乙醇水 板式精馏塔 课程设计

乙醇在工业，医药，民用等方面，都有很广泛的应用，是一种很重要的原料。

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，所以，想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，塔内装有若干层塔板和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形，特别是在石油，化学工业中使用最普遍。

浮阀有很多种形式，但最常用的是F1型和V-4型。

F1型浮阀的结构简单，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，采用轻阀。

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。

浮阀塔不宜处理宜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。

§2.1 设计方案本设计任务为分离乙醇-水混合物。

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，其余部分经产品冷凝器冷却后送至储罐。

该物系属易分离物系，故操作回流比取最小回流比的1.4倍。

塔釜采用直接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。

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）Rmin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。

R。

6．操作回流比R=(1.1—2.0)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。

武汉工程大学邮电与信息工程学院课程设计说明书论文题目：乙醇—水分离过程板式精馏塔设计邮电与信息工程学院课程设计任务书专业07过控班级2班学生姓名汪尧全发题时间：2010 年 6 月22 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（原始数据）原料：乙醇、水年处理量：50000t原料组成（乙醇的质量分率）：0.40料液初温： 30℃操作压力、回流比、单板压降：自选进料状态：饱和液体进料塔顶产品浓度： 98%塔底釜液含乙醇含量不高于0.2%（质量分率）塔顶采用全凝器，泡点回流塔釜：饱和蒸汽间接/直接加热塔板形式：筛板生产时间：330天/年，每天24h运行冷却水温度：30℃设备形式：筛板塔厂址：武汉地区三、设计内容（包括设计、计算、论述、实验、应绘图纸等根据目录列出大标题即可）1 设计方案的选定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（加热物料进出口温度、密度、粘度、比热、导热系数）5精馏塔塔体工艺尺寸的计算6塔板主要工艺尺寸的计算7塔板的流体力学验算8塔板负荷性能图（精馏段）9换热器设计10馏塔接管尺寸计算11制生产工艺流程图（带控制点、机绘，A2图纸）12绘制板式精馏塔的总装置图（包括部分构件）（手绘，A1图纸）13撰写课程设计说明书一份设计说明书的基本内容⑴课程设计任务书⑵课程设计成绩评定表⑶中英文摘要⑷目录⑸设计计算与说明⑹设计结果汇总⑺小结⑻参考文献14 有关物性数据可查相关手册15 注意事项●写出详细计算步骤，并注明选用数据的来源●每项设计结束后列出计算结果明细表●设计最终需装订成册上交四、进度计划（列出完成项目设计内容、绘图等具体起始日期）1.设计动员，下达设计任务书0.5天2.收集资料，阅读教材，拟定设计进度1-2天3.初步确定设计方案及设计计算内容5-6天4.绘制总装置图2-3天5.整理设计资料，撰写设计说明书2天6.设计小结及答辩1天指导教师（签名）：年月日学科部（教研室）主任（签名）：年月日说明：1．学生进行课程设计前，指导教师应事先填好此任务书，并正式打印、签名，经学科部（教研室）主任审核签字后，正式发给学生。

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。

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。

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 (3)1概述 (3)1.2 塔设备简介 (3)2设计说明书 (4)2.1 流程简介 (4)2.2 工艺参数选择 (4)3 工艺计算 (5)3.1物料衡算 (5)3.2理论塔板数的计算 (5)3.2.1 查找各体系的汽液相平衡数据 (5)如表3-1 (5)3.2.2 q线方程 (9)3.2.3 平衡线 (6)3.2.4 回流比 (6)3.2.5 操作线方程 (6)3.2.6 理论板数的计算 (7)3.3 实际塔板数的计算 (7)73.3.2 实际板数NE (8)4塔的结构计算 (8)4.1混合组分的平均物性参数的计算 (9)94.1.2 平均密度的计算 (9)4.2塔高的计算 (10)4.3塔径的计算 (10)4.3.1 初步计算塔径 (11)4.3.2 塔径的圆整 (11)4.4塔板结构参数的确定 (11)11124.4.3 筛孔数及排列并计算开孔率 (12)4.4.4 筛口气速和筛孔数的计算 (12)5 精馏塔的流体力学性能验算 (13)5.1 分别核算精馏段、提留段是否能通过流体力学验算 (13)1313145.2.4 液体在降液管内停留时间的校核 (14)5.2.5 漏液限校核 (14)5.2 分别作精馏段、提留段负荷性能图 (15)5.3 塔结构数据汇总 (16)6 塔的总体结构 (16)7 辅助设备的选择 (17)7.1塔顶冷凝器的选择 (17)7.2塔底再沸器的选择 (18)7.3管道设计与选择 (19)7.4 泵的选型 (19)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。

