一、苯-氯苯板式精馏塔的工艺设计任务书（一）设计题目
设计一座苯-氯苯连续精馏塔，要求年产纯度为%的苯36432吨，塔底馏出液中含苯1%，原料液中含苯为61%（以上均为质量百分数）。
（二）操作条件
1.塔顶压强4kPa（表压）
2.进料热状况：饱和蒸汽进料
3.回流比：R=2R
4.单板压降不大于
min
（三）设计内容
设备形式：筛板塔
设计工作日：每年330天，每天24小时连续运行
厂址：青藏高原大气压约为的远离城市的郊区
设计要求
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确定
（1）塔高、塔径及塔板结构尺寸的确定
（2）塔板的流体力学验算
（3）塔板的负荷性能图绘制
（4）生产工艺流程图及精馏塔工艺条件图的绘制
4、塔的工艺计算结果汇总一览表
5、对本设计的评述或对有关问题的分析与讨论
（四）基础数据
1.组分的饱和蒸汽压
p（mmHg）
i
2.组分的液相密度ρ（kg/m3）
3.组分的表面张力σ（mN/m）
4.液体粘度μ（mPas）
常数
二、苯-氯苯板式精馏塔的工艺计算书（精馏段部分） （一）设计方案的确定及工艺流程的说明
原料液经卧式列管式预热器预热至泡点后送入连续板式精馏塔（筛板塔），塔顶上升蒸汽流采用强制循环式列管全凝器冷凝后一部分作为回流液，其余作为产品经冷却后送至苯液贮罐；塔釜采用热虹吸立式再沸器提供汽相流，塔釜产品经卧式列管式冷却器冷却后送入氯苯贮罐。
典型的连续精馏流程为原料液经预热器加热后到指定的温度后，送入精馏塔的进料板，在进料上与自塔上部下降的回流液体汇合后，逐板溢流，最后流入塔底再沸器中。在每层板上，回流液体与上升蒸气互相接触，进行热和质的传递过程。操作时，连续地从再沸器取出部分液体作为塔底产品（釜残液），部分液体汽化，产生上升蒸气，依次通过各层塔板。塔顶蒸气进入冷凝器中被全部冷凝，并将部分冷凝液用泵送回塔顶作为回流液体，其余部分经冷却器后被送出作为塔顶产品（馏出液）。
（二）全塔的物料衡算
1.料液及塔顶底产品含苯的摩尔分率
苯和氯苯的相对摩尔质量分别为 kg/kmol 和kmol =+=
6
.112/39.011.78/61.011
.78/61.0F x
2.平均摩尔质量
3.料液及塔顶底产品的摩尔流率
依题给条件：一年以330天，一天以24小时计，有：
h kmol 62.5824
330989
.010*******=???=
D ，
全塔物料衡算： W x D x F x W D F w D f +=+= ?25.6kmol/h
W kmol/h
22.84==F
（三）塔板数的确定 1.理论塔板数T N 的求取 2）确定操作的回流比R
将1）表中数据作图得y x ~曲线及y x t ~-曲线。在y x ~图上，因q=0， e （,）查得693.0=q y ，31.0=q x 。故有：
7624.031
.0693.0693.0989.0min =--=--=
q q q D x y y x R ;525.12min ==R R
3）求理论塔板数(图解法) 精馏段操作线：392.0604.01
1
+=++
+=
x R x x R R y D
总理论板层数：(包括再沸器) 进料板位层：4 2.实际塔板数p N 1）全塔效率T E
选用m T E μlog 616.017.0-=公式计算。该式适用于液相粘度为~·s 的烃类物系，式中的m μ为全塔平均温度下以进料组成表示的平均粘度。
塔的平均温度为(80+129)=℃（取塔顶底的算术平均值），在此平均温度下查化工原理附录得：s mPa 246.0?=A μ，s mPa 352.0?=B μ。 2）实际塔板数p N （近似取两段效率相同）
精馏段：651.0/31==Np 块 提馏段：551.0/5.21==Np 块 （四）塔的精馏段操作工艺条件及相关物性数据的计算
1.平均压强m p
取每层塔板压降为计算。 塔顶：kPa 31.81431.77=+=D p
加料板：kPa 51.8567.031.81=+=?F p 塔底：kPa 01.8957.051.85=+=?W p
精馏段平均压强kPa 41.832/)51.8531.81(=+=m p 提馏段平均压强kPa 26.872/)51.8501.89(=+=m p 2.平均温度m t
B B A A x P x P P ο
ο+=和 C
t B
A P +-
=οlg 两式联立由试差法求得 35.73=D t ℃ ；76.83=F t ℃ ；79.125=W t ℃
精馏段平均温度：t t =73.35+83.76
2=78.55℃ 提馏段平均温度：t t =125.79+83.76
2
=104.715℃
3.平均分子量m M
塔顶： 989.01==D x y ，93.01=x （查相平衡图） 加料板：725.0=F y ，38.0=F x （查相平衡图） 塔底： 075.0=W y ，014.0=W x
精馏段：kg/kmol 04.832/)59.8749.78(=+=Vm M 提馏段：kg/kmol 8.982/)01.11059.87(=+=Vm M 4.平均密度m ρ 1）液相平均密度m L ρ,
塔顶：35.73=D t ℃ 3/2.822m Kg A =ρ3/3.1049m Kg =B ρ 进料板：76.83=F t ℃3/8.810m Kg A =ρ3/7.1037m Kg =B ρ
塔底：76.83=w t 3/7.761m Kg A =ρ3/6.989m Kg =B ρ 精馏段：3/05.8862/)2.9479.824(m Kg Lm =+=ρ 提馏段：3/9.9662/)6.9862.947(m Kg Lm =+=ρ 2）汽相平均密度m V ρ,
精馏段：3/38.2)15.27355.78(314.804
.8381.84m Kg RT M P m vm m Vm =+??==ρ 提馏段：3/76.2)
15.27371.104(314.836
.9981.84m Kg RT M P m vm m Vm =+??==
ρ 5.液体的平均表面张力m σ
塔顶：35.73=D t ℃；m mN DA /09.22=σm mN DB /44.24=σ 进料板：76.83=F t ℃；m mN FA /82.20=σ m mN FB /34.23=σ 塔底：79.125=W t ℃； m mN WA /82.15=σ m mN WB /77.18=σ 精馏段：m mN Lm /86.212/)59.2144.24(=+=σ 提馏段：m mN Lm /18.202/)77.1859.21(=+=σ 6.液体的平均粘度m L μ,
塔顶：35.73=D t ℃s mpa DA ?=332.0μs mpa DB ?=457.0μ 加料板：76.83=F t ℃s mpa FA ?=298.0μs mpa FB ?=416.0μ 塔底：79.125=F t ℃，s mpa FA ?=206.0μ，s mpa FB ?=302.0μ 精馏段：s mpa Lm ?=+=3335.02/)334.0333.0(μ 提馏段：s mpa Lm ?=+=317.02/)3003.0334.0(μ （五）精馏段的汽液负荷计算
汽相摩尔流率h Kmol D R V /02.14862.58525.2)1(=?=+= 汽相体积流量s m VM Vs Vm Vm /43.138
.2360004
