下载文档原格式
第一章：塔板的工艺设计一、精馏塔全塔物料衡算F:进料量（kmol/s ） F x :原料组成（摩尔分数，同下） D:塔顶产品流量（kmol/s ） D x :塔顶组成 W:塔底残液流量（kmol/s ） ：W x 塔底组成原料乙醇组成：%91.8%10018/8046/2046/20x =⨯+=F塔顶组成：%98.85%10018/646/9446/94=⨯+=D x塔底组成：%12.0%10018/7.9946/3.046/3.0=⨯+=W x进料量：F=25万吨/年=4706.036002430010182.01462.0102543=⨯⨯⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛-+⨯⨯（kmol/s ） 物料衡算式为：F=D+W Fx F =Dx D +W W x 联立带入求解：D=0.0482 kmol/s W=0.4424 kmol/s二、常压下乙醇-水气液平衡组成（摩尔）与温度关系1. 温度利用表中数据由差值法可求得t F 、t D 、t W①t F :21.791.80.89t 66.921.77.860.89F --=--, t F =87.41 ℃②t D :72.7498.8541.78t 72.7443.8941.7815.78--=--D ， t D =78.21 ℃③t W ：12.0100t 90.105.95100W --=--， t W =99.72 ℃ ④精馏段的平均温度：81.82221.7841.872t t t 1=+=+=F D ℃ ⑤提馏段的平均温度：57.93272.9941.872t t t 2=+=+=F W ℃ 2. 密度已知：混合液密度：B B A A Lραραρ+=1(α为质量分数，M 为平均相对分子质量) 混合气密度：004.22TP MP T V =ρ塔顶温度：t D =78.21 ℃ 气相组成43.8910015.7821.7843.8915.7815.7841.78y --=--D D y ：， %88.86=D y进料温度：t F =87.41℃ 气相组成FF y 10091.3841.870.8975.4391.387.860.89y --=--：， %26.42y =F塔底温度：t W =99.72℃气相组成WW y 100072.991000.1705.95100y --=--：， W y =1.06%⑴ 精馏段液相组成1x ：1x =2x x FD +, %445.47x 1= 气相组成2y y y y 11FD +=：, %545.64y 1= 所以 286.31)4745.01(184745.0461=-⨯+⨯=L M kg/mol 074.36)6455.01(186455.0462=-⨯+⨯=L M kg/mol三、理论塔板的计算理论板：指离开此板的气液两相平衡，而且上液相组成均匀。
化工原理课程设计操强何艺青郝青丽马蕴莉彭宇绪论 (3)第一节概述 (7)1.1精馏操作对塔设备的要求 (7)1.2板式塔类型 (7)1.2.1筛板塔 (7)1.2.2浮阀塔 (8)1.3精馏塔的设计步骤 (8)第二节设计方案的确定 (8)2.1操作条件的确定 (8)2.1.1操作压力 (8)2.1.2 进料状态 (9)2.1.3加热方式 (9)2.1.4冷却剂与出口温度 (9)2.1.5热能的利用 (9)2.2确定设计方案的原则 (10)第三节板式精馏塔的工艺计算 (10)3.1 物料衡算与操作线方程 (10)3.1.1 常规塔 (11)3.1.2 直接蒸汽加热 (12)第四节板式塔主要尺寸的设计计算 (12)4.1塔的有效高度和板间距的初选 (13)4.1.1塔的有效高度 (13)4.1.2板间距的初选 (13)4.2 塔径 (13)4.2.1初步计算塔径 (14)4.2.2塔径的圆整 (14)4.2.3 塔径的核算 (15)第五节板式塔的结构 (15)5.1塔的总体结构 (15)5.2 塔体总高度 (16)5.2.1塔顶空间H D (16)5.2.2人孔数目 (16)5.2.3塔底空间H B (17)5.3塔板结构 (18)5.3.1整块式塔板结构 (18)绪论一、化工原理课程设计的目的和要求课程设计是《化工原理》课程的一个总结性教学环节，是培养学生综合运用本门课程及有关选修课程的基本知识去解决某一设计任务的一次训练。
在整个教学计划中，它也起着培养学生独立工作能力的重要作用。
