化工原理课程设计-酒精连续精馏板式塔设计资料

第一章化工原理课程设计任务书 (4)一．题目：酒精连续精馏板式塔的设计 (4)二．原始数据 (4)三．任务 (4)四．作业份量 (4)第二章设计方案 (5)一．概述 (5)二．设计要求 (5)三．设计方案的确定 (5)四．设计方案的确定 (6)第三章设计计算与论证 (7)第一节工艺条件和物性参数计算 (7)一．将质量分数转换成摩尔分数 (7)二．物料衡算 (7)三．理论塔板数N T的求取（图解法） (7)3）提馏段方程： (9)四．全塔效率E T (9)五．实际塔板数 (10)六．塔的工艺条件以物料数据计算 (10)第二节塔的主要工艺尺寸计算 (14)一．塔径D (14)二．溢流装置 (15)三．塔板步置及浮阀数目与排列 (16)第三节塔板的流体力学验算 (19)一．阻力计算 (19)二.淹塔较核（液泛较核） (20)三.雾沫夹带较核 (21)第四节塔板性能负荷图 (22)一．精馏段 (22)1.雾沫夹带线① (22)2.液泛线② (23)3.液相负荷上限线③ (24)4. 液相负荷下限线④ (24)5.漏液线⑤ (25)6.作出负荷性能图 (25)第五节主要接管尺寸计算 (26)一．进料管 (26)二．回流管 (27)三．釜液出口管 (27)2《化工原理》课程设计四．塔顶蒸汽管 (27)五．加热蒸汽管（再沸器返塔蒸汽管） (28)第六节塔的辅助设备 (28)一．塔顶全凝器 (28)二．再沸器 (29)三．塔顶冷却器 (29)四．塔釜残液冷凝器 (30)五．进料预热器 (30)六．全凝器校核 (31)第七节塔的总体结构 (32)一．塔壁厚δ (32)二．塔的封头确定 (32)三．塔高 (32)四．塔的支座 (33)第四章设计结果汇总 (34)一．基本数据 (34)二．塔体概况 (34)第五章设计感想 (36)参考文献37第一章化工原理课程设计任务书一．题目：酒精连续精馏板式塔的设计二．原始数据1、乙醇－水混合物，含乙醇 36 %（质量），温度 33 ℃;2、产品：馏出液含乙醇 91 %（质量），温度 39 ℃;按间接蒸汽加热计;3、塔底出料: 塔底液含乙醇 0.03 %（质量）4、生产能力：日产酒精（指馏出液） 12000 kg;5、热源条件：加热蒸汽为饱和蒸汽，其绝对压强为 0.255 MPa。

12345678910 min(2)'0.7790.6780.789''0.6780.55D q q q x y R y x --===-- 所以，min min(2)0.854R R ==可取操作回流比min 1.2(/ 1.4)R R R ==3.2 塔顶产品产量、釜残液量的计算以年工作日为300天，每天开车24小时计，进料量为：3150001080.5/3002425.88F kmol h ⨯==⨯⨯ 由全塔的物料衡算方程可写出：F D W =+ 28.79/D kmol h =f D W Fx Dx Wx =+ 51.71/W kmol h =3.6 全塔效率的估算用奥康奈尔法('O conenell )对全塔效率进行估算： 由相平衡方程式1(1)xy xαα=+-可得(1)(1)y x x y α-=-根据乙醇~水体系的相平衡数据可以查得：10.7788D y x == 10.739x =(塔顶第一块板)0.511f y = 0.170f x =(加料板)0.002w x = 0.024w y =(塔釜)取'80t mm =时画出的阀孔数目只有60个，不能满足要求，取'65t mm =画出阀孔的排布图如图1所示，其中75,'65t mm t mm ==总阀孔数目为49N =个5.3.3 校核气体通过阀孔时的实际速度：02049.6/SV u m s d Nπ== 实际动能因数：09.6 1.03359.76F =⨯=(在9~12之间) 开孔率：220(0.039)49100%100%11.6%440.5024T d N A ππ⨯⨯⨯=⨯==⨯阀孔面积塔截面积开孔率在10%~14之间，满足要求。

