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板式精馏塔的设计指导书一、设计内容1.设计方案的确定（设计方案简介：对给定或选定的工艺流程、主要设备的形式进行简要的论述。
）(1)操作压力 (2)进料状态 (3)加热方式 (4)热能利用2.主要设备的工艺设计计算(1)物料衡算; (2)热量衡;(3)回流比的确定;(4)工艺参数的选定;(5)理论塔板数的确定3.塔板及塔的主要尺寸的设计(设备的结构设计和工艺尺寸的设计计算。
)(1)塔板间距的确定(2) 塔径的确定(3) 塔板布置及板上流体流程的确定4. 流体力学的计算及有关水力性质的校核5. 板式精馏塔辅助设备的选型:典型辅助设备主要工艺尺寸的计算，设备的规格、型号的选定。
6.绘制流程图及精馏塔的装配图: 工艺流程图：以单线图的形式绘制，标出主体设备与辅助设备的物料方向，物流量、能流量，主要测量点。
主要设备的工艺条件图：主体设备工艺条件图是将设备的结构设计和工艺尺寸的计算结果用一张总图表示出来。
图面上应包括如下内容:①设备图形：指主要尺寸(外形尺寸、结构尺寸、连接尺寸)、接管、人孔等；②.技术特性：指装置的用途、生产能力、最大允许压强、最高介质温度、介质的毒性和爆炸危险性；③.设备组成一览表：注明组成设备的各部件的名称等。
应予以指出，以上设计全过程统称为设备的工艺设计。
完整的设备设计，应在上述工艺设计基础上再进行机械强度设计，最后提供可供加工制造的施工图7.编写设计说明书：设计说明书的内容：①目录；②设计题目及原始数据(任务书)；③简述酒精精馏过程的生产方法及特点(设计方案简介)，④论述精馏总体结构(塔型、主要结构)的选择和材料选择；⑤精馏过程有关计算(物料衡算、热量衡算、理论塔板数、回流比、塔高、塔径塔板设计、进出管径等) (工艺计算及主要设备设计);⑥设计结果概要(设计结果汇总):主要设备尺寸、衡算结果等;⑦主体设备设计计算及说明；⑧主要零件的强度计算（选做）；⑨附属设备的选择(辅助设备的计算和选型,选做）；⑩参考文献；(11)设计评述(后记)及其它．整个设计由论述，计算和图表三个部分组成，论述应该条理清晰，观点明确；计算要求方法正确，误差小于设计要求，计算公式和所有数据必需注明出处；图表应能简要表达计算的结果。
化工原理课程设计任务书设计题目：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）R min。
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。
6．操作回流比R=(1.1—2.0)R。
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。
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
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。
化工原理课程设计任务书(一)设计题目在抗生素类药物生产过程中,需要用甲醇溶液洗涤晶体,洗涤过滤后产生废甲醇溶液,其组成为含甲醇46%、水54%（质量分数），另含有少量的药物固体微粒。
为使废甲醇溶液重复利用，拟建立一套填料精馏塔，以对废甲醇溶液进行精馏，得到含水量≤0.3%（质量分数）的甲醇溶液。
设计要求废甲醇溶液的处理量为 3.6万吨/年，塔底废水中甲醇含量≤0.5%（质量分数）。
(二)操作条件1)操作压力常压2)进料热状态自选3)回流比自选4)塔底加热蒸汽压力0.3Mpa（表压）(三)填料类型因废甲醇溶液中含有少量的药物固体微粒，应选用金属散装填料，以便于定期拆卸和清洗。
填料类型和规格自选。
(四)工作日每年工作日为300天，每天24小时连续运行。
(五)设计内容1、设计说明书的内容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)填料层压降的计算；6)液体分布器简要设计；7)精馏塔接管尺寸计算；8)对设计过程的评述和有关问题的讨论。
摘要甲醇最早由木材和木质素干馏制的，故俗称木醇，这是最简单的饱和脂肪组醇类的代表物。
无色、透明、高度挥发、易燃液体。
略有酒精气味。
近年来，世界甲醇的生产能力发展速度较快。
甲醇工业的迅速发展，是由于甲醇是多种有机产品的基本原料和重要的溶剂，广泛用于有机合成、染料、医药、涂料和国防等工业。
由甲醇转化为汽油方法的研究成果，从而开辟了由煤转换为汽车燃料的途径。
