化工原理课程设计——筛板和浮阀精馏塔设计PPT教案

1、会计学1化工原理课程设计化工原理课程设计筛板和浮阀精馏筛板和浮阀精馏塔设计塔设计常压分离环己醇常压分离环己醇苯酚连续操作苯酚连续操作筛板筛板/ /浮阀精馏塔工艺设计任务书浮阀精馏塔工艺设计任务书 基础设计数据：基础设计数据：1. 处理能力：50000 t/a（年工作按8000小时计）2. 进料组成：环己醇30%，苯酚70%（mol%，下同）3. 进料状态：泡点进料4. 产品要求：塔顶馏出液组成：环己醇98%，苯酚2% 塔釜釜残液组成：环己醇1%，苯酚99%5. 塔顶压强：760 mmHg（绝压）6. 公用工程：循环冷却水：进口温度32，出口温度38 导热油：进口温度260，出口温度250 第1

2、页/共85页总体要求：总体要求： 绘制带控制点工艺流程图，完成精馏塔工艺设计以及有关附属设备的计算与选型。绘制塔板结构简图，编制设计说明书。1. 精馏塔工艺设计内容：全塔物料恒算、确定回流比；确定塔径、实际板数及加料板位置。2. 精馏塔塔板工艺设计内容：塔板结构设计、流体力学计算、负荷性能图、工艺尺寸装配图。3. 换热器设计：确定冷热流体流动方式，根据换热面积初选换热器；核算总传热系数；计算实际传热面积；选定换热器型号，计算管程、壳程压降。说明：说明：1. 写出详细计算步骤，并注明选用数据的来源。2. 每项设计结束后，列出计算结果明细表。3. 设计说明书要求字迹工整，按规范装订成册。 第2页/

3、共85页课程设计的要求课程设计的要求注意事项注意事项: : 写出详细计算步骤写出详细计算步骤, ,并注明选用数据的来源并注明选用数据的来源 每项设计结束后每项设计结束后, ,列出计算结果明细表列出计算结果明细表 设计说明书要求字迹工整设计说明书要求字迹工整, ,装订成册上交装订成册上交第3页/共85页学号学号1-10号号单号单号双号双号处理量处理量环己醇组成环己醇组成 苯酚组成苯酚组成 45000 t/a55000 t/a35%65%72%28%学号学号11-21号号单号单号双号双号处理量处理量环己醇组成环己醇组成 苯酚组成苯酚组成 55000 t/a45000 t/a32%68%72%28%

4、学号学号22以后以后单号单号双号双号处理量处理量环己醇组成环己醇组成 苯酚组成苯酚组成 50000 t/a45000 t/a26%74%77%23%第4页/共85页1. 设计任务书设计任务书2. 带控制点工艺流程图与工艺说明带控制点工艺流程图与工艺说明3. 精馏塔工艺计算精馏塔工艺计算4. 塔板结构设计塔板结构设计5. 换热器选型换热器选型6. 精馏塔工艺条件图精馏塔工艺条件图7. 塔板结构设计结果汇总塔板结构设计结果汇总8. 符号说明符号说明9. 结束语结束语第5页/共85页1. 设计任务书设计任务书 按要求填入处理量和进料组成按要求填入处理量和进料组成2. 带控制点工艺流程图与工艺说明带控

5、制点工艺流程图与工艺说明 （1）带控制点工艺流程图）带控制点工艺流程图 （2）操作压力的选择）操作压力的选择 （3）工艺流程叙述）工艺流程叙述第6页/共85页第7页/共85页3.1 平均相对挥发度的计算平均相对挥发度的计算 181.90.0000.000 179.10.0250.0994.28176.40.0500.1864.34173.80.0750.2634.40171.30.1000.3334.49t xy i 说明：平均相对挥发度为 5.62 iiiiiyxxy11im391 3.2 绘制绘制t-x-y图及图及x-y图图 在坐标纸上绘图，上大小要求t-x-y图为1010cm， x-y图

