化工原理课程设计---板式精馏塔设计

（1）、降液管的宽度Wd 与截面积 Af
式中： QV 、QW 、QL、QB、QF 、QR 分别是塔顶蒸汽带出的热
量、塔底产品带出的热量、塔设备的热损失、塔釜加热量、进料带入 的热量、回流带入热量、
其中：塔设备的热损失 Q L 0.1Q B
再沸器热负荷 QB 1.1 QV QW QR QF
冷凝器热负荷 Q C Q V Q D Q R
b.经济核算确定适宜的回流比 根据生产经常费和设备投资费综合核算最经济原则，尽量使用 计算机进行最优化计算，确定适宜回流比。
c. 精馏塔实际塔板数 用近似后的适宜回流比在计算机上通过逐板计算得到全塔理 论塔板数以及精馏段和提馏段各自的理论塔板数。 然后根据全塔效率ET，求得全塔、精馏段、提馏段的实际塔 板数，确定加料板位置。
LS

LM Lm
3600 Lm
V—塔内气体摩尔流量 kmol/h
Vs—塔内气体体积流量 m 3 s
MVm 、 MLm —分别为精馏段气相平均分子量、液相平均分子量
Vm、 Lm —分别为精馏段气相平均密度、液相平均密度 kg m
(2)、提馏段气液负荷计算(同上)
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5、热量衡算
总热量衡算 QV QW Q L QB QF QR
表 1 板间距与塔径关系
塔径 D, m
0.3～0.5 0.5～0.8 0.8～1.6 1.6～2.0
塔板 间 距 HT mm 200～300 250～350 350～450 450～600
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2、塔径 D 的初估与圆整
根据流量公式计算塔径，即 D 4V S
u
式 中 Vs—塔 内 的 气 相 流 量 ，m 3 s
Rmin

xD yq yq xq
其中利用 t～x～y 关系，并借助二次样条插入的方法，求得
塔顶塔底的温度，进而求取全塔的平均温度，从而可以根据全
塔平均温度 式中：
求R 取全塔平均
---回流
相对挥发度。
R m in —最小
回流比Leabharlann —全塔平均相对挥发度3.理 论 板 数 和 实 际 板 数 的 确 定
0.49123Z 2 0.43196Z 3 ) (ln Lv )2 ]
Z HT hL
Lv

L V
( L V
)0.5
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3、液流型式的选择
液体在板上的流动型式主要有，U 型流、单流型、双流型和阶梯流
型等，其中常选择的则为单流型和双流型。（图见附录 1）
表 2、选择液流形式参考表
4.编写设计说明书 设计说明书应根据设计指导思想阐明设计特点，列出设计主
要技术数据，对有关工艺流程和设备选型作出技术上和经济上的 论证和评价。应按设计程序列出计算公式和计算结果；对所选用 的物性数据和使用的经验公式图表应注明来历。
设计说明书应附有带控制点工艺流程图，塔板结构简图和计算 机程序框图和原程序。
塔设备的生产能力一般以千克/小时或吨/年表示，但在理论 板计算时均须转换成kmol/h,在塔板设计时，气液流量又须用体 积流量m3/s表示。因此要注意不同的场合应使用不同的流量单位。
1.全塔物料衡算：
F=D+W FxF=DxD+WxW 塔顶产品易挥发组分回收率η 为： η = DxD/FxF 式中:F、D、W分别为进料、塔顶产品、塔底馏出液的摩尔流 量(kmol/h), xF、xD、xW分别为进料、塔顶产品、塔底馏出液组 成的摩尔分率
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（2）塔顶冷凝器的类型
(i)当塔顶为全凝器时, y1 X d
则自第一块塔板下降的液相组成 X1 与 Y1 成 相平衡，故可应用相平衡方程由 Y1 计算出 X1， 自第二块塔板上升蒸汽组成 Y2 与 X1 满足操作线 方程，由操作线方程以 X1 计算得出 Y2.
(ii)当塔顶为分凝器时, X 0 X d K
2. 确定最小回流比
一般是先求出最小回流比，然后根据
R 1 .1 — 2 R min ,确定回流比
R m in
是根据汽液相平衡方程 y