近年来碳化学工业的发展，甲醇制乙醇、乙烯、乙二醇、甲苯、二甲苯、醋酸乙烯、醋酐、甲酸甲酯和氧分解性能好的甲醇树脂等产品，正在研究开发和工业化中。
甲醇化工已成为化学工业中一个重要的领域。
目前，我国的甲醇市场随着国际市场的原油价格在变化，总体的趋势是走高。
随着原油价格的进一步提升，作为有机化工基础原料——甲醇的价格还会稳步提高。
国内又有一批甲醇项目在筹建。
这样，选择最好的工艺利设备，同时选用最合适的操作方法就成为投资者关注的重点。
河南科技学院化工原理（下）课程设计处理量为7万吨/年二硫化碳和四氯化碳体系精馏分离板式塔设计学院：化学化工学院专业：化学工程与工艺班级：化工094班姓名：吕庆宝指导教师：杨胜凯【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：7万吨每年（料液）年工作日：7200小时原料组成：32%的二硫化碳和68%的四氯化碳（摩尔分率，下同）产品组成：馏出液 96%的二硫化碳，釜液2.4%的二硫化碳操作压力：塔顶压强为常压进料温度：泡点进料状况：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。
3主要设备的工艺尺寸计算板间距，塔径，塔高，溢流装置，塔盘布置等。
4流体力学计算流体力学验算，操作负荷性能图及操作弹性。
5 主要附属设备设计计算及选型四设计结果总汇将精馏塔的工艺设计计算的结果列在精馏塔的工艺设计计算结果总表中。
五参考文献列出在本次设计过程中所用到的文献名称、作者、出版社、出版日期。
流程的设计及说明图1 板式精馏塔的工艺流程简图工艺流程：如图1所示。
原料液由高位槽经过预热器预热后进入精馏塔内。
操作时连续的从再沸器中取出部分液体作为塔底产品（釜残液）再沸器中原料液部分汽化，产生上升蒸汽，依次通过各层塔板。
塔顶蒸汽进入冷凝器中全部冷凝或部分冷凝，然后进入贮槽再经过冷却器冷却。
并将冷凝液借助重力作用送回塔顶作为回流液体，其余部分经过冷凝器后被送出作为塔顶产品。
为了使精馏塔连续的稳定的进行，流程中还要考虑设置原料槽。
产品槽和相应的泵,有时还要设置高位槽。
为了便于了解操作中的情况及时发现问题和采取相应的措施，常在流程中的适当位置设置必要的仪表。
比如流量计、温度计和压力表等，以测量物流的各项参数。
【已知参数】:主要基础数据:表1 二硫化碳和四氯化碳的物理性质项目分子式分子量沸点(℃) 密度3/g cm 二硫化碳2CS76 46.5 1.2601.595四氯化碳4CCl154 76.8表2 液体的表面加力 (单位:mN/m)温度℃46.5 58 76.5二硫化碳28.5 26.8 24.5四氯化碳23.6 22.2 20.2表3 常压下的二硫化碳和四氯化碳的气液平衡数据液相中二硫化碳摩尔分率x 气相中二硫化碳摩尔分率y液相中二硫化碳摩尔分率x气相中二硫化碳摩尔分率y0.0296 0.0615 0.1106 0.1435 0.2580 00.08230.15550.26600.33250.49500.39080.53180.66300.75740.86041.00.63400.74700.82900.87900.93201.0【设计计算】一、精馏流程的确定二硫化碳和四氯化碳的混合液体经过预热到一定的温度时送入到精馏塔，塔顶上升蒸气采用全凝器冷若冰霜凝后，一部分作为回流，其余的为塔顶产品经冷却后送到贮中，塔釜采用间接蒸气再沸器供热，塔底产品经冷却后送入贮槽。
流程图如图1所示。
二、塔的物料衡算(一)、料液及塔顶塔底产品含二硫化碳的质量分率0.32F x =0.96D x =0.024W x =（二）、平均分子量0.3276(10.32)154129.040.9676(10.96)15479.120.02476(10.024)154152.128F D W M M M =⨯+-⨯==⨯+-⨯==⨯+-⨯=（三）、物料衡算 每小时处理摩尔量700000007000000075.34/129.04*7200F F kmol h M === 总物料衡算D W F += 易挥发组分物料衡算0.960.0240.32D W F +=联立以上三式可得：23.82/51.52/75.34/D kmol hW kmol h F kmol h=== 三、塔板数的确定 （一）理论板N T 的求法用图解法求理论板（1） 根据二硫化碳和四氯化碳的气液平衡数据作出y-x 图,如图2所示（2） 进料热状况参数 q =1 （3） q 线方程0.32F x =图2 二硫化碳、四氯化碳的y-x 图及图解理论板（4） 最小回流比min R 及操作回流比R依公式min 0.960.56451.620.56450.32D q q qx y R y x --===--取操作回流比min 1.52 1.62 3.24R R ==⨯= 精馏段操作线方程 3.240.960.760.2311 4.24 4.24D X R y x x x R R =+=+=+++ 按常规M,T ，在图(1)上作图解得：(11)T N =层（不包括塔釜），其中精馏段为7层，提馏段为4层.