6、为 2020cm第8页/共85页 项 目 数 值进料流量F, kmol/h塔顶产品流量D, kmol/h塔釜残液流量W, kmol/h进料组成，xF(摩尔分数）塔顶产品组成，xD(摩尔分数）塔釜残液组成，xW(摩尔分数）表1 物料衡算表3.3 全塔物料衡算全塔物料衡算 料液平均分子量：Mm = 0.3100 + 0.794 = 95.8进料流量：F = 50000103 /800095.8 = 65.24 kmol/hF = D + W D=19.5 kmol/hFxf = DxD + Wxw W=45.74 kmol/h 第9页/共85页3.4 实际板数及进料位置的确定实际板数及进料位置的确

7、定 1. 确定最小回流比Rmin 76. 030. 0687. 0687. 098. 0minqqqDxyyxR 2. 确定操作回流比R 由Fenske方程计算最小理论板数Nmin )(9 . 31lg11lgmin不包括塔釜mwwDDxxxxN第10页/共85页利用吉利兰关联图，计算NT R如下：0.86314.70.98811.81.14010.71.2929.91.4449.3RNT1.5209.0绘制NT R关系图，找出最佳回流比。 说明：R取(1.0、1.2、1.4、1.6、 1.8、2.0)Rmin 6 个点第11页/共85页 图解法求得NT =5.5（不包括塔釜） 加料板位置nT

8、 = 3.0 3. 图解法求理论板数及加料板位置图解法求理论板数及加料板位置 4.4.实际板数及加料板位置的确定实际板数及加料板位置的确定 全塔效率由Oconnell关联式计算： ExTm LLfiLi049049532 0304402450245. 第12页/共85页回流比回流比理论板数理论板数板效率板效率实际板数实际板数理论加料位置理论加料位置实际加料位置实际加料位置表表2 2 塔板计算结果塔板计算结果第13页/共85页 包括板间距的初估，塔径的计算，塔板溢流包括板间距的初估，塔径的计算，塔板溢流形式的确定，板上清液高度、堰长、堰高的初形式的确定，板上清液高度、堰长、堰高的初估与计算，降液

9、管的选型及系列参数的计算，估与计算，降液管的选型及系列参数的计算，塔板布置和筛孔塔板布置和筛孔/ /阀孔的布置等，最后是水力阀孔的布置等，最后是水力学校核和负荷性能图。学校核和负荷性能图。4. 塔板结构设计塔板结构设计第14页/共85页第15页/共85页4.1 常用塔板的类型常用塔板的类型（1）泡罩塔）泡罩塔优点优点：塔板操作弹性大，塔效率也比较高，不易堵。缺点：缺点：结构复杂，制造成本高，塔板阻力大但生产能力不大。 塔板是气液两相接触传质的场所，为提高塔板性能，采用各种形式塔板。 组成：组成：升气管和泡罩第16页/共85页圆形泡罩条形泡罩泡罩塔第17页/共85页（2）筛板塔板）筛板塔板优点优

10、点：结构简单、造价低、塔板阻力小。 目前，广泛应用的一种塔型。塔板上开圆孔，孔径d0：3 - 8 mm; 大孔径筛板d0 ：12 - 25 mm。lwWD第18页/共85页（3）浮阀塔板）浮阀塔板圆形浮阀条形浮阀浮阀塔盘方形浮阀第19页/共85页优点：优点：浮阀根据气体流量，自动调节开度，提高了塔板的操作弹性、降低塔板的压降，同时具有较高塔板效率，在生产中得到广泛的应用。缺点：缺点：浮阀易脱落或损坏。方形浮阀F1型浮阀第20页/共85页（4）喷射型塔板）喷射型塔板 气流方向气流方向：垂直 小角度倾斜， 改善液沫夹带、液面落差 。 气液接触状态：气液接触状态：喷射状态连续相连续相：气相；分散相分

