XX学院
XXof Technology
（20XX）届制药工程专业课程设计务书
题目： 乙醇——水混合液精馏塔设计
学院：化工材料工程学院 专业： 制药
学号： 姓名：
指导教师：
教研室（负责）：
2016 年X月 X 日
化工原理课程设计
乙醇——水混合液精馏塔设计
制药工程
摘
设计乙醇――水混合液设计物系筛板塔精馏设备分离乙醇水筛板塔化工生产中气液传质设备设计针二元物系乙醇－－水精馏问题进行分析选取计算核算绘图等较完整精馏设计程
关键词：乙醇水精馏 筛板塔 连续精馏 塔板设计
目 录
前 言 1
第１章 设计务书 2
第2章 设计方案确定流程说明 3
第21节 设计方案确定 3
第22节 设计流程 5
第3章 精馏塔工艺设计 6
第31节 精馏塔物料衡算 6
第32节 理板计算 7
第33节 均参数计算 11
第34节 塔径初步设计 15
第35节 塔高计算 17
第４章 塔板结构设计 19
第41节 溢流装置计算 19
第42节 塔板筛板设计 20
第43节 塔板流体力学验算 21
第5章 塔板负荷性图 24
第51节 雾沫夹带线 24
第52节 液泛线 24
第53节 液相负荷限线 25
第54节 漏液线 25
第55节 液相负荷限线 26
第56节 塔板负荷性图 26
第6章 附属设备设计 27
第6．1节 冷凝器 27
第62节 沸器 28
第7章 设计结果汇总 30
第71节 流股物性汇总 30
第72节 筛板塔设计参数汇总 30
参考文献 32
附录 33
前 言
11精馏原理化工生产应
实际生产中精馏柱精馏塔中精馏时述部分气化部分冷凝时进行理想液态混合物精馏时馏液(气相冷成)沸点低B物质残液沸点高A物质精馏次简单蒸馏组合精馏塔底部加热区温度高塔顶温度低精馏结果塔顶冷凝收集纯低沸点组分纯高沸点组分留塔底
12精馏塔塔设备求
精馏设备设备相互联系总称精馏装置核心精馏塔常精馏塔板式塔填料塔两类通称塔设备传质程样精馏塔塔设备求致：
：生产力：单位塔截面气液相流率会产生液泛等正常流
动
二：效率高：气液两相塔保持充分密切接触具较高塔板效率传质效率
三：流体阻力：流体通塔设备时阻力降节省动力费减压操作时易达求真空度
四：定操作弹性：气液相流率定波动时两相均维持正常流动会效率发生较变化
五：结构简单造价低安装检修方便
六：满足某工艺特性：腐蚀性热敏性起泡性等
第１章 设计务书
1设计题目：
乙醇——水混合液精馏塔设计
2设计务条件
21 生产力：年处理量3万吨乙醇
22 进精馏塔料液含乙醇 34(质量分数)
23 料液初温：45℃
24 塔顶产品乙醇含量93(质量分数)
25 残液中乙醇含量高 05(质量分数)
26 年实际生产天数：300天（24时年中两月检修）
27 设备型式：筛板塔
28 操作条件：
精馏塔顶压力 4kPa(表压)
进料状况 泡点进料
回流 RRmin 20
单板压降 07kPa
加热蒸汽压力 101325kPa(表压)
29 厂址：廊坊区
3设计容求
31 设计方案确定流程说明
32 精馏塔工艺计算(包括物料衡算理塔板数回流总板效率均参 数塔高塔径设计等)
33 塔板结构设计流体力学验算
34 塔板负荷性图绘制
35 附属设备设计(包括产品冷器接选型)
36 设计结果汇总(包括设备尺寸衡算结果等)
37 附图：图解理板塔板负荷性图生产工艺流程图(2号图)
第2章 设计方案确定流程说明
第21节 设计方案确定
211 塔类型选择
设计务分离乙醇—水混合物二元混合物分离应采连续精馏流程板式塔空塔速度较高生产力较塔板效率稳定操作 弹性造价低检修清洗方便工业应较广泛 考虑设计制造生产技术成熟稳定性决定采板式塔进行精馏操作
212 塔板类型选择
板式塔类型许例泡罩塔浮阀塔筛板塔筛板塔结构简单造价低廉板效率高筛板塔
213 塔压确定
工业精馏常压加压减压进行确定操作压力根处理物料性质技术行性济合理性考虑
般说常压精馏简单济减少加压减压操作增加增减压设备费操作费提高济效益特殊求应量常压操作加压精馏提高衡温度利塔顶蒸汽冷凝热利较便宜冷剂减少冷凝冷费相塔径适提高塔操作压力提高塔处理力减压精馏防止某易分解组分精馏程中受热分解
乙醇——水混合液操作温度非常稳定综合衡操作行性设备操作费素确定采塔顶压力(101325+4)kPa 进行操作
214 加料方式
加料方式两种：高位槽加料泵直接加热采高位槽加料通控制液位高度稳定流量流速通重力加料节省笔动力费高位槽建设费相应增加采泵加热进料受泵影响流量太稳定流速液忽忽影响传质效率结构简单安装方便泵具优点：满足工艺流量量求结构简单投资费低运行效率高日常维护费低适输送流体特性腐蚀性粘性燃性等实际考虑泵直接加料更合理设计采泵直接加料
215 进料热状况选择
工业均采接泡点液体进料泡点进料样保证进料温度受季 节气温变化前道工序波动影响塔操作较容易控制设计采泡点进料
216 塔釜加热方式确定
蒸馏塔塔釜加热方式通常采间接蒸汽加热设置沸器设计案例具特殊性塔底产物接纯水实际生产中直接蒸汽加热更高热效率结合设计务求确定塔釜加热方式蒸汽直接加热
217 塔顶冷凝方式
泡点回流易控制设计控制时较方便节约源
218 塔板溢流形式
U 形流液体流径较长提高板效率板面利率高液面落差适塔液体流量场合单溢流液体流径较长塔板效率较高塔板结构简单加工方便直径 22m 塔中广泛双溢流优点液体流动路程短降低液面落差塔板结构复杂板面利率低般直径 2m 塔中阶梯式双溢流塔板结构复杂适塔径液流量特殊场合通例中液体流量塔径等进行初步估计确定选单溢流塔板
