精馏塔课程设计最新模板.docx

1、目录一、概述二、设计方案和工艺流程确实定三、塔的物料衡算四、回流比确定五、塔板数确实立六、塔的工艺条件及物性数据计算 七：塔和塔板主要工艺尺寸计算 八、塔板的流体力学验算十、热量衡算 十一、筛板塔的设计结果总表 十二、辅助设备选型及接收尺寸 十三、精馅塔机械设计计算 十四、设计中的心得体会一、概述：塔设备是炼油、化工、石油化工等生产广泛应用的气液传质设备。根据塔内气液接触部件 的构造型式，可分为板式塔和填料塔。板式塔内设置一定数量的塔板，气体以鼓泡或喷射 形式穿过板上液层进展质，热传递，气液相组成呈阶梯变化，属逐渐接触逆流操作过程。 填料塔内装有一定高度的填料层，液体向塔顶沿填料外表下流，气体

2、逆流而上也有并流 向下者）与液体接触进展质热传递，气液组成沿塔高连续变化，属微分接触操作过程。工业上对塔设备的要求：1生产能力大；2传质传热效率高；（3）气流的摩擦阻力小； 4操作稳定，适应性强，操作弹性大；5构造简单，材料耗用量小6制作安装容易， 维修方便。7设备不易堵塞，耐腐蚀。其中板式塔义可分为有降液管的塔板如泡罩塔，浮阀塔，筛板塔，舌型，S型等和 无降液管的如穿流式筛板，穿流式波纹板该课程涉及到的是板式塔中的浮阀塔，其广泛 用于精德、吸收、和解吸等过程。其主要特点是再塔板的开孔上装有可浮动的浮阀，气流从 浮阀的周边以稳定的速度水平地进入塔板上液层进展两相接触，浮阀课根据气流流速地大小

3、上下浮动，自行调节。浮阀有盘式、条式等多种。国内多采用盘式，其优点为生产能力大， 操作弹性大，别离效率较大，塔板构造较简单。此型中的F-1型构造简单，已经列入部颁标 准，因此型号的重阀操作稳定性好，一般采用重阀。二、设计方案和工艺流程确实定：在此次课程涉及中主要介绍浮阀塔在精简中的应用，捋俺装置包括精简塔、原料预热器、 再沸器、冷凝器、釜液冷却器、和产品冷却器等设备。热量白塔釜输入，物料再塔内经屡次 局部气化与局部冷凝进展精俑别离，由冷凝器和冷却器的冷却物质将余热带走。此过程中因 考虑节能。另外，为保持塔的稳定性，流程除用泵直接送入塔原料外，也可采用高位槽送料以受泵 操作波动影响。塔顶冷凝器装

4、置根据生产靖况以决定采用全凝器和分凝器。一般，塔顶分凝器对上升蒸 汽虽由一定的增浓作用，当在石油等工业中获取液相产品时往往采用全凝器，以便于准确的 控制回流比。假设后继装置使用气态物料，那么宜用分凝器操作压强由常压、低压和高压操作，其取决于冷凝温度，一般都采用常压，对于热敏性 物质或混合液沸点过高的物质那么宜采用减压操作，而常压下为气态的物质采用高压操作。对于物料的进料，一般情况下采用冷进料，但是为了考虑塔的操作稳定性，那么一把采 用泡点进料。由以知料液流率为4166. 67 kg/h ,取料液密度为900kg/m2那么料液体积流率为:那么料液体积流率为:V0.593 /,n =m / h-x

5、uQxd -x 0.452 x0.03924 0 04取管内流速uF = 0.5 m/s ;那么进料管直径=尊1瓯=J4x4.63/36(X) = °。泗, = 57.23V兀 xUfV ttxO.5取进料管尺寸为060x4.0 ;回流管由以知回流液流率为1550. 04 kg/h，取回流液密度为700kg/m21 55() ()4那么回流液体积流率为：昨= =2.2143，"?;*700取管内流速:uR=0. 3 m/s ；那么回流直径：dR =那么回流直径：dR =,4x2.2143/话面V 0.3 叩= 0.0511取回流管尺寸为054x3.5 ；釜液出口管由以知釜液

