筛板精馏塔设计演示文稿

筛板精馏塔设计演示文稿现在是1页\一共有77页\编辑于星期日（优选）筛板精馏塔设计现在是2页\一共有77页\编辑于星期日常压分离环己醇–苯酚连续操作筛板精馏塔工艺设计任务书

基础设计数据：1.处理能力：50000t/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：101kPa（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℃

现在是3页\一共有77页\编辑于星期日总体要求：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：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。

现在是4页\一共有77页\编辑于星期日带控制点工艺流程图,用3号图纸画塔设备条件图（带管口）,用3号图纸画其余工艺设计图,用坐标纸课程设计的要求注意事项:

写出详细计算步骤,并注明选用数据的来源每项设计结束后,列出计算结果明细表设计说明书要求字迹工整,装订成册上交现在是5页\一共有77页\编辑于星期日学号1-10号单号双号处理量环己醇组成苯酚组成45000t/a55000t/a35%65%72%28%学号11-21号单号双号处理量环己醇组成苯酚组成55000t/a45000t/a32%68%72%28%学号22以后单号双号处理量环己醇组成苯酚组成50000t/a45000t/a26%74%77%23%现在是6页\一共有77页\编辑于星期日计算说明书目录设计任务书带控制点工艺流程图与工艺说明精馏塔工艺计算塔板结构设计换热器选型精馏塔工艺条件图塔板结构设计结果汇总符号说明结束语现在是7页\一共有77页\编辑于星期日常压分离环己醇―苯酚连续操作筛板塔设计计算示例

1.设计任务书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（1）带控制点工艺流程图（2）操作压力的选择（3）工艺流程叙述现在是8页\一共有77页\编辑于星期日现在是9页\一共有77页\编辑于星期日3.精馏塔工艺计算

3.1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℃xyi

说明：平均相对挥发度为

5.62

3.2绘制t-x-y图及x-y图在坐标纸上绘图，上大小要求t-x-y图为10×10cm，x-y图为

20×20cm现在是10页\一共有77页\编辑于星期日

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

料液平均分子量：Mm=0.3×100+0.7×94=95.8进料流量：F=50000×103/8000×95.8=65.24kmol/hF=D+WD=19.5kmol/hFxf=DxD+WxwW=45.74kmol/h

现在是11页\一共有77页\编辑于星期日3.4实际板数及进料位置的确定

1.确定最小回流比Rmin

2.确定操作回流比R

由Fenske方程计算最小理论板数Nmin

现在是12页\一共有77页\编辑于星期日利用吉利兰关联图，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)Rmin6个点现在是13页\一共有77页\编辑于星期日

图解法求得NT=5.5（不包括塔釜）

加料板位置nT=3.0

3.图解法求理论板数及加料板位置

4.实际板数及加料板位置的确定全塔效率由O’connell关联式计算：

现在是14页\一共有77页\编辑于星期日回流比理论板数板效率实际板数理论加料位置实际加料位置表2塔板计算结果现在是15页\一共有77页\编辑于星期日

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/阀孔的布置等，最后是水力学校核和负荷性能图。4.塔板结构设计

现在是16页\一共有77页\编辑于星期日现在是17页\一共有77页\编辑于星期日4.1常用塔板的类型（1）泡罩塔优点：塔板操作弹性大，塔效率也比较高，不易堵。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：升气管和泡罩现在是18页\一共有77页\编辑于星期日圆形泡罩条形泡罩泡罩塔现在是19页\一共有77页\编辑于星期日（2）筛板塔板优点：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d0：3-8mm;大孔径筛板d0

：12-25mm。lwWD现在是20页\一共有77页\编辑于星期日（3）浮阀塔板圆形浮阀条形浮阀浮阀塔盘方形浮阀现在是21页\一共有77页\编辑于星期日优点：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：浮阀易脱落或损坏。方形浮阀F1型浮阀现在是22页\一共有77页\编辑于星期日（4）喷射型塔板