6. 流体力学验算6.1 气体通过浮阀塔板的压力降(单板压降)p h33max min ()0.931/,()0.378/S S V m s V m s ==所以，塔的操作弹性为0.931/0.378 2.463=有关该浮阀塔的工艺设计计算结果汇总于表7表7 浮阀塔工艺设计计算结果项目 数值与说明备注 塔径,D m 0.8 板间距,T H m 0.4 塔板型式 单溢流弓形降液管 分块式塔板空塔气速,/u m s 1.476 溢流堰长度,W l m 0.600 溢流堰高度,W h m 0.05 板上液层高度,L h m0.0131。

目录第一章绪论...................................一、设计题目：...........................二、设计任务及操作条件：.................三、设计任务：........................... 第二章课程设计报告内容......................一、设计方案的确定.......................二、精馏塔的物料衡算.....................三、塔板数的确定.........................四、精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算五、精馏塔的塔体工艺尺寸计算...................六、塔板主要工艺尺寸的计算...............七、筛板的流体力学验算...................八、塔板负荷性能图.......................九、各接管尺寸计算.......................十、筛板塔的工艺设计计算结果总表......... 第三章总结...................................参考文献错误！未定义书签。

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(2) (3) (4)错误！未定义书签。

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........12 未定义书签。

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(24)错误！错误！错误！错误！第一章绪论一、 设计题目乙醇一水溶液连续精馏板式塔设计 二、 设计任务及操作条件设计任务 生产能力（进料量） 20000 进料组成 _________ 18% ___________ 塔顶产品组成 ___________ 89% 塔底产品组成 _______ < 1% _________操作条件 操作压力 4k Pa （表压） 进料热状态 自 选 ____________ 单板压降： 全塔效率：塔板的型式 厂 工作日：每年300天，每天24小时连续运行。

丽水学院化工专业课程设计题目专业化学工程与工艺班级化工071本组员指导教师2010 年 5 月17 日至2010 年 5 月30 日任务分配项目综述：工艺流程设计：工艺流程的计算：设备计算与选型：周项目选址与产房布置：编写设计说明书：化工原理课程设计任务书（化工071本组长：）一设计题目：分离乙醇－水连续板式精馏塔的设计二原始数据及条件生产能力：年处理乙醇-水混合液4.5万吨（开工率8000小时/年）原料：乙醇含量为95%（质量百分比，下同）的常温液体分离要求：塔顶乙醇含量不低于99.9%建厂地址：金华市区一设计题目乙醇—水二元物系板式精馏塔的设计二设计条件(1)原料来自原料罐，温度20℃，乙醇含量52%（质量分率）；原料处理量为1100kg/h。

