相的流动通道、堰和降液管等。

根据物料的物理性质和操作条件，确定液相和气相的流动通道尺寸和形状。

堰的高度和形状应根据液相流量和操作条件进行设计。

降液管的设计应保证液相流动顺畅且无滞留区。

5.塔的支撑结构和保温根据塔的外形尺寸和操作条件，设计支撑结构的形状和尺寸。

考虑保温层的设置，以减小热量损失。

三、设计计算1.确定理论塔板数根据简捷计算法，乙醇的回收率为95%，塔顶产品的乙醇浓度为95%。

通过简捷计算公式，得到理论塔板数为13块。

2.塔的总体积和尺寸每块理论板的液相体积流量为0.01m3/min，因此总体积为0.013m3/min。

考虑一定裕度，确定塔的外径为0.6m，高度为10m。

3.塔内件设计溢流管的尺寸为Φ10mm，形状为直管上升式。

进料口的位置位于第3块理论板处，尺寸为Φ20mm。

冷凝器采用列管式换热器，再沸器采用釜式再沸器。

出口管采用标准出口管，直径为Φ20mm。

化工原理课程设计任务书设计题目：乙醇——水筛板式精馏塔的设计设计条件：·常压：P=1atm(绝压)；·原料来自粗馏塔，为95℃～96℃饱和蒸汽，由于沿途热损失，进精馏塔时，原料温度约为91℃；·塔顶浓度为含乙醇92.41%（质量分率），产量为25吨/天；·塔釜为饱和蒸汽直接加热，从塔釜出来的残液中乙醇浓度要求不大于0.03%（质量分率）；。

·塔顶采用全凝器，泡点回流，回流比：R=（1.1—2.0）Rmin设计任务：1.完成该精馏塔工艺设计（包括塔顶冷凝器及进出口管路的设计与选型）。

2.画出带控制点的工艺流程图、塔板负荷性能图、精馏塔工艺条件图。

3.写出该精馏塔设计说明书，包括设计结果汇总及设计评价。

化工原理课程设计任务书 ............................................ 摘要.. (4)前言 (5)绪论 (8)§1.1设计背景 (8)§1.2设计方案 (8)§1.3设计思路 (8)§1.4选塔依据[3] (9)第二章精馏塔的工艺设计 (10)§2.1全塔工艺设计计算 (10)2.1.1产品浓度的计算和进料组成确定 (10)2.1.2 Q线方程的确定： (10)2.1.3平均相对挥发度的计算 (10)2.1.4最小回流比和适宜回流比的选取 (11)2.1.5物料衡算 (11)2.1.6精馏段和提馏段操作线 (12)2.1.7逐板法确定理论板数 (12)2.1.8全塔效率 (12)2.1.9实际塔板数及实际加料位置 (13)第三章板式塔主要工艺尺寸的设计计算 (14)§3.1塔的工艺条件及物性数据计算 (14)3.1.1操作压强P (14)3.1.2操作温度T (14)3.1.3塔内各段气、液两相组分的平均分子量 (14)3.1.4精馏段和提馏段各组分的密度[8] (15)3.1.5液体表面张力的计算 (16)3.1.6液体粘度ΜM (16)3.1.7气液负荷计算 (17)精馏段气液负荷计算 (17)提馏段气液负荷计算 (17)§3.2塔和塔板的主要工艺尺寸的计算 (18)3.2.1塔径D (18)3.2.2液流形式、降液管及溢流装置等尺寸的确定 (20)3.2.3塔板布置 (20)3.2.4筛孔数N 及开孔率Φ (21)3.2.5塔有效高度Z (22)3.2.6塔高的计算[5] (22)§3.3筛板塔的流体力学校核[2] (22)3.3.1板压降的校核 (22)3.3.2液沫夹带量E V的校核 (24)3.3.3溢流液泛条件的校核 (24)3.3.4液体在降液管内停留时间的校核 (25)3.3.5漏液点的校核 (25)§3.4塔板负荷性能图[2] (26)3.4.1液相负荷下限线 (26)3.4.2液相负荷上限线 (26)3.4.3漏液线（气相负荷下限线） (26)3.4.4过量液沫夹带线（气相负荷上限线） (27)3.4.5溢流液泛线 (28)3.4.6塔气液负荷性能图 (28)3.4.7热量衡算： (29)进入系统的热量 (29)离开系统的热量 (30)热量衡算式： (30)第四章塔的附属设备的计算 (31)§4.1塔顶冷凝器设计计算 (31)4.1.1确定设计方案 (31)4.1.2确定物性数据 (31)4.1.3热负荷Q的计算 (31)4.1.4传热面积的计算 (31)4.1.5换热器工艺结构尺寸 (32)4.1.6核算总传热系数K0 (33)1.管程表面传热系数计算： (33)2.计算壳程对流传热系数 (34)3.确定污垢热阻RS (34)4.核算总传热系数K0 (34)5.传热面积裕度： (35)4.1.7壁温核算 (35)4.1.8换热器内流体的流动阻力（压降） (36)§4.2接管设计 (36)4.2.1进料管 (36)4.2.2回流管 (36)4.2.3釜液出口管 (37)4.2.4塔顶蒸汽管 (37)4.2.5加热蒸汽管 (37)4.2.6管线设计结果表 (37)§4.3泵的选型 (38)第五章设计结果汇总 (39)结束语 (41)参考文献 (42)主要符号说明 (43)附录 (45)摘 要化工生产常需进行液体混合物的分离以达到提纯或回收有用组分的目的，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。

