精馏塔课程设计(BAIDU)

1、浮阀式精馏塔的设计浮阀式精馏塔的设计11、课程设计的目的、课程设计的目的v树立和培养工程意识；树立和培养工程意识；技术的先进性与可行性技术的先进性与可行性经济的合理性经济的合理性操作的安全性操作的安全性v查阅资料，搜集、处理数据和选用公式的能力；查阅资料，搜集、处理数据和选用公式的能力；v工程计算能力（包括使用计算工具的能力）工程计算能力（包括使用计算工具的能力）v用规范的工程语言（文字、图、表格）表达设计意用规范的工程语言（文字、图、表格）表达设计意图的能力；图的能力；v实事求是、科学、严谨的工作作风实事求是、科学、严谨的工作作风。概概 述述22、本本次次课课程程设设设计任务书设计任务书成果

2、要求成果要求理论塔板1张负荷性能图坐标纸25*35 1张设备条件图（示意）坐标纸25*35 1张工艺流程图三号图纸1张设计说明书论文或A4纸1份3第一章第一章 设计方案的确定和说明设计方案的确定和说明一、设计方案及设计参数一、设计方案及设计参数 1、设计方案、设计方案 工艺流程的确定（泵或高位槽、预热器、精馏塔、工艺流程的确定（泵或高位槽、预热器、精馏塔、再沸器、冷凝器、冷却器等）再沸器、冷凝器、冷却器等） 操作压力（写明原因）操作压力（写明原因） 进料状态（写明原因）进料状态（写明原因） 塔底加热方式及加热介质（写明原因）塔底加热方式及加热介质（写明原因） 塔顶蒸汽及塔底釜液热量的再利用塔顶

3、蒸汽及塔底釜液热量的再利用42、设计参数、设计参数 进料量、进料组成、产品组成、残液组成、进料量、进料组成、产品组成、残液组成、 冷却剂温度（进口冷却剂温度（进口15，出口出口40）、）、加热加热热源热源二、确定工艺流程的原则及说明二、确定工艺流程的原则及说明 1、满足工艺和操作的要求满足工艺和操作的要求 2、设备与操作费用尽量低、设备与操作费用尽量低 3、确保生产安全、确保生产安全 设计要有独到之处设计要有独到之处5第二章第二章 工艺计算工艺计算一、回流比的选择一、回流比的选择1、组成的换算：、组成的换算： （写出计算过程）（写出计算过程）所给组成均是质量分率，需换算成摩尔分率所给组成均是质

4、量分率，需换算成摩尔分率2、最小回流比、最小回流比Rmin 理想物系：理想物系： 找到找到q线与平衡线的交点坐标（线与平衡线的交点坐标（ xe , ye ） 非理想物系：可在非理想物系：可在x-y平衡平衡曲线上通过作切线的方法解决曲线上通过作切线的方法解决eDeDxxyxRR1minmin63、操作时的适宜回流比、操作时的适宜回流比R R=（1.22.0)Rmin可根据吉利兰图求理论板数可根据吉利兰图求理论板数N，作，作R-N曲线曲线二、理论板数二、理论板数NT的确定的确定作图法：作图法：NT=阶梯数阶梯数-1直接蒸汽加热直接蒸汽加热间接蒸汽加热间接蒸汽加热7三、实际板数三、实际板数Np的计算

5、的计算1、全塔效率、全塔效率E奥康内尔关联图或关联式：奥康内尔关联图或关联式：ET=5055%2、实际塔板数、实际塔板数NP：要分别算出精馏段、提馏段的实际板数，以及加料要分别算出精馏段、提馏段的实际板数，以及加料实际位置实际位置TTPENN 245. 0LT49. 0E 8四、物料衡算四、物料衡算以摩尔为单位以摩尔为单位总物料衡算：总物料衡算：D+W=F易挥发组分物料衡算：易挥发组分物料衡算：DxD+WxW=FxF联立可解得联立可解得D、W以上公式中气液相流量的单位均是摩尔以上公式中气液相流量的单位均是摩尔(mol/s)，要换，要换算成质量流量（算成质量流量（kg/s）和体积流量（）和体积流

