筛板塔设计课件

1、 2010年12月筛板塔设计筛板塔设计一、课程教学目的 通过课程设计，使学生了解化工设计的基本程序和方法。要求学生能用经济的观点树立正确的设计思想，掌握查阅资料、手册、选用公式和数据的方法。学会进行迅速、正确的设计运算方法，并用简洁的文字、图表表达设计结果。使学生得到化工设计能力的基本锻炼，培养学生的独立工作能力，培养学生树立正确的设计思想和实事求是、严肃认真的工作作风。筛板塔设计二、课程教学基本内容1设计方案简介选择合理的工艺流程，对给定的操作条件，选用的设备型式等进行技术可行性与经济可行性论证。2工艺设计计算 包括工艺参数的选定，物料衡算，热量衡算，单元操作的工艺计算。3主要设备设计（课时

2、不够列为选作） 主要设备的结构设计和工艺尺寸的计算。筛板塔设计4辅助设备选型 典型辅助设备主要工艺尺寸的计算和设备规格、型号的选定；5制图 包括绘制工艺流程图、主要设备工艺条件图（后者为选做）。6.设计说明书的编写筛板塔设计三、课程设计任务要求 整个设计有论述、计算和图表组成。要求每位学生作设计说明书一份、图纸一张（工艺流程图）。1、设计说明书内容与顺序p7 封面；设计任务书；说明书目录；设计方案简介；工艺设计计算；辅助设备的计算和选型；设计结果汇总；设计评述（心得体会）；参考资料及主要符号说明。；附图。2、设计图纸要求要求用A2（594*420mm）或A3（420*293mm）图纸大小制图。

3、绘制工艺流程图，以单线图的形式绘制，标出主体设备和辅助设备的物流方向、物流量、能流量。筛板塔设计（封面样本）漳州师范学院漳州师范学院 化工原理课程设计（小初）化工原理课程设计（小初）(中文题目)（二号黑体字） 姓 名： （四号宋体） 学 号： （四号宋体） 系 别： （四号宋体） 专业班级： （四号宋体） 指导教师： （四号宋体） 设计时间： 年 月 日 至 年 月 日筛板塔设计四、设计的方法与步骤（1）课程设计准备工作首先要认真阅读、分析下达的设计任务书，领会要点，明确所要完成的主要任务。二是查阅、收集技术资料。 （2）确定设计方案按任务书提供的条件及要求，结合所掌握的资料进行分析研究，选定

4、适宜的流程方案及设备的类型，并初步形成工艺流程简图。筛板塔设计（3）工艺设计计算选择适宜的数学模型和计算方法，按任务书规定要求、给定条件以及现有资料进行工艺设计计算，即进行物料衡算、热量衡算等。以获得物流量、能流量、各物流的组成、状态等信息。同时获得设备的结构工艺尺寸。此部分含内容较多，设计者应根据设计计算篇幅，适当划分为若干小节，使之条理清楚。（4）完成辅助设备的工艺计算及选型（5）工艺设计说明书将以上设计所获得工艺流程方案、工艺设计计算主要步骤及结果、工艺流程图汇集成工艺设计说明书。筛板塔设计五、工艺流程图的绘制p9-151、图的绘制步骤1）用细实线（0.3mm）按比例（1：100或1：5

5、0）画出设备简单外形。常用设备外形已标准化，见表2-2。2）用粗实线（0.9mm）画出连接设备的主要物料管线，并注出流向箭头。3）物料平衡数据可直接在物料管道上用细实线引出并列成表。4）辅助管道用中粗实线（0.6mm）表示。5）图上不标示设备的支脚、支架和平台等。筛板塔设计2、图幅大小及格式1）图纸幅面尺寸：要符合国家规定。2）图框和标题栏要画出。3、图的绘制比例绘制工艺流程图的比例一般采用1：100或1：200.但实际上，图形可不必严格按比例画。4、常用的图形符号和标注1）常用设备的图形符号及其标注2）管件与阀门的图形符号3）常见仪表参量代号及仪表图形符号4）流程中的物料代号5）管道流程线表

6、示及标注（p12表2-4下一段）化工原理课程设计化工原理课程设计2021-10-27筛板式精馏塔设计筛板式精馏塔设计第一部分：化工原理课程设计任务书第一部分：化工原理课程设计任务书一一. 设计题目：苯设计题目：苯甲苯混合液筛板甲苯混合液筛板(浮阀浮阀)精馏塔设计精馏塔设计 二二. 原始数据原始数据年处理量：年处理量：25000 30000 35000 40000 45000 5000025000 30000 35000 40000 45000 50000吨吨料液初温：料液初温：3535料液浓度：料液浓度：40% 45% 50% 55% 60%40% 45% 50% 55% 60%（苯质量分率）