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：喷射状态连续相：气相；分散相：液相促进两相传质。形式：舌形塔板、浮舌塔板、斜孔塔板、垂直筛板等。缺点：气泡夹带现象比较严重。ⅠⅡⅢ20°α=R2550Ⅰ三面切口舌片;Ⅱ拱形舌片;Ⅲ50×50mm定向舌片的尺寸和倾角舌形塔板：现在是23页\一共有77页\编辑于星期日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）斜孔塔板现在是24页\一共有77页\编辑于星期日AA降液管进口堰压延金属板A-A

剖视图网孔塔板（6）网孔塔板现在是25页\一共有77页\编辑于星期日垂直筛板液相塔板泡罩气相（6）垂直筛板现在是26页\一共有77页\编辑于星期日（7）多降液管（MD）塔板

优点：提高允许液体流量现在是27页\一共有77页\编辑于星期日（8）林德筛板（导向筛板）应用：用于减压塔的低阻力、高效率塔板。

斜台：抵消液面落差的影响。

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

林德筛板现在是28页\一共有77页\编辑于星期日（9）无溢流塔板

有溢流塔板：有降液管的塔板；

无溢流塔板：无降液管的塔板；

形式：无溢流栅板和无溢流筛板；

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现在是29页\一共有77页\编辑于星期日设计参数如下（以塔顶第一块塔板数据为设计依据）：液相密度L=950kg/m3

汽相密度V=PM/RT=2.92kg/m3

液相表面张力

=32dyn/cm

汽相流量VS=(R+1)DM/3600V=0.408m3/s

液相流量LS=RDM/3600L=0.000684m3/s

现在是30页\一共有77页\编辑于星期日4.2初估塔径

取板间距HT=350mm，板上液层厚度hL=0.07m，则HT-hL=0.28m。塔板间距和塔径的经验关系说明：工业塔中，板间距范围200~900mm两相流动参数FLV=则液泛气速：现在是31页\一共有77页\编辑于星期日对于筛板塔、浮阀、泡罩塔，可查图，C20=(HT

、FLV)C20：σ=20dyn/cm时的气体负荷因子0.2HT=0.60.450.30.150.40.30.21.00.70.10.040.030.020.070.010.040.030.020.070.010.10.090.060.05塔板泛点关联图现在是32页\一共有77页\编辑于星期日取操作气速u=（）uf=0.75uf=0.893m/s则气体流通面积

An=VS/u=0.457m2

选取单溢流塔盘，取lw/D=0.7，查图得Af/AT=0.088

则塔截面积：

塔径

D=

，圆整为0.8m

说明：计算得到的塔径需圆整，系列化标准：

300,350,400,450,500,600,700,800,900,1000,1100,1200m等现在是33页\一共有77页\编辑于星期日由此重新计算：

AT=0.785D2=0.5024m2Af=0.088AT=0.0442m2An=AT-Af=0.4582m2u=VS/An=0.89m/s实际泛点百分率：

u/uf=0.75

注意：

1）必须用圆整后的D重新计算确定实际的气体流通截面积、实际气速及泛点率。

2）校核HT与D的范围。现在是34页\一共有77页\编辑于星期日D-塔径hw-堰高how-堰上液层高度HT-板间距ho-降液管底隙高度Hd-降液管内清液层高度hL-板上液层高度

hL=hw+how

溢流装置（10×20cm）4.3塔板结构设计

4.3.1溢流装置①溢流型式的选择依据：塔径、流量；

型式：单流型、U形流型、双流型、阶梯流型等。现在是35页\一共有77页\编辑于星期日②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40~60mm。现在是36页\一共有77页\编辑于星期日③

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现在是37页\一共有77页\编辑于星期日采用弓形降液管，平堰及平型受液盘，lw=0.7D=0.56m堰上液层高度堰高hw=hL-how=0.06238m液管底隙高度ho=hw-0.006=0.05638m