6、量（m3/s）,以便使用以便使用.对于泡点进料：对于泡点进料：VVFLLD)1R(VRDL (一）间接蒸汽加热一）间接蒸汽加热：9分子量：分子量：精馏段气、液均按塔顶混合物分子量计：精馏段气、液均按塔顶混合物分子量计：M=MAxD+MB(1-xD)提馏段气、液均按塔底混合物分子量计。提馏段气、液均按塔底混合物分子量计。M=MAxW+MB(1-xW)密度：密度：进料：进料：F=790kg/m3 精馏段精馏段:塔顶：塔顶：D=813kg/m3 提馏段提馏段:塔釜：塔釜：W=780kg/m3精馏段上升气体：精馏段上升气体： V=2.7kg/m3提馏段上升气体：提馏段上升气体： V =3.4kg/m3

7、 、 2/ )(FDL 2/ )(FwL 10FRxxqx-xDqFRDL W*VVDxxWyVFxD*WVFWDWF0Dw*00F0 分子量：分子量：精馏段气、液均按塔顶混合物分子量计：精馏段气、液均按塔顶混合物分子量计：M=MAxD+MB(1-xD)提馏段气、液均按塔底（近似为纯水）分子量计。提馏段气、液均按塔底（近似为纯水）分子量计。11密确定塔顶和塔底的温度确定塔顶和塔底的温度塔顶：塔顶：79塔底：塔底：105107汽相密度：可按理想气体计算汽相密度：可按理想气体计算RTMPVmRTMmRTnPV 液相密度：液相密度：（1 1）纯酒精：）纯酒精：（2 2）混合液：）混合液：t847.

8、0806A BBAAaa1 a-a-质量分数，按温度查表计算质量分数，按温度查表计算12（列出物料衡算结果汇总表）（列出物料衡算结果汇总表）LV 由以上计算出的混合物分子量和密度，可将由以上计算出的混合物分子量和密度，可将F、D、W、V、L、 、 分别化成分别化成kg/s和和m3/s的单位，为下的单位，为下一步计算塔径、管径作好准备。一步计算塔径、管径作好准备。VL13第三章第三章 塔和塔板的工艺计算塔和塔板的工艺计算（精馏段、提馏段分开计算）（精馏段、提馏段分开计算）一、塔径的计算一、塔径的计算1、板间距、板间距：HT=300450mm按照规定选取整数按照规定选取整数300350450500

9、600800 板上清液层高度板上清液层高度： hL可取可取50100mm 2、塔径、塔径：分别计算精馏段和提馏段的塔径。分别计算精馏段和提馏段的塔径。方法如下：方法如下：14（1）塔径）塔径计算出的塔径计算出的塔径D需要圆整，参照资料需要圆整，参照资料P61附录八。同附录八。同时需要重新核算空塔气速，看其是否在允许范围内。时需要重新核算空塔气速，看其是否在允许范围内。 （2）空塔气速）空塔气速u=（0.60.8）u允许允许uVD785.015（3）允许速度：）允许速度：C气体负荷参数气体负荷参数 操作温度下的表面张力操作温度下的表面张力苯苯甲苯甲苯 精馏段精馏段=20.4mN/m 提馏段提馏段

10、=19.0mN/m乙醇乙醇水水 精馏段精馏段=17.3mN/m 提馏段提馏段=45.1mN/m =20mN/mC20可查史密斯关联图，资料上可查史密斯关联图，资料上P20（图（图5-1）VVLCu允许2 . 02020CC20(3-4)162/1VLSSVL 20CLThH图图5-1 史密斯关联图史密斯关联图LS液相体积流量m3/sVS-气相体积流量m3/s17二、塔板布置二、塔板布置塔板有整块式和分块式两种塔板有整块式和分块式两种塔板面积分为四个区域：塔板面积分为四个区域：（1）鼓泡区）鼓泡区（2）溢流区）溢流区（3）安定区：）安定区：Ws=60110mm（4）边缘区：）边缘区：Wc=307