11、散相：液相 促进两相传质。形式：形式：舌形塔板、浮舌塔板、斜孔塔板、垂直筛板等。缺点缺点：气泡夹带现象比较严重。20=R2550三面切口舌片; 拱形舌片;5050mm定向舌片的尺寸和倾角舌形塔板：第21页/共85页溢流堰降液管安定区塔板连接区受液区液体分布区导向孔1015208111520液流方向3035.74.7(a)斜孔结构之一(b)塔板布置斜孔塔板（5）斜孔塔板）斜孔塔板第22页/共85页AA降液管进口堰压延金属板A-A 剖视图网孔塔板（6）网孔塔板）网孔塔板第23页/共85页垂直筛板液相塔板泡罩气相（6）垂直筛板）垂直筛板第24页/共85页（7）多降液管（）多降液管（MD）塔板）塔板

12、优点：优点：提高允许液体流量第25页/共85页（8）林德筛板（导向筛板）林德筛板（导向筛板） 应用应用：用于减压塔的低阻力、高效率塔板。 斜台斜台：抵消液面落差的影响。 导向孔导向孔：使气、液流向一致，减小液面落差。液流(a)斜台装置液流液流(b)导向孔 林德筛板第26页/共85页（9）无溢流塔板）无溢流塔板 有溢流塔板：有溢流塔板：有降液管的塔板； 无溢流塔板无溢流塔板：无降液管的塔板； 形式：形式：无溢流栅板和无溢流筛板； 特点特点：生产能力大，结构简单，塔板阻力小； 但操作弹性小，塔板效率低。冲制栅板由金属条组成的栅板无溢流筛板第27页/共85页设计参数如下（以塔顶第一块塔板数据为设计依

13、据）设计参数如下（以塔顶第一块塔板数据为设计依据）： 液相密度液相密度 L = 950 kg / m3 汽相密度汽相密度 V = PM/ RT = 2.92 kg / m3 液相表面张力液相表面张力 = 32 dyn /cm 汽相流量汽相流量VS = (R+1) DM /3600 V=0.408 m3/s 液相流量液相流量LS = RDM / 3600 L =0.000684 m3/s 第28页/共85页4.2 初估塔径初估塔径 取板间距HT = 350 mm，板上液层厚度hL= 0.07 m，则HT -hL= 0.28m。03.092.2950408.0000684.05 .05 .0VLS

14、SVL塔板间距和塔径的经验关系塔板间距和塔径的经验关系塔塔径径D，m0.3-0.50.5-0.80.8-1.61.6-2.02.0-2.42.4塔塔板板间间距距HT，m0.2-0.30.3-0.350.35-0.450.45-0.60.5-0.80.6说明：说明：工业塔中，板间距范围200900 mm两相流动参数FLV=则液泛气速：smCuVVLf/19.1205 .02 .020第29页/共85页对于筛板塔、浮阀、泡罩塔，可查图 ，C20=(HT 、FLV) C20 ：=20 dyn/cm 时的气体负荷因子0.2HT=0.60.450.30.150.40.30.21.00.70.10.040

15、.030.020.070.010.040.030.020.070.010.10.090.060.05vlVVVLLVssqqFVLVf20uC塔板泛点关联图第30页/共85页取操作气速u =（0.6-0.8）uf=0.75uf =0.893 m/s则气体流通面积 An= VS / u =0.457 m2 选取单溢流塔盘，取lw / D =0.7，查图得A f /AT = 0.088 则塔截面积：AAAAmTnfT10 5012. 塔径 D = ，圆整为0.8m。 4079AmT/.说明：计算得到的塔径需圆整，系列化标准： 300, 350, 400, 450, 500, 600, 700, 8

16、00, 900, 1000, 1100, 1200m 等第31页/共85页由此重新计算：由此重新计算： A T =0.785D2 =0.5024 m2 A f = 0.088AT =0.0442 m2 A n= AT - Af =0.4582 m2 u = VS /An =0.89 m/s实际泛点百分率：实际泛点百分率： u /u f =0.75 注意：注意： 1）必须用圆整后的）必须用圆整后的D重新计算确定实际的气体流通截重新计算确定实际的气体流通截 面积、实际气速及泛点率。面积、实际气速及泛点率。 2）校核）校核HT与与D的范围。的范围。第32页/共85页Hd溢流装置溢流装置（1020cm