要求：本设计采用:现在是38页\一共有77页\编辑于星期日一般取安定区宽度

WS=（50-100）mm一般取边缘区宽度

WC=（30-50）mm

4.3.2塔盘布置WCWDWSlWrx塔盘布置图（10×20cm）1.受液区和降液区一般两区面积相等。

2.入口安定区和出口安定区。

现在是39页\一共有77页\编辑于星期日取筛孔直径do=（3–8）mm，孔径比取t/d0由lw/D=0.7，查图得Wd/D=0.15则Wd=0.15D=0.12mx=D/2-(Wd+Ws)=0.21mr=D/2-Wc=0.36m

鼓泡区面积：

开孔率

=A0/Aa=0.907/(t/d0)2=0.074

筛孔面积A0=Aa=0.021m2

筛孔气速u0=VS/A0=19.43m/s

筛孔数目

n=4A0/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

d0t正三角排列现在是40页\一共有77页\编辑于星期日4.4塔板流体力学校核

4.4.1塔板阻力

塔板阻力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hσ—孔口处表面张力。可用清液柱高度表示：（a）干板阻力hd现在是41页\一共有77页\编辑于星期日d0/δC0塔板孔流系数查得孔流系数C0=0.75，则：取板厚

=3mm，现在是42页\一共有77页\编辑于星期日（b）液层阻力hl查图得充气系数β=0.58于是：现在是43页\一共有77页\编辑于星期日说明：（1）若塔板阻力过大，可增加开孔率或降低堰高。（2）对于常压和加压塔，塔板阻力一般没有什么特别要求。（3）对于减压塔，塔板阻力有一定的要求。（c）克服液体表面张力阻力（一般可不计）

故塔板阻力：现在是44页\一共有77页\编辑于星期日4.4.2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。液沫夹带分率ψ：夹带的液体流量占横过塔板液体流量的分数。故有：

方法1：利用Fair关联图，由和实际泛点百分率0.75，查得Ψ=0.08，进而求出ev=0.047<0.1。ev的计算方法：(1)筛板塔液沫夹带量校核现在是45页\一共有77页\编辑于星期日方法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。

式中Hf

为板上泡沫层高度：要求：ev≤

0.1

kg

液体/kg气体现在是46页\一共有77页\编辑于星期日4.4.3降液管溢流液泛校核(1)筛板塔降液管溢流液泛校核降液管中清液柱高度(m)：（a）液面落差Δ一般较小，可不计。当不可忽略时：一般要求：Δ<0.5h0现在是47页\一共有77页\编辑于星期日主要为底隙阻力，而进口堰阻力一般为0（当无进口堰时）：（b）液体通过降液管阻力hf

降液管中泡沫层高度：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。对不易起泡物系：易起泡物系：而Hd/=0.34(HT+hw)=0.41

现在是48页\一共有77页\编辑于星期日4.4.4液体在降液管中停留时间校核目的：避免严重的气泡夹带降低板效率。

停留时间：要求：说明：停留时间过小，可增加降液管面积或增大塔板间距。现在是49页\一共有77页\编辑于星期日（a）计算严重漏液时干板阻力hd´（b）计算漏液点气速uow

说明：如果稳定系数k过小，可减小开孔率或降低堰高。（5）严重漏液校核

漏液点气速uow：发生严重漏液时筛孔气速。

稳定系数：要求：（c）计算稳定系数

现在是50页\一共有77页\编辑于星期日4.5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，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、液负荷波动范围。这个范围通常以塔板负荷性能图的形式表示。现在是51页\一共有77页\编辑于星期日操作弹性=Vmax/Vmin现在是52页\一共有77页\编辑于星期日（1）漏液线

(第一点：Lh=LS（

0.000684）×3600=2.46m3/hVh=A0uow×3600=491.4m3/h第二点：取Lh=10m3/h，同样可以计算得到：

uow’=7.5m/s，

则Vh=A0uow’×3600=567m3/h

在图中作平行与横坐标的直线即可。现在是53页\一共有77页\编辑于星期日漏液量增大，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。现在是54页\一共有77页\编辑于星期日（2）过量液沫夹带线（气相负荷上限线）(