219 塔径选取
板式塔塔径流量公式计算设计时般严重液沫夹带时极限空塔气速决定估算出塔径应塔径系列标准进行圆整进行流体力学验算精馏段提馏段汽液负荷物性设计时两段塔径应该分计算二者相差应取较者作塔径二者相差较应采变径塔
2110 适宜回流选取
适宜回流应该通济核算确定操作费设备折旧费低时回流适宜回流
确定回流方法：先求出回流 Rmin根验取实际操作回流回流 1220倍乙醇——水混合物系属易分离物系回流较结合设计务求操作回流取回流20倍
第22节 设计流程
首先乙醇水原料混合物进入原料罐里面停留定时间通泵进入原料预热器原料预热器中加热泡点温度然原料进料口进入精馏塔中加热泡点混合物中气相混合物液相混合物时候原料混合物分开气相混合物精馏塔中升液相混合物精馏塔中降气相混合物升塔顶方冷凝器中气相混合物降温泡点中液态部分进入塔顶产品冷器中停留定时间然进入乙醇储罐中气态部分重新回精馏塔中程做回流液相混合物塔底部分进入塔底产品冷器中部分进入沸器沸器中加热泡点温度重新回精馏塔塔里混合物断重复前面说程进料口断新鲜原料加入终完成乙醇水分离 设计乙醇——水混合液原料预热器加热进料状况汽液混合物q1 送入精馏塔塔顶升蒸汽采全凝器冷凝部分入塔回流余塔顶产品冷器冷送储罐塔釜采直接蒸汽加热塔底产品冷送入贮罐
第3章 精馏塔工艺设计
第31节 精馏塔物料衡算
311 原料液塔顶塔底产品摩尔分率
F
原料液流量（kmols）
xF
原料液组成（摩尔分数）
D
塔顶产品流量（kmols）
xD
塔顶组成（摩尔分数）
W
塔底残液流量（kmols）
xW
塔底组成（摩尔分数）
V0
加热蒸汽量（kmols）
M乙醇 4607 kgkmol
M水 1802 kgkmol
原料液组成xF
塔顶组成xD
塔底组成xW
312 原料液塔顶塔底均摩尔质量
313 全塔物料衡算
全塔物料衡算
轻组分乙醇物料衡算
总物料衡算乙醇物料衡算联立带入数
解
第32节 理板计算
321 回流计算
0
01
02
03
04
05
06
07
10
09
08
01
02
03
04
05
06
07
09
08
10
05082
01677
根101325×105Pa乙醇——水气液衡组成绘出衡曲线xy曲线图已知乙醇——水非理想物系衡曲线凹部分操作线q线交点尚未落衡线前操作线已衡线相切应回流回流回流求法点（0838608386）衡线凹部分作切线该线q 线交点坐标( )
图1 回流计算图
回流
操作回流
精馏段操作线方程：
精馏段操作线（）提馏段操作线（）线方程：
精馏段操作线方程提馏段操作线方程线方程交点联立精馏段操作线方程线方程解出交点（0167703959）提馏段操作线（0002000020） 解
解提馏段操作线方程：
322 理板数计算
已知精馏段操作线方程
类推：
提馏段操作线方程
类推：
理塔板数9块中第3块进料板精馏段理塔板数3块提馏段理塔板数6块
323 塔板效率计算
（1）段温度计算
利附表中数差法求
℃
℃
℃
精馏段均温度℃
提馏段均温度
（2）组分计算
精馏段：℃
液相组成 ：
气相组成：
提馏段 ℃
液相组成 ：
气相组成：
（3）相挥发度
精馏段挥发度：相衡方程
解
精馏段挥发度：相衡方程
解
全塔均相挥发度：
（4）液体均粘度计算
组分系统式计算
——液相意组分黏度
——液相中意组分摩尔分数
①塔顶物系粘度：
℃
： 解 04421
： 解 03651
②进料板物系粘度：
℃
： 解 04686
： 解 03407
塔釜物系粘度：
： 解
： 解
323 塔板效率计算
塔板总效率物系性质塔板结构操作条件密切关系影响素目前尚精确计算方法目前塔板效率估算方法体分两类类较全面考虑种传质流体力学素影响点效率出发逐步计算出全塔效率类简化验计算法奥康奈尔方法目前认较简易方法精馏塔奥康奈尔法总板效率液相黏度相挥发度积进行关联表达式：
全塔效率
324 实际板数计算
实际板数：
精馏段实际板数
提馏段实际板数
第33节 均参数计算
331 操作压力计算
塔顶压强： 取层塔板压降
进料板压强：
塔釜压强：
精馏段均操作压强：
提馏段均操作压强：
332 气液两相均密度计算
（1）液相均密度计算
利附录4中温度乙醇水密度进出料口液相组成求取液相均密度
计算 单位
①塔顶物系密度：
℃
： 解
： 解 972819
质量分率：α乙醇
α水1α乙醇10930000700
②进料板物系密度：
℃
： 解 733030
： 解 969231
质量分率：α乙醇
α水1α乙醇10340006600
③塔釜物系密度：
： 解
： 解
质量分率：
精馏段液相均密度：
提馏段液相均密度：
（2）气相均密度计算
计算
精馏段气相均密度：
提馏段气相均密度：
333 液体均表面张力计算
液相均表面张力式计算
（1）塔顶液相均表面张力计算
℃通查表4计算：
：
：
（2）进料板液相均表面张力计算
℃通查表4计算：
：
：
（3）塔底液相均表面张力计算
通查表4计算：
：
：
精馏段液相均表面张力：
提馏段液相均表面张力：
334 气液两相均体积流率计算
前面计算中已出：回流：
操作回流：
（1）精馏段
摩尔流率
质量流率
体积流率
（2）提馏段
摩尔流率
质量流率
体积流率
第34节 塔径初步设计
341 精馏段塔径计算
中
中 需史密斯关系图中查出
横坐标：
