精馏塔课程设计(BAIDU)

化工(huàgōng)原理课程设计

浮阀式精馏塔的设计(shèjì)1共六十五页1、课程设计的目的树立和培养工程意识； 技术的先进性与可行性 经济的合理性 操作的安全性查阅资料，搜集、处理数据和选用公式(gōngshì)的能力；工程计算能力（包括使用计算工具的能力）用规范的工程语言（文字、图、表格）表达设计意图的能力；实事求是、科学、严谨的工作作风。概述2共六十五页2、本次(běncì)课程设计的基本内容

设计(shèjì)任务书成果要求理论塔板 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共六十五页第一章设计方案的确定(quèdìng)和说明一、设计方案及设计参数

1、设计方案

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）操作压力（写明原因(yuányīn)）进料状态（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4共六十五页2、设计参数

进料量、进料组成(zǔchénɡ)、产品组成(zǔchénɡ)、残液组成(zǔchénɡ)、冷却剂温度（进口15℃，出口40℃）、加热热源二、确定工艺流程的原则及说明

1、满足工艺和操作(cāozuò)的要求

2、设备与操作费用尽量低

3、确保生产安全

设计要有独到之处5共六十五页第二章工艺计算一、回流比的选择

1、组成的换算：（写出计算过程） 所给组成均是质量分率，需换算成摩尔分率

2、最小回流比Rmin

理想物系：找到q线与平衡(pínghéng)线的交点坐标（xe,ye

）

非理想物系：可在x-y平衡曲线上通过作切线的方法解决6共六十五页3、操作时的适宜回流比R R=（1.2~2.0)Rmin

可根据吉利兰图求理论板数N，作R-N曲线(qūxiàn)二、理论板数NT的确定作图法：

NT=阶梯(jiētī)数-1直接蒸汽加热间接蒸汽加热7共六十五页三、实际板数Np的计算1、全塔效率EＴ 奥康内尔关联图或关联式：

ET=50~55%2、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(jiāliào)实际位置

8共六十五页

四、物料(wùliào)衡算以摩尔(móěr)为单位总物料衡算： D+W=F易挥发组分物料衡算：DxD+WxW=FxF联立可解得D、W以上公式中气液相流量的单位均是摩尔(mol/s)，要换算成质量流量（kg/s）和体积流量（m3/s）,以便使用.对于泡点进料：(一）间接蒸汽加热：9共六十五页分子量：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。

M=MAxW+MB(1-xW)密度：

进料：ρF=790kg/m3

精馏段:

塔顶：ρD=813kg/m3

提馏段:

塔釜：ρW=780kg/m3

精馏段上升(shàngshēng)气体：ρV=2.7kg/m3

提馏段上升气体：ρV´=3.4kg/m3

、

10共六十五页直接蒸汽(zhēnɡqì)加热：分子量：精馏(jīnɡliú)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。11共六十五页密度(mìdù)确定塔顶和塔底的温度塔顶：79℃

塔底：105~107℃汽相密度(mìdù)：可按理想气体计算液相密度：（1）纯酒精：（2）混合液：a-质量分数，按温度查表计算12共六十五页

（列出物料(wùliào)衡算结果汇总表）项目摩尔流量mol/s分子量M(kg/kmol)质量流量kg/s密度ρ

(kg/m3)体积流量m3/sFDWLV

由以上计算(jìsuàn)出的混合物分子量和密度，可将F、D、W、V、L、、分别化成kg/s和m3/s的单位，为下一步计算塔径、管径作好准备。13共六十五页第三章塔和塔板的工艺计算 （精馏段、提馏段分开计算）一、塔径的计算1、板间距：

HT=300~450mm

按照规定选取整数

300\350\450\500\600\800

板上清液层高度：

hL可取(kěqǔ)50~100mm

2、塔径：分别计算精馏段和提馏段的塔径。 方法如下：14共六十五页（1）塔径 计算出的塔径D需要圆整，参照资料P61附录八。同时需要重新核算空塔气速，看其是否在允许(yǔnxǔ)范围内。

（2）空塔气速

u=（0.6~0.8）u允许

15共六十五页（3）允许速度：

C—气体负荷参数

—操作温度下的表面张力(biǎomiànzhānglì) 苯—甲苯精馏段σ=20.4mN/m

提馏段σ=19.0mN/m

乙醇—水精馏段σ=17.3mN/m

提馏段σ=45.1mN/m =20mN/m C20可查史密斯关联图，资料上P20（图5-1）(3-4)16共六十五页图5-1史密斯关联(guānlián)图LS—液相体积(tǐjī)流量m3/sVS---气相体积流量m3/s17共六十五页二、塔板布置(bùzhì)塔板有整块式和分块式两种塔板面积分为四个区域：（1）鼓泡区（2）溢流区（3）安定区：Ws=60~110mm（4）边缘区：Wc=30~75mm18共六十五页三浮阀数目及排列(páiliè)1、阀孔气速