(二) 全塔效率T E0.170.616lg T m E μ=-塔内的平均温度为,该温度下的平均粘度m μ0.340.660.330.30.660.68 1.428m A B μμμ=+=⨯+⨯= 故:0.170.616lg1.4280.43T E =-= (三) 实际板数N精馏段:7/16.3(T N E ==精层取17层) 提馏段:4/9.3T N E ==提层(取10层) 四：塔工艺条件及物性数据计算 (一) 操作压强的计算P m塔顶压强P D =101.3恐怕取每层塔板压降△P=0.7kPa 则： 进料板压强：P F =101.3+17⨯0.7=113.2kPa 塔釜压强：P w =101.3+10⨯0.7=108.3kPa 精馏段平均操作压强：P m =113.2108.3110.752+==109.5 kPa提馏段平均操作压强：P ′m = 101.3113.2107.252+==116.8kPa.(二) 操作温度的计算近似取塔顶温度为46.5℃,进料温度为58℃,塔釜温度为76℃精馏段平均温度()46.55852.2522VD F m t t t ++==精=℃提馏段平均温度()5876.567.2522W F m t t t ++===提℃ (三) 平均摩尔质量计算塔顶摩尔质量的计算：由xD=y1=0.96查平衡曲线,得x1=0.927VDm 0.9676(10.96)15479.12/M kg kmol =⨯+-⨯= LDm 0.92776(10.927)15475.07/M kg kmol =⨯+-⨯=；进料摩尔质量的计算：由平衡曲线查的： y F =0.582 x F =0.32； VFm 0.58276(10.582)15498.98/M kg kmol =⨯+-⨯=； LFm 0.3276(10.32)154129.04/M kg kmol =⨯+-⨯=；塔釜摩尔质量的计算：由平衡曲线查的：x W =0.024 '1x =0.0796VWm 0.024764(10.024)154152.128/M kg kmol =⨯+-⨯= LWm 0.079676(10.0796)154147.79/M kg kmol =⨯+-⨯=精馏段平均摩尔质量：Vm()(79.1298.98)289.05/M kg kmol =+=精； Lm((75.07129.04)2102.06/M kg kmol =+=精)； 提馏段平均摩尔质量：'Vm()(98.98152.128)2125.55/M kg kmol =+=提； 'Lm()(147.79129.04)2138.42/M kg kmol =+=提；（四) 平均密度计算：ρm 1、液相密度Lm ρ：①塔顶部分 依下式：1A BLm LA LBααρρρ=+（α为质量分率）；其中A α=0.941,B α=0.059； 即：30.9410.05911275.2/12601295Lm Lm kg m ρρ=+⇒=； ②进料板处：由加料板液相组成：由x F =0.32得AF α=0.203； 30.20310.20311513.3/12601595LFm LFm kg m ρρ-=+⇒=；③塔釜处液相组成：由x W =0.024 得AW α=0.0253；30.025310.025311636.3/12601595LWm LWm kg m ρρ-=+⇒=； 故 精馏段平均液相密度：3L ()(753.4867.9)2810.7/m kg m ρ=+=精；提馏段的平均液相密度：3L ()(1636.31513.3)21574.8/m kg m ρ=+=提；2、气相密度Vm ρ：① 精馏段的平均气相密度Vm()3Vm()p 109.591.973.78/8.314(52.2523.1)m M kg m RTρ⨯===⨯+精精② 提馏段的平均气相密度 Vm()3Vm()p 116.8124.545.14/8.314(67.25273.1)m M kg m RTρ⨯===⨯+‘提提（五）液体平均表面张力 m σ的计算液相平均表面张力依下式计算，及Lm 1ni i i x σμ==∑①塔顶液相平均表面张力的计算 由D t =45.5℃查手册得： A 