取板间距板液层高度
查图2 史密斯关系图：
取安全系数06空塔气速
标准塔径圆整
塔截面积
空塔气速
图2 史密斯关联图
342 提馏段塔径计算
中
中 需史密斯关系图中查出
横坐标：
取板间距板液层高度
查图2 史密斯关系图：
取安全系数06空塔气速
标准塔径圆整
塔截面积
空塔气速
精馏段提馏段塔径相差精馏塔径取
第35节 塔高计算
351 塔效高度
精馏段效高度
提馏段效高度
全塔效高度
352 塔高计算
塔高
第４章 塔板结构设计
第41节 溢流装置计算
塔径选单溢流弓形降液采直堰凹形受液项计算
411堰长计算
412溢流堰高度计算
选直堰堰液层高度式计算
中似取
精馏段
取板清液高度
提馏段
413弓形降液宽度截面积计算
查弓形降液参数
验算液体降液中停留时间
精馏段
提馏段
降液设计合理
414 降液底隙高度
精馏段取降液底隙流速
提馏段取降液底隙流速
降液底隙高度设计合理选凹形受液盘深度
第42节 塔板筛板设计
421 塔板结构尺寸
（1）塔板分布： 选分块式塔板
（2）边缘区宽度确定：取破沫区宽度效区宽度
（3）鼓泡区面积计算
鼓泡区面积式计算
中
422 筛孔
取筛孔孔径d
d5mm
筛孔厚度
孔心距t
塔板开孔率
筛孔数n
第43节 塔板流体力学验算
431 气相通筛板塔板压降
根式计算
①干板压降计算
中
②板液层压降计算公式：
③液体表面张力引起压降式计算：
（液柱）
（液柱）
层板
432 液泛
防止液泛现象发生控制降液高度处取
液泛计算
①单层气体通塔板压降：
②液体通降液压头损失：
③板液层高度
已知
显然 精馏段满足条件会发生液泛
433 雾沫夹带
434 漏液验算
筛板稳定系数
设计负荷会产生量漏液
第5章 塔板负荷性图
第51节 雾沫夹带线
式
式中
代入
第52节 液泛线
似取
取
联立
第53节 液相负荷限线
液体流量应满足降液停留时间低35s
作液体降液中停留时间限：
第54节 漏液线
代入漏液点气速式
A0005396m2代入式整理
做出液体流量关漏液线气相负荷限线
第55节 液相负荷限线
取堰液层高度作液体负荷标准做出液相负荷限线该线气相流量关竖直线式：
解
作出气体流量关垂直液相负荷限线
第56节 塔板负荷性图
根面求出段符合性曲线分画出塔板负荷性曲线图
第6章 附属设备设计
第6．1节 冷凝器
1．冷凝器选择：强制循环式冷凝器
冷凝器置塔部适位置泵塔顶送回流冷凝水冷凝器泵间需设回流罐样减少台架便维修安装造价高
2．冷凝器传热面积冷水消耗量
设计流程求泡点进料进料浓度泡点温度8394℃原料温度45℃釜残液温度9928℃拟定釜液降55排出
1157kgs
kgs
℃
根温度查相关表
℃） ℃）
000892*27025+（1000892）417484043KJ（kg*℃）
取传热系数K℃
℃
取安全系数11实际传热面积
冷凝器计算取水进口温度25℃水出口温度35℃塔顶全凝器出机液D06237kgs 温度783℃降35℃ 产品冷前均温度查表算热容
水量
取总传热系数℃
℃
取安全系数11
第62节 沸器
采饱水蒸汽间接加热逆流操作
焓I：
做全塔衡式：
解：13406625(kJh)
压力1214kPa(表)时 设备蒸汽热损失加热蒸汽供热量5需蒸汽质量流量：
加热蒸汽冷凝潜热
塔釜产品温度变12132℃液态转变气态蒸汽温度变130℃气态转变液态
℃
℃
℃
选择
取安全系数08：
采加热直径：19×2mm
表61 塔釜沸器规格
公称直径mm
公称压力
程数N
子根数n
400
1
1
108
中心排数
程流通面积
计算换热面积
换热长度mm
9
00048
193
3000
第7章 设计结果汇总
第71节 流股物性汇总
表1 流股物性汇总
项目
符号
单位
塔顶D
进料F
塔底W
温度
℃
7827
8394
9928
压力(绝压)
101325
111125
106225
液相组成
＼
08386
01677
00020
液相均密度
749618
87553
92535
液体均粘度
04297
03621
02864
表面张力
24622
54287
58850
第72节 筛板塔设计参数汇总
表2 筛板塔设计参数汇总
项目
符号
单位
精馏段
提馏段
回流
Rmin
＼
09703
回流
R
＼
19406
段均压力
P
106225
108675
段均温度
t
℃
81105
9161
摩尔流率
气相
L
kmolh
7048
253839
液相
V
kmolh
10679
10679
质量流率
气相
Lm
kgh
197626
485848
液相
Vm
kgh
371416
279256
体积流率
气相
LS
m3s
000068
000147
液相
VS
m3s
08254
08252
液相均组成
x
＼
03571
00398
气相均组成
y
＼
05974
02898
液相均密度
749618
91535
气相均密度
125
094
液相均分子量
2796
1915
气相均分子量
3475
2621
液相表面张力
39455
56569
理板数
NT
＼
3
6
塔径
D
m
09
板间距
HT
m
045
045
塔板形式
单溢流弓形降液
（分块式塔板）
空塔气速
u
ms
038
038
堰长
lW
m
0594
0594
堰高
hWl
m
0006
0006
筛孔数
n
2066
筛孔孔径
d0
mm
5
筛孔厚度