(2)产品组成：乙醇含量 99.9%（质量分率）。

(3)釜液组成：乙醇浓度﹤0.2%（质量分率）。

(4)塔顶压力：。

(5)精馏塔进料状态为泡点进料。

(6)塔釜为饱和蒸汽直接加热。

三设计内容(1)确定工艺流程。

(2)精馏塔的物料衡算。

(3)塔板数的确定。

(4)精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算。

(5)精馏塔塔体工艺尺寸的计算。

(6)塔板板面布置设计。

(7)塔板的流体力学验算与负荷性能图。

(8)精馏塔接管尺寸计算。

(9)塔顶全凝器工艺设计计算和选型。

(10)进料泵的工艺设计计算和选型。

(11)带控制点的工艺流程图、塔板板面布置图、精馏塔设计条件图。

(12)设计说明书。

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。

精馏操作在化工、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非常重要的。

塔设备是化工、炼油生产中最重要的设备类型之一。

本次设计的筛板塔是化工生产中主要的气液传质设备。

课程设计说明书课程名称：化工原理课程设计题目：乙醇-水分离过程板式连续精馏塔设计学生姓名：*** 学号： ************ 系别：环境与建筑工程系专业班级：指导老师：2012年5月目录1.设计方案确定 (1)2 操作条件和基础数据 (2)3 精馏塔的物料衡算 (2)3.1 原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 (2)3.2 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 (2)3.3 料液及塔顶、塔底产品的摩尔流率 (2)3.4热量衡算 (3)4 塔板数的确定 (7)4.1 理论板层数NT的求取 (7)4.1.1求最小回流比及操作回流比 (7)5 精馏塔的工艺条件及相关物性数据的计算： (10)5.1填料的选择 (15)6 塔径设计计算 (16)7填料层高度的计算 (18)8附属设备及主要附件的选项计算 (19)8.1 冷凝器 (19)8.2 加热器 (20)8.3 塔管径的计算及选择 (20)8.4 液体分布器 (21)8.5 填料及支撑板的选择 (23)8.6 塔釜设计 (23)8.7塔的顶部空间高度 (24)8.8人孔的设计 (24)8.9裙座的设计 (24)9 对设计过程的评述和有关问题的讨论 (25)9.1 进料热状况的选取 (25)9.2 回流比的选取 (26)9.3 理论塔板数的确定 (26)10设计结果的自我总结与评价 (26)参考文献 (28)1 设计方案确定泡点进料，将原料液通过预热器加热至泡点后送入精馏塔内。

塔顶上升蒸气采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，其余部分经产品冷却器冷却后送至储罐。

该物系属易分离物系，回流比较大，故操作回流比取最小回流比的1.1倍。

塔釜采用直接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。

规整填料塔与筛板塔相比，有以下优点1)压降非常小。

气相在填料中的液相膜表面进行对流传热、传质不存在塔板上清液层及筛孔的阻力。

在正常情况下规整填料的阻力只有相应筛板塔阻力的1/5~1/62)热、质交换充分分离效率高使产品的提取率提高3)操作弹性大不产生液泛或漏液所以负荷调节范围大适应性强。

塔板式精馏塔设计(图文表)（一）设计方案的确定本设计任务为乙醇-水混合物。

设计条件为塔顶常压操作，对于二元混合物的分离，应采用连续精馏流程。

酒精精馏与化工精馏过程不同点就在于它不仅是一个将酒精浓缩的过程，而且还担负着把粗酒精中50多种挥发性杂质除去的任务，所以浓缩酒精和除去杂质的过程在酒精工业中称为精馏。

