乙醇-水溶液连续精馏塔设计
目录
1.设计任务书 (3)
2.英文摘要前言 (4)
3.前言 (4)
4.精馏塔优化设计 (5)
5.精馏塔优化设计计算 (5)
6.设计计算结果总表 (22)
7.参考文献 (23)
8.课程设计心得 (23)
精馏塔设计任务书
一、设计题目
乙醇—水溶液连续精馏塔设计
二、设计条件
1．处理量： 15000 （吨/年）
2．料液浓度： 35 （wt%）
3．产品浓度： 93 （wt%）
4．易挥发组分回收率： 99%
5．每年实际生产时间：7200小时/年
6. 操作条件：
①间接蒸汽加热；
②塔顶压强：1.03 atm（绝对压强）
③进料热状况：泡点进料；
三、设计任务
a) 流程的确定与说明；
b) 塔板和塔径计算；
c) 塔盘结构设计
i. 浮阀塔盘工艺尺寸及布置简图；
ii. 流体力学验算；
iii. 塔板负荷性能图。
d) 其它
i. 加热蒸汽消耗量；
ii. 冷凝器的传热面积及冷却水的消耗量
e) 有关附属设备的设计和选型，绘制精馏塔系统工艺流程图和精馏塔装配
图，编写设计说明书。
乙醇——水溶液连续精馏塔优化设计
前言
乙醇在工业、医药、民用等方面，都有很广泛的应用，是很重要的一种原料。在很多方面，要求乙醇有不同的纯度，有时要求纯度很高，甚至是无水乙醇，这是很有困难的，因为乙醇极具挥发性，也极具溶解性，所以，想要得到高纯度的乙醇很困难。
要想把低纯度的乙醇水溶液提升到高纯度，要用连续精馏的方法，因为乙醇和水的挥发度相差不大。精馏是多数分离过程，即同时进行多次部分汽化和部分冷凝的过程，因此可使混合液得到几乎完全的分离。化工厂中精馏操作是在直立圆形的精馏塔内进行的，塔内装有若干层塔板或充填一定高度的填料。为实现精馏分离操作，除精馏塔外，还必须从塔底引入上升蒸汽流和从塔顶引入下降液。可知，单有精馏塔还不能完成精馏操作，还必须有塔底再沸器和塔顶冷凝器，有时还要配原料液预热器、回流液泵等附属设备，才能实现整个操作。
浮阀塔与20世纪50年代初期在工业上开始推广使用，由于它兼有泡罩塔和筛板塔的优点，已成为国内应用最广泛的塔型，特别是在石油、化学工业中使用最普遍。浮阀有很多种形式，但最常用的形式是F1型和V-4型。F1型浮阀的结果简单、制造方便、节省材料、性能良好，广泛应用在化工及炼油生产中，现已列入部颁标准（JB168-68）内，F1型浮阀又分轻阀和重阀两
种，但一般情况下都采用重阀，只有处理量大且要求压强降很低的系统中，才用轻阀。浮阀塔具有下列优点：1、生产能力大。2、操作弹性大。3、塔板效率高。4、气体压强降及液面落差较小。5、塔的造价低。浮阀塔不宜处理易结焦或黏度大的系统，但对于黏度稍大及有一般聚合现象的系统，浮阀塔也能正常操作。
精馏塔优化设计计算
在常压连续浮阀精馏塔中精馏乙醇——水溶液，要求料液浓度为35%，产品浓度为93%，易挥发组分回收率99%。年生产能力15000吨/年
操作条件：①间接蒸汽加热
②塔顶压强：1.03atm（绝对压强）
③进料热状况：泡点进料
一精馏流程的确定
乙醇——水溶液经预热至泡点后，用泵送入精馏塔。塔顶上升蒸气采用全冷凝后，部分回流，其余作为塔顶产品经冷却器冷却后送至贮槽。塔釜采用间接蒸汽再沸器供热，塔底产品经冷却后送入贮槽。工艺流程图见图
二塔的物料衡算
1.查阅文献，整理有关物性数据
⑴水和乙醇的物理性质
名称分子式相对
分子
质量
密度
20℃
3
/
kg m
沸点
101.33kPa
℃
比热容
(20℃)
Kg/(kg.
℃)
黏度
(20℃
)
mPa.s
导热
系数
(20℃)
ω/(m.
℃)
表面
张力
3
σ?10
(20℃
)
N/m
水2H O18.02 998 100 4.183 1.005 0.599 72.8
乙醇
25
C H OH46.07 789 78.3 2.39 1.15 0.172 22.8
⑵常压下乙醇和水的气液平衡数据，见表
常压下乙醇—水系统t—x—y数据如表1—6所示。
表1—6 乙醇—水系统t—x—y数据
沸点t/℃
乙醇摩尔数/%
沸点t/℃
乙醇摩尔数/%气相液相气相液相
99.90.0040.0538227.356.44 99.80.040.5181.333.2458.78
99.7 0.05 0.77 80.6 42.09 62.22 99.5 0.12 1.57 80.1 48.92 64.70 99.2 0.23 2.90 79.85 52.68 66.28 99.0 0.31 3.725 79.5 61.02 70.29 98.75 0.39 4.51 79.2 65.64 72.71 97.65 0.79 8.76 78.95 68.92 74.69 95.8 1.61 16.34 78.75 72.36 76.93 91.3 4.16 29.92 78.6 75.99 79.26 87.9 7.41 39.16 78.4 79.82 81.83 85.2 12.64 47.49 78.27 83.87 84.91 83.75 17.41 51.67 78.2 85.97 86.40 82.3 25.75 55.74 78.15 89.41 89.41
乙醇相对分子质量：46；水相对分子质量：18
25℃时的乙醇和水的混合液的表面张力与乙醇浓度之间的关系为： 58453210314.410348.100163.009604.09726.283364.67x x x x x --?-?+-+-=σ 式中 σ——25℃时的乙醇和水的混合液的表面张力，N ／m ； x ——乙醇质量分数，％。
其他温度下的表面张力可利用下式求得
2
.11221????