6、流率为2616.66 kg/h，取釜液密度为980kg/m2那么釜液体积流率为：*2616.66 = 2 67冰/人*980取管内流速：uw =0. 5 m/s ;近似取糖馅段体积流率为塔顶蒸汽体积流率：那么釜液出口管直径：,4x2.67/3600dw = . /= 0.04346 m ；V 0.5x7取釜液回流管直径为：4.塔顶蒸汽管045x3 :* = 124.32 x 40.04 4-3600+777.9 = 0.001778/n3 / s ；取 u=15m/s ;所以：d、v 0.012.m取塔顶蒸汽管尺寸为：012x2 :5.加热蒸汽管1原料预热器加热管道原料预热器蒸汽流率为344.

7、 6kg/h，取蒸汽底部流率为1.64kg/m3,那么u=15m/sdH =dH =4、°°583 =0.07血15x3.14取加热管蒸汽管尺寸为：©76x42再沸器加热管径蒸汽流率为 2243. 65 kg/h ,p=1.64 kg/m3 ；2243.653,<那么 =m Is ;取 u=15m/s ；1.64x3600蒙就如4=。皿；取管径尺寸为：©194x6;十三、精馅塔机械设计计算：一条件塔体内径DH 000mm,塔高H=45.5m ；1. 设计压力p=0. 25MPa ,设计温度t=200 C介质为乙醇水溶液；腐蚀裕量C2=4mm ,安装

8、在合肥地区（暂不考虑地震影响）;二设计方法步骤材料的选择：设计压力p二0.5MPa,属于低压别离装置，介质腐裕性未提特殊要求，可选 取20R作为塔体的材料。1. 筒体、封头壁厚确实定：先按内压容器设计厚度，然后按自重、液重等引起的正应力及 风载荷引起的弯曲应力进展强度和稳定性脸算。2. 实质性计算：1背体厚度计算：a x-20R 在 310°C时的作用应力，查的o-y=110MPa ;（2）封头壁厚计算：采用标准椭圆形封头，那么：e1叫0.25x1000八。ad =Cl 4- C2 = 0.8 + 4 = 6.14/77/77 ；20 X©-0.52x110x0.85-0.

9、5x0.75为了便于焊接，采用封头和壁厚等厚，即$=12mm；3）塔体上各项载荷计算a）塔体重量：Q=;tx（RU_k；）x7850x43.5=13458信:110层塔盘与内件重量和位为：Q2 = 637x0.572x9.8x 110 = 4085 ；保温层：。3 =2x0.1x0.5x45.5x103 =4550农:操作塔共18层，每层500kg及斜梯每5米重125kg ；24=18x 500+39 x 125=6045kg ；料液按 100 层塔盘计算：=686x110x/(9.8x4) = 6045奴 :裙座重量：6=1189 kg ；充水重量：0=x45x103 =35325奴 ；塔

10、体 操 作 时 重 量Qi =白 + Q2 + 0 + Q4 + 必=3458 + 4085 + 4550 + 9975 + 6045 = 38113kg ；塔体与裙座操作时重量：Q。-。= 2'-' += 38113 +1189 = 39302奴 ；全塔最大重量:emax°-° =必 + Q。+ - + 必 + q3 + q4 + Q5 = 74627kg;全塔最小重量：einin°-0 = 0 +。+。= 25622信；b塔体的风载荷和风距：风载荷：P=KxK2Deiqvfili ；K|=0.7,塔高51米高，取裙座5.5米，D. =1.0m,

11、取=1.8, qv =3. 0x105MPa, K/0.4, /C4=0. 25无如下：对于 5-10 m/, =10-5. 5=4. 5m 查表的 /, =0. 78 m；对于 10-20m/2 =20-10=10m查表的f2 =1. 15 m ;对于 20-30m/3 =30-20=10m查表的£=1.33 m ；对于 30-40m/4 =40-30=10m查表的f4 =1. 33 m；对于 40-50m ls =50-40=10m查表的=1.56 m;对于 50-60m4 =60-50= 10m查表的=1.58 m；各段均取：Dei = 1024+2x 100+200+400