物料中的杂质基本上是在发酵过程中生成的，只是很少数的杂质是在蒸煮和蒸馏过程中生成的。

本次设计的精馏塔用板式塔，内部装有塔板、降液管、各种物料的进出口及附属结构（如全凝器等）。

此外，在塔板上有时还焊有保温材料的支撑圈，为了方便检修，在塔顶还装有可转动的吊柱。

塔板是板式塔的主要构件，本设计所用的塔板为筛板塔板。

筛板塔的突出优点是结构简单造价低，合理的设计和适当的操作能使筛板塔满足要求的操作弹性，而且效率高，并且采用筛板可解决堵塞问题，还能适当控制漏液。

设计中采用泡点进料，将原料液通过预热器加热至泡点后送人精馏塔内。

塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，其余部分经产品冷却器冷却后送至储罐。

该物系属不易分离物系，最小回流比较小，采用其1.5倍。

设计中采用图解法求理论塔板数，在溢流装置选择方面选择单溢流弓形降液管。

塔釜采用间接蒸汽加热，塔顶产品经冷却后送至储罐。

（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 M 乙醇=46kg/kmol纯水的摩尔质量 M 水 =18kg/kmolx F =18/65.046/35.046/35.0+=0.174x D =18/1.046/9.046/9.0+=0.779x W =46/995.018/005.018/005.0+=0.0022.原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量M F =0.174×46＋18×(1-0.174)= 22.872 kg/kmol M D =0.779×46＋18×(1-0.779)= 39.812 kg/kmol M W =0.002×46＋18×(1-0.002)= 18.056 kg/kmol3.物料衡算 D=30024812.3948000000⨯⨯=167.454 kmol/hF=D+WF ·x F =D ·x D +W ·x W解得 F=756.464 kmol/h W=589.01 kmol/h｛（三）塔板数的确定1.回流比的选择由任务书提供的乙醇-水物系的气液平衡数据绘出x-y 图；由于设计中选用泡点式进料，q=1，故在图中对角线上自点a（x D,x D）作垂线，与Y轴截距oa=x D/(R min+1)=0.415 即最小回流比R min=x D/oa-1=0.877取比例系数为1.5，故操作回流比R为R=1.5×0.877=1.3162.精馏塔的气液相负荷的计算L=RD=1.316×167.454=220.369 kmol/hV=L+D=(R+1)D=2.316×167.454=387.823 kmol/h L ’=L+qF=220.369+756.464=976.833 kmol/h V ’=V+(q-1)F=V=387.823 kmol/h3.操作线方程精馏段操作线方程为 y=1+R R x+11+R x D =1316.1316.1+x+11.3161+×0.779即：y=0.568x+0.336提馏段操作线方程为y=F q D R qF RD )1()1(--++x-F q D R DF )1()1(--+-x W=1.316*167.454+1*756.464(1.316+1)*167.454x-756.464167.454(1.3161)*167.454-+×0.002 即：y=2.519x-0.0034.采用图解法求理论塔板数塔顶操作压力P D=101.3 KPa单板压降△P=0.7 kPa进料板压力P F=0.7×18+101.3=113.9 kPa塔底操作压力P W=101.3+0.7×26=119.5 kPa精馏段平均压力P m=(101.3+113.9)/2=107.6 kPa 压力P m=(113.9+119.5)/2=116.7 kPa2.操作温度计算计算全塔效率时已知塔顶温度t D=78.43 o C进料板温度 t F=83.75 o C塔底温度t W=99.53 o C精馏段平均温度t m=(t D+t F)/2=(78.43+83.75)/2=81.09 o C提馏段平均温度t m=(t W+t F)/2=(99.53+83.75)/2=91.64 o C3.平均摩尔质量计算塔顶平均摩尔质量计算由x D=y1=0.779 查上图可得x1=0.741M VDm=0.779×46+(1-0.779)×18=39.812 g/molM LDm=0.741×46+(1-0.741)×18=38.748 g/mol进料板平均摩尔质量计算 t f=83.74 o C由y F=0.518 查上图可得x F=0.183M VFm =0.518×46+(1-0.518)×18=32.504 g/mol M LFm =0.183×46+(1-0.183)×18=23.124 g/mol 精馏平均摩尔质量M Vm =( M VDm + M VFm )/2=36.158 g/molM Lm =( M LDm + M LFm )/2=30.936 g/mol4.