11、5mm18三三 浮阀数目及排列浮阀数目及排列1、阀孔气速、阀孔气速浮阀按（浮阀按（JB11868）标准化选型）标准化选型选选F1（V1）型重阀，）型重阀，39阀孔气速阀孔气速F0气体动能参数，取气体动能参数，取F0=912合适合适VFu00注：注：V为气相的密度，不是为气相的密度，不是V192、阀孔数、阀孔数0200785. 0udVN （V：m3/s）由由D、HT查资料查资料P56附附录四可知：录四可知： AT、 AD、 L、H、孔数孔数N0、孔间距、孔间距t、开、开孔率孔率 重新核对重新核对F0是否在（是否在（912）之间，如果不符合，）之间，如果不符合，需要重新计算需要重新计算。FuN0

12、0203、浮阀排列、浮阀排列在塔板有效区域内，排列浮阀，以得到准确在塔板有效区域内，排列浮阀，以得到准确的阀孔数。的阀孔数。75t21四、溢流装置四、溢流装置包括包括溢流堰、降液管溢流堰、降液管和和受液盘受液盘等部件。等部件。D2000时，采用双溢流时，采用双溢流（1）堰形式）堰形式：hOW6mm时，采用平直堰，否则时，采用平直堰，否则采用齿形堰采用齿形堰 hOW =2.8410-3E(Lh/LW)2/3 E液流收缩系数，一般取液流收缩系数，一般取E=1 Lh-塔内液体流量塔内液体流量 m3/h Lw-堰长，堰长， m堰高堰高：hW=hL- hOW（3-6）22（2）降液管：）降液管：管内停留

13、时间：管内停留时间：（3）受液盘：）受液盘： 采用凹形受液盘，盘深采用凹形受液盘，盘深50mm，溢流下堰与塔盘平齐，盘上开泪孔，溢流下堰与塔盘平齐，盘上开泪孔，当当D1400mm时开两个，否则开一时开两个，否则开一个个。STDLHA （35）秒）秒23第四章第四章 流体力学验算流体力学验算（只验算精馏段）（只验算精馏段）目的：目的： 验算在上述各项工艺参数已确定的塔内，要完成验算在上述各项工艺参数已确定的塔内，要完成规定的气、液负荷，塔能否正常工作。规定的气、液负荷，塔能否正常工作。内容：内容：（1）各种参数的验算：）各种参数的验算：塔板压强降、液泛、雾沫夹带、泄漏和液面落差塔板压强降、液泛、

14、雾沫夹带、泄漏和液面落差（2）绘制负荷性能图）绘制负荷性能图24一、各种参数的验算一、各种参数的验算1、压降、压降单板单板 Pf=PC+Pl+ P （ P可略）可略） 或或 hf=hc+hl（1）干板压降：）干板压降：计算阀孔临界气速计算阀孔临界气速u0C：VCu1.7301.825若若u0 u0C，则用阀全开后公式计算压降，即，则用阀全开后公式计算压降，即LVcguh234. 520（2）板上液层阻力：）板上液层阻力：hl=（0.40.5）hL (6-3)hc的单位为的单位为 m单板压降：单板压降： hf=hc+hl每块板的压降约在每块板的压降约在3060mm水柱范围内水柱范围内262、液泛

15、验算、液泛验算降液管内液层高度降液管内液层高度Hd应为：应为：Hd=hf+hL+hd 流过降液管的阻力损失流过降液管的阻力损失 液层厚度产生的压降液层厚度产生的压降单板总压降单板总压降hL=50100mm之间，依已定的数据计算之间，依已定的数据计算20153. 0hLLhWsd其中：其中：液流量液流量堰长堰长降液管底隙高度，降液管底隙高度，取取50mm(4-30)27若若Hd （HT+hW），则不会发生液泛，否则须），则不会发生液泛，否则须修改原来计算或设定的数据。修改原来计算或设定的数据。取取=0.53、雾沫夹带验算、雾沫夹带验算雾沫夹带量雾沫夹带量eV0.1kgL/kgV时才符合要求时才符