课程设计不同于平时的作业，在设计中需要学生自己做出决策，即自己确定方案，选择流程，查取资料，进行过程和设备计算，并要对自己的选择做出论证和核算，经过反复的分析比较，择优选定最理想的方案和合理的设计。
所以，课程设计是培养学生独立工作能力的有益实践。
通过课程设计,学生应该注重以下几个能力的训练和培养：1. 查阅资料，选用公式和搜集数据(包括从已发表的文献中和从生产现场中搜集)的能力；2. 树立既考虑技术上的先进性与可行性，又考虑经济上的合理性，并注意到操作时的劳动条件和环境保护的正确设计思想，在这种设计思想的指导下去分析和解决实际问题的能力；3. 迅速准确的进行工程计算的能力；4. 用简洁的文字，清晰的图表来表达自己设计思想的能力。
《化工原理课程设计》报告4万吨/年甲醇~水板式精馏塔设计目录一、概述 (4)1.1 设计依据·································错误！未定义书签。
1.2 技术来源·································错误！未定义书签。
1.3 设计任务及要求 (5)二：计算过程 (7)1. 塔型选择 (7)2. 操作条件的确定 (8)2.1 操作压力 (8)2.2 进料状态 (8)2.3 加热方式 (8)2.4 热能利用 (8)3. 有关的工艺计算 (9)3.1 最小回流比及操作回流比的确定·········错误！未定义书签。
3.2 塔顶产品产量、釜残液量及加热蒸汽量的计算错误！未定义书签。
3.3 全凝器冷凝介质的消耗量 (17)3.4 热能利用·····························错误！未定义书签。
化工原理课程设计---筛板式连续精馏塔及主要附属设备设计目录第一章前言 (1)1.1吸收技术概况 (1)1.3填料塔技术 (1)1.4填料的类型 (2)1.5填料的几何特性 (2)1.6填料的性能评价 (2)1.7填料塔的流体力学性能 (2)1.8填料的选择 (2)1.9填料塔的内件 (2)1.10典型的吸收过程 (2)第二章填料塔的主体设计方案的确定 (3)2.1流程说明 (3)2.2吸收剂的选择 (4)2.3填料的类型与选择 (4)2.3.1填料种类的选择 (4)2.3.2填料规格的选择 (5)2.3.3填料材质的选择 (5)第三章设计任务....................................................................................... 错误!未定义书签。
第四章设计方案的说明 (6)第五章基础物性数据 (6)5.1液相物性数据 (6)5.2气相物性数据 (6)5.3气相物中平衡数据 (6)第六章物料衡算 (7)第七章填料塔的工艺尺寸的计算 (7)7.1塔径的计算 (7)7.1.1气相质量流量为 (7)7.1.2液相质量流量可近似按纯水的流量计算，即： (8)7.1.3泛点率校核： (10)7.1.4填料规格核算 (10)7.1.5液体喷淋密度核算 (10)7.2填料层高计算 (10)7.3填料层压降的计算 (13)第八章辅助设备的选型及设计 (15)8.1液体分布器 (15)8.1.1液体分布器的选型 (15)8.1.2分布点密度计算 (16)8.1.3分液计算 (17)8.2主要接管尺寸的计算 (17)8.2.1液体进料接管 (17)8.2.2气体进料接管 (18)8.3法兰 (18)8.4填料支承结构 (18)8.5填料压紧装置 (18)8.6除沫装置 (18)8.7封头 (19)8.8人孔或手孔和卸料孔 (19)8.8.1人孔或手孔 (19)8.8.2卸料孔 (19)8.9塔高 (20)8.9.1塔顶空间高度 (20)8.9.2塔底空间高度 (20)8.9.3塔体总高度 (20)8.10泵 (20)8.11风机的选型 (20)8.12设备汇总表 (21)第九章符号说明 (21)第十章总结 (22)第一章前言填料塔是以塔内的填料作为气液两相间接触构件的传质设备，它是化工类企业中最常用的气液传质设备之一。
化工原理课程设计--板式精馏塔设计设计目标：基于给定的物料性质和操作要求，设计一座板式精馏塔，以实现对原料的分离和提纯。
1. 物料和操作要求：- 原料：A和B两种无限稀溶液，其组成为xA和xB，两者可以通过精馏分离。
- A和B的沸点相差较大，有利于分离。
- 要求从塔顶得到纯度高于90%的A，而底部给出纯度低于1%的A。
2. 原料性质和物料平衡：- 通过库仑方程计算A和B的蒸气压随温度的变化关系，并绘制出压力-温度图。
- 在工作温度下，A的蒸气压明显高于B，为确保物料能够充分分离，需保持塔顶温度在A液体的沸点温度之下。