平均密度计算气相平均密度计算由理想气体状态方程计算，即ρVm =RT PMv =)15.27309.81(314.8158.366.107+⨯⨯=1.321 kg/m 3 液相平均密度计算液相平均密度依1/ρLm =∑αi /ρi 计算 塔顶液相平均密度计算t D =78.43 o C 时 ρ乙醇=740 kg/m 3 ρ水=972.742 kg/m 3ρLDm =)742.972/1.0740/9.0(1+=758.14 kg/m 3进料板液相平均密度计算t F =83.75 o C 时 ρ乙醇=735 kg/m 3 ρ水=969.363 kg/m 3ρLFm =)363.969/636.0735/364.0(1+=868.554 kg/m 3塔底液相平均密度计算t W =99.53 o C 时 ρ乙醇=720 kg/m 3 ρ水=958.724 kg/m 3ρLWm =)724.958/995.0720/005.0(1 =957.137 kg/m 3精馏段液相平均密度计算ρLm =(ρLFm +ρLDm )/2=(758.14+868.554)/2=813.347 kg/m 3提馏段液相平均密度计算ρLm =(ρLFm +ρLWm ）/2=(957.137+868.554)/2=912.846 kg/m 35.液体平均表面张力计算液体平均表面张力依σLm =∑x i σi 计算塔顶液相平均表面张力计算t D =78.43时 σ乙醇=62.866 mN/m σ水=17.8 mN/m σLDm =0.779×17.8+0.221×62.886=84.446 mN/m 进料板液相平均表面张力计算t F =83.75时 σ乙醇=61.889 mN/m σ水=17.3 mN/m σLFm =0.183×17.3+0.817×61.889=53.729 mN/m 塔底液相平均表面张力计算t W =99.53时 σ乙醇=58.947 mN/m σ水=15.9 mN/m σLWm =0.005×15.9+0.995×58.947=58.732 mN/m 精馏段液相平均表面张力计算σLm =(84.446+53.729)/2=69.088 mN/m 提馏段液相平均表面张力计算σLm =(58.732+53.729)/2=56.231 mN/m6.液体平均粘度计算液体平均粘度依lgμLm=∑x i lgμi计算塔顶液相平均粘度计算t D=78.43o C时μ乙醇=0.364mPa·s μ水=0.455 mPa·slgμLDm=0.779lg(0.455)+0.221lg(0.364)=-0.363μLDm =0.436 mPa·s进料液相平均粘度计算t F=83.75 o C时μ乙醇=0.341mPa·s μ水=0.415 mPa·slgμLFm=0.183lg(0.415)+0.817lg(0.341)=-0.452μLFm=0.353 mPa·s塔底液相平均粘度计算t W=99.53 o C时μ乙醇=0.285mPa·s μ水=0.335 mPa·slgμLWm=0.002lg(0.335)+0.998lg(0.285)=-0.544μLWm=0.285 mPa·s精馏段液相平均粘度计算μLm=(0.436+0.353)/2=0.395 mPa·s提馏段液相平均粘度计算μLm=(0.285+0.353)/2=0.319 mPa·s（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V S =ρ3600VM =2.949 m 3/s L S =ρ3600LM =0.0023 m 3/s 查史密斯关联图，横坐标为Vh Lh (vlρρ)21=949.20023.0(321.1347.813) 1/2=0.0196取板间距H T =0.45m ，板上液层高度h L =0.06m ， 则H T -h L =0.39m 查图可得C 20=0.08 由C=C 20(20L σ)0.2=0.08(69.088/20)0.2=0.103u max =C (ρL -ρV )/ ρV =2.554 m/s取安全系数为0.7，则空塔气速为 u=0.7u max =1.788 m/sD=4V s /πu=788.1/14.3/949.2*4=1.39 m 按标准塔径元整后 D=1.4 m 塔截面积A T =(π/4)×1.42=1.539 ㎡ 实际空塔气速为 u=2.717/1.539=1.765 m/s 2.精馏塔有效高度的计算精馏段有效高度为Z 精=（N 精-1）H T =7.65 m 提馏段有效高度为Z 提=（N 提-1）H T =3.15 m在进料板上方开一人孔，其高度为 1m 故精馏塔的有效高度为 Z=Z 精+Z 提+1=7.65+3.15+1=11.8 m（六）塔板主要工艺尺寸的计算1.溢流装置计算因塔径D=1.4 m ，可选用单溢流弓形降液管 堰长l W =0.7×1.4=0.98 m 2.溢流强度i 的校核i=L h /l W =0.0023×3600/0.98=8.449≤100~130m 3/h ·m 故堰长符合标准 3.溢流堰高度h W平直堰堰上液层高度h ow =100084.2E （L h /l W ）2/3由于L h 不大，通过液流收缩系数计算图可知E 近似可取E=1h ow =100084.2×1×（L h /l W ）2/3=0.0119 mh W =h L -h ow =0.06-0.0119=0.0481 m 4.降液管尺寸计算查弓形降液管参数图，横坐标l W /D=0.7 可查得A f /A T =0.093 W d /D=0.151 故 A f =0.093A T =0.143 ㎡ W d =0.151W d =0.211 ㎡留管时间θ=3600A T H T /L H =27.64 s ＞5 s 符合设计要求5.降液管底隙高度h oh O =L h /3600l W u 0’=0.0023/0.98×0.08=0.03 m h W -h O =0.0481-0.03=0.0181 m ＞0.006 m 6.塔板布置塔板的分块 D=1400 mm ＞800 mm ，故塔板采用分块式。