??--T T T T C C ＝σσ
式中 σ1——温度为T 1时的表面张力；N ／m ；
σ2——温度为T 2时的表面张力；N ／m ； T C ——混合物的临界温度，T C ＝∑x i T ci ，K ； x i ——组分i 的摩尔分数； T Ci ——组分i 的临界温度， K 。
2. 料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数 X F =0.35/46.07
0.35/46.070.65/18.02
+=0.174
X D =
0.93/46.07
0.93/46.070.07/18.02
+=0.838
X W =0.01/46.07
0.01/46.070.99/18.02
+=0.0039
3. 平均摩尔质量
M F =0.174?46.07+（1-0.174）?18.02=22.9 kg/kmol
M D = 0.838?46.07+ (1-0.838) ?18.02=41.52kg/kmol M W =0.0039?46.07+（1-0.0039）?18.02=18.12kg/kmol
4. 物料衡算
已知：F=3
1500010720027.84
??=74.83/kmol h
总物料衡算 F=D+W=74.83
易挥发组分物料衡算 0.838D+0.0039W=74.83?0.174 联立以上二式得：
D=15.25kg/kmol W=59.57kg/kmol
三 塔板数的确定
1. 理论塔板数T N 的求取
⑴根据乙醇——水气液平衡表1-6，
⑵求最小回流比R min 和操作回流比R 。
因为乙醇-水物系的曲线是不正常的平衡曲线,当操作线与q 线的交点尚未落到平衡线上之前,操作线已经与平衡线相切,如图g 点所示. 此时恒浓区出现在g 点附近, 对应的回流比为最小的回流比. 最小回流比的求法是由点a(D x ,D x )向平衡线作切线，再由切线的斜率或截距求min R 作图可知 b=0.342 b=
1
D
x R +=0.342 ∴R min =1.45
由工艺条件决定 R=1.6R min 故取操作回流比 R=2.32 ⑶求理论板数T N
塔顶，进料，塔底条件下纯组分的饱和蒸气压i p
组分 饱和蒸气压/kpa
塔顶 进料 塔底 水 44.2 86.1 101.33 乙醇
101.3
188.5
220.0
①求平均相对挥发度
塔顶 D α=A B P P =101.3
44.2
=2.29
进料 F α=
188.5
86.1=2.189 塔底 W α=220.0
101.33
=2.17
全塔平均相对挥发度为
W α=W D αα=2.17?2.29=2.23
'm α=F D αα= 2.189 2.29?=2.17 ②理论板数T N 由芬斯克方程式可知
N min =
1l X X 1X 1X l m
g W W D D g -α???????????? ??-???? ??-=
0.83810.003910.8380.003912.23
g g l l ?-?
???? ?????
-??????-=7.96 且
m i n 2.321.45
0.2621 2.321
R R R --==++ 由吉利兰图查的
min 0.412T T N N N -=+ 即7.97
0.412
T T N N -=+
解得 T N =14.2 （不包括再沸器）
③进料板
min
'
10.83810.174lg lg 110.8380.17411 2.97lg lg 2.24
D F D F m x x x x N α??????-?-??????? ??? ?????
--????????????=-=-= 前已经查出
min 0.412T T N N N -=+ 即 2.97
0.412
T T N N -=+
解得 N=6.42
故进料板为从塔顶往下的第7层理论板 即F N =7 总理论板层数 T N =14.2 （不包括再沸器） 进料板位置 F N =7 2、全塔效率T
E
因为T E =0.17-0.616lg m μ
根据塔顶、塔釜液组成，求塔的平均温度为，在该温度下进料液相平均粘
计划经济为
m μ=0.174?0.41+（1-0.174）?0.3206=0.336
T E =0.17-0.616lg0.336=0.462
3、实际塔板数
精馏段塔板数：6
13T
N E =
=精 提馏段塔板数： 9.2
20T
N E =
=提 四、塔的工艺条件及物性数据计算 以精馏段为例：
1、 操作压力为 Pm
塔顶压力：
D P =1.04+103.3=104.34
若取每层塔板压强 P ?=0.7
则进料板压力： F P =104.34+13?0.7=113.4kpa 精馏段平均操作压力 Pm =
113.44104.34
108.892
+=kpa
2、温度
m t
根据操作压力，通过泡点方程及安托因方程可得 塔顶 D t =78.36C 进料板
F t =95.5C
m t 精=
78.3695.5
86.932
+=C 3、平均摩尔质量M
⑴ 塔顶
D x =1y =0.838 D y =0.825
VD M = 0.838?46.07+（1-0.838）?18.02=41.52 kg/kmol
LD M =0.825?46.07+（1-0.825）?18.02=41.15 kg/kmol
⑵ 进料板： F y = 0.445
F x =0.102
VF M = 0.445?46.07+（1-0.445）?18.02=30.50 kg/kmol
LF M =0.102?46.07+（1-0.102）?18.02=20.88 kg/kmol 精馏段的平均摩尔质量
,V M 精=
41.530.5
36.012
+= kg/kmol ,L M 精
=41.1520.88
31.002
+= kg/kmol 4、平均密度 m ρ
⑴液相密度 ,L m ρ
,1
L m ρ=
,,A
B
L A
L B
w w ρρ+
塔顶：
,1
L m
ρ=
0.930.075
789972.5
+ ,L m ρ=796.73/Kg m 进料板上 由进料板液相组成 A x =0.102
A w =
0.10246.07
0.2250.10246.07(10.102)18.02
?=?+-?
,1
LF m
ρ=
796.7924.2
860.52
+=
,LF m ρ=924.23/Kg m
故精馏段平均液相密度,L m ρ精=796.7924.2
860.52
+=3/Kg m
⑵气相密度 ,V m ρ
,V m ρ精=
PM RT 提108.8936.01
1.318.314(27386.93)
?=?+3/Kg m 5、液体表面张力 m σ m σ=1n
i i i x σ=∑
.m D σ=0.838?17.8+(1-0.838)?0.63=15.0/mN m ,m F σ=0.102?16.0+(1-0.102)?0.62=2.20/mN m
,m σ精=
15.01 2.20
8.592
+=/mN m 6、液体粘度 ,L m μ
,L m μ=1
n
i i x i μ=∑
,L D μ=0.838?0.55+(1-0.838)?0.37=0.521.a mP s ,L F μ=0.102?0.34+(1-0.102)?0.29=0.295.a mP s ,L M μ精=0.5210.295
0.4082
+=.a mP s
以提馏段为例
1、平均摩尔质量M
塔釜 w y = 0.050 w x =0.0039
Vw M =0.050?46.07+(1-0.050)?18.02=19.42 kg/kmol Lw M =0.0039?46.07+(1-0.0039)?18.02=18.12 kg/kmol 提馏段的平均摩尔质量
,V M 提=
30.5019.42
24.962
+= kg/kmol ,L M 提=
20.8818.12
19.52+= kg/kmol 2、平均密度,L m ρ
,,,1
A
B
L m
L A
L B
w w ρρρ=
+
塔釜，由塔釜液相组成 A x =0.0039
A w =0.01
,
1
L w m
ρ=
35.3831.01
0.000353600860.5
?=?
∴ ,Lw m ρ=961.53/Kg m
故提馏段平均液相密度 ,L m ρ提=
961.5924.2
942.852+=3/Kg m ⑵气相密度,V m ρ
,L m ρ提=PM RT 提= 113.4424.96
0.928.314(27398.01)
?=?+3/Kg m
五 精馏段气液负荷计算
V=（R+1）D=(2.32+1)?15.25=50.63/kmol h
S V =
,,3600V V m V M ρ精精
=
50.6336.01
0.3753600 1.31
?=? m s /3
L=RD=2.32?15.25=35.38/kmol h
,3600L s L m LM L ρ=
精精
=
35.3831.01
0.000353600860.5
?=? m s /3
六 提馏段气液负荷计算
V ’=V=50.63/kmol h
,''3600V s V m V M V ρ=
提
提
=0.382 m s /3
L ’=L+F=35.38+74.83=110.2/kmol h
,''3600L s L m L M L ρ=
提
提
=0.0006 m s /3
七 塔和塔板主要工艺尺寸计算
1塔径
首先考虑精馏段：
参考有关资料，初选板音距T H =0.45m 取板上液层高度L h =0.07m 故 T H -L h =0.45-0.07=0.38m
s L s V L V L ρ???? ? ?????=0.00035860.50.375 1.31???? ? ??
