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98.5%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0.7kPa
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77.31kpa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
i
p（mmHg）
温度，（℃）80.1 85 90 95 100 105
苯
757.6
2 889.2
6
1020.
9
1185.
65
1350
.4
1831.7
氯苯
147.4
4 179.3
95
211.3
5
253.7
55
296.
16
351.35
5
温度，（℃）110 115 120 125 130 131.75 苯2313
2638.
5
2964 3355 3746 4210
氯苯
406.5
5 477.1
25
547.7
636.5
05
725.
31
760
2.组分的液相密度ρ（kg/m3）
温度，（℃）60 80 100 120 140
苯836.6 815.0 792.5 768.9 744.1
氯苯1064.0
1042.
1019.0 996.4 972.9 3.组分的表面张力σ（mN/m）
温度，（℃）60 80 100 120 140
苯23.74 21.27 18.85 16.49 14.17
氯苯25.96 23.75 21.57 19.42 17.32 4.液体粘度μ（mPa?s）
温度，（℃）60 80 100 120 140
μ苯0.381 0.308 0.255 0.215 0.184
氯苯0.515 0.428 0.363 0.313 0.274
5.Antoine常数
组分 A B C
苯 6.023 1206.35 220.24
氯苯7.1338 2182.68 293.767
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78.11 kg/kmol和112.6kg/kmol
=+=
6
.112/39.011.78/61.011
.78/61.0F x 0.693
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 （0.693,0.693）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：6.5(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0.07~1.4mPa ·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0.5(80+129)=104.5℃（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0.7kPa 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 οο+=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 m =73.35+83.76
2=78.55℃ 提馏段平均温度：t m =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
L W D
=0.6
L ℎ
L W
2.5=1
3.92m 查得E=1.02
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0.07~0.25m/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<11.07m/s
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ϕ=0.5；m h H w T 218.0)(=+ϕ
()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：
0.001 0.0015 0.002 0.0025
2.73
2.67
2.62
2.58
依据表中数据作出雾沫夹带线（1） 2.液泛线（2）
H P =H C +H 1+H σ
H 1=∈0(H W +H OW )=0.0216+0.4584L S 23⁄
H σ=0.00201 H P =0.0236+0.015V S 2+
0.4544L S 23⁄
ℎd =0.153(
L S L W +H 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： 0.001 0.0015 0.002 0.0025
3.34
3.30
3.26
3.22
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：
0.001 0.0015 0.002 0.0025
0.788
0.801
0.813
0.823
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0.07~0.25m/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1.5，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： 0.001 0.002 0.003 0.0045
1.52
1.47
1.43
1.37
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+++=+ H P =H C +H 1+H σ
H 1=∈0(H W +H OW )=0.058+0.5077L S 23⁄