1
x


1

q 线方程 y q x x F q 1 q 1
联 立 求 得 交 点 xq yq ， 然 后 代 入 方 程
年处理量：25000 30000 35000 40000 45000 50000吨 料液初温：35℃ 料液浓度：40% 45% 50% 55% 60%（苯质量分率） 塔顶产品浓度：98% 98.5%（苯质量分率） 塔底釜液含甲苯量不低于 98%(以质量计) 每年实际生产天数：330天（一年中有一个月检修） 精馏塔塔顶压强：4 kpa（表压） 冷却水温度：30℃ 饱和水蒸汽压力：2.5kgf/cm2(表压) 设备型式：筛板(浮阀)塔 厂址：
3. 附属设备设计和选用 (1)加料泵选型，加料管规格选型
加料泵以每天工作3小时计（每班打1小时）。 大致估计一下加料管路上的管件和阀门。 (2)高位槽、贮槽容量和位置 高位槽以一次加满再加一定裕量来确定其容积。 贮槽容积按加满一次可生产10天计算确定。 (3)换热器选型 对原料预热器，塔底再沸器，塔顶产品冷却器等进行选型。 (4)塔顶冷凝器设计选型 根据换热量，回流管内流速，冷凝器高度，对塔顶冷凝器进 行选型设计。
5 2
hOW 超过齿顶时 LS

0.735
lW hn

hOW
5 2

hOW
hn
5 2
LS —塔内液体流量,m3 S hn —齿深, m;可取为 0.015m
(3).堰高 hW
堰高与板上液层高度及堰上液层高度的关系：
hW hL hOW
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5、降液管的设计
界线，当交替使用操作线方程和相平衡关系逐板往下计算到
xn xq 且 xn1 xq 时，就以第 n 块板为进料板。
（4）实际板数的确定
板效率：利用奥康奈尔的经验公式
E T 0 .4 9 L 0 .2 4 5 其中：
—塔顶与塔底的平均温度下的相对挥发度
L —塔顶与塔底的平均温度下的液相粘度, mpa s
先求出分凝器内与 Xd 成相平衡的 X0,再由 操作线方程以 X0 计算得出 Y1，然后由相平衡方 程由 Y1 计算出 X1，如此交替地使用操作线方程 和相平衡关系逐板往下计算，直到规定的塔底组成为止，得到理论板 数和加料位置。
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（3）加料板位置的确定
求出精馏段操作线和提馏段操作线的交点 xq 、yq ，并以xq 为分
2. 精馏塔设备设计
(1)选择塔型和板型
采用板式塔，板型为筛板(浮阀)塔。
(2)塔板结构设计和流体力学计算
(3)绘制塔板负荷性能图
画出精馏段或提馏段某块的负荷性能图。
(4)有关具体机械结构和塔体附件的选定
•
*接管规格：
根据流量和流体的性质，选取经验流速，选择标准管道。
*全塔高度：
包括上、下封头，裙座高度。
塔径
流体 流 量 m3/h
Mm
U 形流型 单流型 双流型 阶梯流型
600
5 以下
5～ 25
900
7 以下
7～ 50
1000 1200 1400 1500 2000 3000 4000 5000 6000 应用 场合
7 以下
45 以下
9 以下
9～ 70
9 以下
70 以下
10 以下 70 以下
11 以下 90 以下 90～160
4、溢流堰（出口堰）的设计
(1).堰长lW : 依据溢流型式及液体负荷决定堰长,单溢流型塔板堰
长 lW 一般取为(0.6 ～0.8)D；双溢流型塔板，两侧堰长取为(0.5 ～
0.7)D，其中 D 为塔径
(2).堰上液层高度hOW ：
堰上液层高度应适宜，太小则堰上的液体均布差，太大则塔板压
强增大，物沫夹带增加。对平直堰，设计时hOW 一般应大于 0.006m， 若低于此值应改用齿形堰。hOW 也不宜超过 0.06～0.07m，否则可改
用双溢流型塔板。
2
平直堰的 hOW 按下式计算
hOW

