精馏塔(板式)设计(2013)

课程设计说明书题目: 分离正戊烷-正己烷用筛板精馏塔设计院系：机械工程学院专业班级：过控11-1学号： 2011301936学生姓名：冒鹏飞指导教师：李雪斌2013 年 12 月30 日目录第一部分 概述 (4)一、设计目标 (4)二、设计任务 (4)三、设计条件 (4)四、设计内容 (4)五、工艺流程图 (4)第二部分 工艺设计计算 (6)一、设计方案的确定 (6)二、精馏塔的物料衡算 (6)1.原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数 (6)2.原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量和质量分数 (6)3.物料衡算原料处理量 (6)三、塔板数的确定 (7)1.理论板层数T N 的求取 (7)2.全塔效率T E (8)3.实际板层数的求取 (9)四、精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (9)1.操作压强计算 (9)2.操作温度计算 (9)3.平均摩尔质量计算 (9)4.平均密度计算 (10)5.液相平均表面张力计算 (11)6.液相平均粘度计算 (11)五、精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (12)1.塔径的计算 (12)2.精馏塔的有效高度的计算 (13)六、塔板主要工艺尺寸的计算 (14)1.溢流装置计算 (14)2.塔板布置 (15)3.筛孔数n 与开孔率 (16)七、筛板的流体力学验算 (16)1.气体通过筛板压降相当的液柱高度P h (16)2.雾沫夹带量V e 的验算 (17)3.漏液的验算 (18)4.液泛验算 (18)八、塔板负荷性能图 (19)1.漏液线 (19)3.液相负荷下限线 (20)5.液泛线 (21)6. 操作线 (22)九、设计一览表 (24)十、操作方案的说明： (25)附表 (26)总结 (29)参考文献 (29)第一部分概述一、设计目标分离正己烷-正庚烷（正戊烷-正己烷）混合液的筛板式精馏塔设计二、设计任务试设计分离正己烷-正庚烷（正戊烷-正己烷）混合物的筛板精馏塔。

精馏分离含正己烷30%（正戊烷60%）的正己烷-正庚烷（正戊烷-正己烷）混合液，要求塔顶馏岀液中含正己烷（正戊烷）不小于96%，塔底釜液中含正己烷不高于2%（正己烷96%）。

课程设计--乙醇-水分离过程板式精馏塔设计课程设计说明书武汉工程大学化工与制药学院课程设计说明书课题名称乙醇-水分离过程板式精馏塔设计专业班级工业催化与煤化工01学生学号1001100306学生姓名侯昆学生成绩指导教师蔡宁课题工作时间2013年6月18日——7月5日武汉工程大学化工与制药学院武汉工程大学化工原理课程设计任务书专业工业催化与煤化工班级工催01 学生姓名侯昆发题时间：2013 年 6 月17 日一、课题名称乙醇-水分离过程板式精馏塔设计二、课题条件参考文献1.大连理工大学化工原理教研室. 化工原理课程设计. 大连：大连理工大学出版社，19942.柴诚敬，刘国维，李阿娜. 化工原理课程设计. 天津：天津科学技术出版社，19953.贾绍义，柴诚敬. 化工原理课程设计. 天津：天津大学出版社,20024.王国胜. 化工原理课程设计. 大连：大连理工大学出版社，20055.匡国柱,史启才.化工单元过程及设备课程设计. 北京:化学工业出版社,20026.上海医药设计院. 化工工艺设计手册(上、下). 化学工业出版社，19867.阮奇,叶长,黄诗煌. 化工原理优化设计与解题指南. 北京:化学工业出版社,2001.98.化工设备技术全书编辑委员会. 化工设备全书—塔设备设计. 上海：上海科学技术出版社，19889.邹兰，阎传智. 化工工艺工程设计. 成都：成都科技大学出版社,199810.李功祥，陈兰英，崔英德. 常用化工单元设备设计. 广州：华南理工大学出版社,200311.童景山, 李敬. 流体热物理性质的计算. 北京：清华大学出版社，198212.马沛生. 化工数据. 北京：中国石化出版社，200313.靳士兰, 邢凤兰. 化工制图. 北京：国防工业出版社，200614.朱有庭,曲文海，于浦义.化工设备设计手册（上、下册). 北京：化学工业出版社,200415.刘雪暖, 汤景凝.化工原理课程设计. 北京：石油大学出版社，2001三、设计任务(含实验、分析、计算、绘图、论述等内容)1 全塔物料衡算。