16、合要求主要与空塔气速和塔板间距有关主要与空塔气速和塔板间距有关一般要求大塔泛点率一般要求大塔泛点率80%， 小塔（直径小塔（直径0.9m）泛点率）泛点率80%时，将出现雾沫夹带，取上面计算时，将出现雾沫夹带，取上面计算的的F值较大的公式，将值较大的公式，将F=80%代入，可得到关于代入，可得到关于VsLs间的表达式，利用该式画线。间的表达式，利用该式画线。min0020minmin0785. 05uNdVuV 此时孔速此时孔速303、液相负荷下限线、液相负荷下限线板上液流高度低于此限时就不难保证液体体板上液流高度低于此限时就不难保证液体体在板上分布均匀在板上分布均匀hOW =2.8410-3E

17、(Lh/LW)2/3=0.006m 将将Lh换算成换算成Ls表示，可画出一条垂直线。表示，可画出一条垂直线。4、液相负荷上限线、液相负荷上限线液体在降液管时停留时间小于此限时气相不液体在降液管时停留时间小于此限时气相不能从液相中充分分离，降低塔效率。能从液相中充分分离，降低塔效率。计算出的液相量是常数，即是一条垂直线。计算出的液相量是常数，即是一条垂直线。LHATf =5秒秒315、液泛线、液泛线Hd= (HT+hw) (a)Hd=hf+hL+hd (b)(a)、(b)两式联立并整理可得：两式联立并整理可得：3/222sssdLcLbaVWTLVhHbNa)1(1091. 10205其中：其中

18、：N0：孔数：孔数：取取0.5 0：取取0.5)/(153. 0202hLcWh0=0.05m667. 001667. 0)1 (WLEd32以上计算的各值代回总式中，可得以上计算的各值代回总式中，可得Vs=(Ls)间的间的关系式，在图上可做出一条曲线，即为液泛线。关系式，在图上可做出一条曲线，即为液泛线。6、操作线、操作线依塔物料衡算，计算出的依塔物料衡算，计算出的Vs、Ls得一操作点得一操作点P，联结原点、操作点的直线即为操作线。操作线与五联结原点、操作点的直线即为操作线。操作线与五种线的两个交点种线的两个交点Vmax和和Vmin，得操作弹性，得操作弹性KminmaxVVK 33将以上五种

19、线作图将以上五种线作图1、汽相下限线、汽相下限线2、汽相上限线、汽相上限线3、液相下限线、液相下限线4、液相上限线、液相上限线5、液泛线、液泛线用剖面线表现可正用剖面线表现可正常工作区域常工作区域画出操作点，操作画出操作点，操作线，计算操作弹性线，计算操作弹性35为宜为宜塔板负荷性能图：塔板负荷性能图：VmaxVminVLm3/sm3/sP34第五章第五章 塔的附属设备设计塔的附属设备设计一、塔顶冷凝器的选型一、塔顶冷凝器的选型1、冷凝器放置方式、冷凝器放置方式：立式或卧式立式或卧式指明原因、所用冷凝器的个数指明原因、所用冷凝器的个数2、冷凝器的选型、冷凝器的选型水平放置时，取水平放置时，取K

20、=700W/m2 垂直放置时，取垂直放置时，取K=600W/m2 计算传热量计算传热量Q、传热温差、传热温差tm、计算传热面积、计算传热面积A、实际传热面积（应大于计算面积的实际传热面积（应大于计算面积的1.2倍）、选型倍）、选型（附录五）（附录五）(公称直径公称直径 /管程数管程数/管子数管子数/换热面积换热面积/管管长长/公称压力公称压力)选型要在工艺流程图中表现出来选型要在工艺流程图中表现出来(立卧管程数立卧管程数)35二、塔釜的设计二、塔釜的设计h1h2W*1、釜中液面距最底层塔板距离、釜中液面距最底层塔板距离h1： 为了避免带液过多，釜中液面至最底层塔板距为了避免带液过多，釜中液面至

21、最底层塔板距离至少在离至少在0.50.7m以上以上2、釜内液层高度、釜内液层高度h2釜内装填系数一般在釜内装填系数一般在0.60.7之间，如取之间，如取0.65，65. 0212hhh塔釜高度塔釜高度HB=h1+h2 （一般（一般1.52m）363、塔底最后一块板的受液盘，称液封受液盘、塔底最后一块板的受液盘，称液封受液盘，其深度及面积都应大一些，以保证液封，要指明其深度及面积都应大一些，以保证液封，要指明所取的数据。所取的数据。 三、再沸器的选型（附录七）三、再沸器的选型（附录七）mtAKrV 选型要在工艺流选型要在工艺流程图中表现出来程图中表现出来37加热蒸汽管的计直管开孔通入蒸汽直管开孔