???=0.0239 查图可得 20C =0.075
校核至物系表面张力为9.0mN/m 时的C ，即
C=20C 0.220σ?? ???=0.075?0.2
8.5920??
???
=0.064
max u =C L V
V
ρρρ-=0.064860.5 1.311.31-=1.64 m/s
可取安全系数0.70，则
u=0.70max u =0.7?1.64=1.148 m/s
故 D=
4s
V u
π=0.645 m 按标准，塔径圆整为0.7m ，则空塔气速为0.975 m/s
2 精馏塔有效高度的计算
精馏段有效高度为 1Z N =-T 精精（）H =(13-1)?0.45=5.4m
提馏段有效高度为
1Z N =-T 提提（）H =(20-1)?0.45=8.55m
在进料孔上方在设一人孔，高为0.6m 故精馏塔有效高度为:5.4+8.55+0.6=14.55m
3 溢流装置
采用单溢流、弓形降液管
⑴ 堰长 w l
取堰长 w l =0.75D
w l =0.75?0.7=0.525m ⑵ 出口堰高
w h =L ow h h -
选用平直堰，堰上液层高度ow h 由下式计算
ow h =
2/3
2.841000h w L E L ??
???
近似取E=1.03,则 ow h =0.017
故 w h =0.07-0.017=0.053m
⑶ 降液管的宽度d W 与降液管的面积f A 由
0.750w
l D
=查《化工设计手册》 得 d
W D =0.17,f T
A A =0.08
故 d W =0.17D=0.12 f A =0.08()2
4
D π=0.0312m 停留时间 f T s
A H L τ=
=39.9s (>5s 符合要求)
⑷ 降液管底隙高度 h ο
h ο=w h -0.006=0.053-0.006=0.047m 3、塔板布置及浮阀数目击者及排列 取阀孔动能因子 F ο=9 孔速 u ο=,V m
F ο
ρ=
9
1.31
=8.07m 浮阀数 n=
24
s V d u ο
π
=
20.375
0.0398.07
4
π
?=39(个)
取无效区宽度 c W =0.06m 安定区宽度 s W =0.07m
开孔区面积 22212sin 180a x A x R x R R π-?
?=-+???
? R=
2c D
W -=0.29m x=()2
d D
W Ws -+=0.16m 故 a A =2221
0.1620.160.290.160.29sin 1800.29π-?
?-+???
?=0.175m 浮阀排列方式采用等腰三角形叉排
取同一磺排的孔心距 a=75mm=0.075m 估算排间距h
h=a A n a ?=0.175
390.075
?=0.06m
八 塔板流体力学校核
1、气相通过浮塔板的压力降，由下式 p c f h h h h σ=++
⑴ 干板阻力 2
5.342V c L u h g
ορρ==21.318.075.342860.59.81???=0.027m 液柱
⑵ 液层阻力x ο 取充气系数数 οε=0.5,有 f h =οεL h =0.5?0.07=0.035m 液柱 ⑶ 液体表面张力所造成阻力x ο此项可以忽略不计。 故气体流经一层浮阀塔塔板的压力降的液柱高度为：
p h =0.027+0.035=0.062m 常板压降
p p L P h g ρ?==0.062?860.5?9.81=523.4a P (<0.7K a P ,符合设计要求)。
2、淹塔
为了防止淹塔现象了生，要求控制降液管中清液层高度符合()d T w H H h φ≤+，其中 d p L d H h h h =++
由前计算知 p h =0.061m,按下式计算
d h =0.1532
s w L l h ο?? ???
=0.1532
0.0003750.5250.047??
?
???=0.00002m 板上液层高度 L h =0.07m,得：
d h =0.062+0.07+0.00002=0.132m
取φ=0.5,板间距今为0.45m,w h =0.053m,有 φ()T w H h +=0.5?(0.45+0.053)=0.252m
由此可见：d H <φ()T w H h +，符合要求。
3、雾沫夹带
由下式可知 V e <0.1kg 液/kg 气
V e = 3.2
6
5.710a T
f u H h σ-??? ? ?-??= 3.2
635.7100.375/(0.3590.025)859100.45 2.50.07--?-??
??-???=0.069 浮阀塔也可以考虑泛点率，参考化学工程手册。
泛点率=
1.36V s
s L
L V
F b
V L l KC A ρρρ+-?100%
L l =D-2d W =0.7-2?0.12=0.46 b A =T A -2f A =0.3875-2?0.031=0.325 式中L l ——板上液体流经长度，m; b A ——板上液流面积，2m ； F C ——泛点负荷系数，取0.126; K ——特性系数，取1.0.
泛点率=
1.31
0.375
1.360.000350.46
860.5 1.311.00.1260.3225
+??-??
=36.2% (<80%,符合要求)
九 塔板负荷性能图
1、雾沫夹带线 按泛点率=80%计
1.36V s s L
L V
F b
V L l KC A ρρρ+-?100%=80%
1.31
1.360.46
860.5 1.310.801.00.1260.3255
s
s V L +??-=?? 将上式整理得
0.039s V +0.626s L =0.0328
S V 与S L 分别取值获得一条直线，数据如下表。 /S L 3（m /s ）
0.00035 0.00085 3/(/)S V m s 0.835
0.827
2、泛液线
通过式d p l d H h h h =++以及式p c f h h h h σ=++得 p L d h h Φ++T w （H +h ）=h =c f L d h h h h H σ++++ 由此确定液泛线方程。
ΦT w （H +h ）=2200036005.34
0.153()(1)2L v S s w w w
u L L h g L h l 2/3ρ2.84
+++ε[+?E()]ρ?1000 简化上式得s s V L 与关系如下
222/3
0.71805.527.08S S S V L L =--
计算数据如下表。
3/(/)S L m h
0.00035 0.00055
0.00065 0.00085 3/(/)S V m h 0.8215 0.8139
0.8105
0.8040
3、液相负荷上限线
求出上限液体流量s L 值（常数） 以降液管内停留时间τ=5s 则 3,max 0.03950.45
0.00356/5
f T
s A H L m s ?==
=τ
4、漏夜线
对于1F 型重阀，由005v F u =ρ=，计算得 05v
u =
ρ 22
0005
4
4
s v
V d n u d n π
π
=
??=
??
ρ
则 23,min 5
0.7850.039400.209/1.31
s V m s =???= 5、液相负荷下限线
去堰上液层高度ow h =0.006m 根据ow h 计算式求s L 的下限值
,min 2.840.0061000s w
L E l 2/3
[]= 取E=1.03
3,min 0.00028/s L m s =
经过以上流体力学性能的校核可以将精馏段塔板负荷性能图划出。如
图
4310,/S L m s -?
