化工原理课程设计

化工原理2021/6/271化工原理课程设计的作用1.化工原理的培养目标之一；工程观点/定量计算/实验技能/设计能力2.培养自学和综合运用所学知识的能力；3.通过设计计算培养“四心”；

－－细心、耐心、信心、责任心4.通过设计计算，了解做事的“程序”。

－－“胸有成竹”2021/6/272掌握化工原理课程设计的方法英文中的“5WH”1.What+Why----知其然，知其所以然；

设计目的、设计原理2.Who+When+Where-----故事的三要素；3.How-----1)Howtodesign设计步骤2)Howtodealwithdesigndata设计数据处理－－计算规则、圆整、校核等2021/6/273设计型计算的主要特征1.“从无到有”－－－为设计施工单位提供设备尺寸、接管方位、工艺条件参数等。2.“校核设备”－－－由于条件变化对现有设备进行校核计算，为实际生产节省资源。2021/6/274南

京

工

业

大

学化工原理课程设计任务书

专业:化学工程与工艺班级:化工0705～8/化强0701姓名：

.

设计日期：

2010年

06月

14日至

2010年

06月

25日设计题目：常压二元筛板精馏塔的设计

设计条件：2021/6/275设计题目：常压二元筛板精馏塔的设计

设计条件：体系：丙酮－水已知：进料量F：240kmol/h进料浓度ZF：

0.15进料状态：q>1,冷液进料(1.08)2021/6/276设计题目：常压二元筛板精馏塔的设计

设计条件：操作条件：塔顶压强p顶=4kPa(表压)，

单板压降不大于0.7kPa。塔顶冷凝水一般采用深井水，温度t＝12℃；塔釜加热方式：1）直接蒸汽加热；2)间接蒸汽加热，一般采用3kgf/cm2水蒸汽。全塔效率：ET=52%分离要求：1)xD=99.5％(乙醇－水体系xD=88％)；2)xW=0.2％（乙醇－水体系xW=1％）；3)回流比R/Rmin=1.6。2021/6/277设计计算的内容：一、流程的设计；二、物料衡算；三、1.理论板数NT；2.ET；3.N；四、工艺计算和物性1.Pm；2.tm；3.Mm；4.

m；5.

m；6.

Lm；五、负荷计算2021/6/278设计计算的内容：六、1、塔径D2、溢流装置

单溢流

弓形降液管；平形降液管平形溢流堰lw＝0.66D,hw；wd；Ad；h03、塔板布置4、n,

5、Z6、塔高2021/6/279设计计算的内容：七、流体力学验证1.Hp；2.ev；3.漏液；4.液泛八、塔板负荷图九、总图十、附属设备及接管尺寸

核心：

精馏段、提馏段计算及校核

换热器的计算及校核2021/6/2710氯仿－苯体系汽液平衡数据(101.325kPa)氯仿质量分数液相汽相t(℃)0.00.080.20.100.13679.90.200.272790.300.40678.10.400.5377.20.500.65760.600.7574.60.700.8372.80.800.9070.50.900.961671.01.0612021/6/2711甲醇－水体系汽液平衡数据(101.325kPa)

甲醇mol分数xyt(℃)0.00.01000.020.13496.40.040.2393.50.060.30491.20.080.36589.30.100.41887.70.150.51784.40.200.57981.7甲醇mol分数xyt(℃)0.300.665780.400.72975.30.500.77973.10.600.82571.20.700.8769.30.800.91567.50.900.958660.950.979651.01.064.52021/6/2712丙酮－水体系汽液平衡数据(101.325kPa)参考教材P306

丙酮mol分数xyt(℃)0.00.01000.010.25392.70.020.42586.50.050.62475.80.100.75566.50.150.79863.40.200.81562.10.300.83061.0丙酮mol分数xyt(℃)0.400.83960.40.500.84960.00.600.85959.70.700.87459.00.800.89858.20.900.93557.50.950.96357.01.01.056.132021/6/2713丙酮－水体系汽液平衡数据(101.325kPa)[5]，刘雪暖，汤景凝。《化工原理课程设计》。

丙酮mol分数xyt(℃)0.00.01000.010.27992.00.0250.4784.20.050.6375.60.100.75466.90.200.81362.40.300.83261.10.400.84260.3丙酮mol分数xyt(℃)0.500.85159.80.600.86359.20.700.87558.80.800.89758.20.900.93557.40.950.96256.90.9750.97956.71.01.056.52021/6/2714丙酮－水体系汽液平衡数据(101.325kPa)

，时钧，余国淙，汪家鼎。《化学工程手册》。

丙酮mol分数xyt(℃)0.050.638174.80.100.730168.530.150.771665.260.200.791663.590.300.812461.870.400.826960.750.500.838759.950.600.853259.120.700.871258.290.800.895057.490.900.933556.680.950.962756.32021/6/2715丙酮－水体系汽液平衡数据

2021/6/2716板式塔一、板式塔结构及性能（1）板式塔结构

进料回流液塔顶气相塔底液相2021/6/2717塔板结构①气体通道形式很多，如筛板、浮阀、泡罩等，对塔板性能影响很大。②降液管（液体通道）液体流通通道，多为弓形。③受液盘塔板上接受液体的部分。④溢流堰使塔板上维持一定高度的液层，保证两相充分接触。2021/6/2718浮阀塔板结构2021/6/2719（2）塔板上的气—液两相流动2021/6/2720汽、液两相接触方式