7、（苯质量分率）塔顶产品浓度：塔顶产品浓度：98% 98.5%98% 98.5%（苯质量分率）（苯质量分率）塔底釜液含甲苯量不低于塔底釜液含甲苯量不低于 98%(98%(以质量计以质量计) )每年实际生产天数：每年实际生产天数：330330天（一年中有一个月检修）天（一年中有一个月检修）精馏塔塔顶压强：精馏塔塔顶压强：4 kpa4 kpa（表压）（表压）冷却水温度：冷却水温度：3030饱和水蒸汽压力：饱和水蒸汽压力：0.25Mpa(0.25Mpa(表压表压) )设备型式：筛板设备型式：筛板( (浮阀浮阀) )塔塔厂址：常州地区厂址：常州地区 四四. . 设计内容设计内容 1.1. 工艺设计工艺设

8、计 4 4第二部分：筛板式精馏塔设计方法第二部分：筛板式精馏塔设计方法 一工艺计算一工艺计算 2021-10-272021-10-272021-10-27（3）加料板位置的确定求出精馏段操作线和提馏段操作线的交点xyqq、，并以xq为分界线， 当 交替 使 用操 作 线方 程 和 相平 衡 关系逐 板往下 计算 到xxxxnqnq且1时，就以第n n块板为进料板。（4）实际板数的确定 板效率：利用奥康奈尔的经验公式 ETL0 490 245. 其中： 塔顶与塔底的平均温度下的相对挥发度 L塔顶与塔底的平均温度下的液相粘度, mpa s 对于多组分的液相粘度：LiLix Li液态组分i i的粘度

9、, mpa s xi 液相中组分i i的摩尔分率 实际理论板数 NNET实理2021-10-274 4、塔塔的的气气液液负负荷荷计计算算 (1)、精馏段气液负荷计算VRD1 LRD VVMSVmVm3600 LLMSLmLm3600 V塔内气体摩尔流量 kmol/h Vs塔内气体体积流量 m s3 MVm、MLm分别为精馏段气相平均分子量、液相平均分子量 VmLm、分别为精馏段气相平均密度、液相平均密度 kg m3 (2)、提馏段气液负荷计算(同上)2021-10-275 5、热量衡算、热量衡算 总热量衡算 QQQQQQVWLBFR式中：QQQQQQVWLBFR、分别是塔顶蒸汽带出的热量、塔底

10、产品带出的热量、塔设备的热损失、塔釜加热量、进料带入的热量、回流带入热量、 其中：塔设备的热损失QQLB 0 1 . 再沸器热负荷 QQQQQBVWRF11 . 冷凝器热负荷 QQQQCVDR QQCD、分别为塔顶冷凝器带走热量、塔顶产品带走热量二设备计算二设备计算2021-10-27二二塔塔和和塔塔板板主主要要工工艺艺尺尺寸寸的的设设计计 它包括板间距的初估，塔径的计算，塔板液流型式的确定，板上清液高度、堰长、堰高的初估与计算，降液管的选型及系列参数的计算，塔板布置和筛板的筛孔和开孔率，最后是水力校核和负荷性能图。1 1、板板间间距距HT的的初初估估 板间距的大小与液泛和雾沫夹带有密切的关系

11、。板距取大些，塔可允许气流以较高的速度通过，对完成一定生产任务，塔径可较小；反之，所需塔径就要增大些。板间距取得大，还对塔板效率、操作弹性及安装检修有利。但板间距增大以后，会增加塔身总高度，增加金属耗量，增加塔基、支座等的负荷，从而又会增加全塔的造价。初选板间距时可参考下表所列的推荐值。 表表1 板板间间距距与与塔塔径径关关系系塔径 D, m0 0. .3 30 0. .5 50 0. .5 50 0. .8 80 0. .8 81 1. .6 61 1. .6 62 2. .0 0塔板间距 HT mm2 20 00 03 30 00 02 25 50 03 35 50 03 35 50 04