由塔板负荷性能图可以看出： ① 在任务规定的气液负荷下的操作点
P （0.00083，0.630）（设计点），处在适宜的操作区内。
② 塔板的气相负荷上限完全有雾沫夹带控制，操作下限由漏液控制。 ③ 按固定的液气比，即气相上限,max s V =0.630 3/m s ，气相下限,min s V =0.209
3/m s ，求出操作弹性K ，即
K=
,max ,min
s s V V =
0.630
0.209
=3.01 十 精馏塔的主要附属设备
3,/S V m s
1 冷凝器
（1）冷凝器的选择：强制循环式冷凝器
冷凝器置于塔下部适当位置，用泵向塔顶送回流冷凝水，在冷凝器和泵
之间需设回流罐，这样可以减少台架，且便于维修、安装，造价不高。 （2）冷凝器的传热面积和冷却水的消耗量
热流体为78.36℃的93%的乙醇蒸汽，冷流体为20℃的水 Q=q m1r 1 Q=q m2r 2
Q —单位时间内的传热量，J/s 或W ； q m1, q m 2—热、冷流体的质量流量，kg/s;
r 1 ,r 2—热，冷流体的汽化潜热，J/kg
r 1=600 kJ /㎏ r 2=775 kJ /㎏ q m1=0.153kg/s Q=q m1r 1=0.153×600000=91800J/s Q=q m2r 2=775000 q m2=91800
∴ q m2=0.12 kg/s
传热面积： A=
m
Q
K t ??
m t ?=
(78.3640)(3020)
78.3640()
3020
n l -----=21.2
K 取700W ·m -2/℃ ∴ A=291800
6.270021.2
m =?
2 再沸器
（1）再沸器的选择：釜式再沸器
对直径较大的塔，一般将再沸器置于踏外。其管束可抽出，为保证管束浸于沸腾器液中，管束末端设溢流堰，堰外空间为出料液的缓冲区。其液面以上空间为气液分离空间。釜式再沸器的优点是气化率高，可大80%以上。
（2）加热蒸汽消耗量
Q=q m1r1Q=q m2r2
Q—单位时间内的传热量，J/s或W；
q m1, q m2—热、冷流体的质量流量，kg/s;
r1 ,r2—热，冷流体的汽化潜热，J/kg
∵r1=2257 kJ/㎏r2=1333 kJ/㎏q m2=0.43kg/s ∴Q=q m2r1=0.43×1333=573.2 kJ/s=2257 q m1
∴蒸汽消耗量q m1为0.254 kg/s
表浮阀塔板工艺设计计算结果
序号项目数值
1 平均温度t
m
，℃86.93
2 平均压力P
m ，kP
a
108.89
3 液相流量L
S
，m3/s 0.00035
4 气相流量V
S
，m3/s 0.375
5 实际塔板数33
6 塔径，m 0.70
7 板间距,m 0.45
8 溢流形式单溢流
9 堰长，m 0.525
10 堰高，m 0.053
11 板上液层高度，m 0.07
12 堰上液层高度，m 0.047
13 安定区宽度，m 0.07
14 无效区宽度，m 0.06
15 开孔区面积，m20.175
16 阀孔直径，m 0.039
17 浮阀数39
18 孔中心距，m 0.075
19 开孔率0.147
20 空塔气速，m/s 0.8
21 阀孔气速，m/s 8.07
22 每层塔板压降，P
700
a
23 液沫夹带，
e（kg液/kg气）0.069
V
24 气相负荷上限，m3/s 0.00356
25 液相负荷上限，m3/s 0.00028
26 操作弹性 3.01
参考文献
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[2]刘雪暖、汤景凝.化工原理课程设计[M].山东：石油大学出版社，2001、5
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学工业出版社，1989、7
[9]刘光启、马连湘.化学化工物性参数手册[M].北京：化学工业出版社，2002
[10]贺匡国.化工容器及设备简明设计手册[M].北京：化学工业出版社，2002 课程设计心得
通过这次课程设计使我充分理解到化工原理课程的重要性和实用性，更特别是对精馏原理及其操作各方面的了解和设计，对实际单元操作设计中所涉及的个方面要注意问题都有所了解。通过这次对精馏塔的设计，不仅让我将所学的知识应用到实际中，而且对知识也是一种巩固和提升充实。在老师和同学的帮助下，及时的按要求完成了设计任务，通过这次课程设计，使我获得了很多重要的知识，同时也提高了自己的实际动手和知识的灵活运用能力。
⑴综合运用“化工原理”和相关选修课程的知识，联系化工生产的实际完成单元操作的化工设计实践，初步掌握化工单元操作的基本程序和方法。 ⑵熟悉查阅资料和标准、正确选用公式，数据选用简洁，文字和工程语言正确表达设计思路和结果。 ⑶树立正确设计思想，培养工程、经济和环保意识，提高分析工程问题的能力。二、设计任务及操作条件在一常压操作的连续精馏塔分离乙醇－水混合物。 生产能力（塔顶产品）3000 kg/h 操作周期 300 天／年 进料组成 25% （质量分数，下同） 塔顶馏出液组成≥94% 塔底馏出液组成≤0.1% 操作压力 4kPa（塔顶表压） 进料热状况泡点 单板压降：≤0.7 kPa 设备型式筛板 三、设计容： (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件数据的计算； (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) 绘制生产工艺流程图； (10) 绘制精馏塔设计条件图； (11) 对设计过程的评述和有关问题的讨论。 [ 设计计算 ] （一）设计方案选定 本设计任务为分离水－乙醇混合物。 原料液由泵从原料储罐中引出，在预热器中预热至84℃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至25℃后送至产品槽；塔釜采用热虹吸立式再沸器提供气相流，塔釜残液送至废热锅炉。 1精馏方式：本设计采用连续精馏方式。原料液连续加入精馏塔中，并连续收集产物和排出残液。其优点是集成度高，可控性好，产品质量稳定。由于所涉浓度围乙醇和水的挥发度相差较大，因而无须采用特殊精馏。 2操作压力：本设计选择常压，常压操作对设备要求低，操作费用低，适用于乙醇和水这类非热敏沸点在常温（工业低温段）物系分离。 3塔板形式：根据生产要求，选择结构简单，易于加工，造价低廉的筛板塔，筛板塔处理能力大，塔板效率高，压降较低，在乙醇和水这种黏度不大的分离工艺中有很好表现。 4加料方式和加料热状态：加料方式选择加料泵打入。由于原料温度稳定，为减少操作成本采用30度原料冷液进料。