17、）4.3 塔板结构设计塔板结构设计 溢流装置溢流装置 溢流型式的选择溢流型式的选择 依据：依据：塔径 、流量； 型式型式：单流型、U 形流型、双流型、阶梯流型等。第33页/共85页 降液管形式和底隙降液管形式和底隙 降液管：弓形、圆形。 降液管截面积：由Af /AT 确定； 底隙高度 h0：通常在 40 60 mm。第34页/共85页 溢流堰（出口堰）溢流堰（出口堰） 作用：维持塔板上一定液层，使液体均匀横向流过。 型式：平直堰、溢流辅堰、三角形齿堰及栅栏堰。0第35页/共85页采用弓形降液管，平堰及平型受液盘，l w =0.7D=0.56 m堰上液层高度 堰高 h w =h L - h o

18、w =0.06238 m液管底隙高度 h o =h w -0.006=0.05638 m hELlmowhw2 8410000 0076223.要求要求：mmhOW6本设计采用本设计采用:第36页/共85页一般取安定区宽度 WS =（50-100）mm一般取边缘区宽度 WC =（30-50）mm 塔盘布置塔盘布置WCWDWSlWrx塔盘布置图（1010cm） 1. 受液区和降液区受液区和降液区 一般两区面积相等。一般两区面积相等。 2. 入口安定区和出口入口安定区和出口 安定区。安定区。 第37页/共85页取筛孔直径d o =（38）mm，孔径比取 t/d0 = 3.0-3.5由l w /D

19、= 0.7，查图得 Wd /D=0.15则 Wd = 0.15D=0.12 m x = D/2 - (Wd + Ws )= 0.21 m r = D/2 - Wc =0.36 m 鼓泡区面积：Ax rxr Sinxrma 2180028422212. 开孔率 = A0 /A a = 0.907 /(t/d0)2 = 0.074 筛孔面积 A 0 = Aa = 0.021 m2 筛孔气速 u 0 =VS / A 0 =19.43 m/s 筛孔数目 n = 4 A 0 / d02 =1672个 以Aa为面积计算的气速 ua=VS/Aa3. 筛板塔有效传质区布置筛板塔有效传质区布置 d0t正三角排列

20、第38页/共85页 采用F-1型浮阀塔盘: 阀孔直径do = 39 mm，取阀孔动能因子F0 = 9-13之间。则阀孔气速为 u0 = F0 / ( V)0.5 = 12 / (2.92)0.5 = 7.02 m/s浮阀个数 N =VS /（0.785d02.u0）= 48.7 圆整为49个浮阀排列：采用等腰三角形叉排，确定相邻两排孔的间距 t。由l w /D = 0.7，查图得 Wd /D=0.15则 Wd = 0.15D=0.12 m x = D/2 - (Wd + Ws )= 0.21 m r = D/2 - Wc =0.36 m 鼓泡区面积：Axrxr Sinxrma 21800 28

21、422212.4. 浮阀塔有效传质区布置浮阀塔有效传质区布置 相邻两排孔的间距 t = Aa /（0.075*N）= 0.077 m，取80mm。按孔中心距 t =75mm和两排孔的间距 t =80mm（一般有65、80和100mm三种规格）以等腰三角形叉排方式绘图排列，得到实际浮阀个数为N=53个。 核算孔速和动能因子：u0=VS /（0.785d0253）= 6.5 m/s F0 = u0( V)0.5 = 11.1 F0在 9-13 之间，即在适宜范围内。第39页/共85页4.4 塔板塔板流体力学校核流体力学校核 塔板阻力塔板阻力(1) 筛板塔板阻力筛板塔板阻力液柱mgphLff 塔板阻