前言转眼之间，我们已经结束了大三的学习。

在这三年的学习当中，我们系统的学习了化工原理，物理化学，无机化学，有机化学，分析化学，化工设备与机械基础，机械制图，化工热力学等方面的知识，初步掌握了化学生产与化学设备之间的相互关系。

在李志礼老师的指导下，我们开始了化工原理课程设计。

实践是检验真理的唯一标准，学习了那么多的理论知识以后，终于有机会在现实过程中运用自己学习到的知识。

在这次设计过程中，我们得到了老师学长学姐们很多的帮助，在此对他们表示衷心的感谢，由于我们所知识的有限和能力的不足，在设计过程中难免会遇到设计不合理，考虑不周全的地方，希望老师给予理解与指导，我们会更加努力，争取做得更好。

设计者： 2011.7.6目录第一章设计题目与要求1.1 设计题目…………………………………………………………………………1.2 任务要求与数据……………………………………………………………第二章筛板式精馏塔的工艺设计与计算2.1 塔板数的确定2.2 塔径的确定第一章设计题目与要求1.1设计题目：乙醇—水溶液连续板式精馏塔设计1.2任务要求与数据：1、设计一连续精馏塔分离乙醇和水，具体工艺参数如下：（1）原料乙醇含量：质量分率40%（2）年产量：30000t（3）摩尔分率：x D=0.82；x W=0.022、工艺操作条件：常压精馏，塔顶全凝，泡点进料，泡点回流，R=（1.2~2）R min。