H σ=0.00207 （已算出） H P =0.0275+0.0715V S 2
+
0.51L S 23⁄
ℎd =0.153(
L S L W +H 0
)2=136L s 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： 0.001 0.0015 0.0030 0.0045
1.43
1.42
1.37
1.33
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： 0.001 0.0015 0.0030 0.0045
0.38
0.39
0.4
0.42
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
项 目
符 号
单 位
计 算 结 果 精馏段 提馏段 平均压强
kPa
83.41
87.26
平均温度 ℃
78.55 104.715
平均流量
m 3
/s
1.43 0.634
m 3
/s 0.0025 0.0027
实际塔板数块 6 5 板间距m 0.40 0.50 塔段的有效高度m 2.0 2.0 塔径m 1.4 1.0 空塔气速m/s 1.069 0.81 塔板液流型式单溢流单溢流
溢流装置溢流管型式弓形弓形堰长m 0.84 0.7 堰高m 0.036 0.043 溢流堰宽度m 0.14 0.139 底隙高度m 0.029 0.048
板上清液层高度m 0.060 0.060 孔径mm 5 5
孔间距mm 15 15
孔数个5796 2738 开孔面积m2 1.126 0.537 筛孔气速m/s 12.54 11.81 塔板压降kPa 0.539 0.626
降液管内清液层高度m 0.114 0.127 雾沫夹带kg液/kg气0.015 0.0073 气相最大负荷m3/s 雾沫夹带控制雾沫夹带控制
气相最小负荷m3/s 漏液控制漏液控制
负荷上限m3/s 0.0084 0.008125
负荷下限m3/s 0.000716 0.000919
操作弹性 3.06 3.28
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
精馏塔是一种常用的分离和纯化混合物的工艺设备，其设计步骤一般包括以下几个方面： 1. 确定物料性质和要求：首先需要确定待分离的混合物的成分、性质和纯度要求，包括组分的沸点、相对挥发度等参数。 2. 确定塔的类型和结构：根据物料性质和要求，选择适合的精馏塔类型，如板式塔、填料塔等，并确定其结构形式，如塔径、塔高、板或填料的类型和布置等。 3. 进行热力计算：根据物料的性质和要求，进行热力计算，包括估算塔顶和塔底的温度、压力，以及塔板或填料层之间的温度和压力梯度等。 4. 进行传质计算：根据物料的性质和要求，进行传质计算，包括估算塔板或填料层的传质效率，并确定塔板或填料层的数量和间距。 5. 进行塔板或填料层的设计：根据传质计算结果，进行塔板或填料层的设计，包括塔板的孔板尺寸和布置，填料的类型和尺寸等。 6. 进行塔的液力计算：根据物料的性质和要求，进行塔的液力计算，包括估算塔板或填料层的液体流动速度和压降等。 7. 进行操作参数的确定：根据前面的计算结果，确定塔的操作参数，包括塔顶和塔底的温度、压力，进料和出料的流量和温度等。 8. 进行安全设计：根据操作参数和物料性质，进行塔的安全设计，包括设备的强度计算、安全阀的选型和布置等。
9. 进行设备选型和材料选择：根据设计要求，选择适合的设备和材料，包括塔板、填料、冷凝器、加热器等设备的选型，以及塔体和管道的材料选择。 10. 编制施工图纸和技术文件：根据设计结果，编制施工图纸和技术文件，包括塔的布置图、设备图、管道图等，以便进行施工和安装。 以上是精馏塔工艺设计的一般步骤，具体的设计过程还需要根据具体情况进行调整和补充。在设计过程中，需要综合考虑物料性质、工艺要求、设备性能等方面的因素，以确保精馏塔的分离效果和操作安全。
南京工程学院 课程设计说明书（论文）题目乙醇—水连续精馏塔的设计 课程名称化工原理 院(系、部、中心)康尼学院 专业环境工程 班级K环境091 学生姓名朱盟翔 学号240094410 设计地点文理楼A404 指导教师李乾军张东平 设计起止时间：2011年12月5日至 2011 年12月16日
符号说明 英文字母 A a——塔板开孔区面积，m2； A f——降液管截面积，m2； A0——筛孔面积； A T——塔截面积； c0——流量系数，无因此； C——计算u max时的负荷系数，m/s； C S——气相负荷因子，m/s； d0——筛孔直径，m； D——塔径，m； D L——液体扩散系数，m2/s； D V——气体扩散系数，m2/s； e V——液沫夹带线量，kg(液)/kg(气)；E——液流收缩系数，无因次； E T——总板效率，无因次； F——气相动能因子，kg1/2/（s·m1/2）； F0——筛孔气相动能因子，kg1/2/（s·m1/2）；g——重力加速度，9.81m/s2； h1——进口堰与降液管间的距离，m； h C——与干板压降相当的液柱高度，m液柱； h d——与液体流过降液管相当的液柱高度，m； h f——塔板上鼓泡层液高度，m； h1——与板上液层阻力相当的高度，m液柱； h L——板上清夜层高度，m； h0——降液管底隙高度，m； h OW——堰上液层高度，m； h W——出口堰高度，m； h'W——进口堰高度，m； Hσ——与克服表面张力的压降相当的液柱高度，m液柱； H——板式塔高度，m； 溶解系数，kmol/(m3·kPa)； H B——塔底空间高度，m； H d——降液管内清夜层高度，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；K——稳定系数，无因次； l W——堰长，m； L h——液体体积流量，m3/h； L S——液体体积流量，m3/h； n——筛孔数目； P——操作压力，Pa； △P——压力降，Pa； △P P——气体通过每层筛板的压降，Pa；r——鼓泡区半径，m， t——筛板的中心距，m； u——空塔气速，m/s； u0——气体通过筛孔的速度，m/s； u0，min——漏气点速度，m/s； u'0——液体通过降液管底隙的速度，m/s；V h——气体体积流量，m3/h； V s——气体体积流量，m3/h； 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； x——液相摩尔分数； X——液相摩尔比； y——气相摩尔分数； Y——气相摩尔比； Z——板式塔的有效高度，m。 