12、= 1624 m；塔体各段风力：对于5-1 OmPX = KXKUDc/M x 1= 0.7x 1.8x0.003x0.78x4500xl824 = 2420N对于10-20m 4 = K.K2.DeyqJ x 1 ()6 = o.7 x 1.8 x 0.003 x 1.15 x 10000 x!824 = 9169N对于20-30m P2 = K2 K22 De2qvf2l2 xlO6 =0.7xl.8x O.OO3 x 1.33x10000 x!824 = 7929N对于30-40mP2 = K2K22De2qvf2l2 xlO6 =0.7xl.8x0.003x1.33x10000x!82

13、4 = 7929N对于40-50m P4 = K4 K24De4c/Yf4l4 x 106 = 0.7 x 1.8x 0.003 x 1.56x10000 x!824 = l 0756N对于50-60m P5 = K5K25De5qvf5l5 x 106 = 0.7x 1.8x0.003x 1.58x 1000x 1824 = 1090N经计算的过程略塔底底部截面弯距：=581.38N.裙座底部截面弯距：789.9(4)裙座强度及稳定性验算设裙座厚度为3 = 12?？，附加量c=1mm,那么有效高度= 12- 1 = 1 mm ；a.裙座底部0-0截面的强度和轴向稳定性较核：n°-&

14、#176; x p 39302x98操作时全塔主要引起的应力汉= = iA5MPa ；7：x Pix Se lOOxllx/风载荷引起的弯曲应力3=风载荷引起的弯曲应力3=M 0-0O.785xlOOO2xll= 91.48 :b.裙座底部的强度和轴向稳定性转换、 、。丫$max = $2 + $3 % 7":e.裙座材料采用 20R 钢，cr'=123MPa , aev =264MPa&ax =如 + a 11 . 15 + 91.48 = 102.63MP"；因此满足强度和稳定性计算较核。5裙座根底环设计a根底环内外径确实立b互凝土根底环程度较核”皿 0

15、.795x(0；-。；,)”皿 0.795x(0；-。；,)= 0.30 + 3.01 = 3.31儿；32%=0.57 + 0.73 = 1.3A/P成儿S 二必"xg|0.3 XM”0.795x（D；,-）”（以-以）32%其中 P«=4MPa;根底环的厚度设计采用n二20个均分的地脚螺栓，将根底环固定在混凝土根底环上，根底环上筋板的距离 为：地£一24 = 20。心-20根底环的外升宽度：b =。湖_侃=1424 1024 = 2初；6协根底环采用A3钢，其厚度：切,= r + C = 25.37”Wh4地脚螺栓强度较核24522x9.824522x9.8塔

16、设备在迎风那么作用在根底环上的最小应力：为="（以-码） 0.785 （屹-以）=3（）1 + 0.785x（14742-6242） = 32QMPa32。沥由于总？0,为拉应力，设备可能翻到，必须安装地脚螺栓，假设材料选择16Mn.螺拴的4x0.785x（D；- D；d）% 4x（）.785x（14742 -6252）x3.2”20x147”20x1474 = J'»c = J 3 = 45.23"其中n为地脚螺栓个数，选用M48地脚螺栓。十四、设计中的心得体会：本次设计共3周时间，第1周主要进展全面的了解任务、查阅文献和进展根本的计算， 第2周主要进展

17、经济优化，主要十通过编程来实现，第3周整理过程的数据和进展画图及书 写设计报告。本次设计主要目的是在深入认识精馅塔的操作流程、塔设备确实定的根底上通 过经济优化选择适宜的经济参数进展经济优化，使整个生产的过程中到达本钱最小。通过本次课程设计，使我们在各方面都得以提高和锻炼，大家集体合作，争分的努力，按 时完成了计。本次设计充分利用我们过去所学知识，将各个知识点有机的传接在一起，表达 了综合性的运用。过程中我们学习倒了很多的东西，进一步深化对文献的查阅知识，稳固了 所学的知识，使对工业的设计问题有了根本的认识，有利于将来的社会化探索。从此次的设 计中感触最深的是集体的力量，明白一个人的力量始终是