22、力 hf包括 以下几部分: （a）干板阻力 hd 气体通过板上孔的阻力（无液体时）； （b）液层阻力 hl 气体通过液层阻力； （c）克服液体表面张力阻力 h孔口处表面张力。可用清液柱高度表示：（a）干板阻力）干板阻力hd200,21CuggphLVLdfd第40页/共85页d0/C0塔板孔流系数查得 孔流系数C0=0.75，则：取板厚 = 3 mm，液柱mCuggphLVLdfd11. 021200,第41页/共85页OWWlhhh（b）液层阻力）液层阻力 hl查图得充气系数=0.58VuFaa液柱mhhhOWWl0406. 0于是：于是：第42页/共85页说明说明：（：（1）若塔板阻力过大

23、，可增加开孔率或若塔板阻力过大，可增加开孔率或 降低降低 堰高。堰高。 （2）对于常压和加压塔，塔板阻力一般没有）对于常压和加压塔，塔板阻力一般没有 什么特别要求。什么特别要求。 （3）对于减压塔，塔板阻力有一定的要求。）对于减压塔，塔板阻力有一定的要求。03104dghL（c）克服液体表面张力阻力克服液体表面张力阻力（一般可不计） 故塔板阻力：液柱mhhhhldf15. 0第43页/共85页(2) 浮阀塔板阻力浮阀塔板阻力 塔板阻力 hp包括 以下几部分: （a）干板阻力 hc 气体通过板上孔的阻力（无液体时）； （b）液层阻力 hl 气体通过液层阻力；（a）干板阻力）干板阻力hc uoc为

24、浮阀全开前后的临界孔速度，用下式计算:825.1175.00/Vocuu)()/(9 .19175.00ocoVcuuuh )()/)(2/(34.520ocoVLcuuguh m液柱液柱第44页/共85页Llhh0（b）液层阻力）液层阻力 hl工业浮阀塔的单板压降hp=hc+hl，一般在20-100mm水柱一般用下面经验式计算：为板上液层高度Lh5 . 04 . 00化合物，一般取为起泡因素，对于碳氢第45页/共85页液沫夹带量校核液沫夹带量校核 单位质量（或摩尔）气体所夹带的液体质量（或摩尔）ev ： kg 液体 / kg气体，或 kmol液体 / kmol气体。指标为ev 0.1。 液沫

25、夹带分率：夹带的液体流量占横过塔板液体流量的分数。故有： VSLSVVLe1方法1：利用Fair关联图，由和实际泛点百分率0.75，查得=0.08，进而求出ev=0.0470.1。ev的计算方法的计算方法：03.0/VLSSLVVLF(1) 筛板塔液沫夹带量校核筛板塔液沫夹带量校核第46页/共85页2 . 36107 . 5fTvHHue方法2：用亨特（Hunt）经验公式计算ev：说明：超过允许值，可调整塔板间距或塔径。说明：超过允许值，可调整塔板间距或塔径。 )(5 . 2OWWfhhH式中Hf 为板上泡沫层高度：要求要求： ev 0.1 kg 液体液体 / kg气体气体第47页/共85页b

26、FLSVLVSACKZLV36.1)/(5.0泛点率 ev的计算通常采用费尔等人提出的泛点率进行估算。按下面两个公式的结果取较大值。(2) 浮阀塔板液沫夹带量校核浮阀塔板液沫夹带量校核TFVLVSACKV78.0)/(5.0泛点率式中，ZL=D-2Wd，Ab=AT-2Af，K一般取0.75-1.0，CF为泛点负荷系数，由下图查到。对于对于D0.9m, 泛点率泛点率0.8m, 泛点率泛点率80%对于减压塔对于减压塔, 泛点率泛点率75%以上三种情况产生的以上三种情况产生的ev0.1第48页/共85页降液管溢流液泛校核降液管溢流液泛校核(1) 筛板塔降液管溢流液泛校核筛板塔降液管溢流液泛校核dLO