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。

荆楚理工学院课程设计成果学院: _________ 荆楚理工学院班级: ___________________学生姓名：_____________________ 学号: _________________设计地点（单位）________________ 荆楚理工学院___________________设计题目：苯一氯苯混合液的板式精馏塔的设计完成日期：2013年12月6日指导教师评语：____________________________________________________________________成绩（五级记分制）: _________________教师签名: ________________________________化工原理课程设计任务书设计题目：苯一氯苯混合液的板式精馏塔的设计学生姓名课程名称化工原理课程设计 地 点学生平时上课对应的教室 一、设计内容（一）工艺设计 1、 选择工艺流程2、 精馏塔工艺计算（1）物料衡算确定各物料流量和组成;（2 ）经济核算确定适宜的回流比；（3）精馏塔实际塔板数。

（二）精馏塔设备设计1、 塔和塔板主要工艺结构的设计计算；2、 塔内流体力学性能的设计计算；3、 绘制塔板负荷性能图。

画出精馏段和提馏段某块的负荷性能图;说明：负责精馏段、负责提馏段4、 附属设备设计和选用； 说明：负责冷凝器的设计、负责再沸器的设计；其他附属设备共同完成。

5、 绘制带控制点的工艺流程图、精馏塔的工艺条件图；说明：负责绘制带控制点的工艺流程图；负责绘制精馏塔的工艺条件图。

（三）编写设计说明书（ 1、目录2、设计题目3、 流程示意图4、 流程和方案的说明及论证5、 设计结果概要（主要设备尺寸，各种物料量和操作状态，能耗指标，设计时规定的主要操 作参数及附属设备的规格型号及数量）6、 设计计算与说明7、 对设计的评述及有关问题的分析讨论8、 参考文献目录二、设计要求专业班级 起止时间设计内 容 及要求1、写出详细计算步骤，并注明选用数据的来源；2、每项设计结束后，列出计算结果明细表；教研室主任: 2013年11月指导教师:目录绪论 (1)1．设计方案的思考 (1)2. 设计方案的特点 (1)3．工艺流程的确定 (1)一．设备工艺条件的计算 (1)1.1．设计方案的确定及工艺流程的说明 (2)1.2．全塔的物料衡算 (2)1.2.1 料液及塔顶底产品含苯的摩尔分率 (2)1.2.2 平均摩尔质量 (3)1.2.3 料液及塔顶 (3)底产品的摩尔流率 (3)1.3．塔板数的确定 (3)1.3.1 理论塔板数N T的求取 (3)1.3.2 确定操作的回流比R (4)1.3.3 求理论塔板数 (5)1.3.4 实际塔板数N p（近似取两段效率相同） (7)1.4．操作工艺条件及相关物性数据的计算 (7)1.4.1 平均压强p m (7)1.4.2 平均温度t m (7)1.4.3 平均分子量M m (8)144平均密度p (8)144.1液相平均密度p,m (8)1.4.4.2汽相平均密度p,m (9)1.4.5液体的平均表面张力°m (10)1.4.6液体的平均粘度比,m (11)1.4.6.1 塔顶液相平均粘度 (11)1.4.6.2 进料板液相平均粘度 (12)1.4.7 气液相体积流量 (12)1.5 主要设备工艺尺寸设计 (13)1.5.1 塔径 (13)1.6 塔板工艺结构尺寸的设计与计算 (14)1.6.1 溢流装置 (14)1.6.1.1 溢流堰长（出口堰长）l w (15)1.6.1.2 出口堰高h w (15)1.6.1.3 降液管的宽度W d 和降液管的面积A f (16)1.6.1.4 降液管的底隙高度h o (17)1.6.2 塔板布置 (18)1.6.2.1 塔板的分块 (18)1.6.2.2 边缘区宽度确定 (18)1.6.2.3 开孔区面积计算 (18)1.6.2.4 浮阀数计算及其排列 (19)二塔板的流体力学计算 (21)2.1 塔板压降 (21)2.2 液泛计算 (23)2.3 雾沫夹带的计算 (24)2.4 塔板负荷性能图 (26)2.4.1 雾沫夹带上限线 (26)2.4.2 液泛线 (27)2.4.3 液相负荷上限线 (29)2.4.4 气体负荷下限线（漏液线） (29)2.4.5 液相负荷下限线 (30)三板式塔的结构与附属设备 (31)3.1 塔顶空间 (32)3.2 塔底空间 (32)3.3 人孔数目 (32)3.4 塔高 (32)3.5 接管 (33)3.5.1 进料管 (33)3.5.2 回流管 (34)3.5.3 塔顶蒸汽接管 (34)3.5.4 釜液排出管 (35)3.6 法兰 (36)3.7 筒体与封头 (36)3.7.1 筒体 (36)3.7.2 封头 (36)3.7.3 裙座 (37)3.7.4 除沫器 (37)3.8 附属设备设计 (38)3.8.1 泵的计算及选型 (38)3.8.2 冷凝器设计 (39)3.8.2.1 设计任务和条件 (39)3.8.3 再沸器 (44)3.8.4 预热器 (45)3.8.5 塔顶冷却器 (46)3.8.6 塔底冷却器 (47)四计算结果总汇 (49)五结束语 (50)六符号说明： (51)附录 1 浮阀精馏塔工艺条件图 (52)附录 2 带控制点工艺流程图 (52)参考文献： (52)绪论1．设计方案的思考通体由不锈钢制造，塔节规格①25〜100mm高度0.5〜1.5m，每段塔节可设置1〜2个进料口/ 测温口，亦可结合客户具体要求进行设计制造各种非标产品。