.8302.14836003=??==
ρ
液相回流摩尔流率h Kmol RD L /40.8962.58525.1=?== 液相体积流量s m LM Ls Lm Lm /0025.005
.88636000
.9040.8936003=??==
ρ
（六）塔和塔板主要工艺结构尺寸的计算 1.塔径
1）初选塔板间距m m 400=T H 及板上液层高度mm 50=L h ，则： 2）按Smith 法求取允许的空塔气速m ax u （即泛点气速F u ） 查Smith 通用关联图得075.020=C 负荷因子0763.0)20
86.21(
075.0)20
(2
.02.020=?==L
C C σ 泛点气速： s m u /47.138
.238
.205.8860763
.0max =-=m/s
3）操作气速
取s m u u /029.147.17.07.0max =?== 4）精馏段的塔径 圆整取mm 1400=D 塔截面积为222539.1)4.1(4
4
m D A T =?=
=
π
π
此时的操作气速s m u /935.0011
.242
.1==
。 2.塔板工艺结构尺寸的设计与计算 1）溢流装置
采用单溢流型的平顶弓形溢流堰、弓形降液管、凹形受液盘，且不设进口内堰。 ①溢流堰长（出口堰长）w l
取m 84.04.16.06.0=?==D l w ②出口堰高w h
t t t
=0.6
t t
t t
2.5=1
3.92t 查得E=
③降液管的宽度d W 和降液管的面积f
A
由66.0/=D l w ，查化原下P 147图11-16得055.0/,1.0/==T f d A A D W ，即：
m 14.0=d W ，2055.0m A f =
液体在降液管内的停留时间 s Ls
H A T
f 555.133600>==
τ（满足要求）
④降液管的底隙高度o h
液体通过降液管底隙的流速一般为~s ，取液体通过降液管底隙的流速
m/s 1.0='o
u ，则有： 故降液管设计合底隙高度设计合理
2）塔板布置
1.塔板分块 因D=1400 故塔板分4块
2.边缘区宽度 m W s 09.0'=m W c 04.0= ②开孔区面积a A
式中：()0.47m 2/=+-=s d W W D x 3）开孔数n 和开孔率φ
取筛孔的孔径mm 5=o d ，正三角形排列，筛板采用碳钢，其厚度mm 3=δ，且取0.3/=o d t 。故孔心距mm 1553=?=t 。
每层塔板的开孔数576911582
==
t
A n （孔）
每层塔板的开孔率()
101.03907
.0/907.02
2===
o d t φ（φ应在5~15%，故满足要求） 气体通过筛孔的孔速s m A V u s
/54.120
0== 4）精馏段的塔高1Z
m Z 24.0)16(H ）1-N （T 精精=-==；
（七）塔板上的流体力学验算 1.塔板压降
1）气体通过干板的压降c h
???
? ???
??
?
??=L V c C u h ρρ2
00051.0 84.0=o C 。 2）气体通过板上液层的压降1h
动能因子)/(52.138.2983.02/10m s Kg F ?== 查化原图得60.0=β
3）气体克服液体表面张力产生的压降σh 4）气体通过筛板的压降（单板压降）p h 和p p Δ
Kpa Kpa gh P P L p 7.0539.0<==?ρ（满足工艺要求）。
2.雾沫夹带量v e 的验算
验算结果表明不会产生过量的雾沫夹带。 3.漏液的验算
漏液点的气速om u
s m h h C u V L l o /16.7/)13.00056.0(4.40min =-+=ρρσ 筛板的稳定性系数)5.1(75.1min 00>== u u K （无漏液） 4.液泛的验算 为防止降液管发生液泛，应使降液管中的清液层高度()w T d h H ΦH +≤ 取?=；m h H w T 218.0)(=+? ()w T d h H ΦH +≤成立，故不会产生液泛。 通过流体力学验算，可认为精馏段塔径及塔板各工艺结构尺寸合适，若要做出最合理的设计，还需重选T H 及L h ，进行优化设计。 （八）塔板负荷性能图 1.液沫夹带线（1） 2 .365.2107.5?????? -?=-L T a v h H u e σ （1） 式中：s f T s a V A A V u 688.0=-= 将已知数据代入式（1） 3 /255.17905.2s s L u -= （1-1） 在操作范围内，任取几个s L 值，依式（1-1）算出对应的s V 值列于下表： 依据表中数据作出雾沫夹带线（1） 2.液泛线（2） t t =t t +t 1+t t H 1=∈0(t t +t tt )=0.0216+0.4584t t 2 3? t t =0.00201 t t =0.0236+ 0.015t t 2+ 0.4544t t 23? t t =0.153( t t t t +t 0 )2 3/22223.817.17066976.11Ls Ls Vs --= （2-2） 在操作范围内，任取几个s L 值，依式（2-2）算出对应的s V 值列于下表： 依据表中数据作出液泛线（2） 3.液相负荷上限线（3） /s m 00847.03max ,== τ f T s A H L （3-3） 4.漏液线（气相负荷下限线）（4） 整理得：L V s S 32 2 min ,66.6555.0+= （4-4） 在操作范围内，任取几个s L 值，依式（4-4）算出对应的s V 值列于下表： 依据表中数据作出漏液线（4） 5.液相负荷下限线（5） 取平堰堰上液层高度006.0=ow h m s m Ls /000716.03min = （5-5） 操作弹性定义为操作线与界限曲线交点的气相最大负荷max ,s V 与气相允许最小负荷min ,s V 之比，即： 操作弹性= 06.38 .045 .2min ,max ,==s s V V 三、塔的提馏段操作工艺条件 （五）提馏段的汽液负荷计算 汽相摩尔流率h Kmol F q V V /8.63)1('=--= 汽相体积流量s m M V Vs Vm Vm /634.03600'3== ρ 液相回流摩尔流率h Kmol L L /4.89'== 液相体积流量s m M L Ls Lm Lm /0027.03600'3== ρ （六）塔和塔板主要工艺结构尺寸的计算 1.塔径 1）初选塔板间距mm 500=T H 及板上液层高度m m 60=L h ，则： 2）按Smith 法求取允许的空塔气速m ax u （即泛点气速F u ） 查Smith 通用关联图得09.020=C 负荷因子0902.0)20 18.20( 09.0)20 (2 .02.020=?==L C C σ 泛点气速： 3）操作气速 取s m u u /181.1687.17.07.0max =?== 4）精馏段的塔径 圆整取mm 1000=D 塔截面积为222785.0)0.1(4 4m D A T =?= = π π 此时的操作气速s m u /81.0785 .0634 .0== 。 2.塔板工艺结构尺寸的设计与计算 1）溢流装置 采用单溢流型的平顶弓形溢流堰、弓形降液管、平形受液盘，且不设进口内堰。 ①溢流堰长（出口堰长）w l 取m 7.07.0==D l w ②出口堰高w h 0431.00169.006.0=-=-=ow L w h h h m ③降液管的宽度d W 和降液管的面积f A 由7.0/=D l w ，查化原下P 147图11-16得09.0/,139.0/==T f d A A D W ，即： m 139.0=d W ，2065.0m A f = 液体在降液管内的停留时间 s L H A S T f 513>== τ（满足要求） ④降液管的底隙高度o h 液体通过降液管底隙的流速一般为~s ，取液体通过降液管底隙的流速 m/s 08.0='o u ，则有： 故降液管设计合底隙高度设计合理 3）塔板布置 1.塔板分块 因D=1000 故塔板分3块 2.边缘区宽度 m W W s a 065.0'==m W c 035.0= ②开孔区面积a A 式中：()()m 311.0065.01736.07.02/=+-=+-=s d W W D x 3）开孔数n 和开孔率φ 取筛孔的孔径mm 5=o d ，正三角形排列，筛板采用碳钢，其厚度mm 3=δ，且取0.3/=o d t 。故孔心距mm 1553=?=t 。 每层塔板的开孔数2731155.12 ==t A n （孔） 每层塔板的开孔率() 101.03907 .0/907.02 2=== o d t φ（φ应在5~15%，故满足要求） 气体通过筛孔的孔速s m A V u s /81.110 0== 4）精馏段的塔高1Z （七）塔板上的流体力学验算 1.塔板压降 1）气体通过干板的压降c h ??? ? ??? ?? ? ??=L V c C u h ρρ2 00051.0 84.0=o C 。 2）气体通过板上液层的压降l h 动能因子)/(61.176.2968.02/10m s Kg F ?== 查化原图得60.00=ε 3）气体克服液体表面张力产生的压降σh 4）气体通过筛板的压降（单板压降）p h 和p p Δ Kpa Kpa gh P P L p 7.0626.0<==?ρ（满足工艺要求）。 2.雾沫夹带量v e 的验算 验算结果表明不会产生过量的雾沫夹带。 3.漏液的验算 漏液点的气速om u 筛板的稳定性系数58.1min 00==u u K （大于，不会产生过量液漏） 4.液泛的验算 为防止降液管发生液泛，应使降液管中的清液层高度()w T d h H ΦH +≤ ()w T d h H ΦH +≤成立，故不会产生液泛。 通过流体力学验算，可认为精馏段塔径及塔板各工艺结构尺寸合适，若要做出最合理的设计，还需重选T H 及L h ，进行优化设计。 （八）塔板负荷性能图 1.雾沫夹带线（1） 2 .36 5.210 7.5?? ????-?= -L T a v h H u e σ （1） 式中：s f T s a V A A V u 527.1=-= 将已知数据代入式（1） 3 /2672.861.1s s L V -= （1-1） 在操作范围内，任取几个s L 值，依式（1-1）算出对应的s V 值列于下表： 依据表中数据作出雾沫夹带线（1） 2.液泛线 ()d ow w p w T h h h h h H Φ+++=+ t t =t t +t 1+t t H 1=∈0(t t +t tt )=0.058+0.5077t t 2 3 ? t t =0.00207 （已算出） t t =0.0275+0.0715t t 2+0.51t t 2 3? t t =0.153( t t t t +t 0 )2=136t t 2 3/22278.1414862.2Ls Ls Vs --= （2-2） 在操作范围内，任取几个s L 值，依式（2-2）算出对应的s V 值列于下表： 依据表中数据作出液泛线（2） 3.液相负荷上限线（3） /s m 008125.03max ,== τ f T s A H L （3-3） 4.漏液线（气相负荷下限线）（4） 整理得： L s Vs 32 2 52.1131.0+= （4-4） 在操作范围内，任取几个s L 值，依式（4-4）算出对应的s V 值列于下表： 依据表中数据作出漏液线（4） 5.液相负荷下限线（5） 取平堰堰上液层高度008.0=ow h m s m Ls /000919.03min = （5-5） 操作弹性定义为操作线与界限曲线交点的气相最大负荷max ,s V 与气相允许最小负荷min ,s V 之比: 操作弹性= 18.334 .011 .1min ,max ,==s s V V 四、精馏塔的设计计算结果汇总一览表 精馏塔的设计计算结果汇总一览表 参考文献： 1.陈敏恒、从德滋、方图南等编，《化工原理》上、下册（第二版），北京：化学工业出版社 2.《化学工程手册》编委会编，《化学工程手册》（第二版），化学工业出版社 3.潘国昌，《化工设备设计》，清华大学出版社 4.杨祖荣等编，《化工原理》，化学工业出版社 在一常压操作的连续精馏塔内分离水—乙醇混合物。已知原料的处理量为2000吨、组成为36%（乙醇的质量分率，下同），要求塔顶馏出液的组成为82%，塔底釜液的组成为6%。 设计条件如下： 操作压力 5kPa(塔顶表压)； 进料热状况 自选 ； 回流比 自选； 单板压降 ≤； 根据上述工艺条件作出筛板塔的设计计算。 【设计计算】 （一）设计方案的确定 本设计任务为分离水—乙醇混合物。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，将原料液通过预料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，最小回流比较小，故操作回流比取最小回流比的倍。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底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 A M =46.07kg/kmol 水的摩尔质量 B M =18.02kg/kmol F x =18.002 .1864.007.4636.007 .4636.0=+= D x =64.002.1818.007.4682.007 .4682.0=+= W x =024.002 .1894.007.4606.007 .4606.0=+= 2.原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 F M =×+×=23.07kg/kmol D M =×+×=35.97kg/kmol W M =×+×=18.69kg/kmol 3.物料衡算 以每年工作250天，每天工作12小时计算 原料处理量 F = 90.2812 25007.231000 2000=???kmol/h 总物料衡算 =W D + 水物料衡算 ×=+W 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）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。 min 1.1.3 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。 1.2.2 选择塔型 精馏塔属气—液传质设备。气—液传质设备主要分为板式塔和填料塔两大类。该塔设计生产时日要求较大，由板式塔与填料塔比较[1]知：板式塔直径放大 板式精馏塔设计方案 一、设计方案确定 1.1 精馏流程 精馏装置包括精馏塔，原料预热器，再沸器，冷凝器，釜液冷却器和产品冷却器等,为保持塔的操作稳定性，流程中用泵直接送入塔原料，乙醇、水混合原料液经预热器加热至泡点后，送入精馏塔。塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝后经分配器一部分回流，一部分经过冷却器后送入产品储槽，塔釜采用间接蒸汽再沸器供热，塔底产品经冷却后为冷却水循环利用。 塔板是板式塔的主要构件，分为错流式塔板和逆流式塔板两类，工业中以错流式为主，常用的错流式塔板有：泡罩塔板，筛孔塔板，浮阀塔板。泡罩塔板是工业上应用最早的塔板，其主要的优点是操作弹性较大，液气比围较大，不易堵塞；但由于生产能力及板效率底，已逐渐被筛孔塔板和浮阀塔板所替代。筛孔塔板优点是结构简单，造价低，板上液面落差小，气体压强底，生产能力大；其缺点是筛孔易堵塞，易产生漏液，导致操作弹性减小，传质效率下降。而浮阀塔板是在泡罩塔板和筛孔塔板的基础上发展起来的，它吸收了前述两种塔板的优点。浮阀塔板结构简单，制造方便，造价底；塔板开孔率大，故生产能力大；由于阀片可随气量变化自由升降，故操作弹性大；因上升气流水平吹入液层，气液接触时间长，故塔板效率较高。但浮阀塔板也有缺点，即不易处理易结焦、高粘度的物料，而设计的原料是乙醇-水溶液，不属于此类。故总结上述，设计时选择的是浮阀塔板。 1.2设计方案论证及确定 1.2.1 生产时日及处理量的选择：设计要求塔年处理11.5万吨乙醇—水溶液系统，年工作日300d，每天工作24h。 1.2.2 选择用板式塔不用填料塔的原因：因为精馏塔精馏塔对塔设备的要求大致如下： （1）生产能力大：即单位塔截面大的气液相流率，不会产生液泛等不正常流动。 分离乙醇-水的精馏塔设计设计人员： 所在班级：化学工程与工艺成绩： 指导老师：日期： 化工原理课程设计任务书 一、设计题目：乙醇---水连续精馏塔的设计 二、设计任务及操作条件 （1）进精馏塔的料液含乙醇35％（质量分数，下同），其余为水； （2）产品的乙醇含量不得低于90％； （3）塔顶易挥发组分回收率为99％； （4）生产能力为50000吨/年90％的乙醇产品； （5）每年按330天计，每天24小时连续运行。 （6）操作条件 a）塔顶压强 4kPa （表压） b）进料热状态自选 c）回流比自选 d）加热蒸汽压力低压蒸汽（或自选） e）单板压降 kPa。 三、设备形式：筛板塔或浮阀塔 四、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）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； 9）对设计过程的评述和有关问题的讨论； 2、设计图纸要求； 1）绘制生产工艺流程图（A2 号图纸）； 2）绘制精馏塔设计条件图（A2 号图纸）； 五、设计基础数据： 1.常压下乙醇---水体系的t-x-y 数据； 2.乙醇的密度、粘度、表面张力等物性参数。 一、设计题目：乙醇---水连续精馏塔的设计 二、设计任务及操作条件：进精馏塔的料液含乙醇35％（质量分数，下同），其余为 水；产品的乙醇含量不得低于90％；塔顶易挥发组分回收率为99％，生产能力为50000吨/年90％的乙醇产品；每年按330天计，每天24小时连续运行。塔顶压强 4kPa （表压）进料热状态自选回流比自选加热蒸汽压力低压蒸汽（或自选）单板压降≤0.7kPa。 三、设备形式：筛板塔 四、设计内容： 1）精馏塔的物料衡算： 原料乙醇的组成 xF＝＝0.1740 原料乙醇组成 xD0.7788 塔顶易挥发组分回收率90％ 平均摩尔质量 MF = 由于生产能力50000吨／年，. 则 qn，F 所以，qn，D 2）塔板数的确定： 第三章 精馏塔工艺设计计算 塔设备是化工、石油化工、生物化工、制药等生产过程中广泛采用的气液传质设备。根据塔内气液接触构件的结构形式，可分为板式塔和填料塔两大类。 板式塔内设置一定数量的塔板，气体以鼓泡或喷射形势穿过板上的液层，进行传质与传热，在正常操作下，气象为分散相，液相为连续相，气相组成呈阶梯变化，属逐级接触逆流操作过程。 本次设计的萃取剂回收塔为精馏塔，综合考虑生产能力、分离效率、塔压降、操作弹性、结构造价等因素将该精馏塔设计为筛板塔。 3.1 设计依据[6] 3.1.1 板式塔的塔体工艺尺寸计算公式 （1） 塔的有效高度 T T T H E N Z )1( -= （3-1） 式中 Z –––––板式塔的有效高度，m ； –––––塔内所需要的理论板层数； –––––总板效率； –––––塔板间距，m 。 （2） 塔径的计算 u V D S π4= （3-2） 式中 D –––––塔径，m ； –––––气体体积流量，m 3 u –––––空塔气速， u =（0.6~0.8） （3-3） V V L C u ρρρ-=m a x （3-4） 式中 L ρ–––––液相密度，3 V ρ–––––气相密度，3 C –––––负荷因子， 2 .02020?? ? ??=L C C σ （3-5） 式中 C –––––操作物系的负荷因子， L σ–––––操作物系的液体表面张力， 3.1.2 板式塔的塔板工艺尺寸计算公式 (1) 溢流装置设计 W OW L h h h += (3-6) 式中 L h –––––板上清液层高度，m ； OW h –––––堰上液层高度，m 。 3 2100084.2??? ? ??=W h OW l L E h （3-7） 式中 h L –––––塔内液体流量，m ； E –––––液流收缩系数，取1。 h T f L H A 3600= θ≥3~5 (3-8) 006.00-=W h h (3-9) ' 360000u l L h W h = (3-10) 式中 u 0ˊ–––––液体通过底隙时的流速，。 (2) 踏板设计 开孔区面积a A ： ??? ? ? ?+-=-r x r x r x A a 1 222s i n 1802π （3-11） 《化工原理》课程设计报告 苯-氯苯分离过程板式精馏塔设计 学院 专业 班级 学号 姓名 合作者 指导教师 化工原理设计任务书 一、设计题目: 苯-氯苯分离过程板式精馏塔设计 二、设计任务 1）进精馏塔的原料液中含氯苯为38%（质量百分比，下同），其余为苯。 2）塔顶馏出液中含氯苯不高于2%。 3）生产能力为日产纯度为99.8%的氯苯Z吨产品。年工作日300天，每天24小时连续运行。（设计任务量为3.5吨/小时） 三、操作条件 1.塔顶压强4kPa（表压）； 2.进料热状况，自选； 3.回流比，自选； 4.塔釜加热蒸汽压力0.5MPa； 5.单板压降不大于0.7kPa； 6. 设备型式：自选 7．厂址天津地区 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五行数据的计算； 4.精馏塔的塔体工艺尺寸计算； 5.塔板的主要工艺尺寸计算； 6.塔板的流体力学计算； 7.塔板负荷性能图； 8.精馏塔接管尺寸计算； 9.绘制生产工艺流程图； 10.绘制精馏塔设计条件图； 11.绘制塔板施工图； 12.对设计过程的评述和有关问题的讨论 五、基础数据 1.组分的饱和蒸汽压 i p （mmHg ） 2.组分的液相密度ρ（kg/m 3） 纯组分在任何温度下的密度可由下式计算 苯 t A 187.1912-=ρ 氯苯 t B 111.11127-= ρ 式中的t 为温度，℃。 3.