27、WWdhgpphhH12ffOWWhhhh降液管中清液柱高度降液管中清液柱高度 (m)：（a）液面落差）液面落差一般较小，可不计。当一般较小，可不计。当不可忽略时：不可忽略时：)()()4(0476.032vLfsLfbHLZHb一般要求：一般要求：0.5h0第49页/共85页mhlLguhWsdf000072. 0153. 02202主要为底隙阻力，而进口堰阻力一般为0（当无进口堰时）：（b b）液体通过降液管阻力液体通过降液管阻力 hf ddHHWTdhHH降液管中泡沫层高度：要求：要求：说明：若泡沫高度过大，可减小塔板阻力或增大塔板间距。说明：若泡沫高度过大，可减小塔板阻力或增大塔板间距

28、。对不易起泡物系：8 . 05 . 04 . 03 . 0易起泡物系：而 H d / = 0.34 (HT +hw) = 0.41 第50页/共85页)(wTdhHH为防止发生液泛，清液层高度Hd应满足：对不易起泡物系：8 . 05 . 04 . 03 . 0易起泡物系：(2) 浮阀塔降液管溢流液泛校核浮阀塔降液管溢流液泛校核gLPdhhhHhg为液体经过降液管底隙的局部阻力, 由下式计算：塔板上不设进口堰时：塔板上设进口堰时：，则不会发生液泛若)(wTdhHH20)/(2 . 0hlLhwsg20)/(153. 0hlLhwsg第51页/共85页液体在降液管中停留时间校核液体在降液管中停留时

29、间校核(同时适用于两种塔盘同时适用于两种塔盘) 目的：目的：避免严重的气泡夹带降低板效率。 )53(2 .14SdfLHA停留时间：停留时间：要求：要求：s ) 53( 说明：停留时间过小，可增加降液管面积或增大塔板间距。说明：停留时间过小，可增加降液管面积或增大塔板间距。第52页/共85页（a）计算严重漏液时干板阻力 hdOWWdhhh13.00056.0（b）计算漏液点气速 uow dVLowhgCu20说明：如果稳定系数说明：如果稳定系数k过小，可减小开孔率或降低堰高。过小，可减小开孔率或降低堰高。（5）严重漏液校核）严重漏液校核 ( 针对筛板塔针对筛板塔 ) 漏液点气速漏液点气速 uo

30、w：发生严重漏液时筛孔气速。 稳定系数：稳定系数：owouuk/要求：要求：25 . 1k（c）计算稳定系数 0 . 3/owouuk第53页/共85页4.5 塔板负荷性能图塔板负荷性能图 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，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、液负荷波出维持该塔板正常操作所允许的气、液负荷波动范围。这个范

31、围通常以塔板负荷性能图的形动范围。这个范围通常以塔板负荷性能图的形式表示。式表示。第54页/共85页操作弹性操作弹性=Vmax / Vmin第55页/共85页（1）漏液线（气相负荷下限线）漏液线（气相负荷下限线）(筛板塔筛板塔) (第一点：L h = L S （ 0.000684）3600 = 2.46 m3/h V h = A0 u ow3600 = 491.4 m3/h第二点：取L h = 10 m3/h，同样可以计算得到： u ow = 7.5 m/s， 则V h = A0 u ow3600 = 567 m3/h （1）漏液线（气相负荷下限线）（浮阀塔）漏液线（气相负荷下限线）（浮阀塔）

32、 取阀孔动能因素F0=5时的气相负荷作为操作下限，则：3600785.0/5/0205.05.00 0NudVFuhVV在图中作平行与横坐标的直线即可。第56页/共85页漏液量增大，导致塔板上难以维持正常操作所需的液面，无法操作。此漏液为严重漏液，称相应的孔流气速为漏液点气速漏液点气速。第57页/共85页（2）过量液沫夹带线（气相负荷上限线）过量液沫夹带线（气相负荷上限线） （筛板塔）（筛板塔）( 规定：ev = 0.1（ kg 液体 / kg气体）为限制条件。2 .36107 .5fTvHHue)(3600fThAAVu)(5 .2wowfhhH32100084. 2whowlLEhowLw