精馏塔设计精馏塔（板式）设计是一项非常重要的工程任务，因为它直接关系到化工过程中的分离效率和产品质量。

本文将围绕精馏塔（板式）设计的主要步骤和关键考虑因素展开讨论。

精馏塔（板式）设计的主要步骤如下：1.确定分离的混合物组成和物理性质：在进行精馏塔（板式）设计之前，需要明确分离的混合物的组成和物理性质，如蒸汽压、沸点、相对挥发性等。

这些参数将对塔的设计和操作条件产生重要影响。

2.确定塔的分离目标：清楚定义需要分离的组分和目标纯度，这将有助于确定塔的塔径和高度。

3.确定塔的类型和板式布局：根据分离目标和物理性质，选择适合的塔类型和板式布局。

常见的板式布局包括泡沫塞板和穿孔板。

4.计算塔的塔径和高度：通过对物理性质和操作条件的分析，利用热力学和质量传递原理计算塔的塔径和高度。

常用的计算方法包括卡塔拉计算法、梅奇尔方法、图纸或直接计算。

5.确定板间液体分布器和气体分配器：在塔设计中，还需要确定合适的板间液体分布器和气体分配器，以确保在塔中均匀分布液体和气体。

6.确定冷凝器和回流比：根据分离目标和热力学原理，确定适当的冷凝器和回流比，以实现所需的分离效率和产品纯度。

7.进行塔内液体和气体流动分析：通过数值模拟或试验等方法，对塔内的液体和气体流动进行分析，验证塔设计的合理性和预测分离效率。

8.进行塔的材料选择和结构设计：根据操作条件和介质性质，选择适当的材料和进行塔的结构设计，确保塔的安全性和可靠性。

除了上述的主要步骤，精馏塔（板式）设计还需考虑以下关键因素：1.精馏塔的操作压力和温度范围：根据操作条件和介质性质，确定精馏塔的操作压力和温度范围，以确保塔的设计符合安全和性能要求。

2.塔板的厚度和间距：根据塔板上的液体负载和气体流速，确定适当的塔板厚度和间距，以保证液体和气体的均匀分布和有效传递。

3.塔板的亲水性和抗腐蚀性：选择适当的塔板亲水性和抗腐蚀性，以防止结垢和腐蚀问题，提高塔的运行寿命。

4.塔内塔外压力平衡：通过良好的塔内气体和液体分布设计，以确保塔内外的压力平衡，避免塔塌陷和泄漏等安全问题。

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。

化学与化学工程学院《化工原理》专业课程设计设计题目常压甲醇－水筛板精馏塔设计姓名：潘永春班级：化工101学号：2010054052指导教师：朱宪荣课程设计时间2013、6、8——2013、6、20化工原理课程设计任务书专业：化学与化学工程学院：化工101 姓名：潘永春学号20100054052 指导教师朱宪荣设计日期：2013 年6月8日至2013年6月20日一、设计题目：甲醇－水精馏塔的设计二、设计任务及操作条件：1、设计任务生产能力（进料）413.34Kmol/hr操作周期8000小时/年进料组成甲醇0.4634 水0.5366（质量分率下同）进料密度233.9Kg/m3 平均分子量22.65塔顶产品组成>99%塔底产品组成<0.04%2、操作条件操作压力 1.45bar （表压）进料热状态汽液混合物液相分率98%冷却水20℃直接蒸汽加热低压水蒸气塔顶为全凝器，中间汽液混合物进料，连续精馏。