3. 塔板设计：- 通过McCabe-Thiele图确定塔板数目和进料位置。
- 塔板数目的计算依赖于设定的塔上液回流比，一般经验值约为1.2-2.5。
- 进料位置选择在第一个塔板的位置，以确保传热效果和传质效果的最大化。
4. 塔的传热与传质设计：- 通过热力学分析确定A和B的传质系数，以及A和B在板上气液两相之间的传质速率。
- 根据传质速率和A、B的质量流率计算板上液流速，并选取波纹板（sieve tray）作为塔板，以提高传质效果。
- 通过HETP方法确定塔板高度，确保有效的液-液接触。
5. 动力学分析：- 根据操作要求和物料性质，进行动态模拟，分析A和B的浓度随时间的变化。
- 设计适当的控制策略，以稳定操作并使塔的性能达到最佳状态。
6. 安全与能耗：- 根据设计要求，确定塔的最佳工作温度和压力范围，以保证操作的安全性。
- 通过热力学计算，确定塔的能耗，并采取措施减少能量损失。
综上所述，通过对物料性质、物料平衡、塔板设计、传热与传质设计、动力学分析、安全与能耗等方面的综合考量，可以设计出一座高效、安全、经济的板式精馏塔，实现对原料组分的有效分离和提纯。
7. 材料选择和规格设计：- 选择耐腐蚀、耐高温的材料作为塔内部构件的材质，例如不锈钢。
- 根据操作条件和设计要求，确定塔的规格，包括直径、高度、板数、板间距等，以确保塔的工作效率和稳定性。
化工原理课程设计乙醇水精馏塔设计浮阀塔化工原理是化工专业中必须掌握的基本学科之一。
乙醇水精馏塔是化工原理中常见的设备之一，其主要作用是将酒精和水分离出来。
本文将介绍化工原理课程设计乙醇水精馏塔设计浮阀塔的实验内容和步骤。
一、实验目的本次实验旨在：1.了解乙醇水精馏的原理和操作流程。
2.掌握乙醇水精馏实验中浮阀塔的设计。
3.了解化工原理中常见的设备和优化设计方法。
二、实验器材和仪器1.乙醇水精馏塔2.蒸汽发生器3.水冷却器4.加热器5.流量计6.温度计7.数字压力计8.草图大师等设计软件三、实验步骤1.实验前检查乙醇水精馏塔和附属设备，确保它们的正常运转。
2.根据实验前的设计思路和设计软件进行浮阀塔的设计。
3.根据设计好的浮阀塔模型进行模拟运转测试，依次阐述操作流程，发现问题并解决。
4.进行酒精和水的混合物精馏操作，需要根据需要加热，压力控制塔内的温度和压力，并且连续记录混合物、水和酒精的流量变化以及温度和压力变化。
5.将分离后的酒精和水进行收集和分析，记录数据。
四、实验结果分析1.经过多次实验，分析出了酒精和水的混合比例、塔体高度和浮阀间距等因素对密度和精馏效率的影响。
2.通过数据处理后发现，随着收集时间的延长，酒精含量的纯度呈现逐渐上升的趋势，同时流量到达稳定状态。
3.同时，通过不同温度、压力等的调节，可以优化精馏塔结构和操作条件，提高分离效率。
五、实验结论1.乙醇水精馏塔配备浮阀塔设计能够使混合物进行乙醇水的分离。
2.塔体高度和浮阀间距对密度和精馏效率有着显著的影响。
3.实验结论对优化乙醇水精馏塔的设计以及科学合理的操作流程和条件具有参考的意义。
六、实验心得1.本次实验深入了化工原理的设计理论，在实践操作中获得了理论知识的巩固和深化。
2.实验中发现问题并尝试解决过程可以让我们深入探索和思考化工产品优化设计的含义，并找到最优化的方案。
3.通过实验过程，不仅提高了操作能力和实验技巧，更充分地领悟了化工工程的真谛。
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。
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）。
《化工原理课程设计》报告 40000 吨/年苯和甲苯 精馏装置设计
班级 ： 专业 ： 化工工艺及工程 设计者姓名： 指导老师 ： 学号 ： 完成日期： 2012年 6月 20 日
- 2 -
化工原理课程设计任务书 一、设计题目：苯——甲苯混合液筛板(浮阀)精馏塔设计 本课程设计是依据实际生产情况加以一定程度的简化而提出的。 二、设计任务及操作条件 1、进精馏塔的料液含苯55%(质量)，其余为甲苯 2、产品的苯含量≥97%(质量)，取97% 3、釜液中苯含量≥2%(质量)，取2% 4、年处理原料量：40000吨 5、每年实际生产天数：330天（一年中有一个月检修） 6、操作条件 ⑴精馏塔塔顶压强 0.04MPa(表压) ⑵进料热状况 泡点液体（q=1） ⑶回流比 R=1.6Rmin ⑷加热水蒸气压强 3.0kg/cm² (表压) ⑸单板压降 <8mmHg ⑹设备型式 筛板 ⑺厂址 徐州地区 三、设计项目(设计说明书内容) ⒈流程的确定及说明 ⒉塔板数的计算 ⒊塔径计算 ⒋塔板结构设计 ⑴塔板结构尺寸的确定 ⑵流体力学验算 ⑶计算、绘制塔板负荷性能图 ⒌其它 ⑴塔釜加热蒸汽消耗量的计算 ⑵塔顶冷凝器或分凝器(设计者确定)的换热面积和选型，冷却水消耗量的计算 ⑶灵敏板位置的确定(并图示) ⒍应绘制的各幅图 ⑴实际设计的工艺流程图 ⑵塔板布置图 ⑶塔局部侧剖图