33、hhh把u、Hf、how和hw的计算公式代入ev计算公式，得到Vh和Lh的关系式，作图。第58页/共85页（2）过量液沫夹带线（气相负荷上限线）过量液沫夹带线（气相负荷上限线） （浮阀塔）（浮阀塔）bFLhVLVhACKZLV)3600/(36. 1)/()3600/(5 . 0泛点率由以下公式得到Vh和Lh的关系式：对于对于D0.8m, 泛点率取泛点率取0.8对于减压塔对于减压塔, 泛点率取泛点率取0.75第59页/共85页原因：原因： 气相在液层中鼓泡，气泡破裂，将雾沫弹溅至上一层塔板； 气相运动是喷射状，将液体分散并可携带一部分液沫流动。第60页/共85页（3）液相负荷下限线（筛板塔和浮

34、阀塔）液相负荷下限线（筛板塔和浮阀塔）(对于平直堰，一般取堰上液层高对于平直堰，一般取堰上液层高度度0.006OWhm 作为液相负荷下限条件，低于此限便不能保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。证板上液流均匀分布，降低气液接触效果。 依此式可求得液相负荷下限，据此作出液依此式可求得液相负荷下限，据此作出液相负荷下限线相负荷下限线(3)。塔板的适宜操作区应在竖直。塔板的适宜操作区应在竖直线线(3)的右方。的右方。 hmlELwh/72. 111. 2323min,第61页/共85页（4）液相负荷上限线（筛板塔和浮阀塔）液相负荷上限线（筛板塔和浮阀塔）( 此

35、线反映对于液体在降液管内停留时间的起码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，降低塔板效率。成气相返混，降低塔板效率。 依此式可求得液相负荷上限，据此作出液依此式可求得液相负荷上限，据此作出液相负荷上限线相负荷上限线(4)。塔板的适宜操作区应在竖直。塔板的适宜操作区应在竖直线线(4)的左方。的左方。 LAHmhhfT,max/ ./3

36、0 3600 18563第62页/共85页（5）液泛线（筛板塔）液泛线（筛板塔）( 液泛线表示降液管内泡沫层高度超过最大允许值时液泛线表示降液管内泡沫层高度超过最大允许值时，破坏塔的正常操作。，破坏塔的正常操作。 由以下公式得到Vh和Lh的关系式：203600153.0hlLhWhf20021CughLVdOWWlhhh)(WTdhHH03600/AVuholdfOWWdhhhhhH第63页/共85页（5）液泛线（浮阀塔）液泛线（浮阀塔）由以下公式得到Vh和Lh的关系式：gLlcdhhhhH)(WTdhHH03600/AVuho20)3600/(2 . 0hlLhwhg)/(9 .19175.

37、 00VcuhLlhh0第64页/共85页液泛现象第65页/共85页5. 换热器选型换热器选型5.1 换热器的初步选型换热器的初步选型（1）塔顶冷凝器）塔顶冷凝器 热负荷QC = (R+1)D(IVD - ILD)= (R+1)DMDrD = 4.63105 kcal/h。 取冷却水的进口温度为32，出口温度为38，则换热平均温 差tm =87.3，取换热系数K = 350 w/m2，则所需换热面积： S = 4.631051034.18 / (360035087.3) = 17.7 m2 选择型号：标准系列JB1145-73 Fg18（双程）第66页/共85页（2）塔底再沸器）塔底再沸器 热

38、负荷QB = (R+1)DMBrB = 2.08106 kJ/h。 取导热油进口温度为260，出口温度为250， 则换热平均温差tm =57.5，取换热系数K = 500 w /m2；则所需换热面积：S = 2.08106103 / (360050057.5) = 20.0 m2 选择型号：标准系列JB1145-73 Fg20（单程）第67页/共85页5.2 塔顶冷凝器设计塔顶冷凝器设计设计步骤：设计步骤：（1）根据工艺要求，确定换热器类型；）根据工艺要求，确定换热器类型；（2）根据物料情况，确定流体流径（管程、壳程的安排）；）根据物料情况，确定流体流径（管程、壳程的安排）；（3）确定定性温度