目录1 设计任务书 (1)1.1设计题目 (1)1.2工艺条件 (1)1.3塔板类型 (1)1.4生产制度 (1)1.5设计内容 (1)2 设计方案 (2)2.1 设计方案简介 (2)2.2 设计方案的确定及工艺流程的说明 (3)3 工艺计算 (4)3.1 塔板的工艺计算 (4)3.1.1 物料衡算 (4)3.1.2 q线方程 (5)3.1.3 R的确定 (7)3.1.4 总物料恒算 (7)3.1.5 回收率 (8)3.1.6 操作线方程 (8)3.1.7 图解法求理论板层数 (8)3.1.8实际板层数的求取 (9)3.2精馏塔工艺条件及计算 (10)3.2.1操作压力 (10)3.2.3平均摩尔质量 (11)3.2.4液体的平均密度 (12)3.2.5液体表面张力计算 (13)3.3 精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (14)3.3.1塔径的计算 (14)3.3.2精馏塔有效高度计算 (16)3.4塔板主要工艺尺寸计算 (16)3.4.1溢流装置计算 (16)3.4.2塔板布置 (18)3.5 筛板的流体力学验算 (20)3.5.1精馏段校核 (20)3.5.2 提馏段校核 (22)3.6塔板负荷性能图 (24)3.6.1精馏段 (24)3.6.2 提馏段 (27)4 板式塔的塔体总高度的计算 (29)4.1 塔顶空间H D (29)4.2 塔底空间H B (29)4.3 人孔 (29)4.4 裙座 (29)4.5 筒体与封头 (30)4.5.2 封头 (30)4.6塔体总高度 (31)5 精馏塔附属设备的选型及相关计算 (31)5.1 换热器的选型与核算 (31)5.1.1 估算传热面积，初选换热器型号 (31)5.1.2确定物性数据 (31)5.1.3估算传热面积 (32)5.1.4换热器核算 (34)5.2接管 (37)5.2.1进料管 (37)5.2.2回流管 (37)5.2.3塔底出料管 (37)5.2.4塔顶蒸汽出料管 (38)5.2.5塔底蒸汽进料管 (38)5.4 泵的计算与选型 (39)6 计算结果一览表 (41)7设计感想评价及有关问题的分析讨论 (43)8 参考文献 (43)9绘制塔顶全凝器设备图 (44)1 设计任务书1.1设计题目：乙醇-水常压分离过程筛板式精馏塔工艺设计1.2工艺条件：生产能力：乙醇-水混合液处理量5.0万吨/年进料状况：冷液进料原料组成：乙醇的含量20（wt%）塔顶组成：乙醇的含量91（wt%）塔底组成：乙醇的含量0.3（wt%）进料温度：C23︒=tF适宜回流比R：R=1.3Rmin塔顶压力：（表压）P=a0.4KP单板压降：)(∆P=KPa5.0表压加热蒸汽压力: )100表压P=KPa0.(加热方式：塔底直接加热1.3塔板类型：筛板式精馏塔1.4生产制度：年开工300天，每天24小时连续生产1.5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）塔体总高度的计算；9）精馏塔附属设备的选型及相关计算；10) 计算结果一览表11) 对设计过程的评述和有关问题的讨论；12）参考文献；13）绘制精馏塔及换热器的设备图2 设计方案2.1 设计方案简介精馏的基本原理是根据各液体在混合液中的挥发度不同，采用多次部分汽化和多次部分冷凝的原理来实现连续的高纯度分离。