18、有限的。在此，感谢学校给我们的 这次锻炼的时机，感谢魏教师在设计过程中对我们的细心指导，感谢同组组员和各位同学的 的热心帮助和互相支持。蒸惚一般采用间接蒸汽加热，设置再沸器。对于本次的课程因为乙醇的挥发度较高，宜 采用间接蒸汽加热，其优点时可以利用压强较低的加热蒸汽以节省操作费用，并省掉间接加 然设备选择回流比主要从经济的角度来考虑，力使操作费用和设备费用之和最低。这个将在下 面详细的介绍。本设计采用混合原料经原料余热至泡点，送入精馅塔。塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝后， 一局部作为回流，其余为塔顶产品经冷却器冷却后送至贮槽。塔釜采用间接蒸汽再沸器供热， 塔底产品经冷却后送入贮槽。流程图见后面附录

19、）三、塔的物料衡算：一）料液及塔顶、塔底产品含苯摩尔分率。= 0.1740；x_ 35/46.07一 35/46.07+ 65/18.02= 0.86x_ 94/46.07°一 94/46.07+ 6/18.02= 0.000197v 0.05/46.07Y 0.05/46.07 + 99.95/18.02（二）平均分子量。Ml0.174x46.07 + (1-0.174)x18.02 = 22.9 ；Md二0.860x 46.07 + (1 0.860) x 18.02 = 42.143 ;0.000197 X 46.07 + （1-0.000197）x18.02 = 18.026

20、 ;（三）物料衡算。总物料衡算：D +W=F，=4166. 7；易挥发组分物料衡算：0. 94D +0. 005 W =0. 35x4166. 7=1458. 345：联立上面两式得：F =4166.7 kg/h=181.95 kmol/h；D =1550.04 kg/h=36. 78 kmol/h；W =2616. 66 kg/h=145.17 kmol/h四、回流比确定。由附录-1得出最小理论回流比为麻厂2.217五、塔板数确实立。一全塔效率巳El0.49（奶）-心 xl.l = 0.4481x1.1 = 0.493 ;（其中 a =4. 03, =0. 35747）二由后面的附录一3）的

21、程序得出理论塔板数N理=54：实际塔板数：N=N“ Et=54/0. 493 = 109.53；所以实际塔板数等于110块；六、塔的工艺条件及物性数据计算。一操作压强P”精馅段平均操作压强 p“= 101.325+0.7x104 = 174.125 kp.二温度 t._( 83. 75+78. 2/2 =81.0°C三平均分子量Xd=yi=O. 860 ；xi=0.710 ;塔顶：MvwfO. 860x46. 07+(1-0. 860) x 18. 02=42.14 kg/kmol ；MlmFO. 710x46. 07+(1 -0. 710) x18. 02=37. 94 kg/km

22、oI ；进料塔：MvfiFO. 183x46. 07+(1-0.183) x 18. 02=23.15 kg/kmol；Mvra=0.174x46. 07+(1-0.174) x18. 02=22. 90 kg/kmol ； 那么精葡段分子量：M心=42.14+37.94/2=40. 04 kg/kmol; Mw(23. 15+22. 90)/2=23. 03 kg/kmol;精馋段气液负荷计算Vs = Vx Mvm (3600 X p 洲祐)二0.59 m7s ;L=R x D=2. 38 x 36. 78=87. 54 kmo I /h ；Ls=L x Mln 祐/ (3600 x p 5