乙醇－水连续浮阀式精馏塔的设计方案 第1章前言 1.1精馏原理及其在化工生产上的应用 实际生产中，在精馏柱及精馏塔中精馏时，上述部分气化和部分冷凝是同时进行的。 对理想液态混合物精馏时，最后得到的馏液(气相冷却而成)是沸点低的B物质，而残液是沸点高的A物质，精馏是多次简单蒸馏的组合。精馏塔底部是加热区，温度最高；塔顶温度最低。精馏结果，塔顶冷凝收集的是纯低沸点组分，纯高沸点组分则留在塔底。 1.2精馏塔对塔设备的要求 精馏设备所用的设备及其相互联系，总称为精馏装置，其核心为精馏塔。常用的精馏塔有板式塔和填料塔两类，通称塔设备，和其他传质过程一样，精馏塔对塔设备的要求大致如下： 一：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。 二：效率高：气液两相在塔保持充分的密切接触，具有较高的塔板效率或传质效率。 三：流体阻力小：流体通过塔设备时阻力降小，可以节省动力费用，在减压操作是时，易于达到所要求的真空度。 四：有一定的操作弹性：当气液相流率有一定波动时，两相均能维持正常的流动，而且不会使效率发生较大的变化。 五：结构简单，造价低，安装检修方便。
六：能满足某些工艺的特性：腐蚀性，热敏性，起泡性等。 1.4常用板式塔类型及本设计的选型 常用板式塔类型有很多，如：筛板塔、泡罩塔、舌型塔、浮阀塔等。而浮阀塔具有很多优点，且加工方便，故有关浮阀塔板的研究开发远较其他形式的塔板广泛，是目前新型塔板研开发的主要方向。近年来与浮阀塔一直成为化工生中主要的传质设备，浮阀塔多用不锈钢板或合金。实际操作表明，浮阀在一定程度的漏夜状态下，使其操作板效率明显下降，其操作的负荷围较泡罩塔窄，但设计良好的塔其操作弹性仍可达到满意的程度。 浮阀塔塔板是在泡罩塔板和筛孔塔板的基础上发展起来的，它吸收了两者的优点。所以在此我们使用浮阀塔，浮阀塔的突出优点是结构简单，造价低，制造方便；塔板开孔率大，生产能力大等。 乙醇与水的分离是正常物系的分离，精馏的意义重大，在化工生产中应用非常广泛，对于提纯物质有非常重要的意义。所以有必要做好本次设计 1.4．本设计所选塔的特性 浮阀塔的优点是： 1．生产能力大，由于塔板上浮阀安排比较紧凑，其开孔面积大于泡罩塔板，生产能力 比泡罩塔板大 20%～40%，与筛板塔接近。 2．操作弹性大，由于阀片可以自由升降以适应气量的变化，因此维持正常操作而允许 的负荷波动围比筛板塔，泡罩塔都大。 3．塔板效率高，由于上升气体从水平方向吹入液层，故气液接触时间较长，而雾沫夹 带量小，塔板效率高。 4．气体压降及液面落差小，因气液流过浮阀塔板时阻力较小，使气体压降及液面落差
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
第一章绪论 (2) 一、目的： (2) 二、已知参数： (2) 三、设计内容： (2) 第二章课程设计报告内容 (3) 一、精馏流程的确定 (3) 二、塔的物料衡算 (3) 三、塔板数的确定 (4) 四、塔的工艺条件及物性数据计算 (6) 五、精馏段气液负荷计算 (10) 六、塔和塔板主要工艺尺寸计算 (10) 七、筛板的流体力学验算 (15) 八、塔板负荷性能图 (18) 九、筛板塔的工艺设计计算结果总表 (22) 十、精馏塔的附属设备及接管尺寸 (22) 第三章总结 (23) .
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
乙醇-水溶液连续精馏塔设计 目录 1.设计任务书 (3) 2.英文摘要前言 (4) 3.前言 (4) 4.精馏塔优化设计 (5) 5.精馏塔优化设计计算 (5) 6.设计计算结果总表 (22) 7.参考文献 (23) 8.课程设计心得 (23) 精馏塔设计任务书 一、设计题目 乙醇—水溶液连续精馏塔设计 二、设计条件 1．处理量： 15000 （吨/年） 2．料液浓度： 35 （wt%） 3．产品浓度： 93 （wt%） 4．易挥发组分回收率： 99% 5．每年实际生产时间：7200小时/年 6. 操作条件： ①间接蒸汽加热； ②塔顶压强：1.03 atm（绝对压强） ③进料热状况：泡点进料； 三、设计任务 a) 流程的确定与说明； b) 塔板和塔径计算；
c) 塔盘结构设计 i. 浮阀塔盘工艺尺寸及布置简图； ii. 流体力学验算； iii. 塔板负荷性能图。 d) 其它 i. 加热蒸汽消耗量； ii. 冷凝器的传热面积及冷却水的消耗量 e) 有关附属设备的设计和选型，绘制精馏塔系统工艺流程图和精馏塔装配 图，编写设计说明书。 乙醇——水溶液连续精馏塔优化设计 前言 乙醇在工业、医药、民用等方面，都有很广泛的应用，是很重要的一种原料。在很多方面，要求乙醇有不同的纯度，有时要求纯度很高，甚至是无水乙醇，这是很有困难的，因为乙醇极具挥发性，也极具溶解性，所以，想要得到高纯度的乙醇很困难。 要想把低纯度的乙醇水溶液提升到高纯度，要用连续精馏的方法，因为乙醇和水的挥发度相差不大。精馏是多数分离过程，即同时进行多次部分汽化和部分冷凝的过程，因此可使混合液得到几乎完全的分离。化工厂中精馏操作是在直立圆形的精馏塔内进行的，塔内装有若干层塔板或充填一定高度的填料。为实现精馏分离操作，除精馏塔外，还必须从塔底引入上升蒸汽流和从塔顶引入下降液。可知，单有精馏塔还不能完成精馏操作，还必须有塔底再沸器和塔顶冷凝器，有时还要配原料液预热器、回流液泵等附属设备，才能实现整个操作。 浮阀塔与20世纪50年代初期在工业上开始推广使用，由于它兼有泡罩塔和筛板塔的优点，已成为国内应用最广泛的塔型，特别是在石油、化学工业中使用最普遍。浮阀有很多种形式，但最常用的形式是F1型和V-4型。F1型浮阀的结果简单、制造方便、节省材料、性能良好，广泛应用在化工及炼油生产中，现已列入部颁标准（JB168-68）内，F1型浮阀又分轻阀和重阀两
符号说明：英文字母 Aa---- 塔板的开孔区面积，m2 A f---- 降液管的截面积, m2 A T----塔的截面积 m C----负荷因子无因次 C20----表面力为20mN/m的负荷因子 d o----阀孔直径 D----塔径 e v----液沫夹带量 kg液/kg气 E T----总板效率 R----回流比 R min----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/s2 F----阀孔气相动能因子 kg1/2/(s.m1/2) h l----进口堰与降液管间的水平距离 m h c----与干板压降相当的液柱高度 m h f----塔板上鼓层高度 m h L----板上清液层高度 m h1----与板上液层阻力相当的液注高度 m ho----降液管底隙高度 m h ow----堰上液层高度 m h W----溢流堰高度 m h P----与克服表面力的压降相当的液注高度m H-----浮阀塔高度 m H B----塔底空间高度 m H d----降液管清液层高度 m H D----塔顶空间高度 m H F----进料板处塔板间距 m H T·----人孔处塔板间距 m H T----塔板间距 m l W----堰长 m Ls----液体体积流量 m3/s N----阀孔数目 P----操作压力 KPa △P---压力降 KPa △Pp---气体通过每层筛的压降 KPa N T----理论板层数 u----空塔气速 m/s V s----气体体积流量 m3/s W c----边缘无效区宽度 m W d----弓形降液管宽度 m W s ----破沫区宽度 m 希腊字母 θ----液体在降液管停留的时间 s υ----粘度 mPa.s ρ----密度 kg/m3 σ----表面力N/m φ----开孔率无因次 X`----质量分率无因次 下标 Max---- 最大的 Min ---- 最小的 L---- 液相的 V---- 气相的 m----精馏段 n-----提馏段 D----塔顶 F-----进料板 W----塔釜