3、设备形式筛板塔。

4、设计工作日每年330天，每天24小时连续运行。

第二章 筛板式精馏塔的工艺设计与计算2.1 塔板数的确定2.1.1全塔物料衡算原料液中：设 乙醇（A ）; 水（B ） 查附表得: M A =46.07 M B =18.02由已知条件可知：x F =0.4 x D =0.82 x W =0.02 年产量：30000t 每年330天，每天24小时连续运行h /34kmol .92)02.18*18.007.46*82.0(*24*33030000000=+=D由 F = D + Wx F *F=xD*D+x W *W得 F=194.4（kmol/h ），W=102.6（kmol/h ），由t-x(y)图用内插法可知: 塔顶温度t D = 78.3℃，塔底温度t w = 95.3℃平均温度℃8.8623.953.78=+=t进料温度：=f t 80.7℃相对挥发度的确定当t=95.5℃时：1(1)0.17(10.019)(1)(10.17)0.019BAABy xy xy xy xα-⨯-===--⨯=10.58当t=89.0℃时：2(1)0.3891(10.0721)8.20(1)(10.3891)0.0721A BB Ay x y xy x y xα-⨯-====--⨯当t=86.7℃时：3(1)0.4375(10.0966)7.27(1)(10.4375)0.0966A BB Ay x y xy x y xα-⨯-====--⨯当t=85.3℃时：4(1)0.4704(10.1238) 6.29(1)(10.4704)0.1238A BB Ay x y xy x y xα-⨯-====--⨯当t=84.1℃时：5(1)0.5058(10.1661)(1)(10.5058)0.1661BAABy xy xy xy xα-⨯-===--⨯=5.20当t=82.7℃时：6(1)0.5445(10.2337) 3.92(1)(10.5445)0.2337A BB Ay x y xy x y xα-⨯-====--⨯当t=82.3℃时：7(1)0.558(10.2608) 3.58(1)(10.558)0.2608A BB Ay x y xy x y xα-⨯-====--⨯当t=81.5℃时：8(1)0.5826(10.3273) 2.87(1)(10.5826)0.3273A BB Ay x y xy x y xα-⨯-====--⨯当t=80.7℃时：9(1)0.6122(10.3965)(1)(10.6122)0.3965BAABy xy xy xy xα-⨯-===--⨯=2.40当t=79.8℃时：10(1)0.6564(10.5079) 1.85(1)(10.6564)0.5079A BB Ay x y xy x y xα-⨯-====--⨯当t=79.7℃时：11(1)0.6599(10.5198) 1.79(1)(10.6599)0.5198A BB Ay x y xy x y xα-⨯-====--⨯当t=79.3℃时：12(1)0.6841(10.5732) 1.61(1)(10.6841)0.5732A BB Ay x y x y x y x α-⨯-====--⨯当t=78.74℃时：13(1)0.7385(10.6763) 1.35(1)(10.7385)0.6763A BB Ay x y x y x y x α-⨯-====--⨯当t=78.41℃时：14(1)0.7815(10.7472)(1)(10.7815)0.7472BAABy x y xy xy xα-⨯-===--⨯=1.21平均相对挥发度n n αααα...21==29.321.135.1...20.858.1014=⨯⨯⨯⨯泡点进料，泡点回流4.0x x 1q q ==∴=FxD=0.82α=3.29∴0.69x 11x *y qq q =+=）—（αα 46.0min =--=qq q D x y y x R回流比系数我们取折中值1.6R=1.6Rmin=0.73根据理论板数的捷算法有m i n ()(1)R R R -+=0.156由吉利兰关联图54.4lg )]x x -1)(x -1x[(lg ww D D min==αN→得5.01min=+-NNN →N=10块操作方程的确定精馏段：V =(R+1)D =(0.73+1)⨯92.34=159.25（kmol/h ），L =RD =0.73×92.34 =67.41（kmol/h ），提馏段：V =V –(1-q)F =159.75kmol/h ），-L =L ＋qF = 67.41+ 1×194.4=261.8（kmol/h ）， 则精馏段操作线方程： 111+++=+R x x R Ry D n n =0.422x n ＋0.474 提馏段操作线方程：y n+1 = 0128.0-639x .1x x n n =-+VF D X V L FD全塔效率塔顶温度t D = 78.3℃， 塔底温度t w = 95.3℃ ， 进料温度：=f t 80.7℃平均温度℃8.8623.953.78=+=t[8]由表用内差法求86.8℃ 下的粘度：μA= 0.449mpas ，μB =0.332mpas①则平均粘度μL = x F μA ＋（1－x F ）μB=0.4*0.449+（1-0.4）*0.332=0.379mpasαμL =3.29*0.379=1.246②求全塔效率E T由αμL =1.246，由《化学化工物性数据手册》164页图10-20查得464.0)246.1(*49.0)*(49.0245.0245.0===--L T E μα ③求实际板数由TTE N N =得N=21.5≈22块 2.2精馏段物料衡算物料组成：塔顶温度t D = 78.3℃， 塔底温度t w = 95.3℃ ， 进料温度：=f t 80.7℃平均温度℃8.8623.953.78=+=t查表2-1 得(1)塔顶 y 1= X D = 0.82 α= 3.29 nnn y y )1(x --=αα x 1=0.58(2)进料 x f =0.3965 y f =0.6122平均分子量 m M（1）塔顶：MVDm=0.82⨯46.07+(1-0.82)⨯18.02=41.54（mol g /）MLDm=0.58⨯46.07+(1-058)⨯18.02=34.29（mol g /）(3)(2)进料: MVFm=0.6122⨯46.07+(1-0.6122)⨯18.02=35.19（mol g /）MLFm=0.3965⨯46.07+(1-0.3965)⨯18.02=29.14（mol g /）平均分子量MVm =2VFmVDm M M +=38.37（mol g /）MLm =2LFMLDM M M +=31.72（mol g /）平均密度m ρ 由书]3[：1/LM ρ=a A /LA ρ+a B /LB ρ 塔顶：在78.3℃下：LA ρ=744.5(3/m kg ) LB ρ=972.96(3/m kg )LMDρ1=0.82/744.5+0.18/972.96 则LMD ρ=777.36(3/m kg )进料:在进料温度80.7℃下：LA ρ=741.5 (3/m kg ) LB ρ=971.4(3/m kg )a A =627.002.18)3965.01(07.46*3965.007.46*3965.0=-+LMFρ1=4.971)627.01(5.741627.0-+ 则LMF ρ=813.01(3/m kg ) 即精馏段的平均液相密LM ρ=(777.36+813.01)/2=795.18(3/m kg ) 平均气相密度VM ρ=RT PM VM =30.1)8.8615.273(*314.837.38*325.101=+(3/m kg ) 液体表面张力m σ(1) 塔顶: 查图表求得在78.3℃下：（物化手册）9.17=A σm mN / 89.62=B σm mN /(mN/m)00.2689.62*18.09.17*82.0=+=MD σ(m mN /)(2) 进料: 在80.7℃下：m mN / m mN A /86.17=σ m mN B /47.62=σm mN MF /78.4447.62*)3965.01(86.17*3965.0=-+=σ (m mN /)则 m σ=(MD σ+MF σ)/2=(26.00+44.78)/2=35.39(m mN /)气液负荷的计算由已知条件V =159.75h kmol / L =67.41h kmol / 得S V =VMVMvm ρ3600=31.130.1*360037.38*75.159= (s m /3) S L =LM LM LM ρ3600=00075.018.795*360072.31*41.67= (s m /3)塔径D 的计算两相流动参数计算如下LV F =VsLs∴LV F =0142.030.118.79531.100075.0=参考化工原理下表10-1(p129)，我们取板间距 H T =0.45m m 6.00=L h H T -m 39.0=L h参考化工原理下图10-42筛板的泛点关联得：C 20f =0.081f C =2.02020⎪⎭⎫⎝⎛σf C =091.0)2035.39(081.02.0= u =f 5.02.02020⎪⎪⎭⎫⎝⎛-⎪⎭⎫ ⎝⎛VVL f C ρρρσ=s m /25.2)30.130.118.795(*091.05.0=- 本物系不易起泡,取泛点百分率为85%，可求出设计气速n u '=0.85⨯2.25=1.91s m /)m u V D S 934.091.1*14.331.1*44===π 根据塔设备系列化规格，将D '圆整到D=1m 作为初选塔径，因此重新校核流速us m D V u s n /668.11*31.1*4422===ππ 实际泛点百分率为%3.74250.2668.1==f n u u222785.01785.04m D A T =⨯==π塔板详细设计由于S L =0.000753m /s ，D=1m ，所以2.7（m3/h ）<45(m3/h).根据《化工原理（下）》表10-2选择单溢流,弓形降液管，不设进口堰。