组分的表面张力σ（mN/m ） 双组分混合液体的表面张力m σ可按下式计算： A B B A B A m x x σσσσσ+= （B A x x 、为A 、B 组分的摩尔分率） 4.氯苯的汽化潜热 常压沸点下的汽化潜热为35.3×103kJ/kmol 。 纯组分的汽化潜热与温度的关系可用下式表示： 38 .01212??? ? ??--=t t t t r r c c （氯苯的临界温度：C ?=2.359c t ） 5.其他物性数据可查化工原理附录。 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）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。 min 1.1.3 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。 1.2.2 选择塔型 精馏塔属气—液传质设备。气—液传质设备主要分为板式塔和填料塔两大类。该塔设计生产时日要求较大，由板式塔与填料塔比较[1]知：板式塔直径放大时，塔板效率较稳定,且持液量较大，液气比适应范围大，因此本次精馏塔设备选择板式塔。筛板塔是降液管塔板中结构最简单的，它与泡罩塔相比较具有下列优点：生产能力大10-15%，板效率提高15%左右，而压降可降低30%左右，另外筛板塔结构简单，消耗金属少，塔板的造价可减少40%左右，安装容易，也便于 分离乙醇-水的精馏塔设计 设计人员： 所在班级：化学工程与工艺成绩： 指导老师：日期： 化工原理课程设计任务书 一、设计题目：乙醇---水连续精馏塔的设计 二、设计任务及操作条件 （1）进精馏塔的料液含乙醇35％（质量分数，下同），其余为水； （2）产品的乙醇含量不得低于90％； （3）塔顶易挥发组分回收率为99％； （4）生产能力为50000吨/年90％的乙醇产品； （5）每年按330天计，每天24小时连续运行。 （6）操作条件 a）塔顶压强 4kPa （表压） b）进料热状态自选 c）回流比自选 d）加热蒸汽压力低压蒸汽（或自选） e）单板压降 kPa。 三、设备形式：筛板塔或浮阀塔 四、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）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； 9）对设计过程的评述和有关问题的讨论； 2、设计图纸要求； 1）绘制生产工艺流程图（A2 号图纸）； 2）绘制精馏塔设计条件图（A2 号图纸）； 五、设计基础数据： 1.常压下乙醇---水体系的t-x-y 数据； 2.乙醇的密度、粘度、表面张力等物性参数。 一、设计题目：乙醇---水连续精馏塔的设计 二、设计任务及操作条件：进精馏塔的料液含乙醇35％（质量分 数，下同），其余为水；产品的乙醇含量不得低于90％；塔 顶易挥发组分回收率为99％，生产能力为50000吨/年90％ 的乙醇产品；每年按330天计，每天24小时连续运行。塔顶 压强 4kPa （表压）进料热状态自选回流比自选加热蒸汽 压力低压蒸汽（或自选）单板压降≤0.7kPa。 三、设备形式：筛板塔 四、设计内容： 1）精馏塔的物料衡算： 原料乙醇的组成 xF＝＝0.1740 板式精馏塔设计任务书4-3 一、设计题目： 苯―甲苯精馏分离板式塔设计 二、设计任务及操作条件 1、设计任务：生产能力（进料量） 6万吨／年 操作周期 7200 小时／年 进料组成 48.0％（质量分率，下同） 塔顶产品组成 98.0％ 塔底产品组成 3.0% 2、操作条件 操作压力常压 进料热状态泡点进料 冷却水 20℃ 加热蒸汽 0.19MPa 3、设备型式筛板塔 4、厂址安徽省合肥市 三、设计内容： 1、概述 2、设计方案的选择及流程说明 3、塔板数的计算(板式塔) ( 1 ) 物料衡算; ( 2 ) 平衡数据和物料数据的计算或查阅; ( 3 ) 回流比的选择; ( 4 ) 理论板数和实际板数的计算; 4、主要设备工艺尺寸设计 ( 1 ) 塔内气液负荷的计算; ( 2 ) 塔径的计算; ( 3 ) 塔板结构图设计和计算； ( 4 )流体力学校核； ( 5 )塔板负荷性能计算； ( 6 )塔接管尺寸计算； ( 7 )总塔高、总压降及接管尺寸的确定。 5、辅助设备选型与计算 6、设计结果汇总 7、工艺流程图及精馏塔装配图 8、设计评述 目录 1、概述 (3) 1.1 精馏单元操作的简介 (3) 1.2 精馏塔简介 (3) 1.3 苯-甲苯混合物简介 (3) 1.4设计依据 (3) 1.5 技术来源 (3) 1.6 设计任务和要求 (4) 2、设计计算 (4) 2.1确定设计方案的原则 (4) 2.2操作条件的确定 (4) 2.2.1操作压力 (4) 2.2.2进料状态 (5) 2.2.3加热方式的选择 (5) 2.3设计方案的选定及基础数据的搜集 (5) 2.4板式精馏塔的简图 (6) 2.5常用数据表： (6) 3、计算过程 (8) 3.1 相关工艺的计算 (9) 3.1.1 原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 (9) 3.1.2原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 (9) 3.1.3 物料衡算 (9) 3.1.4 最小回流比及操作回流比的确定 (9) 3.1.5精馏塔的气、液相负荷和操作线方程 (10) 3.1.6逐板法求理论塔板数 (10) 3.1.7精馏塔效率的估算 (12) 3.1.8实际板数的求取 (12) 3.2精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (12) 3.2.1操作压力计算 (12) 3.2.2操作温度计算 (13) 3.2.3平均摩尔质量计算 (13) 3.2.4平均密度计算 (14) 3.2.5液体平均表面张力计算 (15) 3.2.6液体平均粘度计算 (16) 3.3 精馏塔的主要工艺尺寸的计算 (17) 3.3.1 塔内气液负荷的计算 (17) 3.3.2 塔径的计算 (17) 3.3.3 精馏塔有效高度的计算 (19) 3.4 塔板结构尺寸的计算 (19) 3.4.1 溢流装置计算- (19) 3.4.2塔板布置 (21) 3.5筛板的流体力学验算 (23) 3.5.1 塔板压降相当的液柱高度计算 (23) 3.5.2液面落差 (24) 苯氯苯板式精馏塔的工艺设计工艺计 算书 1 2 苯-氯苯板式精馏塔的工艺设计工艺计算书(精馏段部分) 化学与环境工程学院 化工与材料系 5月27日 课程设计题目一——苯-氯苯板式精馏塔的工艺设计 一、设计题目 设计一座苯-氯苯连续精馏塔,要求年产纯度为99.8%的氯苯50000t/a,塔顶馏出液中含氯苯不高于2%。原料液中含氯苯为35%(以上均为质量%)。 二、操作条件 1.塔顶压强4kPa(表压); 2.进料热状况,自选; 3.回流比,自选; 4.塔釜加热蒸汽压力506kPa; 5.单板压降不大于0.7kPa; 6.年工作日330天,每天24小时连续运行。 三、设计内容 1.设计方案的确定及工艺流程的说明; 2.塔的工艺计算; 3.塔和塔板主要工艺结构的设计计算; 4.塔内流体力学性能的设计计算; 5.塔板负荷性能图的绘制; 1 2020年5月29日 2 2020年5月29日 6.塔的工艺计算结果汇总一览表; 7.