化工原理课程设计题目名称：乙醇-水分离筛板精馏塔课程设计学生姓名：院 (系)：专业班级：指导教师：时间：目录1 化工原理课程设计任务书 (1)1.1 设计题目 (1)1.2 操作条件 (1)1.3 设计内容 (1)1.4 设计成果 (1)2 设计计算 (4)2.1 设计方案及工艺流程 (4)2.2 全塔物料衡算 (4)2.2.1 料液及塔顶、塔底产品中乙醇的摩尔分数 (4)2.2.2 平均摩尔质量 (4)2.2.3 料液及塔顶、塔底产品的摩尔流率 (4)2.3 塔板数的确定 (5)2.3.1. 理论塔板数NT的求取 (5)2.3.22.4 塔的精馏段操作工艺条件及相关物性数据的计算 (8)2.4.12.4.2 (9)2.4.32.4.42.5 精馏段的气液负荷计算 (13)2.6 精馏段塔和塔板主要工艺结构尺寸的计算 (13)2.6.1 塔径 (13)2.6.2 精馏段塔板工艺结构尺寸的设计与计算 (14)2.6.3塔板布置 (14)2.7 精馏段塔板上的流体力学验算 (15)2.7.2 液面落差 (16)2.7.5 液泛的验算 (16)2.8 精馏段塔板负荷性能图 (17)2.8.1 雾沫夹带线 (17)2.8.2 液泛线（气相负荷上限线） (17)2.8.3 液相负荷上限线 (18)2.8.4 漏液线（气相负荷下限线） (18)2.8.5 液相负荷下限线 (18)2.8.6 操作线与操作弹性 (19)2.9 提馏段的气液负荷计算 (19)2.10 提馏段塔和塔板主要工艺结构尺寸的计算 (20)2.10.1 塔径 (20)2.10.2. 提馏段塔板工艺结构尺寸的设计与计算 (20)2.10.3 塔板布置 (21)2.11 提馏段塔板上的流体力学验算 (22)2.11.2 液面落差 (22)2.11.3 雾沫夹带ev的验算 (22)2.11.4 漏液的验算 (22)2.11.5 液泛的验算 (23)2.12 提馏段塔板负荷性能图 (23)2.12.1 雾沫夹带线 (23)2.12.2 液泛线（气相负荷上限线） (24)2.12.3 液相负荷上限线 (24)2.12.4 漏液线（气相负荷下限线） (24)2.12.5 液相负荷下限线 (25)2.12.6 操作线与操作弹性 (25)4.结果汇总 (25)5 总结 (26)1 化工原理课程设计任务书1.1 设计题目设计一座乙醇－水连续精馏的筛板式精馏塔，年产乙醇60000t/a，要求塔顶馏出液中乙醇浓度不低于94％，残液中乙醇含量不得高于0.1％。

化工原理课程设计任务书1、设计题目：乙醇——水筛板式精馏塔的设计2、工艺操作条件：工艺条件：进料乙烯含量（表内）% (摩尔百分数，下同)；年开工8000小时。

塔顶乙醇含量不低于（表内）％，釜液乙醇不高于含量（表内）%设计条件：常压atm（绝压）塔顶全凝器泡点回流P1单板压降≤0.7kPa·塔顶浓度为含乙醇93%（摩尔分率），产量为2万吨/年；·塔釜为饱和蒸汽间接加热，从塔釜出来的残液中乙醇浓度要求不大于0.3%（摩尔分率）；x（％，摩尔分率）：F x=20F。

·塔顶采用全凝器，泡点回流，回流比：R=1.3Rmin3、设计任务：完成工艺设计与计算，画出塔板负荷性能图，有关附属设备的设计与选型，绘制工艺流程图和塔的工艺条件图，编写设计说明书。