希腊字母 β——充气系数，无因次； δ——筛板厚度，m； ε——空隙率，无因次； θ——液体在降液管内停留时间，s；μ——粘度，mPa； ρ——密度，kg/m3； σ——表面张力，N/m； ψ——液体密度校正系数，无因次。 下标 max——最大的； min——最小的； L——液相的； V——气相的。
化工原理课程设计–––––分离苯和甲苯的板式精馏塔的设计 学院：化学与环境工程学院 学号： 专业班级:高材10902 班 学生姓名: 李小龙 指导老师：石东坡老师
一、设计任务 1.1. 设计题目 苯—甲苯混合液筛板精馏塔设计 1.2. 原始数据 年处理量：35000吨 料液浓度：55%（苯的质量分率） 塔顶产品浓度：98.5%(苯的质量分率） 塔底釜液的甲苯浓度不低于98% 每年实际生产330（一年中有一个月检修） 塔顶压强：4kPa 塔底冷却水温：30℃ 饱和水蒸气压力：250kPa 1.3. 设备形式 设备类型：筛板塔 1.4. 设计内容 1、设计方案的确定及流程的说明 2、塔的工艺计算 3、塔和塔板主要工艺尺寸的设计 (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 4、设计结果汇总一览表 二、设计方案的确定 2.1. 设计方案的说明 本设计任务为分离苯—甲苯混合液。对于二院混合物的分离，应采用连续精馏流程。设计中采用泡点进料，将原料液经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。冷凝器在泡点下一部分回到塔内，其余部分经产品冷凝器冷却后送到储存罐。该物系属于易分离物系，最小回流比比较小，故操作回流比是最小回流比的两倍。塔釜采用间接加热法，塔顶产品冷却送到储存罐。 2.2. 设计流程的说明 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凝器等设备。热量自釜底输入，物料在塔内经多次部分汽化与部分冷凝器进行精馏分离，由冷凝器和冷却器的介质将余热带走。在此过程中热能的利用率很低，为此，在确定流程的过程中应考虑余热的作用。另外，为保持塔的稳定性，流程中除采用用泵直接输送原料外，还可以采用高位槽送料避免泵的操作波动影响。
引言 塔设备是化学工业，石油化工，生物化工，制药等生产过程中广泛采用的传质设备。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。 板式塔为逐级接触式气液传质设备，塔内设置一定数量的塔板，气体以鼓泡形式或喷射形式通过塔板上的液层，正常条件下，气相为分散相，液相为连续相，气相组成呈阶梯变化，它具有结构简单，安装方便，压降低，操作弹性大，持液量小等优点，被广泛的使用。本设计的目的是分离苯—甲苯的混合液，故选用板式塔。 设计方案的确定和流程说明 1.塔板类型 精馏塔的塔板类型共有三种：泡罩塔板，筛孔塔板，浮阀塔板。 浮阀塔板具有结构简单，制造方便，造价低等优点，且开孔率大，生产能力大，阀片可随气流量大小而上下浮动，故操作弹性大，气液接触时间长，因此塔板效率较高。本设计采用浮阀塔板。 2. 加料方式 加料方式共有两种：高位槽加料和泵直接加料。 采用泵直接加料，具有结构简单，安装方便等优点，而且可以引入自动控制系统来实时调节流量及流速。故本设计采用泵直接加料。 3. 进料状况 进料方式一般有两种：冷液进料及泡点进料。 对于冷液进料，当进料组成一定时，流量也一定，但受环境影响较大；而采用泡点进料，不仅较为方便，而且不受环境温度的影响，同时又能保证精馏段和提馏段塔径基本相等，制造方便。故本设计采用泡点进料。 4. 塔顶冷凝方式 苯和甲苯不反应，且容易冷凝，故塔顶采用全凝器，用水冷凝。塔顶出来的气体温度不高，冷凝后的回流液和产品无需进一步冷却，选用全凝器符合要求。 5. 回流方式 回流方式可分为重力回流和强制回流。 本设计所需塔板数较多，塔较高，为便于检修和清理，回流冷凝器不适宜塔
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98.5%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 min 4.单板压降不大于0.7kPa （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77.31kpa 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 i p （mmHg ） 温度，（℃） 80.1 85 90 95 100 105 i p 苯 757.62 889.26 1020.9 1185.65 1350.4 1831.7 氯苯 147.44 179.395 211.35 253.755 296.16 351.355 温度，（℃） 110 115 120 125 130 131.75 i p 苯 2313 2638.5 2964 3355 3746 4210 氯苯 406.55 477.125 547.7 636.505 725.31 760 2.组分的液相密度ρ（kg/m 3 ） 温度，（℃） 60 80 100 120 140