化工原理课程设计任务书 (2)一设计题目：乙醇－水连续精馏筛板塔的设计 (2)二设计任务 (2)三操作条件 (2)四设计要求 (2)五设计说明书的要求 (2)六时间及地点 (2)第一章前言 (3)第二章绪论 (3)2.1设计方案 (3)2.2选塔依据 (4)2.3设计思路 (4)第三章塔板的工艺设计 (5)3.1物料衡算 (5)3.2塔板数的确定 (5)3．3热量衡算 (9)3.4精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (10)3.5精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (13)3.6塔板主要工艺尺寸 (16)第四章筛板的流体力学验算 (18)4.1塔板压降 (18)4.2液沫夹带量 (20)4.3漏液 (20)4.4液泛 (20)4.5塔板负荷 (21)第五章附属设备及主要附件的选型和计算 (24)5.1附属设备设计 (24)5.2其它构件 (25)第六章塔总体高度的设计 (27)6.1塔的顶部空间高度 (27)6.2塔的底部空间高度 (27)6.3塔总体高度 (27)第七章筛板塔的工艺设计结果汇总 (27)第八章设计评述及心得 (29)第九章参考文献 (30)化工原理课程设计任务书一 设计题目：乙醇－水连续精馏筛板塔的设计 二 设计任务(1)原料液中乙醇含量：质量分率=27%（质量），其余为水。

(2)塔顶产品中乙醇含量不得低于94%（质量分率）。

(3)残液中乙醇含量不得高于0.2%（质量分率）。

(4)生产能力：45000t/y 乙醇产品，年开工330天。

三 操作条件（1）精馏塔塔顶压强：4.0kPa(表压) （2）进料热状态：50F t =℃ （3）回流比：min R 1.5R = （4）单板压降：0.7kPa ≤ （5） 冷凝器冷却剂：水 （6）冷却剂温度122540t ==℃;t ℃ （7）再沸器加热剂：饱和水蒸气，压力：P=3atm(表压)，热损失：1B Q 5%Q = 四 设计要求(1)对精馏过程进行描述 (2)对精馏过程进行物料衡算和热量衡算 (3)对精馏塔进行设计计算 (4)对精馏塔的附属设备进行选型(5)画一张精馏塔的装配图。