δ
mm
25
开孔率
φ
＼
740
孔心距
t
m
0075
降液清液层高度
Hd
m
01475
气相负荷限
VSmax
m3s
2294
3062
气相负荷限
VSmin
m3s
0739
0669
液相负荷限
LSmax
m3s
0005103
液相负荷限
LSmin
m3s
00003657
参考文献
[1]贾绍义柴诚敬编．化工传质分离程．北京：化学工业出版社2009．
[2]柴诚敬张国亮编．化工流体流动传热．北京：化学工业出版社2008．
[3]贾绍义柴诚敬编．化工原理课程设计(化工传递单元操作课程设计)．北京：化学工业出版社2006．
[4]刘光启马连湘邢志编．化工物性算图手册．北京：化学工业出版社2002．
[5]刘光启马连湘刘杰编．化学化工物性数手册(机卷)．北京：化学工业出版社2002．
[6]刘光启马连湘刘杰编．化学化工物性数手册(机卷)．北京：化学工业出版社2002．
附录
附录1 符号说明
符号
说明
单位
符号
说明
单位
C
乙醇
堰长
W
水
溢流堰高度
D
塔顶
堰层高度
F
进料板
弓形降液高度
W
塔釜
截面积
L
液相
塔截面积
V
气相
θ
液体降液中停留时间
s
M
摩尔质量
h0
降液底隙高度
回流
边缘区高度
N
实际塔板数
开孔区面积
P
压强
t
排孔中心距
T
温度
℃
ϕ
开孔率
ρ
密度
n
筛孔数目
σ
表面张力
气体通阀孔气速
μ
粘度
干板阻力
液柱
塔板间距
h1
气体通降液层阻力
液柱
板液层高度
气体通表面张力阻力
液柱
u
空塔气速
hp
气体通层塔板液柱高度
D
直径
气体通层塔板压降
附录2 乙醇——水系统气液衡数表
沸点t℃
乙醇摩尔数
沸点t℃
乙醇摩尔数
液相x
气相y
液相x
气相y
999
0004
0053
820
2730
5644
998
004
051
813
3324
5878
997
005
077
806
4209
6222
995
012
157
801
4892
6470
992
023
290
7985
5268
6628
990
031
3725
795
6102
7029
9875
039
451
792
6564
7271
9765
079
876
7895
6892
7469
958
161
1634
7875
7236
7693
913
416
2992
786
7599
7926
879
741
3916
784
7982
8183
852
1264
4749
7827
8387
8491
8375
1741
5167
782
8597
8640
823
2575
5574
7815
8941
8941
附录3 温度乙醇水粘度
温度
水粘度
乙醇粘度
t℃
0
17921
1773
182
170
10
13077
1466
149
20
10050
117
117
115
25
08937
106
30
08007
1003
097
40
06560
081
0814
50
05494
0702
068
60
04688
0592
058
0601
70
04061
0504
050
80
03565
043
0495
90
03165
100
02838
0361
110
02589
化学工业物性
溶剂手册
溶剂手册
化学工业物性
数手册(机卷)
(1986年第版)
(2008年第四版)
数手册(机卷)
温度乙醇密度
附录4温度乙醇水密度
t℃
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
795
785
777
765
755
746
735
730
716
703
温度水密度
t(℃)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
40
992212
991826
991432
991031
990623
990208
989786
987358
988922
988479
50
988030
987575
987113
986644
986169
985688
985201
984707
984208
983702
60
983191
982673
982150
981621
981086
980546
979999
979448
978890
978327
70
977759
977185
976606
976022
975432
974837
974237
973632
973021
972405
80
971785
971159
970528
969892
969252
968606
967955
967300
966639
965974
90
965304
964630
963950
963266
962577
961883
961185
960482
959774
959062
100
958345
110
951
附录5温度乙醇水表面张力
沸点t℃
表面张力
乙醇
水
20
223
7288
30
212
7120
40
204
6980
50
198
6777
60
188
6607
70
180
6436
80
1715
6269
90
162
6079
100
152
5891
110
144
5697
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XX学院