目录化工原理课程设计任务书 (I)摘要 (V)前言 (6)查新 (7)绪论 (9)§1.1设计背景 (9)§1.2设计方案 (9)§1.3 设计思路 (9)§1.4选塔依据 (10)第一章精馏塔的工艺设计 (11)§ 1.1全塔工艺设计计算 (10)1.1.1产品浓度的计算和进料组成确定 (10)1.1.2平均相对挥发度的计算 (10)1.1.3最小回流比的确定 (11)1.1.4物料衡算 (11)1.1.5精馏段和提馏段操作线 (11)1.1.6逐板法确定理论板数及理论加料板位置 (11)1.1.7全塔效率、实际塔板数及加料位置 (13)第二章板式塔主要工艺尺寸的设计计算 (14)§ 2.1 塔的工艺条件及物性数据计算 (14)2.1.1操作压强 P (14)2.1.2操作温度 T (14)2.1.3塔内各段气、液两相组分的平均分子量 (15)2.1.4精馏段和提馏段各组分的密度 (15)2.1.5液体表面张力的计算 (18)2.1.6液体粘度μm (21)2.1.7相对挥发度 (22)2.1.8混合物的粘度 (22)2.1.9气液负荷计算 (22)§2.2塔和塔板的主要工艺尺寸的计算 (23)2.2.1塔径 D (23)2.2.2液流形式、降液管及溢流装置等尺寸的确定 (24)2.2.3塔板布置 (25)2.2.4筛孔数 n 及开孔率φ (26)2.2.5塔有效高度Z (26)2.2.6塔高的计算 (27)§2.3筛板塔的流体力学校核 (27)2.3.1板压降的校核 (27)2.3.2液沫夹带量eV的校核 (28)2.3.3漏液点的校核 (28)2.3.4溢流液泛条件的校核 (28)§2.4塔板负荷性能图 (29)2.4.1漏液线 (29)2.4.2液沫夹带线 (29)2.4.3 液相负荷下限线 (30)2.4.4 液相负荷上限线 (31)2.4.5溢流液泛线 (31)2.4.6 塔气液负荷性能图 (32)2.4.7 热量衡算： (33)第三章塔的附属设备的计算 (36)§3.1塔顶冷凝器设计计算 (36)3.1.1 确定设计方案 (36)3.1.2 确定物性数据 (36)3.1.3热负荷Q的计算 (36)3.1.4传热面积的计算 (36)3.1.5换热器工艺结构尺寸 (37)3.1.6 核算总传热系数K0 (38)1.管程表面传热系数计算 (39)2. 计算壳程对流传热系数 (39)3. 确定污垢热阻RS (39)4. 核算总传热系数K0 (39)5. 传热面积裕度 (40)3.1.7 壁温核算 (40)3.1.8 换热器内流体的流动阻力（压降） (40)§3.2 接管设计 (41)3.2.1进料管 (41)3.2.2 回流管 (41)3.2.3釜液出口管 (42)3.2.4塔顶蒸汽管 (42)3.2.5加热蒸汽管 (42)3.2.6管线设计结果表 (42)§3.3 泵的选型 (43)第四章设计结果汇总 (45)结束语 (47)参考文献 (48)主要符号说明 (49)附录 (51)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。

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。

符号说明A p ——塔板鼓泡区面积，m2； A f ——降液管截面积，m2；A0——筛孔面积，m2； A T——塔截面积，m2；C ——负荷系数，无因次； C20——20dyn/cm时的负荷系数，无因次C f——泛点负荷系数，无因次； C p——比热，kJ/kg&S226;K；d0 ——筛孔直径，m； D ——塔径，m；D ——塔顶产品流量，kmol/h或kg/h；e V——雾沫夹带量，kg(液)/kg(气) ；E ——液流收缩系数，无因次 E T——总板效率或全塔效率，无因次；F ——原料流量，kmol/h或kg/h；g ——重力加速度，m/s2； h d——干板压降，m；h d——液体通过降液管的压降，m；ht ——气相通过塔板的压降，m； h f——板上鼓泡层高度，m；hl ——板上液层的有效阻力，m； h L——板上液层高度，m；h0——降液管底隙高度，m； h0w——堰上液层高度，m；hp ——与单板压降相当的液柱高度，m； h W ——溢流堰高度，m；hσ——与克服表面张力的压强降相当的液柱高度，m；H d——降液管内清液层高度，m； H T——塔板间距，m；I ——物质的焓，kJ/kg； K ——稳定系数，无因次；l——堰长，m； L S——塔内液体流量，m3/s；wM ——分子量； n ——筛孔总数；N T ——理论板数； N ——实际板数；P ——操作压强，Pa；ΔP——单板压强，Pa；ΔP p——通过一层塔板的压强降，Pa/层； Q ——热负荷，kJ/h；q ——进料热状况参数，无因次； Q B——再沸器热负荷，kJ/h；Q C——全凝器热负荷，kJ/h； Q L ——热负荷损失，kJ/h；r ——汽化潜热，kJ/kg； R ——气体常数，8314J/kmol&S226;K；R ——回流比，无因次 t ——温度，℃或K；t ——孔心距，m； T ——温度，℃或K；T S ——塔顶温度，℃或K； T`S——回流液温度，℃或K；u ——空塔气速，m/s； U max——极限空塔气速，m/s；U a——按板上层液上方有效流通面积计的气速，m/s；u0——筛孔气速，m/s； u0M——漏液点气速，m/s；u′o ——降液管底隙处液体流速，m/s；V ——精馏段上升蒸气量，kmol/h； V h ——塔内气相流量，m3/h；V s ——塔内气相流量，m3/s； V′——提馏段上升蒸气量，kmol/h；W ——釜残液流量，kmol/h或kg/h W h ——加热蒸气量，kg/h；W c ——边缘区宽度，m； W d ——弓形降液管的宽度，m；W S——破沫区宽度，m； x ——液相组成，摩尔分率；y ——气相组成，摩尔分率； Z ——塔的有效高度，m。