精馏塔设计 目录 苯-甲苯精馏塔设计任务 书 ..................................................................... .................... I 前言. (1) 一.设计方案的确定 (1) 1.1设计流程的说明 (2) 1.2操作方案的说明 (2) 1.3本设计中符号的说明 (3) 二.精馏塔的物料衡算 (4) 2.1原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 (4) 2.2原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 (4) 三.塔板数的确定 (5) 3.1理论板数N T的求取 (5) 3.2实际板层数的求取 (7) 四.精馏塔的工艺条件及物性数据的计算 (8) 4.1操作压力的计算 (8) 4.1操作温度的计算 (8) 4.3平均摩尔质量的计算 (8) 4.4平均密度的计算 (8) 4.5平均粘度计算 (8) 4.6液体平均表面张力计算 (9) 五.精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (9) 5.1塔径的计算 (10) 5.2精馏塔有效高度的计算 (11) 六.塔板主要工艺尺寸的计算 (11) 七. 塔板的流体力学验 算 ......................................................... 错误!未定义书签。 八.塔板负荷性能图 (15) 九.筛板塔设计计算结果 (16) 十.参考文献 (17) 十一.设计感言 (18) 板式精馏塔设计任务 (一)设计题目
苯—甲苯溶液连续精馏塔设计。 (二)设计任务及操作条件 (1)进精馏塔的料液含苯35%(质量),其余为甲苯。 (2)塔顶产品的苯含量不得低于96%(质量) (3)塔底产品的苯含量不得高于0.01(质量) (4)混合液处理量为5t/h (5)操作条件 (A)精馏塔顶压强4kpa(表压) (B)饱和液料进料 (C)回流比R/Rmin=1.5 (D)间接蒸汽加热 (E)单板压降不大于0.7Kpa。 (三)设备形式 设备形式为筛板塔。 (四)设计内容 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设计。 (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。 4.设计结果概要货设计一览表。 5.塔板结构俯视图和塔板安装图。 6.对本设计的评述或有关问题的分析讨论。 苯—甲苯分离过程筛板精馏塔设计 (南华大学化学化工学院,衡阳,421001黄刚) 摘要:本设计对苯—甲苯分离过程筛板精馏塔装置进行了设计,主要进行了以下工作:1、对主要生产工艺流程和方案进行了选择和确定。2、对生产的主要设备—筛板塔进行了工艺计算设计,其中包括: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精馏塔塔板的主要工艺尺寸的计算。3、绘制了生产工艺流程图和精馏塔设计条件图。4、对设计过程中的有关问题进行了讨论和评述。 本设计简明、合理,能满足初步生产工艺的需要,有一定的实践指导作用。关键词:苯—甲苯;分离过程;精馏塔 The Design of sieve plate-distillation Tower about the Separating Process of
精馏塔设计
一、设计方案的确定 1.塔型：选用重型浮阀塔 F1型浮阀塔的结构简单，制造方便，节省材料，性能良好，广泛用于化工及炼油生产中，现已列入部颁标准（JB1118-68）内。一般情况下采用重阀，只有在处理量大并且要求压强降得很低的系统（如减压塔）中，采用轻阀。由于本设计采用常压操作即可完成任务故采用重阀。重阀采用厚度未2mm的薄板冲制，每阀质量约为33g。 浮阀塔具有以下优点：生产能力大；操作弹性好；塔板效率高；气体压强及液面落差较小；使用周期长；结构简单，便于安装；塔的造价低等。 2.操作压力：常压精馏 因为常压下乙醇—水湿液态混合物，其沸点较低（小于100℃），故采用常压精馏就可以分离。 3.进料状态：泡点进料 泡点进料的操作容易控制，而且不受季节的影响；另外泡点进料时精馏段和提留段塔径相同，设计和制造比较方便。 4.加热方式：采用间接蒸汽加热 5.冷却剂与出口温度：采用25℃常温水为冷却剂，出口温度是40℃ 6.回流方式：泡点回流 泡点回流易于控制，设计和控制是比较方便，而且可以节约能源。
3.1工艺条件和物性参数的计算 3.3.1将质量分数转换成摩尔分数 质量分数：0.425F X = 0.8346 =0.92580.8346+0.1718D X ?= ?? B 0.146 =0.22120.146+0.918 X ?=?? 摩尔分数：()F 0.425/46 =0.22430.425/4610.425/18 x = +- 0.8300D x = 0.1000B x = 3.1.2物料衡算 摩尔流量：原料处理量=20.0115 1.85/t h -?= 故摩尔流量()()185010.42518500.42576.19/4618 F kmol h ?-?= += 由F D B Fx Dx Bx =+ B F D =+ ()0.22430.176.1912.97/0.830.1 F B D B x x D F kmol h x x --==?=-- ()76.1912.9763.22/B F D kmol h =-=-= 质量流量：1850/F kg h = F D B Fx Dx Bx =+ B F D =+ 471.84/D kg h = 1378.16/B kg h = 3.1.3平均分子量 ()()0.22434610.22431824.28/F M kg kmol =?+-?= ()()0.834610.831841.24/D M kg kmol =?+-?= ()0.1460.91820.8/B M kg kmol =?+?= 3.1.4理论塔板数T N 的求取（图解法）