XXof Technology
（20XX）届制药工程专业课程设计务书
题目： 乙醇——水混合液精馏塔设计
学院：化工材料工程学院 专业： 制药
学号： 姓名：
指导教师：
教研室（负责）：
2016 年X月 X 日
化工原理课程设计
乙醇——水混合液精馏塔设计
制药工程
摘
设计乙醇――水混合液设计物系筛板塔精馏设备分离乙醇水筛板塔化工生产中气液传质设备设计针二元物系乙醇－－水精馏问题进行分析选取计算核算绘图等较完整精馏设计程
关键词：乙醇水精馏 筛板塔 连续精馏 塔板设计
目 录
前 言 1
第１章 设计务书 2
第2章 设计方案确定流程说明 3
第21节 设计方案确定 3
第22节 设计流程 5
第3章 精馏塔工艺设计 6
第31节 精馏塔物料衡算 6
第32节 理板计算 7
第33节 均参数计算 11
第34节 塔径初步设计 15
第35节 塔高计算 17
第４章 塔板结构设计 19
第41节 溢流装置计算 19
第42节 塔板筛板设计 20
第43节 塔板流体力学验算 21
第5章 塔板负荷性图 24
第51节 雾沫夹带线 24
第52节 液泛线 24
第53节 液相负荷限线 25
第54节 漏液线 25
第55节 液相负荷限线 26
第56节 塔板负荷性图 26
第6章 附属设备设计 27
第6．1节 冷凝器 27
第62节 沸器 28
第7章 设计结果汇总 30
第71节 流股物性汇总 30
第72节 筛板塔设计参数汇总 30
参考文献 32
附录 33
前 言
11精馏原理化工生产应
实际生产中精馏柱精馏塔中精馏时述部分气化部分冷凝时进行理想液态混合物精馏时馏液(气相冷成)沸点低B物质残液沸点高A物质精馏次简单蒸馏组合精馏塔底部加热区温度高塔顶温度低精馏结果塔顶冷凝收集纯低沸点组分纯高沸点组分留塔底
12精馏塔塔设备求
精馏设备设备相互联系总称精馏装置核心精馏塔常精馏塔板式塔填料塔两类通称塔设备传质程样精馏塔塔设备求致：
：生产力：单位塔截面气液相流率会产生液泛等正常流
动
二：效率高：气液两相塔保持充分密切接触具较高塔板效率传质效率
三：流体阻力：流体通塔设备时阻力降节省动力费减压操作时易达求真空度
四：定操作弹性：气液相流率定波动时两相均维持正常流动会效率发生较变化
五：结构简单造价低安装检修方便
六：满足某工艺特性：腐蚀性热敏性起泡性等
第１章 设计务书
1设计题目：
乙醇——水混合液精馏塔设计
2设计务条件
21 生产力：年处理量3万吨乙醇
22 进精馏塔料液含乙醇 34(质量分数)
23 料液初温：45℃
24 塔顶产品乙醇含量93(质量分数)
25 残液中乙醇含量高 05(质量分数)
26 年实际生产天数：300天（24时年中两月检修）
27 设备型式：筛板塔
28 操作条件：
精馏塔顶压力 4kPa(表压)
进料状况 泡点进料
回流 RRmin 20
单板压降 07kPa
加热蒸汽压力 101325kPa(表压)
29 厂址：廊坊区
3设计容求
31 设计方案确定流程说明
32 精馏塔工艺计算(包括物料衡算理塔板数回流总板效率均参 数塔高塔径设计等)
33 塔板结构设计流体力学验算
34 塔板负荷性图绘制
35 附属设备设计(包括产品冷器接选型)
36 设计结果汇总(包括设备尺寸衡算结果等)
37 附图：图解理板塔板负荷性图生产工艺流程图(2号图)
第2章 设计方案确定流程说明
第21节 设计方案确定
211 塔类型选择
设计务分离乙醇—水混合物二元混合物分离应采连续精馏流程板式塔空塔速度较高生产力较塔板效率稳定操作 弹性造价低检修清洗方便工业应较广泛 考虑设计制造生产技术成熟稳定性决定采板式塔进行精馏操作
212 塔板类型选择
板式塔类型许例泡罩塔浮阀塔筛板塔筛板塔结构简单造价低廉板效率高筛板塔
213 塔压确定
工业精馏常压加压减压进行确定操作压力根处理物料性质技术行性济合理性考虑
般说常压精馏简单济减少加压减压操作增加增减压设备费操作费提高济效益特殊求应量常压操作加压精馏提高衡温度利塔顶蒸汽冷凝热利较便宜冷剂减少冷凝冷费相塔径适提高塔操作压力提高塔处理力减压精馏防止某易分解组分精馏程中受热分解
乙醇——水混合液操作温度非常稳定综合衡操作行性设备操作费素确定采塔顶压力(101325+4)kPa 进行操作
214 加料方式
加料方式两种：高位槽加料泵直接加热采高位槽加料通控制液位高度稳定流量流速通重力加料节省笔动力费高位槽建设费相应增加采泵加热进料受泵影响流量太稳定流速液忽忽影响传质效率结构简单安装方便泵具优点：满足工艺流量量求结构简单投资费低运行效率高日常维护费低适输送流体特性腐蚀性粘性燃性等实际考虑泵直接加料更合理设计采泵直接加料
215 进料热状况选择
工业均采接泡点液体进料泡点进料样保证进料温度受季 节气温变化前道工序波动影响塔操作较容易控制设计采泡点进料
216 塔釜加热方式确定
蒸馏塔塔釜加热方式通常采间接蒸汽加热设置沸器设计案例具特殊性塔底产物接纯水实际生产中直接蒸汽加热更高热效率结合设计务求确定塔釜加热方式蒸汽直接加热
217 塔顶冷凝方式
泡点回流易控制设计控制时较方便节约源
218 塔板溢流形式
U 形流液体流径较长提高板效率板面利率高液面落差适塔液体流量场合单溢流液体流径较长塔板效率较高塔板结构简单加工方便直径 22m 塔中广泛双溢流优点液体流动路程短降低液面落差塔板结构复杂板面利率低般直径 2m 塔中阶梯式双溢流塔板结构复杂适塔径液流量特殊场合通例中液体流量塔径等进行初步估计确定选单溢流塔板