浮阀按（JB118—68）标准化选型 选F1（V—1）型重阀，Φ39

阀孔气速

F0—气体动能参数，取F0=9~12合适注：ρV为气相的密度(mìdù)，不是ρ·V19共六十五页2、阀孔数（V：m3/s）由D、HT查资料P56附录四可知(kězhī)：

AT、AD、L、H、孔数N0、孔间距t、开孔率Φ

重新核对F0是否在（9~12）之间，如果不符合，需要(xūyào)重新计算。20共六十五页3、浮阀排列

在塔板有效(yǒuxiào)区域内，排列浮阀，以得到准确的阀孔数。75t21共六十五页..四、溢流装置(zhuāngzhì) 包括溢流堰、降液管和受液盘等部件。

D<2000时，采用单溢流

D>2000时，采用双溢流（1）堰形式：hOW>6mm时，采用平直堰，否则采用齿形堰

hOW=2.84×10-3×E×(Lh/LW)2/3 E—液流收缩系数，一般取E=1 Lh---塔内液体流量m3/h Lw---堰长，m

堰高：hW=hL-hOW（3-6）22共六十五页（2）降液管： 管内(ɡuǎnnèi)停留时间：（3）受液盘： 采用凹形受液盘，盘深50mm，溢流下堰与塔盘平齐，盘上开泪孔，当D>1400mm时开两个，否则开一个。>（3~5）秒23共六十五页第四章流体力学验算（只验算精馏段）目的： 验算在上述各项工艺参数(cānshù)已确定的塔内，要完成规定的气、液负荷，塔能否正常工作。内容：（1）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（2）绘制负荷性能图 24共六十五页一、各种参数(cānshù)的验算1、压降

单板ΔPf=ΔPC+ΔPl+ΔPσ（ΔPσ可略） 或hf=hc+hl（1）干板压降：计算阀孔临界气速u0C：1.825若u0<u0C，则用阀全开(quánkāi)前公式计算压降，即(6-2)25共六十五页若u0>u0C，则用阀全开(quánkāi)后公式计算压降，即（2）板上液层阻力(zǔlì)：

hl=（0.4~0.5）hL

(6-3)hc的单位为m单板压降：hf=hc+hl每块板的压降约在30~60mm水柱范围内26共六十五页2、液泛验算

降液管内液层高度Hd应为：

Hd=hf+hL+hd

流过降液管的阻力损失 液层厚度产生(chǎnshēng)的压降 单板总压降

hL=50~100mm之间，依已定的数据计算其中(qízhōng)：液流量堰长降液管底隙高度，取50mm(4-30)27共六十五页

若Hd<Φ（HT+hW），则不会发生液泛，否则须修改原来计算或设定的数据。 取Φ=0.5

3、雾沫夹带验算 雾沫夹带量eV<0.1kgL/kgV时才符合要求 主要与空塔气速和塔板间距有关 一般要求(yāoqiú)大塔泛点率<80%， 小塔（直径<0.9m）泛点率<70%

泛点率：操作时的空塔气速与发生液泛时的空塔气速的比值 泛点率可按下式计算：28共六十五页K=1······无沫液体CF——泛点负荷系数 （查资料图6-1）AT——塔截面积AP——塔盘有效(yǒuxiào)面积

AP=AT-2ADZ——液相流程长

Z=D-2H

上面两个(liǎnɡɡè)计算式取其较大者，若能小于70~80%，则eV可小于0.1泛点率：p16(6-12)(6-11)29共六十五页二、负荷性能图1、汽相负荷下限线（漏液线）

当汽相动能参数F=5~6时，易漏液2、雾沫夹带线（汽相上限线）

泛点率F>80%时，将出现雾沫夹带，取上面计算的F值较大的公式，将F=80%代入，可得到(dédào)关于Vs—Ls间的表达式，利用该式画线。

此时(cǐshí)孔速30共六十五页3、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在板上分布均匀

hOW=2.84×10-3×E×(Lh/LW)2/3=0.006m

将Lh换算成Ls表示，可画出一条垂直线。4、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能从液相中充分分离(fēnlí)，降低塔效率。