规定：ev=

0.1（

kg

液体/kg气体）为限制条件。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。现在是55页\一共有77页\编辑于星期日原因：①气相在液层中鼓泡，气泡破裂，将雾沫弹溅至上一层塔板；②气相运动是喷射状，将液体分散并可携带一部分液沫流动。现在是56页\一共有77页\编辑于星期日（3）液相负荷下限线(对于平直堰，一般取堰上液层高度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。

依此式可求得液相负荷下限，据此作出液相负荷下限线(3)。塔板的适宜操作区应在竖直线(3)的右方。现在是57页\一共有77页\编辑于星期日（4）液相负荷上限线(

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，降低塔板效率。

依此式可求得液相负荷上限，据此作出液相负荷上限线(4)。塔板的适宜操作区应在竖直线(4)的左方。现在是58页\一共有77页\编辑于星期日（5）液泛线(

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。

由以下公式得到Vh和Lh的关系式：现在是59页\一共有77页\编辑于星期日液泛现象现在是60页\一共有77页\编辑于星期日5.换热器选型5.1换热器的初步选型（1）塔顶冷凝器热负荷QC=(R+1)D(IVD-ILD)=(R+1)DMDrD=4.63×105kcal/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=350w/m2℃，则所需换热面积：

S=4.63×105×103×4.18/(3600×350×87.3)=17.7m2

选择型号：标准系列JB1145-73Fg18（双程）现在是61页\一共有77页\编辑于星期日（2）塔底再沸器热负荷QB=(R+1)DMBrB=2.08×106kJ/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=500w/m2℃；则所需换热面积：S=2.08×106×103/(3600×500×57.5)=20.0m2

选择型号：标准系列JB1145-73Fg20（单程）现在是62页\一共有77页\编辑于星期日5.2塔顶冷凝器设计设计步骤：（1）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）；（3）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；（5）根据经验，初步估计K值；高温流体低温流体K值推荐/kcal/m2.h.℃有机蒸汽水350-650高沸点碳氢化合物蒸汽水450-850有机蒸汽与水蒸汽混合物水400-750油汽蒸汽水350-450水蒸汽水1500-2500甲醇蒸汽水450-550现在是63页\一共有77页\编辑于星期日（6）由传热方程Q=KA△tm

计算换热面积。考虑10%-15%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,列出该换热器的参数；换热器参数表外壳直径D/mm公称压力P/Mpa公称面积A/m2管程数Np管子排列方式管子尺寸/mm管长l/m管数NT/根管心距t/mm5001.6572正方形Φ25╳2.5324832现在是64页\一共有77页\编辑于星期日（8）计算管程给热系数ai利用以下公式计算：其中管程流动面积：管程流体流速：雷诺准数：（9）计算总传热系数K现在是65页\一共有77页\编辑于星期日（10）计算传热面积温度校正系数：根据R和P查温度校正系数实际传热温差为计算传热面积为实际传热面积为若则所选换热器合适，否则重新选择现在是66页\一共有77页\编辑于星期日（11）计算管程压力降（12）计算壳程压力降ft

为管程结垢校正系数,对三角形排列的取1.5

对正方形排列的取1.4现在是67页\一共有77页\编辑于星期日换热器设计计算结果汇总现在是68页\一共有77页\编辑于星期日塔顶冷凝器设计计算结果汇总表项目数值备注换热器类型固定管板式换热器面积57m2管程流体冷却水壳程流体塔顶汽相外壳直径500mm管程流速2.5m/s壳程流速12.5m/s管程数双程管子长度3.0m管子尺寸Φ25╳2.5正方形排列管程压降壳程压降3.7kpa5.3kpa折流板型式弓形折流板折流板间距200mm现在是69页\一共有77页\编辑于星