辅助设备的选型与计算; 8.生产工艺流程图及精馏塔工艺条件图的绘制; 9.对本设计的评述或对有关问题的分析与讨论。 四、基础数据 1.组分的饱和蒸汽压οi p (mmHg) 2.组分的液相密度ρ(kg/m 3) 纯组分在任何温度下的密度可由下式计算 苯 t A 187.1912-=ρ 推荐:t A 1886.113.912-=ρ 氯苯 t B 111.11127-=ρ 推荐:t B 0657.14. 1124-=ρ 式中的t 为温度,℃。 3.组分的表面张力σ(mN/m) 3 2020年5月29日 双组分混合液体的表面张力m σ可按下式计算: A B B A B A m x x σσσσσ+= (B A x x 、为A 、B 组分的摩尔分率) 4.氯苯的汽化潜热 常压沸点下的汽化潜热为35.3×103kJ/kmol 。纯组分的汽化潜热与温度的关系可用下式表示: 38 .01 238 .012??? ? ??--=t t t t r r c c (氯苯的临界温度:C ?=2.359c t ) 5.其它物性数据可查化工原理附录。 附参考答案:苯-氯苯板式精馏塔的工艺计算书(精馏段部分) 苯-氯苯板式精馏塔的工艺计算书(精馏段部分) 一、设计方案的确定及工艺流程的说明 原料液经卧式列管式预热器预热至泡点后送入连续板式精馏塔(筛板塔),塔顶上升蒸汽流采用强制循环式列管全凝器冷凝后一部分作为回流液,其余作为产品经冷却后送至苯液贮罐;塔釜采用热虹吸立式再沸器提供汽相流,塔釜产品经卧式列管式冷却器冷却后送入氯苯贮罐。流程图略。 竭诚为您提供优质文档/双击可除筛板精馏塔课程设计心得体会 篇一：化工原理课程设计筛板精馏塔的设计 化工原理课程设计任务书 班级：生工081 姓名：丁尚080811110183 陈国钰080811110184 设计题目：乙醇水溶液筛板精馏塔的工艺设计一.基础数据 1.原料液量：8000kg·h-1 2.原料液组成：乙醇：22.6%，水：77.4% 3.原料液温度：25℃ 4.馏出液组成：乙醇含量大于：93.2%釜液组成：乙醇含量小于：1.1% (以上浓度均指质量分率) 5.操作压力：常压二.设计范围 1.精馏系统工艺流程设计，绘流程图一张 2.筛板精馏塔的工艺计算 3.筛板精馏塔塔板结构的工艺设计，绘制塔板负荷性能图，塔板结构图和整体设备结构图 4.附属设备选型计算20XX.7.8 目录 第一章：概述 (2) 第二章：精馏工艺流程确定 (4) 第三章：精馏塔的物料衡算 (5) 10） 第五章：塔板结构的工艺设计 (19) 第六章：塔板流体力学校核 (29) 第七章：塔板负荷性能图 (33) 第八章：塔的总体结构的确定 (39) 第九章：馏塔附属设备选型计算 (46) 参考文 献 (51) 附录 (52) 第一章概述 塔设备是化工，石油化工和炼油等生产中最重要的设备之一。它可使气液或液液两相之间进行紧密接触，达到相际传质及传热的目的。它是实现精馏，吸收，解吸和萃取等化工单元操作的主要设备。塔设备在化工过程中有时也用来实现工业气体的冷却与回收，气体的湿法净制和干燥，以及兼有气液两相传质和传热的增湿，减湿等。 在板式塔中，塔内装有一定数量的塔盘，气体以鼓泡或喷射的形式穿过塔板上的液层使两相密切接触，进行传质，两相的组分浓度沿塔高呈阶梯式变化。在填料塔中，塔内装填一定段数和一定高度的填料层，液体沿填料表面成膜状向下流动，作为连续相的液体自下向上流动，与液体逆流传质。两相的组分浓度沿塔高呈阶梯式变化。 不管是何种塔型，除了首先要能使气（汽）液两相充分接触，获得较高的传热效率外，还希望能综合满足下列要求： (1)生产能力大。在较大的气（汽）液流速下，仍不致发生大量的物沫夹带及液泛等破坏正常操作的现象。 (2)操作稳定，操作弹性大。当塔设备的气（汽）液负 板式精馏塔实验报告 学院：广州大学生命科学学院 班级：生物工程121班 分组：第一组 姓名： 其他组员： 学号： 指导老师：尚小琴吴俊荣 实验时间2014.11.15 摘要：此次实验是对筛板精馏塔的性能进行全面的测试，实验主要对乙醇正丙醇精馏过 程中的研究不同条件下改变参量时的实验结果，根据实验数据计算得出塔釜浓度、回流比、进料位置等与全塔效率的关系，确定该筛板精塔的最优实验操作条件。 关键词：精馏；回流比；全塔效率；塔釜浓度 Abstract:The sieve plate distillation column performance comprehensive testing, mainly on ethanol isopropyl alcohol distillation process in the different experimental conditions were discussed, the reactor concentration, reflux ratio, feed location and the entire towerThe relationship between the efficiency of sieve plate tower, determine the optimal experimental conditions of fine. Key words: Distillation;reflux ratio;the tower efficiency 引言：精馏是利用混合液中两种液体的沸点差异来分离两种液体的过程。精馏装置有精馏塔、原料预热器、再沸器、冷凝器、釜液冷却器和产品冷却器等设备。热量自塔釜输入，物料在塔内经多次部分气化与部分冷凝进行精馏分离，由冷凝器和冷却器中的冷却介质将余热带走。精馏过程的节能措施一直是人们普遍关注的问题。精馏操作是化工生产中应用非常广泛的一种单元操作，也是化工原理课程的重要章节[2]。分析运行中的精馏塔，当某一操作条件改变时的分离效果变化，属于精馏的操作型问题[4]。本研究从塔釜浓度、回流比、进料位置、全回流和部分回流等操作因素对数字型筛板精馏塔进行全面考察[1]，得出一系列可靠直观的结果，加深对精馏操作中一些工程概念的理解，对工业生产有一定的指导意义通过本实验我们得出了大量的实验数据，由计算机绘图找出最优一组实验参数,在这组参数下进行提纯将会节约大量能源，同时为今后开出的设计型、综合型、研究型的实验项目，为学生的创新性科研项目具有重要的教改意义[3]。 1.实验部分 过程工艺与设备课程设计 丙烯——丙烷精馏塔设计 课程名称：化工原理课程设计 班级： 姓名： 学号： 指导老师： 完成时间： 前言 本设计说明书包括概述、流程简介、精馏塔、再沸器、辅助设备、管路设计和控制方案共7章。 说明中对精馏塔的设计计算做了详细的阐述，对于再沸器、辅助设备和管路的设计也做了正确的说明。 鉴于设计者经验有限，本设计中还存在许多错误，希望各位老师给予指正 感谢老师的指导和参阅！ 目录 第一节：标题 丙烯—丙烷板式精馏塔设计 第二节：丙烯—丙烷板式精馏塔设计任务书 第三节：精馏方案简介 第四节：精馏工艺流程草图及说明 第五节：精馏工艺计算及主体设备设计 第六节：辅助设备的计算及选型 第七节：设计结果一览表 第八节：对本设计的评述 第九节：工艺流程简图 第十节：参考文献 第一章 任务书 设计条件 1、 工艺条件： 饱和液体进料 进料丙烯含量%65x F (摩尔百分数)。 