乙醇_水连续精馏筛板塔的设计说明乙醇-水连续精馏筛板塔的设计是为了分离乙醇和水这两种具有相似沸点的液体，旨在提高分离效率和产品纯度。

以下是该塔的设计说明，包括设计原理、操作参数及优化措施。

一、设计原理：乙醇-水连续精馏筛板塔的设计基于质量传递和相互溶解的原理，通过不同的工艺参数，使得乙醇和水分别在各自的汽液平衡条件下达到浓缩和净化的目的。

二、操作参数：1.塔盘布局：筛板塔通常采用倾斜式布局，乙醇-水连续精馏塔的塔盘数量和布局需要根据实际情况来确定。

常见的布局方式有竖直反流、倾斜面反流和倾斜织布式等。

2.进料方式：乙醇-水混合物通过一些塔板上的进料口进入塔中，一般采用均匀分布的喷淋器进行进料，以确保混合物能够均匀地覆盖整个塔板面积。

3.塔底回流比：为了提高塔的分离效率和稳定性，需要调整乙醇-水混合物的塔底回流比，一般控制在10-100之间，具体数值取决于乙醇和水的性质以及产品纯度的要求。

4.塔顶压力：塔顶压力的选择对塔的分离效率和产量有重要影响。

过高的顶压可能导致乙醇的损失，而过低的顶压则会影响分离效果。

三、优化措施：为了提高乙醇-水连续精馏筛板塔的分离效率和产品纯度，可以采取以下优化措施：1.适当增加塔盘数量：增加塔盘数量可以增加物质在塔中的停留时间，有利于乙醇和水的分离。

2.优化塔盘布局：选择合适的塔盘布局，使得气液流动均匀、阻力小，有利于提高分离效果。

3.控制塔底回流比：根据乙醇和水的性质和产品纯度要求，选择适当的塔底回流比，以提高分离效率并减少乙醇的损失。

4.精确控制塔顶和塔底温度：通过控制塔顶和塔底温度的变化，可以调整两种液体在塔中的沸点差异，提高分离效果。

5.使用适当的填料：填料是影响乙醇-水连续精馏筛板塔性能的重要因素，选择适当的填料可以提高传质效率和阻力噪声比。

6.操作控制：严格控制进料流量、塔顶流量和塔底回流比，合理调整操作参数，以达到最佳的分离效果和产品纯度。

总结：乙醇-水连续精馏筛板塔的设计是为了分离乙醇和水这两种具有相似沸点的液体。

《化工原理》课程设计乙醇—水筛板塔分离设计学院专业班级姓名学号指导教师目录(一) 设计方案的确定 (3)(二) 精馏塔的物料衡算 (4)2.1原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数 (4)2.2 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 (4)2.3 物料衡算 (4)(三) 塔板数的确定 (4)3.1理论塔板数N T的求取 (4)3.1.1乙醇与水的平均相对挥发度的计算 (4)3.1.2最小回流比及操作回流比计算 (5)3.1.3求精馏塔的气、液相负荷 (5)3.1.4逐板法求塔板数 (5)3. .2实际板层数的求取 (6)（四）精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (6)4.1操作压力的计算 (6)4.2操作温度计算 (6)4.3 平均摩尔质量计算 (7)4.4 平均密度计算 (7)4.5 液体片平均表面张力计算 (8)4.6液体平均黏度的计算 (9)（五）精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (9)5.1塔径的计算 (9)5.2 精馏塔有效高度的计算 (10)(六)塔板主要工艺尺寸的计算 (11)6.1溢流装置计算 (11)6.1.1堰长l w (11)6.1.2溢流堰高度h w (11)6.1.3弓形降液管宽度W d和截面积A f (11)6.1.4 降液管底隙高度 h0 (11)6.2 塔板布置 (12)6.2.1塔板的分块 (12)6.2.2边缘区宽度确定 (12)6.2.3 开孔区面积的计算 (12)6.2.4 筛孔计算及其排列 (12)(七) 塔板的流体力学验算 (12)7.1 塔板压降 (13)7.1.1 干板阻力hc 计算 (13)7.1.2气体通过液层的阻力h1 计算 (13)7.1.3液体表面张力阻力hσ计算 (13)7.2液面落差 (13)7.3液沫夹带 (13)7.4漏液 (14)7.5 液泛 (14)（八）塔板负荷性能图 (14)8.1漏液线 (14)8.2液沫夹带线 (15)8.3 液相负荷下限线 (15)8.4 液相负荷上限线 (16)8.5 液泛线 (16)（九）精馏塔接管尺寸计算 (17)9.1 塔顶蒸汽出口管径计算 (17)9.2回流液管径计算 (17)9.3加料管径计算 (18)9.4 塔底釜液出口 (18)(十)所设计筛板塔的主要结果汇总如下表 (18)（十一）设计过程的评述和讨论 (19)(一)设计方案的确定本设计任务为分离乙醇—水的混合物。