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内分离乙醇－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。由于所涉浓度范围内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。
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苯—甲苯连续精馏筛板塔工艺设计 设计人：田佳禾 班级：应用化学081班 学号：0802050123 2011。6
北京工商大学 《化工原理》课程设计任务书班级：应化081班 _ 姓名：田佳禾学号：0802050123 _ ㈠设计题目 苯-甲苯溶液连续精馏筛板塔的设计. ㈡设计任务 １．精馏塔设计的工艺计算及塔设备计算 ⑴ 流程及操作条件的确定； ⑵ 物料衡算及热量衡算； ⑶ 塔板数的计算; ⑷ 塔板结构设计(塔板结构参数的确定、流动现象校核、负荷性能图）； ⑸ 塔体各接管尺寸的确定； ⑹ 冷却剂与加热剂消耗量估算。 ２．设计说明及讨论 ３．绘制设计图 ⑴ 流程图（A4纸)； ⑵ 塔盘布置图（16开坐标纸2张，精馏段和提馏段分别绘制）； ⑶ 工艺条件图(A3纸）。 ㈢原始设计数据 １．原料液：苯—甲苯,其中苯含量分别为35%（质量%）,温度为20℃；２．馏出液含苯为：99。2％（质量）； ３．残液含苯为：不超过0.5％（质量）； ４．生产能力：按 2800 (kg原料/h）. ㈣设计时间 开始时间：二Ｏ一一年五月二十三日 完成时间：六月三日（含考核时间) 目录
精馏塔的设计 精馏塔是一种重要的化学分离装置，广泛应用于石油、化工、制药等 行业。在毕业设计中，精馏塔的设计包括确定其结构、尺寸和操作参数等。 首先，精馏塔的结构包括塔体、填料层和塔板层。塔体是精馏塔的主 体部分，一般采用立式或者水平式结构。填料层位于塔体内部，用于增加 塔内液相和气相的接触面积，通常采用环形填料或堆积填料。塔板层则是 用于分离液相和气相的介质，常见的塔板有穿孔板、泡沫板等。 其次，精馏塔的尺寸需要根据实际需求和工艺要求进行确定。一般来说，精馏塔的直径和高度是关键参数，可以通过工程计算和经验公式来确定。直径的选择通常根据液相流速和填料层的要求进行确定，高度的选择 主要考虑分馏塔的理论板数。 然后，精馏塔的操作参数包括进料温度、进料位置、塔顶压力、塔底 温度等。进料温度和位置的选择应根据物料的性质和分离要求进行确定。 塔顶压力一般由塔顶冷凝器或回流比例调节器控制，可以通过调整来控制 产品的纯度。塔底温度的选择则与塔内槽液的流动和沸腾有关，需要根据 实验数据和模拟计算来确定。 此外，精馏塔的设计还需要考虑安全性和经济性。安全性包括对塔体 的强度和稳定性进行评估，以及防止塔内液相和气相的泄漏。经济性则包 括对能耗、装置成本和维护费用进行评估，以确保精馏塔的设计在经济上 可行。 在毕业设计中，可以采用理论计算、模拟仿真和实验验证相结合的方 法来完成精馏塔的设计。通过理论计算和模拟仿真，可以得到初步的塔体 结构和操作参数，并通过实验验证来优化和改进设计方案。
综上所述，精馏塔的设计是一项复杂而重要的毕业设计课题。通过对塔体结构、尺寸和操作参数等方面的研究和优化，可以实现高效、安全和经济的化学分离过程。
精馏是分离液体混合物最常用的一种操作，在化工、炼油的工业中广泛应用。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，主要用于蒸馏和吸收传质单元操作过程。 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。传统的设计中，蒸馏过程多选用板式塔，而吸收过程多选用填料塔。近年来，随着塔设备设计水平的提高及新型塔构件的出现，这种传统已逐渐打破。 对于一个具体的分离过程，设计中选用何种塔型，应根据生产能力、分离效率、塔压降、操作弹性、结构制造及造价等要求，并结合维修等因素综合考虑。生产能力而言，单位塔截面积上，填料塔的生产能力一般均高于板式塔；对于分离效率，一般情况下，填料塔具有较高的分离效率，在减压、常压和低压（压力小于0.3MPa）操作下，填料塔的分离效率明显优于板式塔，在高压操作下，板式塔的分离效率略优于填料塔；压力将方面，通常填料塔的压降高于板式塔的五倍左右；操作弹性方面，一般来说，填料塔可根据实际情况需要确定操作弹性，而板式塔一般操作弹性较小；对于结构、制造机造价方面，一般来说，填料塔的结构较板式塔的简单，故制造、维修也较为方便，但填料塔的造价通常高于板式塔。 由以上综合考虑，本设计采用板式塔作为水和乙醇的精馏塔。板式塔内设置一定数量的塔板，气体以鼓泡或喷射形式穿过板上的液层，进行传质与传热。在正常操作下，气相为分散相，气相组成呈阶梯变化，属逐级接触逆流操作过程。
第1章设计任务书 (5) 1.1、任务 (5) 1.1.1、设计题目 (5) 1.1.2、设计条件 (5) 1.1.3、设计任务 (5) 第2章设计方案确定及工艺流程说明 (6) 2.1、操作条件的确定 (6) 2.1.1、操作压力的选择 (6) 2.1.2、进料状态的选择 (6) 2.1.3、加热方式的选择 (6) 2.1.4、热能利用 (7) 2.1.5、回流比的选择 (7) 2.2、确定设计方案的原则 (7) 2.3、工艺流程的说明 (8) 第3章筛板式精馏塔的工艺设计 (8) 3.1、精馏塔的工艺计算 (8) 3.1.1、乙醇和水的汽液平衡组成 (8) 3.1.2、物料衡算与操作线方程 (11) 3.2、精馏段物料衡算 (15) 3.2.1、物料衡算 (15) 3.2.2、气液负荷的计算 (17) 3.3、塔和塔板主要工艺尺寸计算 (17) 3.3.1、塔板横截面的布置计算 (17) 3.3.2、筛板能校塔流体力学校核 (20) 3.4、塔板负荷性能图 (22) 3.4.1 、过量液沫夹带线 (23) 2.4.2、溢流液泛线 (23) 2.4.3、液相上限线 (24)