23、 拆)=0. 0007 m3/s ；U= Lsx 3600=2. 52 m3/s ;七：塔和塔板主要工艺尺寸计算。(一) 塔径：初选板间距Ht=0. 35 m ；取板上液层高度hi=0. 06 m ;Ht-HfO. 35-0. 06=0. 29 m ；(Ls/Vs) x q/qv°s= (0.007/0. 59) x 777. 96/2.35)05=0. 0218 ；查图得：C20=0. 059 ；C=C?oX () o-2=O. 059x)O 2=0. 0674 ；2020Un«x= Cxsqrt ( px Qv)/9v 1=1.22 m/s ;取平安系数为0. 70 :

24、那么U=0. 70x Una,=0. 70x1.22=0. 854 m/s ；D = sqrt(4x Vs)/7l xU)= sqrt (4x0. 59) / (3. 14x 0. 854) =0. 938 m ;按标准，塔径园整为1.0m ,那么空塔气速为0.75 m/s ;(二) 溢流装置：采用单溢流，弓形降液管，平形受液盘及平形溢流堰，不设进口堰。各项计算如下:1. 溢流堰长/=0. 6xD=0. 6x 1=0. 6 m；出口堰高/./D=0. 60/1 =0. 60 ；/h/(/h)3 5=9. 04 ;查图知：E=1.03 ;ho«= (2. 84/1000) x Ex (

25、亿.严=(2. 84/1000) x1.03x (2.52/0. 60)2/3=0. 008 m ； hw=hL-h(»=O. 060. 008=0. 052 m ；降液管的宽度物与移液管的宽度A,/w/D=0. 60/1 =0. 60 ;查图知：Wd/D=0. 100 :Af/At=0. 052；得: Wd=0. 100xD=0. 10x1.0 = 0. 10 m ；jrAf=0. 052 x x D2=0. 052 x 0. 78 x 1.02=0. 041 m2 ；42. 停留时间检验降液管面积5。降液管底隙高度h取液体通过降液管底隙的流速IV为0. 09 m/s ；ho=ho

26、/ (Lx uo') =0. 0007/ (0. 60x 0. 09) =0. 93 m ；(三) ：塔板布置1。取边缘区宽度Wo=0. 035 m ;安定区宽度M=0.070 m ;2. 计算开孔区面积A,x=D/2-(Ws+Wb) =0. 5- (0. 1+0. 070) =0. 330 m ；R二D/2-W/0. 5-0. 050=0. 450 m ;Aa= 2xy/R2 -x2 + xR2x sin-1 - = 0.572 m2 ；180R(四) 筛孔数与开孔率取筛孔的孔径do为5mm ；正三角形排列，一般炭钢的板厚(5为3mm ;取 t/do=3. 0 故空中心距：t=3.0

27、x5. 0=15.0 mm ；1.筛孔数:1.筛孔数:1158xl03x 0.572 = 2944孔2.开孔率:3. 开孔面积：x =0.101 x0.572=0. 0578 招:4. 气体通过筛孔的气速：Wo=Vv/4=0.59/0.058 = 10.21 mis :五塔有效高度z = （104 1）x0.35 = 36.05 m ；（六）塔高计算= 32.9+0.2+8.4+4 = 45.5 m ；其中H：塔高： Hf：进料板处板间距："人孔处板间距：H）：塔顶空间；H&：塔底空间；n：实际塔板数；进料板数；np：人孔数；Hr：板间距；八、塔板的流体力学验算一气体通过塔板

28、的压降Ap相当于液柱高度与1. 干板压降相当于液体高度，成刍=° 裔=。 035E其中由 6f0/Z> =5/3=1.67 ；查图得Co =0. 84 ；2. 气体穿过板上液层压降相当得液柱高度"V0 59Ua = At-Af = 0.788-0.041 = 0790 m/S ；由图查得上液层充气系数% = 0.625吊=% x hL = % x （知 + hg） = 0.625 x （0.052 + 0.008） = 0.0375 m3. 克制液体外表张力压降相当的液柱高度上=4x38.86x10 '=o（）（）4（）7 巾；“ p,gdQ 777.9x9.