39、下冷热流体的物性数据；）确定定性温度下冷热流体的物性数据；（4）计算热负荷、冷却水量以及传热温差；）计算热负荷、冷却水量以及传热温差；（5）根据经验，初步估计）根据经验，初步估计K值；值；高温流体高温流体低温流体低温流体K值推荐值推荐/kcal/m2.h. 有机蒸汽有机蒸汽水水350-650高沸点碳氢化合物蒸汽高沸点碳氢化合物蒸汽水水450-850有机蒸汽与水蒸汽混合物有机蒸汽与水蒸汽混合物水水400-750油汽蒸汽油汽蒸汽水水350-450水蒸汽水蒸汽水水1500-2500甲醇蒸汽甲醇蒸汽水水450-550第68页/共85页（6）由传热方程）由传热方程 Q=KAtmtm 计算换热面积。考虑计

40、算换热面积。考虑10%-15%的裕度，确定面积；的裕度，确定面积；（7）根据换热器类型和面积，选定换热器型号）根据换热器类型和面积，选定换热器型号, 列出该换热器的参数；列出该换热器的参数；换热器参数表换热器参数表外壳直径外壳直径D/mm公称压力公称压力P/Mpa公称面积公称面积A/m2管程数管程数Np管子排列方式管子排列方式管子尺寸管子尺寸/mm管长管长l/m管数管数NT/根根管心距管心距t/mm5001.6572正方形正方形25252.52.53 324832第69页/共85页（8）计算管程给热系数）计算管程给热系数ai利用以下公式计算：利用以下公式计算：3 .08 .0PrRe023.0

41、iid其中管程流动面积：其中管程流动面积：PTiiNNdA24管程流体流速：管程流体流速：iimiiAqu雷努数：雷努数：iiiiiudRe（9）计算总传热系数）计算总传热系数K1)1(oiiRRK第70页/共85页（10）计算传热面积）计算传热面积温度校正系数：温度校正系数：),(PRf1221ttTTR2111ttPTt根据根据R和和P查温度校正系数查温度校正系数实际传热温差为实际传热温差为mmtt计算传热面积为计算传热面积为mtKQA计实际传热面积为实际传热面积为ldNAoT实若若0 . 1/计实AA则所选换热器合适，否则重新选择则所选换热器合适，否则重新选择第71页/共85页（11）计

42、算管程压力降）计算管程压力降223iiptiuNfdlP）（管（12）计算壳程压力降）计算壳程压力降ft 为管程结垢校正系数为管程结垢校正系数,对三角形排列的取对三角形排列的取1.5 对正方形排列的取对正方形排列的取1.42021(3.5)2oSoBPFffuDTCBB壳N（N）+N0.50.511.11.19(307)BTCTTCTlNBNNNNPgB0折流板数目正三角形排列正方形排列校正系数F,正三角形F取0.5,正三角形F取0.3f 查图 见华东理工大学为折流板间距,取0.2m第72页/共85页换热器设计计算结果汇总换热器设计计算结果汇总第73页/共85页塔顶冷凝器设计计算结果汇总表塔顶

43、冷凝器设计计算结果汇总表项目项目数值数值备注备注换热器类型换热器类型固定管板式固定管板式换热器面积换热器面积57m2管程流体管程流体冷却水冷却水壳程流体壳程流体塔顶汽相塔顶汽相外壳直径外壳直径500mm管程流速管程流速2.5m/s壳程流速壳程流速12.5m/s管程数管程数双程双程管子长度管子长度3.0m管子尺寸管子尺寸25252.52.5正方形排列正方形排列管程压降管程压降壳程压降壳程压降3.7kpa5.3kpa折流板型式折流板型式弓形折流板弓形折流板折流板间距折流板间距200mm第74页/共85页v塔顶空间塔顶空间HD 塔顶空间HD的作用是供安装塔板和开人孔的需要，也使气体中的液滴自由沉降，一般取11.5m。v塔底空间塔底空间HB 塔底空间HB具有中间贮槽的作用，塔釜料液最好能在塔底有1015分钟的储量，以保证塔釜料液不致迅速排完，一般取2.02.5m。6.1 塔