3、设备形式筛板式或浮阀塔4、厂址齐齐哈尔地区三、图纸要求1、计算说明书（含草稿）2、精馏塔装配图（1号图，含草稿）一．前言 51.精馏与塔设备简介 52.体系介绍 53.筛板塔的特点 64.设计要求: 6二、设计说明书7三．设计计算书8 1.设计参数的确定81.1进料热状态 81.2加热方式81.3回流比（R）的选择 81.4 塔顶冷凝水的选择82.流程简介及流程图82.1流程简介83.理论塔板数的计算与实际板数的确定93.1理论板数计算93.1.1物料衡算93.1.2 q线方程93.1.3平衡线方程103.1.4 Rmin和R的确定103.1.5精馏段操作线方程的确定103.1.6精馏段和提馏段气液流量的确定 103.1.7提馏段操作线方程的确定103.1.8逐板计算103.1.9图解法求解理论板数如下图: 123.2实际板层数的确定124精馏塔工艺条件计算124.1操作压强的选择124.2操作温度的计算134.3塔内物料平均分子量、张力、流量及密度的计算134.3.1 密度及流量 134.3.2液相表面张力的确定：144.3.3 液体平均粘度计算154.4塔径的确定 154.4.1精馏段154.4.2提馏段174.5塔有效高度 174.6整体塔高175.塔板主要工艺参数确定185.1溢流装置185.1.1堰长lw 185.1.2出口堰高hw 185.1.3弓形降液管宽度Wd和面积Af 185.1.4降液管底隙高度h0195.2塔板布置及筛孔数目与排列 195.2.1塔板的分块195.2.2边缘区宽度确定 195.2.3开孔区面积Aa计算195.2.4筛孔计算及其排列206.筛板的力学检验206.1塔板压降206.1.1干板阻力h c计算206.1.2气体通过液层的阻力Hl计算216.1.4气体通过每层塔板的液柱高h p21 6.2 筛板塔液面落差可忽略 216.3液沫夹带216.4漏液226.5液泛227.塔板负荷性能图227.1漏液线227.2液沫夹带线 237.3液相负荷下限线247.4液相负荷上限线247.5液泛线247.6操作弹性258. 辅助设备及零件设计268.1塔顶冷凝器（列管式换热器）268.1.1方案Ⅰ：垂直管 268.1.2方案Ⅱ：水平管 298.2各种管尺寸的确定308.2.1进料管308.2.2釜残液出料管308.2.3回流液管318.2.4再沸器蒸汽进口管318.2.5 塔顶蒸汽进冷凝器出口管318.2.6冷凝水管328.3冷凝水泵329.设计结果汇总3310. 参考文献及设计手册35四．设计感想35一．前言1.精馏与塔设备简介蒸馏是分离液体混合物的一种方法，是传质过程中最重要的单元操作之一，蒸馏的理论依据是利用溶液中各组分蒸汽压的差异，即各组分在相同的压力、温度下，其探发性能不同（或沸点不同）来实现分离目的。

