南京工业大学
《化工原理》课程设计
设计题目 常 压 乙 醇-水 筛 板 精 馏 塔 的 设 计
学生姓名 严振明 班级、学号 1001110229
指导教师姓名 王磊，管国锋
课程设计时间2013年12月23日-2013年1月3日
课程设计成绩
设计说明书、计算书及设计图纸质量，70% 独立工作能力、综合能力、设计过程表现、设计答辩及回答问题情况，30% 设计最终成绩（五级分制） 百分制 权重
指导教师签字:
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化学化工学院
课程名称 化工原理课程设计
设计题目： 常 压 乙 醇-水 筛 板 精 馏 塔 的 设 计 学生姓名： 严振明 专业：化学工程与工艺 班级学号： 化工（2）班 1001110229
设计日期： 2013年 12 月 23日至 2013 年 1 月3 日 设计条件及任务： 设计体系：乙醇—水 设计条件:
进料量F= 280 kmol/h；
进料浓度ZF= 0.46 （摩尔分数，下同）； 进料状态：q＝1，泡点进料；
操作条件：塔顶压强为4 kPa(表压)，单板压降不大于0.7kPa。 塔顶冷凝水采用深井水，温度T＝25℃； 塔釜加热方式：直接蒸汽加热； 全塔效率：ET = 52%
分离要求：XD= 95%(wt) ； η=99% ；回流比R/Rmin =1.6。 指导教师: 管国锋 王磊 2010 年 12 月 23 日
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目录
一．概述 ......................................................................... 6
1．精馏与塔设备简介 ..................................................... 6 2.筛板塔特点 ............................................................ 7 3.体系介绍 .............................................................. 7 4.设计任务及要求 ........................................................ 7
二．设计说明书 ................................................................... 8
1. 设计单元操作方案简介.................................................. 8 2. 筛板塔设计须知 ....................................................... 8 3. 筛板塔的设计程序 ..................................................... 8
三．设计计算书 ................................................................... 9
1．设计参数的确定 ....................................................... 9 1.1进料热状态 ............................................................... 9 1.2加热方式 ................................................................. 9 1.3回流比（R）的选择 ........................................................ 9 1.4塔顶冷凝水的选择 ......................................................... 9
2.流程图简介及流程图 .................................................... 9 2.1流程简介 ................................................................. 9 2.2流程图 ................................................................... 9
3.理论塔板数的计算与实际板数的确定 ...................................... 10 3.1理论板数计算 ............................................................ 10 3.1.1物料衡算 ............................................................ 10 3.1.2 q线方程 ............................................................ 10 3.1.3 平衡线方程.......................................................... 10 3.1.4及Rmin和R的确定 ................................................... 12 3.1.5精馏段操作线方程的确定 .............................................. 13 3.1.6精馏段和提馏段气液流量的确定 ........................................ 13 3.1.7提馏段操作线方程的确定 .............................................. 13 3.1.8图解法求解理论板数 .................................................. 13 3.2实际板数的确定 .......................................................... 14
4.精馏塔工艺条件计算 ................................................... 14 4.1操作压强的选择 .......................................................... 14 4.2操作温度的计算 .......................................................... 14
4.3塔内物料平均分子量、张力、流量及密度的计算 .......................... 15 4.3.2液相表面张力的确定 ................................................ 16 4.3. 3 液体平均粘度计算................................................. 17
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4.4塔径的确定 .......................................................... 17 4.4.1 精馏段 ........................................................... 17 4.4.2 提馏段?????????????????????????????? 18 4.5塔有效高度 .......................................................... 19 4.6整体塔高 ............................................................ 19 5.塔板主要参数确定 ..................................................... 20 5.1溢流装置 ............................................................ 20 5.1.1堰长lw ............................................................. 20 5.1.2出口堰高hw.......................................................... 20 5.1.3弓形降液管宽度Wd和面积Af ........................................... 20 5.1.4降液管底隙高度h0 ................................................... 21 5.2塔板布置及筛孔数目与排列 ............................................ 21 5.2.1塔板的分块 .......................................................... 21 5.2.2边缘区宽度确定 ...................................................... 21 5.2.3开孔区面积Aa计算 ................................................... 21 5.2.4筛孔计算及其排列 .................................................... 22 6. 筛板的力学检验 ...................................................... 22 6.1塔板压降 ............................................................ 22 6.1.1干板阻力hc计算 ..................................................... 22 6.1.2气体通过液层的阻力Hl计算 ............................................ 23 6.1.3液体表面张力的阻力计算hζ计算 ....................................... 24 6.1.4气体通过每层塔板的液柱高hp ......................................... 24 6.2筛板塔液面落差???????????????????????????.24 6.3液沫夹带 ............................................................ 24 6.4漏液 ................................................................ 24 6.5液泛 ................................................................ 25 7.塔板负荷性能图 .......................................................... 25 7.1漏液线 .............................................................. 25 7.2液沫夹带线 .......................................................... 26 7.3液相负荷下限线 ...................................................... 27 7.4液相负荷上限线 ...................................................... 27 7.5液泛线 .............................................................. 27
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7.6操作弹性 ............................................................ 28 8.辅助设备及零件设计 ................................................... 29 8.1塔顶冷凝器（列管式换热器） .......................................... 29 8.1.1估计换热面积??????????????????????????..29 8.1.2计算流体阻力???????????????????????????31 8.1.3计算传热系数??????????????????????????. 32 8.2各种管尺寸的确定 ............................................................................................................ 33 8.2.1进料管 ............................................................ 33 8.2.2釜残液出料管 ...................................................... 33 8.2.3回流液管 .......................................................... 34 8.2.4再沸器蒸汽进口管 .................................................. 34 8.2.5塔顶蒸汽进冷凝器出口管 .............................................. 34 8.2.6冷凝水管 ............................................................ 34 8.3原料预热器...........................................................35 8.4塔顶再沸器...........................................................35 8.5冷凝水泵 ............................................................ 37 9.设计结果汇总 ......................................................... 38
10参考文献及设计手册
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四．附录 ......................................... 40
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