1.引言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：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。

②效率高：气液两相在塔内保持充分的密切接触，具有较高的塔板效率或传质效率。

③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。

④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。

⑤结构简单，造价低，安装检修方便。

⑥能满足某些工艺的特性：腐蚀性，热敏性，起泡性等。

1.3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。

由于浮阀塔有如下优点：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范围比筛板塔，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比泡罩塔小。

⑤塔的造价较低，浮阀塔的造价是同等生产能力的泡罩塔的 50%～80%，但是比筛板塔高 20%～30。

而且近几十年来，人们对浮阀塔的研究越来越深入，生产经验越来越丰富，积累的设计数据比较完整，因此设计浮阀塔比较合适。

广州大学化学化工学院《化工原理》课程课程设计乙醇-水精馏塔说明书专业：食品科学与工程班级：学生：学号：完成时间：设计指导：设计答疑：评阅：成绩：前言精馏塔是均相混合物分离过程的主要单元设备，精馏过程包括物料的预热、物料的部分冷凝和部分汽化、塔顶蒸汽的冷凝和釜液的汽化。

因此精馏塔的设计除塔体设计计算和结构设计外，还包括预热器、冷凝器和再沸器等附属设备的设计计算。

精馏塔设备是炼油、化工、石油化工等生产中广泛应用的气液传质设备之一。

化工生产常需进行二元液相混合物的分离以达到提纯或回收有利用价值组分的目的。

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液化或多次部分冷凝达到轻重组分分离目的的方法。

精馏操作在化工、石油化工或轻工等工业生产中占有重要的地位。

板式精馏塔为逐级接触型气－液传质设备，其种类繁多，根据塔板上气－液接触元件的不同，可分为泡罩塔、浮阀塔、筛板塔、穿流多孔板塔、舌形塔、浮动舌形塔和浮动喷射塔等多种。

其内部设置一定数目的塔板，气体以鼓泡或喷射形式穿过板上液层进行质热传递，气液相组成呈阶梯变化。

本次设计的浮阀塔是化工生产中主要的气液传质设备。

此设置针对二元物系的精馏问题进行分析、选取、计算、核算、绘图等，是较完整的精馏设计过程。

该设计方法被工程技术人员广泛采取。

本设计主要是利用连续浮阀精馏塔将乙醇和水的混合物进行精馏分离。

精馏所进行的是气、液两相之间的传质，而作为气、液两相传质所用的塔设备，首先必须要能使气、液两相得到充分的接触，以达到较高的传质效率。

为此，掌握气液相平衡关系，熟悉各种塔形的操作特性，对选择、设计和分析分离中的各种参数是非常重要的。

本设计书所涉及的计算及图表尽量采用国际单位制，在设计过程中，严格按照常用数据，化工设备常用材料性能以及化工图例国标规定进行设计，同时查阅了其他关于板式精馏塔设计方面的文献。

大部分的计算都按照《板式精馏塔设计》一书中的公式进行计算，并经过核对与验算，操作上可行，经济上有一定的合理性。

第1章二元连续板式精馏塔的工艺计算1.1设计方案此次设计任务为分离乙醇-水混合物，采用连续精馏流程。

设计中采用泡点进料（q=1），将原料液通过预热器加热至泡点后送入精馏塔内。

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

该二元物系属教易分离的物系，最小回流比较小相对较小，最后确定的最小回流比为1.8。

塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。

1.2选塔依据筛板塔又叫筛孔塔，筛板上开有许多均匀的小孔，这些小孔常采用正三角形排列，操作时，气体经筛孔分散成小股气流，鼓泡通过液层，气液间密切接触而进行传热和传质。