12、 45 50 04 45 50 06 60 00 02021-10-272 2、塔径、塔径 D D 的初估与圆整的初估与圆整 根据流量公式计算塔径，即 DVuS4 式中Vs塔内的气相流量，ms3 u 空塔气速，m/s uu 0 60 8.max uCLVVmax umax 最大空塔气速，m/s LV、 分别为液相与气相密度，kgm3负荷系数 2.02020CC ( (C20值可由值可由 SmithSmith 关联图求取关联图求取) ) 由上式算出的塔径按部颁发塔盘标准圆整，圆整后的塔径除了必须满足板间距与塔径的关系外，还须进行空塔气速校核。2021-10-275 . 0232323220)()

13、(ln)43196. 049123. 0088307. 007291. 0(ln)3212. 139. 1079. 0474675. 0(4695. 65496. 56562. 1531. 4expVLvLTvvVLLhHZLZZZLZZZZZZC筛板塔设计3 液流型式的选择液流型式的选择 2021-10-272021-10-274 4、溢流堰、溢流堰（出口堰）的设计（出口堰）的设计(1).堰长Wl: 依据溢流型式及液体负荷决定堰长,单溢流型塔板堰长lW一般取为(0.60.8)D；双溢流型塔板，两侧堰长取为(0.50.7)D，其中 D 为塔径(2).堰上液层高度hOW： 堰上液层高度应适宜，太

14、小则堰上的液体均布差，太大则塔板压强增大，物沫夹带增加。对平直堰，设计时hOW一般应大于 0.0060.006m，若低于此值应改用齿形堰。hOW也不宜超过 0.060.060.070.07m，否则可改用双溢流型塔板。 平直堰的hOW按下式计算 hELlOWhW2 84100023. 式中 Wl堰长, m; Lh塔内液体流量，mh3 E液流收缩系数，查图求取。一般可取为 1，误差不大2021-10-27 齿形堰 hOW不超过齿顶时 2517. 1WnSOWlhLh hOW超过齿顶时2525735. 0nOWOWnWShhhhlL SL塔内液体流量,Sm3 nh齿深, m;可取为 0.0150.0

15、15m(3).堰高Wh 堰高与板上液层高度及堰上液层高度的关系： OWLWhhh2021-10-275 5、降液管的设计、降液管的设计（1） 、降液管的宽度dW与截面积fA 可根据堰长与塔径比值DlW，查图求取。 降液管的截面积应保证溢流液中夹带的气泡得以分离，液体在降液管中的停留时间一般等于或大于 3 35 5 秒，对低发泡系统可取低值，对高发泡系统及高压操作的塔，停留时间应加长些。 故在求得降液管的截面积之后，应按下式验算液体在降液管内的停留时间，即 A HLfTS液体在降液管中的停留时间，s Af降液管截面积，m3（2）.降液管底隙高度hO 为保证良好的液封，又不致使液流阻力太大，一般取

16、为 hhOW 00060012. ., m hO也不易小于 0.020.020.025m0.025m，以免引起堵塞，产生液泛。筛板塔设计2021-10-276 6、塔板设计、塔板设计 (1).塔板布置 i. i.开孔区面积开孔区面积Aa对于单流型塔板对于单流型塔板 )(sin21222rxrxrxAa 式中 xDWWdS2() ,m rDWC2 ,m sin1xr以弧度表示的反三角函数对于双流型塔板Ax rxrxrxrxrxra222221121221sinsin式中 xWWdS12(Wd为双溢流中间降液管的宽度) )其它符号与单流型塔板公式同2021-10-27 ii 溢溢流流区区 溢溢流流

17、区区面面积积Af及及Af分分别别为为降降液液管管和和受受液液盘盘所所占占面面积积. . iii 安安定定区区 开开孔孔区区与与溢溢流流区区之之间间的的不不开开孔孔区区域域为为安安定定区区，其其作作用用为为使使自自降降液液管管流流出出液液体体在在塔塔板板上上均均布布并并防防止止液液体体夹夹带带大大量量泡泡沫沫进进入入降降液液管管。其其宽宽度度WS( (WS) )指指堰堰与与它它最最近近一一排排孔孔中中心心之之间间的的距距离离，可可参参考考下下列列经经验验值值选选定定：2021-10-27 溢流堰前的安定区 WS=7 70 01 10 00 0mm 进口堰后的安定区 WS=5 50 01 10 0