一、中英文摘要摘要：设计一座连续浮阀塔，通过对原料，产品的要求和物性参数的确定及对主要尺寸的计算，工艺设计和附属设备结果选型设计，完成对乙醇-水精馏工艺流程和主题设备设计。

首先根据设计任务，确定操作条件。

比如：操作压力的确定、进料状态等的确定。

然后设计工艺流程草图。

根据确定的方案，确定具体的参数，即一个完整的设计就初步的确定了。

最后计算塔的工艺尺寸、浮阀的流体力学演算、塔板的负荷性能，最后根据计算选择合适的辅助设备。

关键词：精馏塔，浮阀塔，精馏塔的附属设备。

Abstract: The design of a continuous distillation valve column, in the material, product requirements and the main physical parameters and to determine the size, process design and selection of equipment and design results, completion of the ethanol-water distillation process and equipment design theme. At first,according to the designing task to determine the conduction of the operation,for example,determine the power on the operation,the state of feeding,the draft of the distillation process.On the basis of the program,determining the specific paramiters,then the whole design can be determined.At last,design the process size of the tower,the loading capability of the tower board,then choose the auxiliary epuipment according to the design. Keywords: rectification column, valve tower, accessory equipment of the rectification column.1.1塔设备的类型塔设备是化工，石油化工，生物化工，制药等生产过程中广泛应用的气液传质设备。

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。