22、通入蒸汽1 1、加热蒸汽用量：近似取提馏段上升蒸汽量、加热蒸汽用量：近似取提馏段上升蒸汽量2 2、计算加热管直径及孔数、计算加热管直径及孔数蒸汽气速：蒸汽气速： u=2040m/s加热管直径（计算后要圆整并校核管中气速）：加热管直径（计算后要圆整并校核管中气速）：u785. 0VdS 383、蒸汽管上的孔数、蒸汽管上的孔数 孔径取孔径取d0=10mm，孔距，孔距t=2d0=20mm，小孔，小孔总面积一般是加热管横截面积的总面积一般是加热管横截面积的1.21.5倍，孔倍，孔数：数：2020d785. 0d785. 04 . 1N 管在塔内有效长度：管在塔内有效长度：D-(0.150.3m)孔列数

23、：孔列数：孔行数：孔行数：02. 0)3 . 015. 0(Dn nNn0 39管实际能排的行数管实际能排的行数（1）比较实际行数与计算所需行数，看是否够用）比较实际行数与计算所需行数，看是否够用（2）蒸汽加热管只在下半圆上开孔，以减少液滴）蒸汽加热管只在下半圆上开孔，以减少液滴飞溅到上一塔板，降低分离效率。飞溅到上一塔板，降低分离效率。)02. 0(n孔孔距距圆圆周周长长的的一一半半 40四、接管尺寸四、接管尺寸1、进料管：、进料管：液速取液速取 uf=（0.61.5）m/s2、回流管：、回流管：液速取液速取 u=0.4m/s左右左右3、塔顶蒸汽管：、塔顶蒸汽管：气气速取速取 u=（1525

24、）m/s4、塔顶出料管：、塔顶出料管：液速取：液速取：u= 0.4m/s左右左右5、釜液排出管：、釜液排出管：液速取液速取 u=（0.60.7）m/s 6、塔釜出料管：、塔釜出料管：液速取：液速取：u= （0.60.7）m/s 7、再沸器进口管：、再沸器进口管：液液速取；速取； u= （0.60.7）m/s 8、再沸器出口管：、再沸器出口管：气气速取；速取；u=（1525）m/s 各种液、汽流量均需用体积数据（各种液、汽流量均需用体积数据（m3/s）代入）代入计算管径。计算管径。d需按无缝钢管圆整为标准值，再校正流速需按无缝钢管圆整为标准值，再校正流速u接管在塔外部长度可依是否有保温层及方便作

25、接管在塔外部长度可依是否有保温层及方便作业为准则，一般可取业为准则，一般可取200mm4142第六章第六章 塔的结构设计塔的结构设计一、塔盘的结构设计一、塔盘的结构设计1、塔板：、塔板：D800mm时采用单溢流、分块式塔板，自身梁时采用单溢流、分块式塔板，自身梁式结构。式结构。 （弓形板（弓形板2块、通道板块、通道板1块、矩形板块、矩形板12块）块）43 （1）通道板）通道板L=D-2H-56400 42043分块塔板的宽度定为分块塔板的宽度定为400mm和和420mm的原因，的原因，是能使其通过是能使其通过450或或500的人孔的人孔 （2）矩形板）矩形板44（3）弓形板：）弓形板：带自身梁

26、带自身梁D2000时，时，m*=30mmm*塔板与壁面间距塔板与壁面间距弓形板的弧边直径弓形板的弧边直径Dg = D -2m*弓高弓高 e=0.5D-377(n-3)-18(n-1)-400-2m*n分块数；分块数；18塔板各分块间的间隙，塔板各分块间的间隙，mmeD452、塔板厚度、塔板厚度板厚：板厚：D=8001400mm， =4mm D=16002000mm，=6mm3、泪孔泪孔D1400时，开两个泪孔时，开两个泪孔10，这时支撑板在中央，这时支撑板在中央，两孔间距两孔间距600mm，距离堰边，距离堰边50mm。46二、塔体设计二、塔体设计塔顶空间高度：塔顶空间高度：HD=1.21.5m