18、0 0mm 直径小于1 1m 的塔可适当减小。 iv 无无效效区区 在靠近塔壁的塔板部分需留出一圈边缘区域供支撑塔板的 边缘之用， 称无效区。 其宽度视需要选定,小塔为3 30 07 75 5mm， 大塔可达5 50 07 75 5mm。为防止液体经边缘区流过而产生短路现象，可在塔板上沿塔壁设置旁流挡板。2021-10-27（2） 、筛板的筛孔和开孔率 i 筛孔孔径筛孔孔径 d d0 0孔径 d0的选取与塔的操作性能要求、物系性质、塔板厚度、材质及加工费等有关。工业上常用 d0=38mm，推荐 46mm。 ii 筛孔厚度筛孔厚度一般碳钢=34mm 不锈钢=22.5mmiii 孔心距孔心距 t

19、t筛孔在筛板上一般按正三角形排列，常用孔心距 t= (2.55)d0,推荐(34)d0。t/ d0过小易形成气流相互扰动，过大则鼓泡不均匀，影响塔板传质效率。2021-10-27 开孔率开孔率 开孔率是指筛孔总面积 Ao m2与开孔面积 Aa m2之比，即 200)/(907. 0dtAAa一般,开孔率大,塔板压降低,雾沫夹带量少,但操作弹性小,漏夜量大,板效率低。通常开孔率为 5%15%。 筛孔数筛孔数 n n mmttAna,:11580002孔心距孔数确定后，在塔板开孔区内布筛孔，若布孔数较多可在适当位置堵孔。若塔内上下段负荷变化较大时，应根据流体力学验算情况，分段改变筛孔数以提高全塔的

20、操作稳定性。2021-10-277 7、塔板的流体力学验算、塔板的流体力学验算塔板流体力学验算目的是为了检验以上初算塔径及各项工艺尺寸的计算是否合理，塔板能否正常操作。(1) 气体通过塔板的压强降气体通过塔板的压强降:ph,m 液柱液柱 hhhhlCp ph气体通过每层塔板压降相当的液柱高度，m 液柱 hC气体通过筛板的干板压降，m 液柱 lh气体通过板上液层的阻力，m 液柱 h克服液体表面张力的阻力，m 液柱2021-10-27i.干板压降干板压降 hC LVCCuh200)(051. 0 式中 u0筛孔气速，m/s LV、分别为液、气密度，kg m3C C0 0孔流系数，孔径与塔板厚度之比

21、).()(000338. 0)(00732. 0)(0677. 08806. 00302000ddddC 2021-10-27 ii ii.板上液层阻力lh 板上充气液层阻力受堰高、气速及溢流长度等因素的影响，一般用下面的经验公式计算：)(00OWWLlhhhh 式中： hL板上清液层高度，m 0反映板上液层充气程度的因数，可称为充气因数，无因次,一般 0=0.50.50.60.6。 0与气相动能因子aF有关，185964.000652029.0F )(单流型塔板fTsaVaaAAVuuF iii.液体表面张力的阻力 MNgdhL/:40表面张力气体通过塔板的压降（Pp=hpgL）应低于设计允

22、许值。2021-10-27(2) .(2) .降液管内液体高度降液管内液体高度( (液泛液泛 or or 淹塔淹塔) ) 降液管内液体高度Hd代表液体通过一层塔板时所需液位高度，可用下式表示: dpLdhhhH 式中 进出口堰之间的液面梯度，m 液柱(一般很小，可以忽略) ph气体通过一块塔板的压降，m 液柱 hd液体流出降液管的压降，m 液柱hd可按下列经验公式计算： 无入口堰: hLL hdSW015302. 有入口堰： hLl hdSW0 202.2021-10-27 如果液体和气体流动所遇阻力增加，降液管中液面上升，当超过上一层塔板的堰顶后，产生液体倒流，即发生了液泛，因此，需要足够的

23、降液管高度，或控制适当阻力以防液泛的发生。实际降液管中液体和泡沫的总高度大于用上式计算的值。为了防止液泛，应保证降液管中泡沫液体总高度不超过上层塔板的出口堰。因此 HhHTWd 式中 HT板间距，m 系数。为考虑降液管内液体充气及操作安全两种因素的校正系数。对于容易起泡的物系，取 0 0. .3 30 0. .4 4；对不易起泡的物系，取0 0. .6 60 0. .7 7；对于一般物系，取0 0. .5 5。2021-10-27（3 3）雾雾沫沫夹夹带带 雾沫夹带是指板上液体被上升气体带入上一层塔板的现象。过多的雾沫夹带将导致塔板效率严重下降。为了保证板式塔能维持正常的操作效果，应使每千克气