219 塔径选取
板式塔塔径流量公式计算设计时般严重液沫夹带时极限空塔气速决定估算出塔径应塔径系列标准进行圆整进行流体力学验算精馏段提馏段汽液负荷物性设计时两段塔径应该分计算二者相差应取较者作塔径二者相差较应采变径塔
2110 适宜回流选取
适宜回流应该通济核算确定操作费设备折旧费低时回流适宜回流
确定回流方法：先求出回流 Rmin根验取实际操作回流回流 1220倍乙醇——水混合物系属易分离物系回流较结合设计务求操作回流取回流20倍
第22节 设计流程
首先乙醇水原料混合物进入原料罐里面停留定时间通泵进入原料预热器原料预热器中加热泡点温度然原料进料口进入精馏塔中加热泡点混合物中气相混合物液相混合物时候原料混合物分开气相混合物精馏塔中升液相混合物精馏塔中降气相混合物升塔顶方冷凝器中气相混合物降温泡点中液态部分进入塔顶产品冷器中停留定时间然进入乙醇储罐中气态部分重新回精馏塔中程做回流液相混合物塔底部分进入塔底产品冷器中部分进入沸器沸器中加热泡点温度重新回精馏塔塔里混合物断重复前面说程进料口断新鲜原料加入终完成乙醇水分离 设计乙醇——水混合液原料预热器加热进料状况汽液混合物q1 送入精馏塔塔顶升蒸汽采全凝器冷凝部分入塔回流余塔顶产品冷器冷送储罐塔釜采直接蒸汽加热塔底产品冷送入贮罐
第3章 精馏塔工艺设计
第31节 精馏塔物料衡算
311 原料液塔顶塔底产品摩尔分率
F
原料液流量（kmols）
xF
原料液组成（摩尔分数）
D
塔顶产品流量（kmols）
xD
塔顶组成（摩尔分数）
W
塔底残液流量（kmols）
xW
塔底组成（摩尔分数）
V0
加热蒸汽量（kmols）
M乙醇 4607 kgkmol
M水 1802 kgkmol
原料液组成xF
塔顶组成xD
塔底组成xW
312 原料液塔顶塔底均摩尔质量
313 全塔物料衡算
全塔物料衡算
轻组分乙醇物料衡算
总物料衡算乙醇物料衡算联立带入数
解
第32节 理板计算
321 回流计算
0
01
02
03
04
05
06
07
10
09
08
01
02
03
04
05
06
07
09
08
10
05082
01677
根101325×105Pa乙醇——水气液衡组成绘出衡曲线xy曲线图已知乙醇——水非理想物系衡曲线凹部分操作线q线交点尚未落衡线前操作线已衡线相切应回流回流回流求法点（0838608386）衡线凹部分作切线该线q 线交点坐标( )
图1 回流计算图
回流
操作回流
精馏段操作线方程：
精馏段操作线（）提馏段操作线（）线方程：
精馏段操作线方程提馏段操作线方程线方程交点联立精馏段操作线方程线方程解出交点（0167703959）提馏段操作线（0002000020） 解
解提馏段操作线方程：
322 理板数计算
已知精馏段操作线方程
类推：
提馏段操作线方程
类推：
理塔板数9块中第3块进料板精馏段理塔板数3块提馏段理塔板数6块
323 塔板效率计算
（1）段温度计算
利附表中数差法求
℃
℃
℃
精馏段均温度℃
提馏段均温度
（2）组分计算
精馏段：℃
液相组成 ：
气相组成：
提馏段 ℃
液相组成 ：
气相组成：
（3）相挥发度
精馏段挥发度：相衡方程
解
精馏段挥发度：相衡方程
解
全塔均相挥发度：
（4）液体均粘度计算
组分系统式计算
——液相意组分黏度
——液相中意组分摩尔分数
①塔顶物系粘度：
℃
： 解 04421
： 解 03651
②进料板物系粘度：
℃
： 解 04686
： 解 03407
塔釜物系粘度：
： 解
： 解
323 塔板效率计算
塔板总效率物系性质塔板结构操作条件密切关系影响素目前尚精确计算方法目前塔板效率估算方法体分两类类较全面考虑种传质流体力学素影响点效率出发逐步计算出全塔效率类简化验计算法奥康奈尔方法目前认较简易方法精馏塔奥康奈尔法总板效率液相黏度相挥发度积进行关联表达式：
全塔效率
324 实际板数计算
实际板数：
精馏段实际板数
提馏段实际板数
第33节 均参数计算
331 操作压力计算
塔顶压强： 取层塔板压降
进料板压强：
塔釜压强：
精馏段均操作压强：
提馏段均操作压强：
332 气液两相均密度计算
（1）液相均密度计算
利附录4中温度乙醇水密度进出料口液相组成求取液相均密度
计算 单位
①塔顶物系密度：
℃
： 解
： 解 972819
质量分率：α乙醇
α水1α乙醇10930000700
②进料板物系密度：
℃
： 解 733030
： 解 969231
质量分率：α乙醇
α水1α乙醇10340006600
③塔釜物系密度：
： 解
： 解
质量分率：
精馏段液相均密度：
提馏段液相均密度：
（2）气相均密度计算
计算
精馏段气相均密度：
提馏段气相均密度：
333 液体均表面张力计算
液相均表面张力式计算
（1）塔顶液相均表面张力计算
℃通查表4计算：
：
：
（2）进料板液相均表面张力计算
℃通查表4计算：
：
：
（3）塔底液相均表面张力计算
通查表4计算：
：
：
精馏段液相均表面张力：
提馏段液相均表面张力：
334 气液两相均体积流率计算
前面计算中已出：回流：
操作回流：
（1）精馏段
摩尔流率
质量流率
体积流率
（2）提馏段
摩尔流率
质量流率
体积流率
第34节 塔径初步设计
341 精馏段塔径计算
中
中 需史密斯关系图中查出
横坐标：