精馏塔的设计(毕业设计) 精馏塔的设计(毕业设计) 精馏塔尺寸设计计算初馏塔的主要任务是分离乙酸和水、醋酸乙烯，釜液回收的乙酸作为气体分离塔吸收液及物料，塔顶醋酸乙烯和水经冷却后进行相分离。 塔顶温度为102℃，塔釜温度为117℃，操作压力4kPa。 由于浮阀塔塔板需按一定的中心距开阀孔，阀孔上覆以可以升降的阀片，其结构比泡罩塔简单，而且生产能力大，效率高，弹性大。 所以该初馏塔设计为浮阀塔，浮阀选用F1型重阀。 在工艺过程中，对初馏塔的处理量要求较大，塔内液体流量大，所以塔板的液流形式选择双流型，以便减少液面落差，改善气液分布状况。 4.2.1 操作理论板数和操作回流比初馏塔精馏过程计算采用简捷计算法。 （1）最少理论板数Nm 系统最少理论板数，即所涉及蒸馏系统（包括塔顶全凝器和塔釜再沸器）在全回流下所需要的全部理论板数，一般按Fenske方程[20]求取。 Nm=lgxD,lxD,h×xW,hxW,llgαav （4－9）式中xD,l，xD,h——轻、重关键组分在塔顶馏出物（液相或气相）中的摩尔分数；xW,l，xW,h——轻、重关键组分在塔釜液相中的摩尔分数；αav——轻、重关键组分在塔内的平均相对挥
发度；Nm——系统最少平衡级（理论板）数。 塔顶和塔釜的相对挥发度分别为αD=1.78，αW=1.84，则精馏段的平均相对挥发度： αav=αDαW=1.78×1.84=1.81 由式（4－9）得最少理论板数：Nm =lg0.77140.001×0.99990.0001lg1.81=27 初馏塔塔顶有全凝器与塔釜有再沸器，塔的最少理论板数Nm应较Nm 小，则最少理论板数： Nm=Nm -1=27-1=26。 （2）最小回流比最小回流比，即在给定条件下以无穷多的塔板满足分离要求时，所需回流比Rm，可用Underwood 法计算。 此法需先求出一个Underwood参数θ。 i=1cαixF,iαi-θ=1-q （4－10）求出θ代入式（4－11）即得最小回流比。 Rm=i=1cαixD,iαi-θ-1 （4－11）式中xF,i——进料（包括气、液两相）中i组分的摩尔分数；c——组分个数；αi——i组分的相对挥发度；θ——Underwood参数；xD,i——塔顶馏出物中i组分的摩尔分数。 q=每千摩尔进料转化为饱和蒸气所需的热量进料的千摩尔汽化潜热进料状态为泡点液体进料，即q=1。 取塔顶与塔釜温度的加权平均值为进料板温度（即计算温度），则
（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/kmol x F =18/65.046 /35.046/35.0+=0.174 x D =18/1.046 /9.046/9.0+=0.779 x W =46 /995.018/005.018 /005.0+=0.002 2.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/kmol 3.物料衡算 D=30024812 .3948000000⨯⨯=167.454 kmol/h F=D+W F ·x F =D ·x D +W ·x W 解得 F=756.464 kmol/h W=589.01 kmol/h ｛
板式精馏塔设计 1．气(汽)、液处理量大，即生产能力大时，仍不致发生大量的雾沫夹带、拦液或液泛等破坏操作的现象。 2．操作稳定，弹性大，即当塔设备的气(汽)、液负荷有较大范围的变动时，仍能在较高的传质效率下进行稳定的操作并应保证长期连续操作所必须具有的可靠性。 3．流体流动的阻力小，即流体流经塔设备的压力降小，这将大大节省动力消耗，从而降低操作费用。对于减压精馏操作，过大的压力降还将使整个系统无法维持必要的真空度，最终破坏物系的操作。 4．结构简单，材料耗用量小，制造和安装容易。 5．耐腐蚀和不易堵塞，方便操作、调节和检修。 6．塔内的滞留量要小。 实际上，任何塔设备都难以满足上述所有要求，况且上述要求中有些也是互相矛盾的。不同的塔型各有某些独特的优点，设计时应根据物系性质和具体要求，抓住主要矛盾，进行选型。 （二）板式塔类型气－液传质设备主要分为板式塔和填料塔两大类。精馏操作既可采用板式塔，也可采用填料塔。 板式塔为逐级接触型气－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、 1/ 20
穿流多孔板塔、舌形塔、浮动舌形塔和浮动喷射塔等多种。 板式塔在工业上最早使用的是泡罩塔(1813年)、筛板塔(1832年)，其后，特别是在本世纪五十年代以后，随着石油、化学工业生产的迅速发展，相继出现了大批新型塔板，如S型板、浮阀塔板、多降液管筛板、舌形塔板、穿流式波纹塔板、浮动喷射塔板及角钢塔板等。目前从国内外实际使用情况看，主要的塔板类型为浮阀塔、筛板塔及泡罩塔，而前两者使用尤为广泛，因此，本章只讨论浮阀塔与筛板塔的设计。 1．筛板塔筛板塔也是传质过程常用的塔设备，它的主要优点有： （1）结构比浮阀塔更简单，易于加工，造价约为泡罩塔的60％，为浮阀塔的80％左右。 （2）处理能力大，比同塔径的泡罩塔可增加10～15％。 （3）塔板效率高，比泡罩塔高15％左右。压降较低，每板压力比泡罩塔约低30％左右。 筛板塔的缺点是： （1）塔板安装的水平度要求较高，否则气液接触不匀。 （2）操作弹性较小(约2～3)。 （3）小孔筛板容易堵塞。 2．浮阀塔浮阀塔是在泡罩塔的基础上发展起来的，它主要 的改进是取消了升气管和泡罩，在塔板开孔上设有浮动的浮阀， 2/ 20
精馏塔的设计详解LT
有毒，可以通过呼吸道对人体造成危害，使用和生产时要防止它进入呼吸器官。 苯和甲苯都是重要的基本有机化工原料。工业上常用精馏方法将他们分离。精馏是分离液体混合物最早实现工业化的典型单元操作，广泛应用于化工，石油，医药，冶金及环境保护等领域。它是通过加热造成汽液两相体系，利用混合物中各组分挥发度的差别实现组分的分离与提纯的目的。 实现精馏操作的主要设备是精馏塔。精馏塔主要有板式塔和填料塔。板式塔的核心部件为塔板，其功能是使气液两相保持密切而又充分的接触。塔板的结构主要由气体通道、溢流堰和降液管。本设计主要是对板式塔的设计。 一．塔设备任务书