24、体夹带到上一层塔板的液体量不超过 0 0. .1 1kg，即控制雾沫夹带量eV 0 0. .1 1kg(液)/kg(气)。 2 . 36)5 . 2(107 . 5LTaVhHue2021-10-27（4）漏液点气速）漏液点气速 uOW当气速逐渐减小至某值时，塔板将发生明显的漏夜现象，该气速称为漏液点气速 uOW，若气速继续降低，更严重的漏夜将使筛板不能积液而破坏正常操作，故漏液点气速为筛板的下限气速。为使筛板具有足够的操作弹性，应保持稳定性系数 K:若稳定性系数偏低，可适当减小开孔率或降低堰高，前者影响较大。VLLOWhhCu/)13. 00056. 0(4 . 40/.,.0 . 25 .

25、 1smuuuuKOWoOWO漏液点气速筛孔气速2021-10-27 塔板的负荷性能图塔板的负荷性能图 在确定了塔板的工艺尺寸，又按前述各款进在确定了塔板的工艺尺寸，又按前述各款进行了流体力学验算之后，便可确认所设计的塔行了流体力学验算之后，便可确认所设计的塔板能在任务规定的气液负荷下正常操作。此时，板能在任务规定的气液负荷下正常操作。此时，有必要进一步揭示该塔板的操作性能，即求出有必要进一步揭示该塔板的操作性能，即求出维持该塔板正常操作所允许的气、液负荷波动维持该塔板正常操作所允许的气、液负荷波动范围。这个范围通常以塔板负荷性能图的形式范围。这个范围通常以塔板负荷性能图的形式表示。表示。20

26、21-10-27塔板负荷性能图塔板负荷性能图Vs ,m3/sLs ,m3/s(1)(1)雾沫夹带线雾沫夹带线(2)(2)液泛线液泛线(3)(3)液相上限线液相上限线(4)(4)漏夜线漏夜线(5)(5)液相负液相负荷下限线荷下限线A Vs,minP操作点B Vs,maxO2021-10-27(1) .雾沫夹带线(1) 雾沫夹带线表示雾沫夹带量eV=0.1=0.1kg(液)/kg(气)时的VLSS关系，塔板的适宜操作区应在此线之下，否则将因过多的雾沫夹带而使板效率严重下降。此线可根据上述流体力学验算中雾沫夹带泛点率公式作出。 (2).液泛线(2) 液泛线表示降液管内泡沫层高度达到最大允许值时的关系

27、，塔板的适宜操作区也应在此线之下，否则将可能发生液泛现象，破坏塔的正常操作。(3).液相负荷上限线(3) 此线反映对于液体在降液管内停留时间的起码要求。对于尺寸已经确定的降液管，若液体流量超过某一限度，使液体在降液管中的停留时间过短，则其中气泡来不及放出就进入下层塔板，造成气相返混，降底塔板效率。2021-10-27 液 体 在 降 液 管 内 的 停 留 时 间 为 ： A HLfTS不 应 小 于 3 3 5 5s， 按= 5 5s计 算 ， 则 ：5max,TfSHAL 依 此 式 可 求 得 液 相 负 荷 上 限 ， 据 此 作 出 液 相 负 荷 上 限 线 (3)。塔 板 的 适

28、 宜 操 作 区 应 在 竖 直 线 (3)的 左 方 。(4).泄 漏 线(4) 由 漏 液 点 气 速 uOW标 绘 对 应 的 Vs Ls。(5).液 相 负 荷 下 限 线 （ 5） 对 于 平 直 堰 ， 一 般 取 堰 上 液 层 高 度hOW= 0 0. .0 00 06 6m m 作 为 液 相 负 荷下 限 条 件 ， 低 于 此 限 便 不 能 保 证 板 上 液 流 均 匀 分 布 ， 降 低 气 液 接 触效 果 。 平 直 堰hOW按 下 式 计 算 32min,3600100084.2WsOWlLEh 将 已 知 的lW及hOW的 下 限 值 (0 0. .0 00 06 6m m)代 入 上 表 ， 并 取E=1 1， 便 可取 得LS的 下 限 值 ， 据 此 作 出 液 相 负 荷 下 限 线。塔 板 的 适 宜 操 作 区 应在 竖 直 线 （ 5） 右 侧。2021-10-27在负荷性能图上，由上述线所包围的阴影区域，应是所设计的塔板用于处理指定物系时的适宜操作区