28.5/mN m σ=； 23.6/B mN m σ=； LDm 0.9628.50.0423.628.304/mN m σ=⨯+⨯=； ② 进料液相平均表面张力的计算 由F t =58℃查手册得： A 26.8/mN m σ=； 22.2/B mN m σ=；LDm 0.3226.8(10.32)22.223.67/mN m σ=⨯+-⨯=； ③ 塔釜液相平均表面张力的计算 由W t =97.33℃查手册得： A 24.5/mN m σ=； 20.2/B mN m σ=LWm 0.02424.5(10.024)20.220.303/mN m σ=⨯+-⨯=； 则： 精馏段液相平均表面张力为：m()/mN m σ=精(20.17+51.24)2=35.71提馏段液相平均表面张力为：m()(23.6720.303)221.99/mN m σ=+=提（六）液体平均粘度的计算Lm μ液相平均粘度依下式计算，即Lm i i x μμ=∑；塔顶液相平均粘度的计算，由由D t =46.5℃查手册得： 0.33A mPa s μ=； 0.71B mPa s μ=； 0.960.330.040.710.345LDm mPa s μ=⨯+⨯=； 进料板液相平均粘度的计算：由F t =58℃手册得： 0.28A mPa s μ=； 0.64B mPa s μ=； 0.320.280.680.640.525LFm mPa s μ=⨯+⨯=； 塔釜液相平均粘度的计算： 由W t =76.8℃查手册得： 0.25A mPa s μ=； 0.51B mPa s μ=； 0.0240.250.9760.510.504LWm mPa s μ=⨯+⨯=； 五、精馏塔气液负荷计算精馏段：V=(R+1) 'D =(3.241)23.82100.99/kmol h +⨯= ()3Vm()100.9989.050.66m /36003600 3.78Vm s VM V s ρ⨯===⨯精精L=RD= 3.2423.8277.18/kmol h ⨯=()3Lm()77.18138.420.0021m /360036001394.3Lm s LM L s ρ⨯===⨯精精 L h =3600⨯0.0021=7.663m /h 提馏段：'100.99V V kmol ==； ()'()'3Vm()100.99125.550.69m /36003600 5.14Vm s V M Vs ρ⨯===⨯提提提；'L=L+F=77.18+75.34=152.52kmol/h ；'()'3Lm()152.5289.050.0024m /360036001574.8Lm s LM L s ρ⨯===⨯提提；'3L 36000.00248.62m /h h =⨯=； 六、塔和塔板的主要工艺尺寸的计算（一）塔径D 参考下表 初选板间距H T =0.40m,取板上液层高度H L =0.07m 故： ①精馏段：H T -h L =0.40-0.07=0.3311220.00231394.3()()()()0.04251.04 3.78s L s V L V ρρ== 查图表 20C =0.078；依公式0.20.22026.06()0.078()0.07332020C C σ===；max 0.078 1.496/u m s === 取安全系数为0.7，则： u=0.7⨯max u =0.7⨯2.14=1.047m/s故： 1.265D m ===； 按标准，塔径圆整为1.４m,则空塔气速为2244 1.040.78/1.3s V u m s D ππ⨯===⨯ 塔的横截面积2221.40.63644T A D m ππ===②提馏段：11''22''0.002771574.8()()()()0.05070.956 5.14s L s V L V ρρ==；查图20C =0.068；依公式：0.20.22022.09()0.0680.06942020C C σ⎛⎫==⨯= ⎪⎝⎭；max1.213/u m s ===取安全系数为0.70，'max 0.70.7 1.2130.849/u u m s =⨯=⨯=；' 1.20D m ===； 为了使得整体的美观及加工工艺的简单易化,在提馏段与精馏段的塔径相差不大的情况下选择相同的尺寸; 故:D '取1.４m 塔的横截面积:''2221.4 1.32744T A D m ππ===空塔气速为22440.956'0.720/1.3s V u m s D ππ⨯===⨯ 板间距取0.4m 合适（二）溢流装置采用单溢流、弓形降液管、平形受液盘及平形溢流堰，不设进流堰。