塔顶丙烯含量% x 98 ≥ D 釜液丙烯含量% ≤ x 2 W 总板效率为0.6 2、操作条件： 塔顶操作压力1.62MPa(表压) 加热剂及加热方法：加热剂——热水 加热方法——间壁换热冷却剂：循环冷却水 回流比系数：R/Rmin=1.2 3、塔板形式：浮阀 4、处理量：F=50kml/h 5、安装地点：烟台 6、塔板设计位置：塔顶 安装地点：烟台。 处理量：64kmol/h 产品质量：进料65% 塔顶产品98% 塔底产品<2% 1、工艺条件：丙烯—丙烷 饱和液体进料 进料丙烯含量65% (摩尔百分数) 塔顶丙烯含量98% 釜液丙烯含量<2% 总板效率为0.6 2、操作条件： 塔顶操作压力1.62MPa(表压) 3.5 筛板精馏塔设计示例 3.5.1 化工原理课程设计任务书设计题目:分离苯-甲苯混合液的筛板精馏塔 在一常压操作的连续精馏塔内分离苯-甲苯混合液。已知原料液的处理量为4000kg/h，组成为0.41(苯的质量分率)，要求塔顶馏出液的组成为0.96，塔底釜液的组成为0.01。 设计条件如下：表3-18 进料热状态回流比单板压降全塔效率建厂地址 操作压力 4kPa(塔顶常压) 自选自选≤0.7kPa ET=52% 天津地区 试根据上述工艺条件作出筛板塔的设计计算。 3.5.2 设计计算 1 设计方案的确定 本设计任务为分离苯一甲苯混合物。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，将原料液通过预热器加热至泡点后送人精馏塔内。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，最小回流比较小，故操作回流比取最小回流比的2倍。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。 2 精馏塔的物料衡算 (1) 原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 苯的摩尔质量 甲苯的摩尔质量 （2）原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 （3）物料衡算 原料处理量 总物料衡算 46.61＝D＋W 苯物料衡算 46.61×0.45＝0.966D＋0.012 W 联立解得 D＝21.40 kmol／h W=25.21kmol／h 3 塔板数的确定 （1）理论板层数N T的求取 苯一甲苯属理想物系，可采用图解法求理论板层数。 ①由手册查得苯一甲苯物系的气液平衡数据，绘出x~y图，见图3-22。 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3-19中对角线上，自点e（0.45，0.45）作垂线ef即为进料线(q线)，该线与平衡线的交点坐标为 y q＝0.667 xq＝0.450 故最小回流比为 取操作回流比为 ③求精馏塔的气、液相负荷 《化工原理》课程设计 ------苯--甲苯板式精馏塔塔的设计 专业：化学工程与工艺 班级：1014101 学号：101410122 姓名：陈延超 指导教师：赵海鹏 日期 2013-01-09 序言 化工原理课程设计是综合运用《化工原理》课程和有关先修课程（《物理化学》，《化工制图》等）所学知识，完成一个单元设备设计为主的一次性实践教学，是理论联系实际的桥梁，在整个教学中起着培养学生能力的重要作用。通过课程设计，要求更加熟悉工程设计的基本内容，掌握化工单元操作设计的主要程序及方法，锻炼和提高学生综合运用理论知识和技能的能力，问题分析能力，思考问题能力，计算能力等。 精馏是分离液体混合物（含可液化的气体混合物）最常用的一种单元操作，在化工，炼油，石油化工等工业中得到广泛应用。精馏过程在能量剂驱动下（有时加质量剂），使气液两相多次直接接触和分离，利用液相混合物中各组分的挥发度的不同，使易挥发组分由液相向气相转移，难挥发组分由气相向液相转移，实现原料混合液中各组分的分离。根据生产上的不同要求，精馏操作可以是连续的或间歇的，有些特殊的物系还可采用衡沸精馏或萃取精馏等特殊方法进行分离。本设计的题目是苯-甲苯连续精馏筛板塔的设计，即需设计一个精馏塔用来分离易挥发的苯和不易挥发的甲苯，采用连续操作方式，需设计一板式塔将其分离。 目录 一、化工原理课程设计任书 (3) 二、设计计算 (4) 1.设计方案的确定 (4) 2.精馏塔的物料衡算 (7) 3.塔板数的确定 (7) 4.精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (11) 5.精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (16) 6.塔板主要工艺尺寸的计算 (17) 7.筛板的流体力学验算 (21) 8.塔板负荷性能图 (23) 9.接管尺寸确定 (29) 三、个人总结 (31) 四、参考书目 (31) 筛板塔设计 【设计步骤】 (一)确定设计方案和操作流程； (二)进行工艺设计； (三)塔板设计（塔板主要工艺尺寸、流体力学校核、塔的操作性能图）； (四)板式塔结构设计（塔高）； (五)管路和附属设备的计算与选型； (六)图纸绘制； (七)编制设计说明书。 【设计说明书内容】 (一)说明书目录； (二)设计任务书（设计题目、设计任务、设计条件、设计内容和要求）； (三)设计方案简介（流程的设计及说明）； (四)工艺计算； (五)塔板设计（塔板主要工艺尺寸、流体力学校核、塔的操作性能图）； (六)板式塔结构设计（塔高）； (七)精馏塔辅助设备的计算和选型； (八)设计结果汇总； (九)结束语（设计评述）； (十)参考文献。 【设计计算】（工艺计算、塔板设计） （一）设计方案的确定 1.二元混合物的分离，采用连续精馏流程。 2.采用泡点进料，将原料液加热至泡点后送入精馏塔内（q=1）。 3.塔顶上升蒸气全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内。 4.操作压力：4kPa（塔顶表压）。 5.单板压降：≤0.7 kPa。 6.全塔效率：E T =55%。 （二）精馏塔的物料衡算 1.原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数（x F 、x D 、x W ）。 2.原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量（M F 、M D 、M W ）。 3.物料衡算（F、D、W）。 （三）塔板数的确定 1.理论板层数N T 的求取。 （1）图解法（x-y图、两操作线） （2）逐板计算法（相平衡、两操作线） （3）简捷计算法（吉利兰关联图） 2.实际板层数的求取（理论板层数/塔效率） (四)精馏塔、提馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 1.操作压力的计算 （1）精馏段平均压力 （2）提馏段平均压力 2.