苯-甲苯饱和蒸汽压的安托尼公式： logp=A-B/(C+t) p的单位:kPa t的单位:℃ 组分 A B C 苯 6.023 1206.35 220.24 甲苯 6.078 1343.94 219.58
- 3 -
四、苯的生产工艺流程 在炼焦过程产生的焦炉煤气，其中含有30～45%(g/标m3)的粗苯。粗苯的主要成分是：苯(约70%)、甲苯(约14%)、二甲苯(约3%)和三甲苯。 生产中一般采用煤焦油中230～300℃的洗油馏分将粗苯从煤气中吸收下来。洗油在低温(20～80℃)下具有选择吸收煤气中粗苯的性质，而在升高温度(140～180℃)时又能从富油中将粗苯释放出来。粗苯经过精馏分离成轻苯(150℃前馏分)和重苯(150～200℃时的馏分)。 轻苯是一种组分很复杂的混合物，其中含有不饱和物、硫化物、酸性和碱性化合物以及饱和烃。为了得到苯属烃，要把杂质除去。 先将轻苯中80℃以前的初馏分切去，除去部分不饱和物和硫化物。然后用浓硫酸进行两次洗涤，用碱中和洗涤一次后，除去其中>80℃的不饱和物、硫化物、酸性和碱性化合物。洗涤过程中，有部分沸点较高的酸洗聚合物溶解在轻苯里，用水蒸汽蒸馏的方法把苯属烃蒸出，酸洗聚合物作为残液除去。 最后用连续精馏的方法提纯苯。如图所示，已经去除了杂质的轻苯用进料泵送入纯苯精馏塔的进料板上，由附设在塔底外部的列管式换热器用水蒸汽间接加热釜液至130℃左右，釜液蒸汽从塔底向上与自塔上端流下的液体逆向流动，密切接触传质传热。苯蒸汽则以80℃的温度从塔顶逸出，在冷凝冷却器中降温至20～60℃，经油水分离器除去分离水，满流入回流槽，再用回流泵将一部分苯液打入塔顶，另一部分则由回流槽上部满流入计量槽作为产品。釜液(128℃) 经冷却(50℃)后再去提取甲苯二甲苯等苯属烃产品。
1.轻苯储槽 2.进料泵 3.纯苯精馏塔 4.加热器 5.冷凝冷却器 6.油水分离器 7.回流槽 8.计量槽 9.回流泵 10.喷淋式冷却器 11.釜液储槽
1 2 3 4 4 5 6 7 8 9 11 12
- 4 -
目 录 引 言. ................................................. 6 1 绪 论 ................................................ 6 1.1设计背景 ............................................ 6 1.2设计方案 ............................................ 6
2 精馏塔的工艺设计 ........................................ 7 2.1全塔工艺设计计算 ..................................... 7 2.1.1产品浓度的计算和进料组成确定 ........................................ 7 2.1.2平均相对挥发度的计算 ................................................ 7 2.1.3最小回流比和适宜回流比的选定 ........................................ 8 2.1.4物料衡算 ........................................... 错误！未定义书签。 2.1.5图解法确定理论板数 .................................................. 9 2.1.6全塔效率 ............................................................ 9 2.1.7实际塔板数及实际加料位置 ......................................................................................... 9