设计压力MPa 0.0044 设计寿命 a 20 工作温度ºC 120 浮阀个数 设计温度ºC 150 浮阀间距 介质名称苯、甲苯保温材料厚度/mm 100 介质密度 kg/m3799 .05 4保温材料密度 kg/m3 300 基本风压 Pa 300 存留介质高度 mm 52.5/49 地震烈度9 壳体材料Q235-A 场地类别Ⅱ内件材料 塔形筛板塔裙座材料Q235-A 塔板数目21 偏心质量 kg 2000 塔板间距 mm 500 偏心距 mm 1000 接管表 符号公称 尺寸连接 面形 式 用途符号公称 尺寸 连接 面形 式 用途 a1,2 450mm －人孔g 45 mm 突面回流 口 b1,2 －突面温度 计h1-3 25 mm 突面取样 口 c －突面进气 口i1,2 －突面液面 计 d1,2 38mm 突面加料 口j 38 mm 突面出料 口 e1,2 －突面压力 计 k1-3 450 mm 突面人孔 f 127 mm 突面排气 口 条件内容修改 修改标记修改内容签字日期 塔径（原设计算错） 备注甲苯-苯精馏塔设计 单位名称化工系2班刘丽娟工程名称 提出人刘丽娟日期08.7.25
1 概述 塔设备是实现精馏、吸收、解吸和萃取等化工单元操作的主要设备，它能够使气（或汽）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。因此，塔设备在化工进程中有时也用来实现气体的冷却、除尘、增湿或减湿等。 最常常利用的塔设备可分为两大类：板式塔和填料塔。另外，还有多种内部装有机械运动构件的塔，例如脉动塔河转盘塔等，则主要用于萃取操作。 板式塔按其塔盘结构，填料塔按所用填料的不同，又各细分为多种塔型。 无论是对何种塔型，除第一要能使气（汽）液两相充分接触，取得较高的传质效率，还希望能综合知足下列要求： (1) 生产能力大。在较大的气液流速下，仍不致发生大量的雾沫夹带及液泛等破坏正常操作的现象。 (2) 操作稳固，操作弹性大。当塔设备的气液负荷量有较大的波动时，仍能在较高的传质效率下进行稳固的操作。 (3) 流体流动阻力小，即流体通过塔设备的压力降小。以节省动力消耗，降低操作费用。对于减压蒸馏，较大的压力降还将使系统无法维持必要的真空度。 (4) 结构简单，材料耗用量小，制造和安装容易。 (5) 耐侵蚀，不易堵塞，方便操作、调节和检修。 事实上，任何一种塔形都难以全面知足上述要求，而只能在某些方面具有独特的地方。可是，对于高效率、大生产能力、稳固靠得住的操作和低压降的追求，则推动着塔设备新结构型式的不断出现和进展。 筛板塔是板式塔中较早出现的塔型之一，它综合具有结构简单，制造维修方便，生产能力大（可比浮阀塔大），塔板效率较高，压降小等长处，不足的地
方是操作弹性较小。筛孔也易堵塞，利用曾一度受到限制，可是近几十年来，通过大量工业规模的研究，慢慢掌握了筛板塔的性能，并形成了较完善的设计方式，还开发了大孔径筛板，导向筛板等形式，使筛板塔的不足取得补救，即合理的设计能够保证较高的操作弹性。此刻，筛板塔已经成为生产上最普遍采用的塔型之一。 二元物系精馏用筛板塔的工艺设计，主要包括精馏系统工艺流程的肯定、物料衡算、塔板数的计算、塔结构工艺设计、热量衡算和附属设备的选型计算等项。 2 精馏工艺流程肯定 本设计任务为分离乙醇——水混合物，对于二元混合物的分离采用持续精馏进程，设计中采用泡点进料，将原料液通过预热器加热至泡点，用泵送入精馏塔内，塔顶蒸汽采用全凝气冷凝，冷凝液在泡点下一部份回流至塔内，剩余部份经产品冷却器后送至储罐，塔釜采用分离式间接蒸汽渐热。（附图1，所需工艺流程）
沈阳化工大学化工原理课程设计说明书 专业: 制药工程 班级：制药1102 学号： 设计时间：2014.5.20----2014.6.20 成绩：
化工原理课程设计任务书 设计题目： 分离甲醇-水混合液的填料精馏塔 二原始数据及条件 生产能力：年生产量甲醇1万吨（年开工300天） 原料：甲醇含量为30%（质量百分数，下同）的常温液体 分离要求：塔顶甲醇含量不低于95%，塔底甲醇含量不高于0.3%。 建厂地区：沈阳 三设计要求 （一）.一份精馏塔设计说明书，主要内容要求： （1）.前言 （2）.流程确定和说明 （3）.生产条件确定和说明 （4）.精馏塔设计计算 （5）.主要附属设备及附件选型计算 （6）.设计结果列表 （7）.设计结果的自我总结与评价 （8）.注明参考和试用的设计资料 （9）.结束语 （二）．绘制一份带控制点工艺流程图。 （三）．制一份精馏塔设备条件图 四．设计日期：2013年5月20日至6月20日
前言 精馏塔分为板式塔和填料塔两大类。填料塔又分为散堆填料和规整填料两种。板式塔虽然结构较简单，适应性强，宜于放大，在空分设备中被广泛采用。但是，随着气液传热、传质技术的发展，对高效规整填料的研究，一些效率高、压降小、持液量小的规整填料的开发，在近十多年内，有逐步替代筛板塔的趋势。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。 精馏塔的优点： 归纳起来，规整填料塔与板式塔相比，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1/5～1/6； 2)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。负荷调节范围可以在30%～110%，筛板塔的调节范围在70%～100%； 4)液体滞留量少，启动和负荷调节速度快； 5)可节约能源。由于阻力小，空气进塔压力可降低0.07MPa左右，因而使空气压缩能耗减少6.5%左右； 6)塔径可以减小。 此外，应用规整填料后，由于当量理论塔板的压差减小，全精馏制氩可能实现，氩提取率提高10%～15%。 本文以甲醇和水的混合液为研究对象，因为甲醇和水在常压下相对挥发度较大，较易分离。根据物理性质，操作条件等因素条件下选用泡点进料，塔顶再沸器和塔顶回流的方式，将甲醇和水进行分离的填料精馏塔。 本课程设计者能力有限，在设计中难免会有不足之处，恳请老师和读者给予批评指正。