两相流动的推动力

全塔：逆流接触塔板上：错流接触液体：重力气体：压力差2021/6/2721

塔板上理想流动情况：液体横向均匀流过塔板，气体从气体通道上升，均匀穿过液层。气液两相接触传质，达相平衡，分离后，继续流动。

塔板上的非理想流动情况：

①气相或液相返混液沫夹带、气泡夹带，即：返混现象

后果：板效率降低。②不均匀流动

液面落差（水力坡度）：引起塔板上气体分布不均匀；塔壁作用（阻力）：引起塔板上液体分布不均匀。后果：使塔板上气液接触不充分，板效率降低。2021/6/2722液泛现象二、

塔内气、液两相异常流动

（1）液泛

如果由于某种原因，使得气、液两相流动不畅，使板上液层迅速积累，以致充满整个空间，破坏塔的正常操作，称此现象为液泛。2021/6/27231)过量雾沫夹带液泛原因：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。

液泛气速：

开始发生液泛时的气速。2021/6/27242）降液管液泛

当塔内气、液两相流量较大，导致塔板阻力及降液管内阻力增大时，均会引起降液管液层升高，以致达到上一层塔板，破坏降液管的正常流动，直至液相逐渐充满塔板空间，发生液泛。说明：两种液泛互相影响和关联，其最终现象相同。2021/6/2725（2）严重漏液

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。2021/6/2726三、常用塔板的类型（1）泡罩塔板优点：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。组成：升气管和泡罩2021/6/2727圆形泡罩条形泡罩泡罩塔2021/6/2728（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：3-8mm，大孔径筛板：12-25mm。2021/6/2729（3）浮阀塔板圆形浮阀条形浮阀浮阀塔盘方形浮阀2021/6/2730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2021/6/2731（4）多降液管（MD）塔板

优点：提高允许液体流量2021/6/2732五.筛板塔化工设计计算（1）塔的有效高度Z

已知：实际塔板数NP

；塔板间距HT；

选取塔板间距

HT

：理论塔板数计算软件塔板间距和塔径的经验关系塔体高度：有效高+顶部+底部+

其它

有效塔高：2021/6/2733

C：气体负荷因子，与HT、液体表面张力和两相接触状况有关。①液泛气速两相流动参数FLV：（2）塔径

确定原则：防止过量液沫夹带液泛

步骤：先确定液泛气速uf(m/s)；然后选设计气速

u；最后计算塔径D。2021/6/2734对于筛板塔(浮阀、泡罩塔)，可查图，C20=(HT

、FLV)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筛板塔泛点关联图2021/6/2735②选取设计气速

u

选取泛点率：u/

uf

一般液体，0.6~0.8

易起泡液体，0.5~0.6所需气体流通截面积设计气速

u=泛点率×ufADAd③计算塔径

D塔截面积：A=AT-Ad塔径说明：计算塔径需圆整，且重新计算实际气速及泛点率。2021/6/2736（3）溢流装置设计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。②降液管形式和底隙

降液管：弓形、圆形。降液管截面积：由Ad/AT=0.06~0.12确定；底隙

hb

：通常在30~40mm。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。2021/6/27372021/6/2738堰长

lW

：影响液层高度。堰高hW：直接影响塔板上液层厚度过小，相际传质面积过小；

过大，塔板阻力大，效率低。常、加压塔：40~80mm；减压塔：25mm左右。说明：通常应使溢流强度qVLh/lW

不大于100~130m3/（m

h）。

或：

双流型:单流型：2021/6/2739(4)塔板及其布置

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其中，E：液流收缩系数，一般可近似取E=1。堰上方液头高度hOW

：要求：③边缘区：bcbdbslWrx2021/6/2740（5）筛孔的尺寸和排列

筛孔：有效传质区内，常按正三角形排列。筛板开孔率：

单流型弓形降液管塔板：④有效传质区：

双流型弓形降液管塔板：bcbdbslWrxd0t2021/6/2741筛孔直径d0:3~8mm(一般)。

12~25mm(大筛孔)

孔中心距t:(2.5~5)d0

取整。开孔率φ:

通常为0.08~0.12。板厚：碳钢（3~4mm）、不锈钢。

筛孔气速：筛孔数：d0t2021/6/2742(6)塔板的校核

对初步设计的结果进行调整和修正。①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气体单位时间夹带到上层塔板的液体质量（或摩尔）e：

kg液体/h或kmol液体/h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：

所以2021/6/2743说明：超过允许值，可调整塔板间距或塔径。

ev的计算方法：方法1：利用Fair关联图求Ψ，进而求出ev。方法2：用Hunt经验公式计算ev。式中Hf

为板上泡沫层高度：要求：ev≤

0.1

kg

液体/kg气体。2021/6/2744②塔板阻力的计算和校核

塔板阻力：

塔板阻力hf包括

以下几部分:

（a）干板阻力h0—气体通过板上孔的阻力（设无液体时）；

（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。清液柱高度表示：（a）干板阻力h02021/6/2745d0/δC0塔板孔流系数C0—孔流系数2021/6/2746（b）液层阻力hl查图求充气系数β2021/6/2747说明：若