3. 塔的工艺条件及物性数据计算 ............................ 10 3.1.1操作压强 P ......................................................... 10 3.1.2操作温度 T ......................................................... 10 3.1.3塔内各段气、液两相组分的平均分子量 ................................. 10 3.1.4精馏段和提馏段各组分的密度 ......................................... 11 3.1.5液体表面张力的计算 ................................................. 12 3.1.6液体粘度 ........................................................... 12 3.1.7气液负荷计算 ....................................................... 13
3.2塔和塔板的主要工艺尺寸的计算 .......................... 13 3.2.1塔径 D ............................................................. 13 3.2.2液流形式、降液管及溢流装置等尺寸的确定 ............................. 15 3.2.4筛孔数 n 及 开孔率 φ .............................................. 19 3.2.5塔有效高度Z ....................................................... 20
3.3筛板塔的流体力学校核算 ............................... 20 3.3.1板压降的校核 ....................................................... 20 3.3.2液沫夹带量eV的校核................................................. 21 3.3.3溢流液泛条件的校核 ................................................. 21
- 5 -
3.3.4液体在降液管内停留时间的校核 ....................................... 22 3.3.5漏液点的校核 ....................................................... 22
3.4塔板负荷性能图 ........................................ 23 3.4.1 液相负荷下限线 .................................................... 23 3.4.2 液相负荷上限线 .................................................... 24 3.4.3漏液线（气相负荷下限线） ........................................... 24 3.4.4 过量液沫夹带线（气相负荷上限线） .................................. 25 3.4.5溢流液泛线 ......................................................... 26 3.4.6 塔气液负荷性能图 .................................................. 28
4板式塔的结构 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .31
5 设计结果汇总 .......................................... 30 结束语... ............................................... 31 参考文献 .................................. 错误！未定义书签。