板式精馏塔的设计 1.1 概述 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。根据塔内气液接触部件的结构型式，可分为板式塔和填料塔。板式塔内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，属逐级接触逆流操作过程。填料塔内装有一定高度的填料层，液体自塔顶沿填料表面下流，气体逆流向上（也有并流向下者）与液相接触进行质热传递，气液相组成沿塔高连续变化，属微分接触操作过程。 工业上对塔设备的主要要求是：（1）生产能力大；（2）传热、传质效率高；（3）气流的摩擦阻力小；（4）操作稳定，适应性强，操作弹性大；（5）结构简单，材料耗用量少；（6）制造安装容易，操作维修方便。此外，还要求不易堵塞、耐腐蚀等。 板式塔大致可分为两类：（1）有降液管的塔板，如泡罩、浮阀、筛板、导向筛板、新型垂直筛板、蛇形、S型、多降液管塔板；（2）无降液管的塔板，如穿流式筛板（栅板）、穿流式波纹板等。工业应用较多的是有降液管的塔板，如浮阀、筛板、泡罩塔板等。 （一）泡罩塔 泡罩塔是最早使用的板式塔，是Celler于1813年提出的，其主要构件是泡罩、升气管及降液管。泡罩的种类很多，国内应用较多的是圆形泡罩。 泡罩塔的主要优点是：因升气管高出液层，不易发生漏液现象，操作弹性较大，液气比范围大，适用多种介质，操作稳定可靠，塔板不易堵塞，适于处理各种物料；但其结构复杂，造价高、安装维修不便，板上液层厚，气体流径曲折，塔板压降大，因雾沫夹带现象较严重，限制了起诉的提高。现虽已为其他新型塔板代替，但鉴于其某些优点，仍有沿用。 （a b） 图1 泡罩塔 （二）浮阀塔 浮阀塔广泛用于精馏、吸收和解吸等过程。其主要特点是在塔板的开孔上装有可浮动的浮阀，气流从浮阀周边以稳定的速度水平地进入塔板上液层进行两相接触。浮阀可根据气体流量的大小而上下浮动，自行调节。 浮阀有盘式、条式等多种，国内多用盘式浮阀，此型又分为F－1型（V－1型）、V－4型、十字架型、和A型，其中F－1型浮阀结构较简单、节省材料，制造方便，性能良好，故在化工及炼油生产中普遍应用，已列入部颁标准（JB－1118－81）。其阀孔直径为39mm，重阀质量为33g，轻阀为25g。一般多采用重阀，因其操作稳定性好。 浮阀塔的主要优点是生产能力大，操作弹性较大，塔板效率高，气体压强降及液面落差较小，塔的造价低，塔板结构较泡罩塔简单。
过程工艺与设备课程设计（精馏塔及辅助设备设计） 设计日期：2010年7月6日 班级：化机0701班 姓名：梁昊穹 指导老师：韩志忠
前言 化工原理是化工及其相关专业学生的一门重要的技术基础课，其课程设计涉及多学科知识，包括化工，制图，控制，机械等各种学科，是一项综合性很强的工作；是锻炼工程观念和培养设计思维的好方法，是为以后的各种设计准备条件；是化工原理教学的关键环节，也是巩固和深化理论知识的重要环节。 本设计说明书包括概述、方案流程简介、精馏塔、再沸器、辅助设备、管路设计和控制方案共七章。 说明中对精馏塔的设计计算做了较为详细的阐述，对于再沸器、辅助设备和管路和控制方案的设计也做了简要的说明。 在设计过程中，得到了韩志忠老师的指导，得到了同学们的帮助，同学们一起讨论更让我感受到设计工作是一种集体性的劳动，少走了许多弯路，避免了不少错误，也提高了效率。 鉴于学生的经验和知识水平有限，设计中难免存在错误和不足之处，请老师给予指正 感谢老师的指导和参阅！
目录 前言- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 2 第一章概述- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 5 1.1精馏塔- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 5 1.2再沸器- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 5 1.3冷凝器- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 6 第二章方案流程简介- - - - - - - - - - - - - - - - - - 7 2.1 精馏装置流程- - - - - - - - - - - - - - - - - - - 7 2.2 工艺流程- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 7 2.3 调节装置- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 8 2.4 设备选用- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 8 2.5 处理能力及产品质量- - - - - - - - - - - - - - - - 8 第三章精馏过程系统设计- - - - - - - - - - - - - - - - 9 3.1设计条件- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 9 3.2物料衡算及热量衡算- - - - - - - - - - - - - - - - - 10 3.3塔板数的计算- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 11 3.4精馏塔工艺设计- - - - - - - - - - - - - - - - - - - 16 3.5溢流装置的设计- - - - - - - - - - - - - - - - - - - 17 3.6塔板布置和其余结构尺寸的选取- - - - - - - - - - - - 18