化工原理课程设计 题目：乙醇水精馏筛板塔设计 设计时间：2010、12、20-2011、1、6
化工原理课程设计任务书（化工1） 一、设计题目板式精馏塔的设计 二、设计任务：乙醇-水二元混合液连续操作常压筛板精馏塔的设计 三、工艺条件 生产负荷（按每年7200小时计算）：6、7、8、9、10、11、12万吨/年 进料热状况：自选 回流比：自选 加热蒸汽：低压蒸汽 单板压降：≤0.7Kpa 工艺参数 组成浓度（乙醇mol%） 塔顶78 加料板28 塔底0.04 四、设计内容 1.确定精馏装置流程，绘出流程示意图。 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 塔顶全凝器设计计算：热负荷，载热体用量，选型及流体力学计算。 料液泵设计计算：流程计算及选型。 管径计算。 五、设计结果总汇 六、主要符号说明 七、参考文献 八、图纸要求 1、工艺流程图一张(A2 图纸) 2、主要设备工艺条件图（A2图纸） 目录 前言 (4)
1概述 (5) 1.1 设计目的 (5) 1.2 塔设备简介 (6) 2设计说明书 (7) 2.1 流程简介 (7) 2.2 工艺参数选择 (8) 3 工艺计算 (9) 3.1物料衡算 (9) 3.2理论塔板数的计算 (10) 3.2.1 查找各体系的汽液相平衡数据 (10) 如表3-1 (10) 3.2.2 q线方程 (9) 3.2.3 平衡线 (11) 3.2.4 回流比 (12) 3.2.5 操作线方程 (12) 3.2.6 理论板数的计算 (12) 3.3 实际塔板数的计算 (13) 3.3.1全塔效率ET (13) 3.3.2 实际板数NE (14) 4塔的结构计算 (15) 4.1混合组分的平均物性参数的计算 (15) 4.1.1平均分子量的计算 (15) 4.1.2 平均密度的计算 (16) 4.2塔高的计算 (17) 4.3塔径的计算 (17) 4.3.1 初步计算塔径 (17) 4.3.2 塔径的圆整 (18) 4.4塔板结构参数的确定 (19) 4.4.1溢流装置的设计 (19) 4.4.2塔盘布置（如图4-4） (20) 4.4.3 筛孔数及排列并计算开孔率 (21) 4.4.4 筛口气速和筛孔数的计算 (21) 5 精馏塔的流体力学性能验算 (22) 5.1 分别核算精馏段、提留段是否能通过流体力学验算 (22) 5.1.1液沫夹带校核 (22) 5.2.2塔板阻力校核 (23) 5.2.3溢流液泛条件的校核 (25) 5.2.4 液体在降液管内停留时间的校核 (26) 5.2.5 漏液限校核 (26) 5.2 分别作精馏段、提留段负荷性能图 (26) 5.3 塔结构数据汇总 (29) 6 塔的总体结构 (30) 7 辅助设备的选择 (31) 7.1塔顶冷凝器的选择 (31) 7.2塔底再沸器的选择 (32) 7.3管道设计与选择 (33)
题目：乙醇-水精馏塔工艺设计与塔顶冷凝器选型设计专业：煤炭深加工与利用 学生姓名：武婷 学号: 090010 小组成员:郭泽红 指导教师: 完成日期: 新疆工业高等专科学校教务处印制 （乌鲁木齐市830091）
化工原理 课程设计任务书设计题目：乙醇——水连续精馏塔的设计 设计人员 所在班级成绩 指导教师日期
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94； （3）塔顶易挥发组分回收率为%； （4）生产能力为25000吨/年94%的乙醇产品； （5）每年按330天计，每天24h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) 单板压降小于等于 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。 。
第一章前言 化工生产中所处理的原料中间产品几乎都是由若干组分组成的混合物。其中大部分是均相混合物。生产中为满足要求需将混合物分离成较纯的物质。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。精馏过程在能量剂的驱动下（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。该过程是同时进行传质、传热的过程。 在本设计中我们使用筛板塔。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筛板塔能满足要求的操作弹性。而且效率高采用筛板可解决堵塞问题适当控制漏液。 筛板塔是最早应用于工业生产的设备之一。五十年代之后通过大量的工业实践逐步改进了设计方法和结构。近年来与浮阀塔一起成为化工生中主要的传质设备。为减少对传质的不利影响。可将塔板的液体进入区制成突起的斜台状这样可以降低进口处的速度使塔板上气流分布均匀。筛板塔多用不锈钢板或合金制成。使用碳钢的比率较少。 它的主要优点是：结构简单。易于加工。造价为泡罩塔的60左右。为浮阀塔的80%左右；在相同条件下。生产能力比泡罩塔大20%～40%；塔板效率较高。比泡罩塔高15%左右。但稍低于浮阀塔；气体压力降较小。每板降比泡罩塔约低30%左右。缺点是：小孔筛板易堵塞。不适宜处理脏的、粘性大的和带固体粒子的料液；操作弹性较小（约2～3）。 蒸馏是分离均相混合物的单元操作。精馏是最常用的蒸馏方式。是组成化工生产过程的主要单元操作。精馏是典型的化工操作设备之一。进行此次课程设计的目的是为了培养综合运用所学知识,来解决实际化工问题的能力,做到能独立进行化工设计初步训练。为以后从事设计工作打下坚实的基础。 第二章流程的确定和说明 设计思路 首先，乙醇和水的原料混合物进入原料罐，在里面停留一定的时间之后，通过泵进入原料预
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：
（封面） XXXXXXX学院 乙醇-水精馏塔设计报告 题目： 院（系）： 专业班级： 学生姓名： 指导老师： 时间：年月日
目录 第一章设计任务书 (1) 第二章设计方案的确定及流程说明 (2) 2.1 塔类型的选择 (2) 2.2 塔板形式的选择 (3) 2.3 设计方案的确定 (4) 第三章塔的工艺计算 (6) 3.1物料衡算 (6) 3.2理论板数，板效率及实际板数的计算 (10) 3.3平均参数、塔径、塔高的计算 (14) 第四章塔板结构设计 (21) 4.1塔板结构尺寸的确定 (21) 4.2塔板流体力学计算 (23) 第五章塔板负荷性能图 (28) 5.1 精馏段 (28) 5.2提馏段 (30) 第六章附属设备设计 (33) 6.1产品冷却器 (33) 6.2接管 (34) 6.3其他 (35) 第七章设计方案的比较与讨论 (36)