取板间距板液层高度
查图2 史密斯关系图：
取安全系数06空塔气速
标准塔径圆整
塔截面积
空塔气速
图2 史密斯关联图
342 提馏段塔径计算
中
中 需史密斯关系图中查出
横坐标：
取板间距板液层高度
查图2 史密斯关系图：
取安全系数06空塔气速
标准塔径圆整
塔截面积
空塔气速
精馏段提馏段塔径相差精馏塔径取
第35节 塔高计算
351 塔效高度
精馏段效高度
提馏段效高度
全塔效高度
352 塔高计算
塔高
第４章 塔板结构设计
第41节 溢流装置计算
塔径选单溢流弓形降液采直堰凹形受液项计算
411堰长计算
412溢流堰高度计算
选直堰堰液层高度式计算
中似取
精馏段
取板清液高度
提馏段
413弓形降液宽度截面积计算
查弓形降液参数
验算液体降液中停留时间
精馏段
提馏段
降液设计合理
414 降液底隙高度
精馏段取降液底隙流速
提馏段取降液底隙流速
降液底隙高度设计合理选凹形受液盘深度
第42节 塔板筛板设计
421 塔板结构尺寸
（1）塔板分布： 选分块式塔板
（2）边缘区宽度确定：取破沫区宽度效区宽度
（3）鼓泡区面积计算
鼓泡区面积式计算
中
422 筛孔
取筛孔孔径d
d5mm
筛孔厚度
孔心距t
塔板开孔率
筛孔数n
第43节 塔板流体力学验算
431 气相通筛板塔板压降
根式计算
①干板压降计算
中
②板液层压降计算公式：
③液体表面张力引起压降式计算：
（液柱）
（液柱）
层板
432 液泛
防止液泛现象发生控制降液高度处取
液泛计算
①单层气体通塔板压降：
②液体通降液压头损失：
③板液层高度
已知
显然 精馏段满足条件会发生液泛
433 雾沫夹带
434 漏液验算
筛板稳定系数
设计负荷会产生量漏液
第5章 塔板负荷性图
第51节 雾沫夹带线
式
式中
代入
第52节 液泛线
似取
取
联立
第53节 液相负荷限线
液体流量应满足降液停留时间低35s
作液体降液中停留时间限：
第54节 漏液线
代入漏液点气速式
A0005396m2代入式整理
做出液体流量关漏液线气相负荷限线
第55节 液相负荷限线
取堰液层高度作液体负荷标准做出液相负荷限线该线气相流量关竖直线式：
解
作出气体流量关垂直液相负荷限线
第56节 塔板负荷性图
根面求出段符合性曲线分画出塔板负荷性曲线图
第6章 附属设备设计
第6．1节 冷凝器
1．冷凝器选择：强制循环式冷凝器
冷凝器置塔部适位置泵塔顶送回流冷凝水冷凝器泵间需设回流罐样减少台架便维修安装造价高
2．冷凝器传热面积冷水消耗量
设计流程求泡点进料进料浓度泡点温度8394℃原料温度45℃釜残液温度9928℃拟定釜液降55排出
1157kgs
kgs
℃
根温度查相关表
℃） ℃）
000892*27025+（1000892）417484043KJ（kg*℃）
取传热系数K℃
℃
取安全系数11实际传热面积
冷凝器计算取水进口温度25℃水出口温度35℃塔顶全凝器出机液D06237kgs 温度783℃降35℃ 产品冷前均温度查表算热容
水量
取总传热系数℃
℃
取安全系数11
第62节 沸器
采饱水蒸汽间接加热逆流操作
焓I：
做全塔衡式：
解：13406625(kJh)
压力1214kPa(表)时 设备蒸汽热损失加热蒸汽供热量5需蒸汽质量流量：
加热蒸汽冷凝潜热
塔釜产品温度变12132℃液态转变气态蒸汽温度变130℃气态转变液态
℃
℃
℃
选择
取安全系数08：
采加热直径：19×2mm
表61 塔釜沸器规格
公称直径mm
公称压力
程数N
子根数n
400
1
1
108
中心排数
程流通面积
计算换热面积
换热长度mm
9
00048
193
3000
第7章 设计结果汇总
第71节 流股物性汇总
表1 流股物性汇总
项目
符号
单位
塔顶D
进料F
塔底W
温度
℃
7827
8394
9928
压力(绝压)
101325
111125
106225
液相组成
＼
08386
01677
00020
液相均密度
749618
87553
92535
液体均粘度
04297
03621
02864
表面张力
24622
54287
58850
第72节 筛板塔设计参数汇总
表2 筛板塔设计参数汇总
项目
符号
单位
精馏段
提馏段
回流
Rmin
＼
09703
回流
R
＼
19406
段均压力
P
106225
108675
段均温度
t
℃
81105
9161
摩尔流率
气相
L
kmolh
7048
253839
液相
V
kmolh
10679
10679
质量流率
气相
Lm
kgh
197626
485848
液相
Vm
kgh
371416
279256
体积流率
气相
LS
m3s
000068
000147
液相
VS
m3s
08254
08252
液相均组成
x
＼
03571
00398
气相均组成
y
＼
05974
02898
液相均密度
749618
91535
气相均密度
125
094
液相均分子量
2796
1915
气相均分子量
3475
2621
液相表面张力
39455
56569
理板数
NT
＼
3
6
塔径
D
m
09
板间距
HT
m
045
045
塔板形式
单溢流弓形降液
（分块式塔板）
空塔气速
u
ms
038
038
堰长
lW
m
0594
0594
堰高
hWl
m
0006
0006
筛孔数
n
2066
筛孔孔径
d0
mm
5
筛孔厚度