计算出的液相量是常数，即是一条垂直线。=5秒31共六十五页5、液泛线

Hd=φ(HT+hw)(a) Hd=hf+hL+hd(b) (a)、(b)两式联立并整理(zhěnglǐ)可得：其中(qízhōng)：N0：孔数φ：取0.5ε0：取0.5h0=0.05m32共六十五页

以上计算的各值代回总式中，可得Vs=ƒ(Ls)间的关系式，在图上可做出一条曲线，即为液泛线。6、操作(cāozuò)线

依塔物料衡算，计算出的Vs、Ls得一操作点P，联结原点、操作点的直线即为操作线。操作线与五种线的两个交点Vmax和Vmin，得操作弹性K33共六十五页将以上五种线作图1、汽相下限线2、汽相上限线3、液相下限线4、液相上限线5、液泛线

用剖面线表现可正常工作区域

画出操作(cāozuò)点，操作(cāozuò)线，计算操作(cāozuò)弹性

3~5为宜塔板负荷(fùhè)性能图：VmaxVminVLm3/sm3/s•P34共六十五页第五章塔的附属设备设计一、塔顶冷凝器的选型1、冷凝器放置方式：立式或卧式 指明原因、所用冷凝器的个数2、冷凝器的选型

水平放置时，取K=700W/m2·℃

垂直放置时，取K=600W/m2·℃

计算传热量(rèliàng)Q、传热温差Δtm、计算传热面积A、实际传热面积（应大于计算面积的1.2倍）、选型（附录五）(公称直径/管程数/管子数/换热面积/管长/公称压力)选型要在工艺流程(ɡōnɡyìliúchénɡ)图中表现出来(立卧管程数)35共六十五页二、塔釜的设计(shèjì)

h1h2W*1、釜中液面距最底层塔板距离(jùlí)h1：

为了避免带液过多，釜中液面至最底层塔板距离至少在0.5~0.7m以上2、釜内液层高度h2

釜内装填系数一般在0.6~0.7之间，如取0.65，塔釜高度HB=h1+h2（一般1.5~2m）36共六十五页3、塔底最后一块板的受液盘，称液封受液盘， 其深度及面积(miànjī)都应大一些，以保证液封，要指明所取的数据。

三、再沸器的选型（附录(fùlù)七）

选型要在工艺流程图中表现出来37共六十五页加热(jiārè)蒸汽管的计算（直接蒸汽加热(jiārè)）直管开孔通入蒸汽1、加热蒸汽用量：近似取提馏段上升(shàngshēng)蒸汽量2、计算加热管直径及孔数蒸汽气速：u=20~40m/s加热管直径（计算后要圆整并校核管中气速）：38共六十五页3、蒸汽管上的孔数 孔径(kǒngjìng)取d0=10mm，孔距t=2d0=20mm，小孔总面积一般是加热管横截面积的1.2~1.5倍，孔数：管在塔内有效(yǒuxiào)长度：D-(0.15~0.3m)孔列数：孔行数：39共六十五页管实际能排的行数（1）比较实际行数与计算所需行数，看是否(shìfǒu)够用（2）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。40共六十五页四、接管(jiēguǎn)尺寸1、进料管：液速取uf=（0.6~1.5）m/s2、回流管：液速取u=0.4m/s左右3、塔顶蒸汽管：气速取u=（15~25）m/s4、塔顶出料管：液速取：u=0.4m/s左右5、釜液排出管：液速取u=（0.6~0.7）m/s

6、塔釜出料管：液速取：u=（0.6~0.7）m/s

7、再沸器进口管：液速取；u=（0.6~0.7）m/s

8、再沸器出口管：气速取；u=（15~25）m/s

各种液、汽流量均需用体积数据（m3/s）代入计算管径。

d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业为准则，一般可取200mm41共六十五页42共六十五页第六章塔的结构设计一、塔盘的结构设计1、塔板：

D>800mm时采用(cǎiyòng)单溢流、分块式塔板，自身梁式结构。（弓形板2块、通道板1块、矩形板1~2块）43共六十五页

（1）通道(tōngdào)板L=D-2H-56400ºººººººººººººººººº42043

分块塔板的宽度定为400mm和420mm的原因(yuányīn)，是能使其通过Ф450或Ф500的人孔（2）矩形板44共六十五页（3）弓形板：带自身梁

D<2000时，m*=20mm D>2000时，m*=30mm m*——塔板与壁面间距 弓形板的弧边直径(zhíjìng)Dg=D-2m*

弓高e=0.5[D-377(n-3)-18(n-1)-400-2m*] n—分块数；

18—塔板各分块间的间隙，mmeD45共六十五页2、塔板厚度板厚：D=800~1400mm，δ=4mm D=1600~2000mm，δ=6mm3、泪孔D<1400时，开一个泪孔Ф10D>1400时，开两个泪孔Ф10，这时支撑板在中央(zhōngyāng)，两孔间距600mm，距离堰边50mm。46共六十五页二、塔体设计塔顶空间高度(gāodù)：HD=1.2~1.5m人孔处板间距：HT´=600~700mm