第一章设计任务书 一、设计题目：乙醇—水精馏塔 本设计是根据生产实际情况并加以一定程度的简化而提出的。 二、设计任务及条件 1.进精馏塔料液含乙醇25%（质量），其余为水。 2.产品乙醇含量不得低于94%（质量）。 3.残液中乙醇含量不得高于0.1%（质量）。 4.生产能力为日产（24小时）50吨94%的乙醇产品 5.操作条件： 精馏塔顶压力：4KPa（表压） 进料状况：泡点进料 回流比：R/R min=1.6 单板压降：不大于667 Pa 加热蒸汽压力：101.3kPa（表压） 6.设备形式：浮阀塔 7.厂址：天津地区
第二章设计方案的确定及流程说明 2.1 塔类型的选择 塔设备的种类很多，按操作压力可分为常压塔、加压塔和减压塔；按塔内气液相接触构件的结构形式又可分为板式塔和填料塔两大类。 板式塔和填料塔各有适用的环境，具体板式塔和填料塔性能的比较可见下表1： 表1 板式塔和精馏塔的比较 类型板式塔填料塔 结构特点每层板上装配有不同型式的气 液接触元件或特殊结构，如筛 板、泡罩、浮阀等；塔内设置 有多层塔板，进行气液接触 塔内设置有多层整砌或乱堆的填料， 如拉西环、鲍尔环、鞍型填料等散装 填料，格栅、波纹板、脉冲等规整填 料；填料为气液接触的基本元件 操作特点气液逆流逐级接触微分式接触，可采用逆流操作，也可 采用并流操作 设备性能 空塔速度（亦即生产能力） 高，效率高且稳定；压降大， 液气比的适应范围大，持液量 大，操作弹性小 大尺寸空塔气速较大，小尺寸空塔气 速较小；低压时分离效率高，高压时 分离效率低，传统填料效率较低，新 型乱堆及规整填料效率较高； 大尺寸压力降小，小尺寸压力降大； 要求液相喷淋量较大，持液量小，操 作弹性大 制造与维修直径在600mm以下的塔安装困 难，安装程序较简单，检修清 理容易，金属材料耗量大 新型填料制备复杂，造价高，检修清 理困难，可采用非金属材料制造，但 安装过程较为困难 适用场合处理量大，操作弹性大，带有 污垢的物料 处理强腐蚀性，液气比大，真空操作 要求压力降小的物料 在本设计中，之所以选用板式塔，塔底为直接蒸汽加热，板式塔塔底无需再添加气体初始分布装置，且塔顶和进料口位置无需添加液体初始分布装置；另一方面，塔板所需费用要远低于规整填料，正式是因为板式塔的结构简单，造价较低两大优点，导致具有比较大的经济优势。
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
化工原理课程设计说明书 ( 设计题目：乙醇－水精馏塔设计 设计者： 专业：化学工程与工艺 学号： 指导老师： " 2006年6月19日
化工原理课程设计任务 设计题目：乙醇－水精馏塔设计 ) 设计条件 系统进料：25oC 处理量： 25，000吨/年 进料浓度：28%乙醇（质量） 处理要求：塔顶乙醇浓度≥ 94% （质量） 塔底乙醇浓度≤ %（质量）塔顶压强：4kPa(表压) 进料状态：泡点进料 … 回流比： 冷却水温： 28oC 加热蒸汽： MPa（表压） 设备形式：筛板塔 年工作时： 7200小时 年工作日： 300天（连续操作） 塔顶冷凝器采用全凝器 塔低再沸器为间接蒸汽加热 ;
目录 一、前言…………………………………………………………… 二、设计方案简介………………………………………………… 三、| 艺流程图及说四、工 明…………………………………………... 五、工艺计算及精馏塔设计 1、工艺条件…………………………………………………………….. 2、汽液平衡数据……………………………………………………….. 3、物料衡算………………………………………………………………. 4、实际塔板数确定……………………………………………………… 5、精馏塔内汽液负荷计算………………………………………………… 6、工艺条件及物性数据计算……………………………………………… 7、} 8、塔和塔板主要工艺尺寸计算………………………………………… 9、塔板负荷性能图………………………………………………………… 六、辅助设备设选型计算 七、课程设计的其它问题……………………………………….. 八、选用符号说明……………………………………………… 九、参考文献……………………………………………………. 十、结束语…………………………………………………………、
乙醇—水连续精馏塔的设计 目的： 通过课程设计进一步巩固课本所学的容，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20%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4%（均为质量分数）。 已知参数： （1）设计任务 ●进料乙醇 X = 20 %（质量分数，下同） ●生产能力 Q = 80 t/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：天津地区 ●塔顶为全凝器，中间泡点进料，筛板式连续精馏 设计容： （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
目录 一、精馏流程的确定 (3) 二、课程设计报告容 (3) 1.塔的物料计算 (3) 1.1 料液及塔顶、塔底产品含乙醇摩尔分数 (3) 1.2 平均摩尔质量 (3) 1.3 物料衡算 (3) 2.塔板数的确定 (4) 2.1 理论塔板数的求取 (4) 2.2 全塔效率 (6) 2.3 实际塔板数 (6) 3.塔点工艺条件及物性数据计算 (6) 3.1 操作压强 (6) 3.2 温度 (6) 3.3 平均摩尔质量 (7) 3.4 平均密度 (7) 3.5 液体表面力 (9) 3.6 液体黏度 (9) 4.精馏段气液负荷计算 (10) 5.塔和塔板主要工艺尺寸计算 (11) 5.1 塔径 (11) 5.2 溢流装置 (12) 5.3 塔板布置 (15) 5.4 筛孔数与开孔率 (15) 5.5 塔的有效高度（精馏段） (16) 5.6 塔高计算 (16) 6.筛板的流体力学验算 (16) 6.1 气体通过筛板压强降相当的液柱高度 (16) 6.2 雾沫夹带量的验算 (18) 6.3 漏液的验算 (18) 6.4 液泛验算 (18) 7.塔板负荷性能图 (19) 7.1 雾沫夹带线（1） (19) 7.2 液泛线（2） (20) 7.3 液相负荷上限线（3） (21) 7.4 漏液线（气相负荷下限线）（4） (21) 7.5 液相负荷下限线（5） (22) 8.筛板塔的工艺设计计算结果总表 (23) 9.精馏塔的附属设备及接管尺寸 (24) 三、设计小结 (25) 四、主要参考文献 (25)
目录 设计任务书 (4) 第一章前言 (5) 第二章精馏塔过程的确定 (6) 第三章精馏塔设计物料计算 (7) 3.1水和乙醇有关物性数据 (7) 3.2 塔的物料衡算 (8) 8 8 8 3.3塔板数的确定 (8) N T 8 N T 9 3.4塔的工艺条件及物性数据计算 (11) P m 12 t m 12 M精 12 ρ 13 M σm (13) μ 14 m L， 14 第四章精馏塔设计工艺计算 (15) 4.1塔径 (15) 4.2精馏塔的有效高度计算 (16) 4.3溢流装置 (16) l W 16 h W 16 W d A f 16 h o 17