δ
mm
25
开孔率
φ
＼
740
孔心距
t
m
0075
降液清液层高度
Hd
m
01475
气相负荷限
VSmax
m3s
2294
3062
气相负荷限
VSmin
m3s
0739
0669
液相负荷限
LSmax
m3s
0005103
液相负荷限
LSmin
m3s
00003657
参考文献
[1]贾绍义柴诚敬编．化工传质分离程．北京：化学工业出版社2009．
[2]柴诚敬张国亮编．化工流体流动传热．北京：化学工业出版社2008．
[3]贾绍义柴诚敬编．化工原理课程设计(化工传递单元操作课程设计)．北京：化学工业出版社2006．
[4]刘光启马连湘邢志编．化工物性算图手册．北京：化学工业出版社2002．
[5]刘光启马连湘刘杰编．化学化工物性数手册(机卷)．北京：化学工业出版社2002．
[6]刘光启马连湘刘杰编．化学化工物性数手册(机卷)．北京：化学工业出版社2002．
附录
附录1 符号说明
符号
说明
单位
符号
说明
单位
C
乙醇
堰长
W
水
溢流堰高度
D
塔顶
堰层高度
F
进料板
弓形降液高度
W
塔釜
截面积
L
液相
塔截面积
V
气相
θ
液体降液中停留时间
s
M
摩尔质量
h0
降液底隙高度
回流
边缘区高度
N
实际塔板数
开孔区面积
P
压强
t
排孔中心距
T
温度
℃
ϕ
开孔率
ρ
密度
n
筛孔数目
σ
表面张力
气体通阀孔气速
μ
粘度
干板阻力
液柱
塔板间距
h1
气体通降液层阻力
液柱
板液层高度
气体通表面张力阻力
液柱
u
空塔气速
hp
气体通层塔板液柱高度
D
直径
气体通层塔板压降
附录2 乙醇——水系统气液衡数表
沸点t℃
乙醇摩尔数
沸点t℃
乙醇摩尔数
液相x
气相y
液相x
气相y
999
0004
0053
820
2730
5644
998
004
051
813
3324
5878
997
005
077
806
4209
6222
995
012
157
801
4892
6470
992
023
290
7985
5268
6628
990
031
3725
795
6102
7029
9875
039
451
792
6564
7271
9765
079
876
7895
6892
7469
958
161
1634
7875
7236
7693
913
416
2992
786
7599
7926
879
741
3916
784
7982
8183
852
1264
4749
7827
8387
8491
8375
1741
5167
782
8597
8640
823
2575
5574
7815
8941
8941
附录3 温度乙醇水粘度
温度
水粘度
乙醇粘度
t℃
0
17921
1773
182
170
10
13077
1466
149
20
10050
117
117
115
25
08937
106
30
08007
1003
097
40
06560
081
0814
50
05494
0702
068
60
04688
0592
058
0601
70
04061
0504
050
80
03565
043
0495
90
03165
100
02838
0361
110
02589
化学工业物性
溶剂手册
溶剂手册
化学工业物性
数手册(机卷)
(1986年第版)
(2008年第四版)
数手册(机卷)
温度乙醇密度
附录4温度乙醇水密度
t℃
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
795
785
777
765
755
746
735
730
716
703
温度水密度
t(℃)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
40
992212
991826
991432
991031
990623
990208
989786
987358
988922
988479
50
988030
987575
987113
986644
986169
985688
985201
984707
984208
983702
60
983191
982673
982150
981621
981086
980546
979999
979448
978890
978327
70
977759
977185
976606
976022
975432
974837
974237
973632
973021
972405
80
971785
971159
970528
969892
969252
968606
967955
967300
966639
965974
90
965304
964630
963950
963266
962577
961883
961185
960482
959774
959062
100
958345
110
951
附录5温度乙醇水表面张力
沸点t℃
表面张力
乙醇
水
20
223
7288
30
212
7120
40
204
6980
50
198
6777
60
188
6607
70
180
6436
80
1715
6269
90
162
6079
100
152
5891
110
144
5697
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