2.84 1000
E

Lh

3
lW
式中 lW —堰长, m; Lh —塔内液体流量，m3 h
E —液流收缩系数，查图求取。一般可取为 1，误差不大
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齿形堰
hOW 不超过齿顶时
hOW
1.17
LS hn
lW
（1）逐板法计算理论板数，交替使用操作线方程和相平衡关系。
精馏段操作线方程： yn1

L L D xn

D LD
xD
提馏段操作线方程：
L qF
W
y n 1 L q F W x n L q F W X w
xn1 yn (利用操作线方程)
yn xn (利用相平衡关系)
u —空 塔 气 速 ， m/s u 0.6 ~ 0.8 umax
umax C
L V V
umax —最 大 空 塔 气 速 ， m/s
L、V — 分 别 为 液 相 与 气 相 密 度 ， k g m 3
负荷系数
C

C
20


20
0 .2

(C20 值 可 由 S m i t h 关 联 图 求 取 )
QC 、 QD —分别为塔顶冷凝器带走热量、塔顶产品带走热量
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二．设备计算
二．塔和塔板主要工艺尺寸的设计
它包括板间距的初估，塔径的计算，塔板液流型式的确定，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，塔板布置和筛板的筛孔和开孔率，最后是水力校核和负荷性能图。
1、板间距 H T 的初估
板间距的大小与液泛和雾沫夹带有密切的关系。板距取大些，塔 可允许气流以较高的速度通过，对完成一定生产任务，塔径可较小； 反之，所需塔径就要增大些。板间距取得大，还对塔板效率、操作弹 性及安装检修有利。但板间距增大以后，会增加塔身总高度，增加金 属耗量，增加塔基、支座等的负荷，从而又会增加全塔的造价。初选 板间距时可参考下表所列的推荐值。
化工原理课程设计 ——板式精馏塔设计
化工原理课程设计
——筛板式精馏塔设计
第一部分：化工原理课程设计任务书 第二部分：设计方法 第三部分：化工塔器CAD设计软件介绍 第四部分：设计示例
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第一部分：化工原理课程设计任务书
一. 设计题目：苯——甲苯混合液筛板(浮阀)精馏塔设计
二. 原始数据
11 以下 110 以下 110～200 200～300
11 以下 110 以下 110～230 230～350
11 以下 110 以下 110～250 250～400
11 以下
110～250 250～450
用于较低 一般应用 高 液 气 比 极高 液 气 极
液气比
和大型塔板 大型塔板
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由上式算出的塔径按部颁发塔盘标准圆整，圆整后的塔径除了必
须满足板间距与塔径的关系外，还须进行空塔气速校核。
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C20 exp[4.531 1.6562Z 5.5496Z 2 6.4695Z 3 (0.474675
0.079Z 1.39Z 2 1.3212Z 3 ) ln Lv (0.07291 0.088307Z
对于多组分的液相粘度： L
xi Li
L i —液态组分 i 的粘度, mpa s
x i — 液相中组分 i 的摩尔分率
实际理论板数
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N实
N理 ET
4、塔的气液负荷计算
(1)、精馏段气液负荷计算
V R 1D
L RD
VS

VMVm
3600 Vm
三. 设计任务
完成精馏塔工艺设计，精馏设备设计，有关附属设备的设计和 选用，绘制带控制点工艺流程图，塔板结构简图，编制设计说明书。
四. 设计内容
1. 工艺设计 （1）选择工艺流程和工艺条件
a．加料方式 b. 加料状态 c. 塔顶蒸汽冷凝方式 d. 塔釜加热方式 e. 塔顶塔底产品的出料状态 塔顶产品由塔顶产品冷却器冷却至常温。 （2）精馏工艺计算： a. 物料衡算确定各物料流量和组成。
5.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。
第二部分：筛板式精馏塔设计方法
一. 工艺计算 二. 设备计算 三. 辅助设备计算 四. 塔体结构 五. 带控制点工艺流程图
一．工艺计算
主要内容是(1)物料衡算 (2)确定回流比 (3)确定理论板数 和实际板数 (4)塔的气液负荷计算 (5)热量衡算