29、8x0.005由 hp = h +h, + hs =0. 0228+0. 0375+0. 00407=0. 064 m ；故单板压降：= hpgQ = 0.064x 777.9x9.81 =491。0.7灿在设计允许范围内。二雾沫夹带量.的验算= = 0.012奴液/奴气<0.1松液/农气：其中:hf = 2.57?/ :三漏液的验算 筛板的稳定性系数：Kf “ / u（）w =11.6/6. 5=1.78>1.5故再设计负荷下不会产生漏液。四液泛验算 为了防止降液管液泛的产生，应使降液管中液泛的高度H,/ <HT-hu)o依上面的公式计算的:Hd =+ h（ + hd =0

30、. 074+0. 06+0. 00099=0. 135 m :其中/% =O.153x2= O.153x0.00170.66x0.0322I =0.00099 m取。=0.5 ;那么 ©（Ht -如）=0.5（0.4+0.047） = 0.223 m故出小-心，在 设计负荷下不会产生液泛 根据以上的塔板各项流体力学验算，可认为精馅段塔径及各项工艺尺寸使适宜的九、塔板负荷性能图1雾沫夹带线 依上面的公式:5.7x10-6 x ahf = 2.5（4v + how） = 2.5 知 + 2.84x 10-3 x Ehf = 2.5（4v + how） = 2.5 知 + 2.84x 10

31、-3 x E3600L. V0.66Ua 一 一 0.788-0.041 T 339、；近似取 E=1.0,为=0.052 m,九=0. 66 m；2故得：hf =0.13 + 2.415LjHt=0. 35 没;取ev =0.1 kg 液/kg 气： a =38. 86xlO_<2代入上面得几个公式，化简得：V =1.26-13. 86L/在操作范围内任取几个农，依公式相应得算出岭值，列于下表中:nr" / sOQxlO：0. 35x10-30.5x10 30.7x10 3m3 / s1.211.191.171. 15二液泛线,一h、） = h、, + hg + h+ hd

32、:E = 1.03 ；lw =0. 60 m ；O/CAA v J 3Zhw = 2.84x103xfx - = 0.9659L1 ；2V2=1.7-24Lj-38455.7L ；= 0.051(Vs Y(2.92 )L 0.84 x 0.0537 J1802.9 J=0.0654V22综上得：九=/玲 + 幻.=0.625 x (0.052+ 0.96)= 0.0325+ 0.6037 ； ha =0. 00407 ；2故：h,> =加+、+ hc = 0.0654, + 0.325 + 0.6037LJ + 0.00407 ；=0.153=0.153= 0.153<0.60x0

33、.013；=2575L2将：HT= 0.35m ；H, =0.052？；放=0.5及上面计算出来得数据代入得:V/=1.7-244-38455.7L；Ht x AfHt x Af0.35x0.041=0.00359 /s在操作范围内取假设干个值，同一计算得岭值，列表如下:F/s0.2x10 30. 35x10-30.5xl030.7X10，时/ S1.621.581.541.50三液相员荷上限取液体在降液管中停留时间为4秒。（四）漏液线气相员荷下限表2由 h,= hw + how = 0.052 + 0.9659PvPv- = 4.43C, J(0.0056 + 0.13/弓一心)x 虫A,由

34、前面已经算出是0. 0578 ni2 ；得:Kmin =0.215x4.0949+41.5654 ；同理得下表："P / S0. 2xl0 30. 35x10，0.5xl030.7xl03/ S0.4430.4460.4490. 452五液相员荷下限表取/?g=0006 m最为液相负荷下限条件，取E = 1.03 ；2.84*j3600x4m/1(X)()I 0.006 =0.006 =2.84ioooxl.03x36(X)xL .s .nun0.60故：L min = 4.90X1° 4*' /S ；V由捋俺段负荷性能图，可知精惚段得操作弹性=一性 =7. 3265 :5.min十、热量衡算：1再沸器：十一、筛板塔的设计结果总表工程符号单位计算数据精德段各段平均压强PhkPa174. 125各段平均温度t°C80. 975平均流量气相V,m3/s0.59液相LmJ/s0. 007板间距Hi块103塔的有效高度Zm0. 35塔径Dm36. 05空塔气速um1.0塔板液流型式