操作温度的计算 筛板式精馏塔的设计 目录 目录 (1) 摘要 (4) 1概述 (5) 2 精馏工艺流程确定 (7) 2.1进料热状况 (7) 2.2进料方式 (7) 2.3冷凝方式 (7) 2.4加热形式 (7) 3、精馏塔的物料衡算 (8) 3.1、原料液、馏出液、釜液组成 (8) 3.1.1、原料液组成 (8) 3.1.2、馏出液组成 (8) 3.1.3、釜液组成 (8) 3.2、物料衡算 (9) 3.2.1、质量流量 (9) 3.2.2、摩尔流量 (9) 3.2.3、体积流量及体积分率 (10) 3.3、结果汇总表 (11) 4、塔板数的确定 (13) 4.1、理论塔板数的确定 (13) 4.1.1、最小回流比Rmin (13) 4.1.2、最小理论塔板数Nmin的确定 (13) 4.1.3、最佳回流比的确定 (14) 4.2 操作线方程 (15) 4.2.1 精馏段操作线方程 (16) 4.2.2 提溜段操作线方程 (16) 4.2.3 q线方程 (16) 4.2.4 用逐板计算出理论塔板数 (16) 4.3、总板效率η的估计 (18) 4.3.1、平均挥发度 (18) 4.3.2、加料摩尔组成的液体平均摩尔粘度μav (19) 4.3.3、估计总板效率η (19) 4.3.4 实际板数的确定 (20) 5、塔板结构的工艺设计 (21) 5.1、初选塔板间距H T (21) 5.2、塔径初算 (21) 5.2.1液泛气速u F (21) 5.3、塔板上溢流型式的确定 (23) 5.4、塔板布置 (23) 5.4.1、筛孔孔径 (24) 5.4.2、筛孔中心距t0和开孔率φ0 (24) 5.4.3、筛板厚度tp (24) 5.4.4、溢流堰长l w (25) 5.4.5、堰板高度h w (25) 5.4.6、降液管下沿与塔板板间距t a (26) 5.4.7、安定区宽度Ws和边缘区宽度Wc (26) 5. 5、塔板各部分面积和对应气速计算 (27) 5.5.1降液管面积Ad (27) 5.5.2塔板工作面积Aa (27) 5.5.3塔有效截面积An (28) 5.5.4筛孔总面积 (28) 6. 塔板流体力学校核 (29) 6.1、板上溢流强度检查 (29) 6.2、气体通过塔板的压力降ΔHt (29) 6.3、液面落差校核 (30) 6.4、漏液点气速校核 (30) 6.5、降液管内液面高度Hd和液体停留时间t校核 (30) 6.5.1、降液管内液面高度Hd (30) 6.5.2、停留时间t (31) 7. 塔板负荷性能图 (32) 7.1负荷性能图的绘制 (32) 7.1.1液体流量下限线 (32) 7.1.2液体流量上限线 (32) 7.1.3漏液线 (32) 7.1.4液泛线 (33) 7.1.5雾沫夹带上限线 (34) 7.2、塔板结构设计评述 (35) 8.、塔总体结构 (36) 8.1、塔体与裙座结构及封头的选用 (36) 8.2、塔盘结构 (36) 8.3、除沫装置 (37) 8.4、塔附件 (37) 8.5、塔高的计算 (37) 8.5.1、塔的顶部空间高度 (37) 8.5.2、塔的底部空间高度 (37) 8.5.3、加料板的空间高度 (37) 8.5.4、支座高度 (38) 8.5.5、人孔 (38) 8.5.6塔高 (38) 8.6、接管 (38) 前言 化工生产中所处理的原料，中间产物，粗产品几乎都是由若干组分组成的混合物，而且其中大部分都是均相物质。生产中为了满足储存，运输，加工和使用的需求，时常需要将这些混合物分离为较纯净或几乎纯态的物质。 精馏是分离液体混合物最常用的一种单元操作，在化工，炼油，石油化工等工业得到广泛应用。精馏过程在能量计的驱动下，使气，液两相多次直接接触和分离，利用液相混合物中各相分挥发度的不同，使挥发组分由液相向气相转移，难挥发组分由气相向液相转移。实现原料混合物中各组成分离该过程是同时进行传质传热的过程。本次设计任务为设计一定处理量的分离四氯化碳和二硫化碳混合物精馏塔。 板式精馏塔也是很早出现的一种板式塔，20世纪50年代起对板式精馏塔进行了大量工业规模的研究，逐步掌握了筛板塔的性能，并形成了较完善的设计方法。与泡罩塔相比，板式精馏塔具有下列优点：生产能力（2 0%——40%）塔板效率（10%——50%）而且结构简单，塔盘造价减少40%左右，安装，维修都较容易。 化工原理课程设计是培养学生化工设计能力的重要教学环节，通过课程设计使我们初步掌握化工设计的基础知识、设计原则及方法；学会各种手册的使用方法及物理性质、化学性质的查找方法和技巧；掌握各种结果的校核，能画出工艺流程、塔板结构等图形。在设计过程中不仅要考虑理论上的可行性，还要考虑生产上的安全性、经济合理性。 在设计过程中应考虑到设计的业精馏塔具有较大的生产能力满足工艺要求，另外还要有一定的潜力。节省能源，综合利用余热。经济合理，冷却水进出口温度的高低，一方面影响到冷却水用量。另一方面影响到所需传热面积的大小。即对操作费用和设备费用均有影响，因此设计是否合理的利用热能R等直接关系到生产过程的经济问题。 本课程设计的主要内容是过程的物料衡算，工艺计算，结构设计和校核。 【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 板式精馏塔设计方案 目录 1.设计任务 (6) 2.工艺流程图 (8) 3.设计方案 (8) 3.2实验方案的说明 (11) 4、板式塔的工艺计算 (12) 5、塔体和塔板的工艺尺寸计算 (25) 6、辅助设备的计算与选型 (53) 7、经济横算 (69) 8心得体会 (71) 符号说明： 英文字母 Aa---- 塔板的开孔区面积，m2 Af---- 降液管的截面积, m2 Ao---- 筛孔区面积, m2 A T----塔的截面积m2△P P----气体通过每层筛板的压降 C----负荷因子无因次t----筛孔的中心距 C20----表面张力为20mN/m的负荷因子 do----筛孔直径u’o----液体通过降液管底隙的速度 D----塔径m Wc----边缘无效区宽度 e v----液沫夹带量kg液/kg气Wd----弓形降液管的宽度 E T----总板效率Ws----破沫区宽度 R----回流比 Rmin----最小回流比 M----平均摩尔质量kg/kmol t m----平均温度℃ g----重力加速度9.81m/s2Z----板式塔的有效高度 Fo----筛孔气相动能因子kg1/2/(s.m1/2) hl----进口堰与降液管间的水平距离m θ----液体在降液管内停留时间h c----与干板压降相当的液柱高度mυ----粘度 hd----与液体流过降液管的压降相当的液注高度m ρ----密度 hf----塔板上鼓层高度m σ----表面张力 h L----板上清液层高度mΨ----液体密度校正系数 h1----与板上液层阻力相当的液注高度m 下标 ho----降液管的义底隙高度m max----最大的h ow----堰上液层高度m min----最小的h W----出口堰高度m L----液相的h’W----进口堰高度m V----气相的 hσ----与克服表面张力的压降相当的液注高度m H----板式塔高度m H B----塔底空间高度m Hd----降液管内清液层高度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 H1----封头高度m H2----裙座高度m K----稳定系数 l W----堰长m Lh----液体体积流量m3/h Ls----液体体积流量m3/s n----筛孔数目 P----操作压力KPa △P---压力降KPa △Pp---气体通过每层筛的压降KPa T----理论板层数 u----空塔气速m/s u0,min----漏夜点气速m/s u o’ ----液体通过降液管底隙的速度m/s精馏塔设计流程
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