4.4塔板布置及浮阀数目排列 (17) 4.5塔板流体力学校核 (18) 18 18 4.6雾沫夹带 (18) 4.7塔板负荷性能图 (19) 19 20 20 20 21 4.8塔板负荷性能图 (22) 设计计算结果总表 (23) 符号说明 (24) 关键词 (25) 参考文献 (25) 课程设计心得 (26) 附录 (27) 附录一、水在不同温度下的黏度 (27) 附录二、饱和水蒸气表 (27) 附录三、乙醇在不同温度下的密度 (27) 精馏塔设计任务书 一、设计题目 乙醇—水溶液连续精馏塔设计 二、设计条件 （1）处理量：60000（吨/年） （2）料液浓度：30（wt%） （3）产品浓度：92.5（wt%） （4）易挥发组分：99.9% （5）每年实际生产时间：7200小时/年 （6）操作条件：
精馏塔塔顶压力常压 进料热状态自选 回流比自选 加热蒸汽压力低压蒸汽 单板压降不大于0.7kPa 乙醇-水平衡数据自查 （7）设备类型为浮阀塔 三、设计任务 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（可以不画） 8、精馏塔接管尺寸计算 9、绘制工艺流程图 10、对设计过程的评述和有关问题的讨论 乙醇——水溶液连续精馏塔优化设计 第一章前言 乙醇在工业、医药、民用等方面，都有很广泛的应用，是很重要的一种原料。在很多方面，要求乙醇有不同的纯度，有时要求纯度很高，甚至是无水乙醇，这是很有困难的，因为乙醇极具挥发性，也极具溶解性，所以，想要得到高纯度的乙醇很困难。 要想把低纯度的乙醇水溶液提升到高纯度，要用连续精馏的方法，因为乙醇和水的挥发度相差不大。精馏是多数分离过程，即同时进行多次部分汽化和部分冷凝的过程，因此可使混合液得到几乎完全的分离。化工厂中精馏操作是在直立圆形的精馏塔内进行的，塔内装有若干层塔板或充填一定高度的填料。为实现精馏分离操作，除精馏塔外，还必须从塔底引入上升蒸汽流和从塔顶引入下降液。可知，单有精馏塔还不能完成精馏操作，还必须有塔底再沸器和塔顶冷凝器，有时还要配原料液预热器、回流液泵等附属设备，才能实现整个操作。 浮阀塔与20世纪50年代初期在工业上开始推广使用，由于它兼有泡罩塔和筛板塔的优点，已成为国内应用最广泛的塔型，特别是在石油、化学工业中使用最普遍。浮阀有很多种形式，但最常用的形式是F1型和V-4型。F1型浮阀的结果简单、
化工原理课程设计 乙醇——水混合液精馏塔设计 刘入菡 应用化学专业应化1104班学号110130106 指导教师顾明广 摘要 本设计为分离乙醇-水混合物，采用筛板式精馏塔。精馏塔是提供混合物气、液两相接触条件，实现传质过程的设备。它是利用混合物中各组分挥发能力的差异，通过液相和气相的回流，使混合物不断分离，以达到理想的分离效果。 选择精馏方案时因组分的沸点都不高所以选择常压，进料为泡点进料，回流是泡点回流。塔顶冷凝方式是采用全凝器，塔釜的加热方式是使用再沸器。 精馏过程的计算包括物料衡算，热量衡算,塔板数的确定等。然后对精馏塔进行设计包括：塔径、塔高、溢流装置。最后进行流体力学验算、绘制塔板负荷性能图。 乙醇精馏是生产乙醇中极为关键的环节，是重要的化工单元。其工艺路线是否合理、技术装备性能之优劣、生产管理者及操作技术素质之高低，均影响乙醇生产的产量及品质。工业上用发酵法和乙烯水化法生产乙醇，单不管用何种方法生产乙醇，精馏都是其必不可少的单元操作。浮阀塔具有下列优点：1、生产能力大。2、操作弹性大。3、塔板效率高。4、气体压强降及液面落差较小。5、塔的造价低。浮阀塔不宜处理易结焦或黏度大的系统，但对于黏度稍大及有一般聚合现象的系统，浮阀塔也能正常操作。 关键词：乙醇水精馏浮阀塔连续精馏塔板设计
目录 前言 (1) 第一章设计任务书 (2) 1.1、设计条件 (2) 1.2、设计任务 (2) 1.3、设计内容 (3) 第二章设计方案确定及流程说明 (5) 第三章塔板的工艺设计 (7) 3.1、全塔物料衡算 (7) 3.2、塔内混合液物性计算 (8) 3.3、适宜回流比 (15) 3.4、溢流装置 (21) 3.5、塔板布置与浮阀数目及排列 (22) 3.6、塔板流体力学计算 (25) 3.7、塔板性能负荷图 (29) 3.8、塔高度确定 (33) 第四章附属设备设计 (35) 4.1、冷凝器的选择 (35) 4.2、再沸器的选择 (36) 第五章辅助设备的设计 (38) 5.1、辅助容器的设计 (38) 5.2、管道设计 (39)
乙醇-水板式精馏塔设计
目录 设计任务书 目录.................................................... 设计任务书............................. 1.概述 0 1.1塔板性质 0 1.2筛板塔的特点如下 0 1.3精馏的作用 0 1.4设计方案 (1) 1.5 设计思路 (1) 2 塔板的工艺设计 (1) 2.1精馏塔全塔物料衡算 (2) 2.1.1操作温度的计算 (2) 2.1.2平均摩尔质量的计算 (3) 2.1.3平均密度的计算 (4) 2.1.4平均表面张力的计算 (6) 2.1.5平均黏度的计算 (9) 2.1.6相对挥发度的计算 (10) 2.2理论塔的计算 (10) 2.3塔径的初步设计 (12) 2.3.1气、液相体积流量计算 (12) 2.3.2 空塔气速 (13) 2.3.3塔高的计算 (15) 2.4溢流装置 (15) l (15) 2.4.1堰长 W
2.4.2弓降液管的宽度和横截面积 (16) 2.4.3降液管底隙高度 (16) 2.5.2.筛孔数目及排列 (17) 3. 塔板的流体力学验算 (18) 3.1塔板压降 (18) h (18) 3.1.1 气体通过干板的阻力压降 C h (19) 3.1.2 气体通过板上液层的压降 1 h (19) 3.1.3 气体克服液体表面张力产生的压降 σ ? (20) 3.1.4 液体通过每层筛板的压降P 3.2液面落差 (20) 3.2.1雾沫夹带量v e的验算 (20) 3.2.2 漏液的验算 (21) 3.2.3液泛的验算 (21) 3.3塔板负荷性能图 (22) 3.3.1物沫夹带线 (22) 3.3.2液泛线 (23) 3.3.3液相负荷上限线 (24) 3.3.4漏液线（气相负荷下限线） (24) 3.3.5液相负荷下限线 (26) 4. 塔附件设计 (28) 4.1接管 (28) 4.1.1进料管 (28) 4.1.2 回流管 (28) 4.1.3塔底出料管 (28) 4.1.4塔顶蒸气出料管 (29) 4.1.5塔底进气管 (29)
分离乙醇水精馏塔设计含工艺流程图和塔设备 图 集团标准化工作小组 [Q8QX9QT-X8QQB8Q8-NQ8QJ8-M8QMN]
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≤。 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＝＝ 原料乙醇组成 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：