课程设计设计题目分离甲醇、水混合物的板式精馏塔设计学生姓名徐然学号20103281专业班级化学工程与工艺10-2班指导教师姚运金杨则恒2013年7月26日合肥工业大学课程设计任务书目录摘要: (1)关键词: (1)1 引言 (3)2 正文 (6)2.1 物性参数 (6)2.2 最小回流比min R 和操作回流比R (8)2.2.1 物料衡算 (8)2.2.2相对挥发度的确定 (9)2.2.3 Rmin 和R 的确定 (9)2.3 塔板数和塔效率的计算 (11)2.3.1精馏段和提馏段气液流量的确定 (11)2.3.2精馏段及提馏段操作线方程的确定 (11)2.3.3理论板数及全塔效率的确定 (12)2.3.4实际塔板数 N (15)2.4结构设计 (15)2.4.1 塔的工艺条件及物性数据计算 (15)2.4.1.1操作压强m p (15)2.4.1.2温度m t (16)2.4.1.3平均摩尔质量m M (16)2.4.1.4 平均密度m ρ (17)2.4.1.5 液体表面张力m σ (18)2.4.1.6 液体粘度Lm μ (18)2.4.1.7 气液负荷计算 (19)2.4.2 塔和塔板主要工艺尺寸计算 (19)2.4.2.1 塔径 (19)2.4.2.2 溢流装置 (21)2.4.2.3塔板布置 (24)2.4.2.4筛板孔数n 与开孔率ϕ (24)2.4.2.5塔的有效高度Z (25)2.4.2.6 塔实际高度的计算 (25)2.4.3 筛板的流体力学验算 (25)2.4.3.1气体通过筛板压降 (25)2.4.3.2雾沫夹带量e的验算 (27)V2.4.3.3漏液验算 (27)2.4.3.4 泛液验算 (27)2.4.4 塔板负荷性能图 (28)2.4.4.1精馏段 (28)2.4.4.2提馏段 (31)2.4.5 附属设备设计及接管尺寸 (33)2.4.5.1冷凝器的选择 (33)2.4.5.2再沸器的选择 (34)2.4.5.3换热器的选择 (35)2.4.5.4 离心泵的选择 (40)2.4.5.6接管尺寸 (41)2.4.5.7法兰、封头、裙座等 (43)2.5强度设计 (45)2.5.1 质量载荷计算 (45)2.5.2 风载荷 (46)2.5.3 风弯矩 (47)2.5.4 地震载荷的计算 (47)2.5.4.1塔的自震周期 (47)2.5.4.2 地震载荷计算 (48)2.5.5 塔体稳定性校核 (48)2.5.6 裙座的强度及稳定性校核 (49)2.5.6.1 裙座底部0-0截面的强度计稳定性校核 (50)2.5.6.2焊缝强度 (50)2.5.7裙座基础环的设计 (50)2.5.8地脚螺栓的计算 (51)2.6 设计小结 (52)3 课程设计心得 (54)[ 参考文献 ] (55)摘要:现要求设计一筛板式精馏塔，年产量9.5万吨的甲醇-水的分离系统，其中料液的甲醇质量分数70%，设计要求馏出液中甲醇的质量分数不少于99.9%，残液中甲醇质量分数小于0.5%。

化工与制药学院课程设计说明书课题名称乙醇—水板式精馏塔设计专业班级11级食品科学与工程01班学生学号学生姓名学生成绩指导教师课题工作时间2013.12.11－2013.12.28武汉工程大学化工原理课程设计任务书专业食品科学与工程班级11级01班学生姓名发题时间：2013 年12 月11 日一、课题名称乙醇-水体系板式精馏塔的设计二任务要求1原料来自上游的初馏塔，原料乙醇含量：质量分率=35.4 （35+0.1*组号）%2塔顶产品为浓度92.5%（质量分率）的药用乙醇，设计每天产量为：35.4吨；3塔釜排出的残液要求乙醇的浓度不大于0.05%（质量分率）4 工艺操作条件：塔顶压强为4kPa(表压)，单板压降<0.7kPa，塔顶全凝，泡点回流，R =（1.1~2）Rmin。

三主要内容1 确定全套精馏装置的流程，绘出流程示意图，标明所需的设备、管线及有关控制或观测所需的主要仪表与装置；2 精馏塔的工艺计算与结构设计：1）物料衡算确定理论板数和实际板数；（可采用计算机编程）2）按精馏段首、末板，提馏段首、末板计算塔径并圆整；3）确定塔板和降液管结构；4）按精馏段和提馏段的首、末板进行流体力学校核；（可采用计算机编程）5）进行全塔优化，要求操作弹性大于2。

3 绘制塔板结构布置图和塔板的负荷性能图；（如果精馏段和提馏段设计结果不同，则应分别绘出）4 计算塔高和接管尺寸；5 精馏塔附属设备的计算和选型。

6 设计结果概要或设计一览表；7 设计小结和参考文献；8 绘制装配图一张，带控制点的工艺流程图一张（可采用CAD绘图）。

四参考书目[1] 陈敏恒化工原理（下）[M]. 北京：化学工业出版社，1989[2] 贾绍义化工原理课程设计[M]. 天津：天津大学出版社，2002[3] 姚玉英. 化工原理（下）[M]. 天津：天津科技出版社，1999[4] 谭天恩化工原理（下）[M]. 北京：化学工业出版社，19942.设计基础数据常压下乙醇—水系统t—x—y数据如表1—6所示。