在正常操作条件下，通过筛孔上升的气流，可以阻止液体经筛孔向下泄漏。

筛板塔是现今应用最广泛的一种塔型，设计比较成熟，操作较为精确。

其具体优点有：①结构简单、金属耗量少、造价低廉。

②气体压降小、板上液面落差也较小。

③塔板效率较高。

其缺点是：筛孔易堵塞，不宜处理易结焦，粘度大的物料。

1.3物料衡算与操作线方程图1-3-1 简易流程图1.3.1间接蒸汽加热方式下的物料守恒总物料衡算： F=D+W (1-1) 易挥发组分的物料衡算： Fx F =Dx D +Wx w (1-2) 其中：（均为摩尔分率）进料原料液组成：%25.241855.04645.04645.0=+=F x 塔顶轻组分组成：%82.7918464696.0=+=D x 塔底重组份组成：%1962.018995.046005.046005.0w =+=x 塔顶流出液流速：h kmol h kmol /55.1377982.024330/kg 46kg104/4.0D 7=⨯⨯⨯⨯==年万吨将上式代入（2-1）,（2-2）联立求解得：塔底残液流量：h kmol /377.77W = 进料流量 ：h kmol /455.32F =1.3.2 最小回流比的确定首先根据<<化工原理课程设计>>51页附录2“乙醇-水物系气液平衡数据”做出y x -图和y x t --分别见后面附录一和附录二。

化工原理课程设计-乙醇-水精馏塔设计.doc化工原理课程设计：乙醇-水精馏塔设计一、设计任务本设计任务是设计一个乙醇-水精馏塔，用于分离乙醇和水混合物。

给定混合物中，乙醇的含量为30%，水含量为70%。

设计要求塔顶分离出95%以上的乙醇，塔底剩余物中水含量不超过5%。

二、设计方案1.确定理论塔板数根据给定的乙醇含量和设计要求，利用简捷计算法计算理论塔板数。

首先确定乙醇的回收率和塔顶产品的浓度，然后根据简捷计算公式计算理论塔板数。

2.塔的总体积和尺寸根据理论塔板数和每块理论板的液相体积流量，计算塔的总体积。

根据总体积和塔内件设计要求，确定塔的外形尺寸。

3.塔内件设计塔内件包括溢流管、进料口、冷凝器、再沸器和出口管等。

溢流管的尺寸和形状应根据塔径和物料性质进行设计。

进料口的位置和尺寸应根据进料流量和进料组成进行设计。

冷凝器和再沸器应根据物料的热力学性质和工艺要求进行设计。

出口管应根据塔径和出口流量进行设计。

4.塔板设计每块塔板的设计包括板上液相和气相的流动通道、堰和降液管等。

根据物料的物理性质和操作条件，确定液相和气相的流动通道尺寸和形状。

堰的高度和形状应根据液相流量和操作条件进行设计。

降液管的设计应保证液相流动顺畅且无滞留区。

5.塔的支撑结构和保温根据塔的外形尺寸和操作条件，设计支撑结构的形状和尺寸。

考虑保温层的设置，以减小热量损失。

三、设计计算1.确定理论塔板数根据简捷计算法，乙醇的回收率为95%，塔顶产品的乙醇浓度为95%。

通过简捷计算公式，得到理论塔板数为13块。

2.塔的总体积和尺寸每块理论板的液相体积流量为0.01m3/min，因此总体积为0.013m3/min。

考虑一定裕度，确定塔的外径为0.6m，高度为10m。

3.塔内件设计溢流管的尺寸为Φ10mm，形状为直管上升式。

进料口的位置位于第3块理论板处，尺寸为Φ20mm。

冷凝器采用列管式换热器，再沸器采用釜式再沸器。

出口管采用标准出口管，直径为Φ20mm。

化工原理课程设计任务书设计题目：乙醇——水筛板式精馏塔的设计设计条件：·常压：P=1atm(绝压)；·原料来自粗馏塔，为95℃～96℃饱和蒸汽，由于沿途热损失，进精馏塔时，原料温度约为91℃；·塔顶浓度为含乙醇92.41%（质量分率），产量为25吨/天；·塔釜为饱和蒸汽直接加热，从塔釜出来的残液中乙醇浓度要求不大于0.03%（质量分率）；。