27、人孔处板间距：人孔处板间距：HT =600700mm一般每一般每810块板开一个人孔块板开一个人孔釜高：釜高：HB=h1+h2 （HB=1.52.0m）塔总高：塔总高：包括裙座及封头包括裙座及封头47第七章第七章 设计结果总汇及设计评述设计结果总汇及设计评述一、设计结果汇总表一、设计结果汇总表1、工艺计算参数、工艺计算参数2、塔、塔板结构参数、塔、塔板结构参数3、流体力学参数、流体力学参数48二、设计评述二、设计评述3. 设计体会、意见或建议设计体会、意见或建议1. 设计的创新与特色设计的创新与特色2. 问题的探讨问题的探讨 节能措施与效果 设备结构的改进 精馏操作自动控制的改进 全塔压降的影

28、响 设计存在的问题（例近似计算的误差等） 如何调整结构参数或工艺参数使得操作点更合理49文后参考文献表编排格式1. 参照标准：参照标准：2. 编排格式：编排格式： 专著、论文集、学位论文、报告专著、论文集、学位论文、报告 序号序号 主要责任者主要责任者. 文献题名文献题名. 出版地：出版者，出版年出版地：出版者，出版年. 起止页码起止页码 . 1 贾绍义贾绍义, 柴诚敬柴诚敬. 化工原理课程设计化工原理课程设计. 天津：天津大学天津：天津大学出版社出版社, 2002 期刊文章期刊文章 序号序号 主要责任者主要责任者. 文献题名文献题名. 刊名刊名, 年年, 卷（期）：起止页卷（期）：起止页码码

29、 . 2 方志杰方志杰. 异蔗糖和烯丙醇的酸催化反应异蔗糖和烯丙醇的酸催化反应. 精细化工精细化工, 2002 , 16(1) , 49-50.中国学术期刊技术规范：中国学术期刊技术规范：CAJ-CD B/T1-200550工程图的绘制工程图的绘制一一 设备条件图（简图）设备条件图（简图） 基本要求：基本要求：图幅图幅：坐标纸：坐标纸25*35 ；图框图框：留装订边；：留装订边；标题栏标题栏：校内使用：校内使用 比例比例：缩小；：缩小；字体与图线：绘图字体；字体与图线：绘图字体； 内容：内容：设备主要结构及尺寸设备主要结构及尺寸所有接管规格、定（方）位尺寸所有接管规格、定（方）位尺寸接管表（连

30、接形式及标准）接管表（连接形式及标准）技术特性表技术特性表（工作介质，温度，压力，有效容积）（工作介质，温度，压力，有效容积）技术要求（附录十一）：制造、保温、试漏、试压等技术要求（附录十一）：制造、保温、试漏、试压等零（部）件表（代号，名称，规格，数量，推荐材料）零（部）件表（代号，名称，规格，数量，推荐材料）51二、二、 带控制点工艺流程图带控制点工艺流程图 基本要求：图幅：基本要求：图幅：A3；图框：留装订边；图框：留装订边；标题栏：校内使用标题栏：校内使用 比例：比例：不限不限； 字体与图线：绘图字体；字体与图线：绘图字体； 内容：内容：设备外形：细实线设备外形：细实线；无比例；无比例物料流程线：物料流程线：主要物料粗实线，辅料细实线主要物料粗实线，辅料细实线阀门阀门、管件、管件、仪表控制符号仪表控制符号：细实线：细实线设备标注设备标注；管路标注管路标注；图例：阀门、管件、介质、控制点等符号的意义图例：阀门、管件、介质、控制点等符号的意义52标题页标题页2. 设计任务书设计任务书3. 进度表进度表4. 目录目录5. 第一章第一章 设计方案的确定和说明设计方案的确定和说明6. 第二章第二章 工艺计算工艺计算7. 第三章第三章 塔和塔板的工艺设计塔和塔板的工艺设计第