一般每8~10块板开一个人孔釜高：HB=h1+h2

（HB=1.5~2.0m）塔总高： 包括裙座及封头47共六十五页第七章设计结果(jiēguǒ)总汇及设计评述一、设计结果汇总表1、工艺计算参数2、塔、塔板结构参数3、流体力学参数项目符号单位数值48共六十五页二、设计(shèjì)评述3.设计(shèjì)体会、意见或建议1.设计的创新与特色2.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共六十五页文后参考文献表编排(biānpái)格式1.参照(cānzhào)标准：2.编排格式：

专著、论文集、学位论文、报告

[序号]主要责任者.文献题名.出版地：出版者，出版年.起止页码.[1]贾绍义,柴诚敬.化工原理课程设计.天津：天津大学出版社,2002

期刊文章

[序号]主要责任者.文献题名.刊名,年,卷（期）：起止页码.[2]方志杰.异蔗糖和烯丙醇的酸催化反应.精细化工,2002,16(1),49-50.中国学术期刊技术规范：CAJ-CDB/T1-200550共六十五页工程图的绘制(huìzhì)一设备(shèbèi)条件图（简图）

基本要求：图幅：坐标纸25*35；图框：留装订边；标题栏：校内使用 比例：缩小；字体与图线：绘图字体；

内容：－设备主要结构及尺寸－所有接管规格、定（方）位尺寸－接管表（连接形式及标准）－技术特性表（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－零（部）件表（代号，名称，规格，数量，推荐材料）51共六十五页二、带控制点工艺流程(ɡōnɡyìliúchénɡ)图

基本要求：图幅：A3； 图框：留装订边；标题栏：校内使用(shǐyòng)比例：不限；字体与图线：绘图字体；

内容：－设备外形：细实线；无比例－物料流程线：主要物料粗实线，辅料细实线－阀门、管件、仪表控制符号：细实线－设备标注；管路标注；－图例：阀门、管件、介质、控制点等符号的意义52共六十五页设计(shèjì)说明书编写及装订次序标题页2.设计任务书3.进度表4.目录5.第一章设计方案的确定和说明6.第二章工艺计算7.第三章塔和塔板的工艺设计第四章流体力学验算第五章塔的辅助设备设计第六章塔的结构设计第七章设计结果总汇(zǒnghuì)及设计评述参考文献13.相平衡图14.负荷性能图15.流程示意图16.设备条件图53共六十五页化工(huàgōng)基础数据表的内插法已知压强p(p2<p<p3)，用内插法查对应(duìyìng)的沸点t压强p1p2p3p4温度t1t2t3t4pt3p2p3t2t54共六十五页国家标准有关工程制图(zhìtú)的基本规定图幅与规格(guīgé)（GB/T14689-1993）１．图幅A0A1A2A3A4841×1189594×841420×594297×420210×297A1A2A3A4A0BACK55共六十五页图幅与规格(guīgé)（GB/T14689-1993）2．图框（留装订(zhuāngdìng)边）图幅A0A1A2A3A4a25c105accc标题栏ac标题栏cc图纸边界线图框线BACK56共六十五页图幅与规格(guīgé)（GB/T14689-1993）３．标题栏（GB/T10609.1-1989）（学号）（学院、专业）(日期)指导（比例）(日期)设计（图号）（图纸名称）大连工业大学10101060123025160HG041-学号-01BACK(签名(qiānmíng))(签名)57共六十五页比例(bǐlì)（GB/T14690-1993）优先选用比例允许选用比例原值比例1:1放大比例2:15:11×10n:12×10n:15×10n:12.5:14:12.5×10n:14×10n:1缩小比例1:21:51:101:1×10n1:2×10n1:5×10n1:1.51:2.51:31:41:61:1.5×10n1:2.5×10n1:3×10n1:4×10n

BACK58共六十五页字体(zìtǐ)（GB/T14691-1993）

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汉字高度：不小于3.5mm，1.8，2.5，3.5，5，7，10，14，20mm图线（GB/T4457.4-