·塔顶采用全凝器，泡点回流，回流比：R=（1.1—2.0）Rmin设计任务：1.完成该精馏塔工艺设计（包括塔顶冷凝器及进出口管路的设计与选型）。

2.画出带控制点的工艺流程图、塔板负荷性能图、精馏塔工艺条件图。

3.写出该精馏塔设计说明书，包括设计结果汇总及设计评价。

化工原理课程设计任务书 ............................................ 摘要.. (4)前言 (5)绪论 (8)§1.1设计背景 (8)§1.2设计方案 (8)§1.3设计思路 (8)§1.4选塔依据[3] (9)第二章精馏塔的工艺设计 (10)§2.1全塔工艺设计计算 (10)2.1.1产品浓度的计算和进料组成确定 (10)2.1.2 Q线方程的确定： (10)2.1.3平均相对挥发度的计算 (10)2.1.4最小回流比和适宜回流比的选取 (11)2.1.5物料衡算 (11)2.1.6精馏段和提馏段操作线 (12)2.1.7逐板法确定理论板数 (12)2.1.8全塔效率 (12)2.1.9实际塔板数及实际加料位置 (13)第三章板式塔主要工艺尺寸的设计计算 (14)§3.1塔的工艺条件及物性数据计算 (14)3.1.1操作压强P (14)3.1.2操作温度T (14)3.1.3塔内各段气、液两相组分的平均分子量 (14)3.1.4精馏段和提馏段各组分的密度[8] (15)3.1.5液体表面张力的计算 (16)3.1.6液体粘度ΜM (16)3.1.7气液负荷计算 (17)精馏段气液负荷计算 (17)提馏段气液负荷计算 (17)§3.2塔和塔板的主要工艺尺寸的计算 (18)3.2.1塔径D (18)3.2.2液流形式、降液管及溢流装置等尺寸的确定 (20)3.2.3塔板布置 (20)3.2.4筛孔数N 及开孔率Φ (21)3.2.5塔有效高度Z (22)3.2.6塔高的计算[5] (22)§3.3筛板塔的流体力学校核[2] (22)3.3.1板压降的校核 (22)3.3.2液沫夹带量E V的校核 (24)3.3.3溢流液泛条件的校核 (24)3.3.4液体在降液管内停留时间的校核 (25)3.3.5漏液点的校核 (25)§3.4塔板负荷性能图[2] (26)3.4.1液相负荷下限线 (26)3.4.2液相负荷上限线 (26)3.4.3漏液线（气相负荷下限线） (26)3.4.4过量液沫夹带线（气相负荷上限线） (27)3.4.5溢流液泛线 (28)3.4.6塔气液负荷性能图 (28)3.4.7热量衡算： (29)进入系统的热量 (29)离开系统的热量 (30)热量衡算式： (30)第四章塔的附属设备的计算 (31)§4.1塔顶冷凝器设计计算 (31)4.1.1确定设计方案 (31)4.1.2确定物性数据 (31)4.1.3热负荷Q的计算 (31)4.1.4传热面积的计算 (31)4.1.5换热器工艺结构尺寸 (32)4.1.6核算总传热系数K0 (33)1.管程表面传热系数计算： (33)2.计算壳程对流传热系数 (34)3.确定污垢热阻RS (34)4.核算总传热系数K0 (34)5.传热面积裕度： (35)4.1.7壁温核算 (35)4.1.8换热器内流体的流动阻力（压降） (36)§4.2接管设计 (36)4.2.1进料管 (36)4.2.2回流管 (36)4.2.3釜液出口管 (37)4.2.4塔顶蒸汽管 (37)4.2.5加热蒸汽管 (37)4.2.6管线设计结果表 (37)§4.3泵的选型 (38)第五章设计结果汇总 (39)结束语 (41)参考文献 (42)主要符号说明 (43)附录 (45)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。