化工原理课程设计-塔设计(详细过程)

d =
4V s πu
流速u 流速u选定 算出d 算出d后再查管子规格
•其它：裙座、螺栓座等参考《化工原理课程设计》 。 其它：裙座、螺栓座等参考《化工原理课程设计》 其它
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裙座 接管 封头 螺栓座 基础环
60
管口方位图
塔 剖 视 图
局 部 放 大 图
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塔 剖 视 图
局 部 放 大 图
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吊柱
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塔板布置 塔板有整块式和分块式： 塔板有整块式和分块式： 整块式 D<800 800mm 一般用整块式。 D<800mm ，一般用整块式。 D>800 800mm 一般用分块式，通过人孔装拆。 D>800mm ，一般用分块式，通过人孔装拆。
⑥ ① ② ③ ⑤ ④
整块式
分块式
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封头
塔的总高度＝ 塔的总高度＝ 封头高度＋ 封头高度＋ 塔顶高度＋ 塔顶高度＋ 有效高度＋ 有效高度＋ 塔底高度＋ 塔底高度＋ 裙座高度
液相
常压塔取 hL=0.05~0.1m
HT
hL
气相
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溢流装置
常用弓形单溢流 出 口 降堰 液 管 液体
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单溢流出口堰长： 单溢流出口堰长： lw=(0.6~0.8)D (0.6~0.8) 出口堰高： 出口堰高： w
出口堰 出口堰 降 液 管
h = hL − how
2 3
hw
how hL
对于平堰，堰上液层高度 how ： 对于平堰，
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新的标准
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新的标准
70
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u = (0 . 6 ~ 0 . 8 )u max
umax为泛点气速或极限空塔气速
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umax
ρ L − ρV =C ρV
0.2
ρV 、ρL 为汽、液相密度 为汽、 C 为负荷系数（m/s） 为负荷系数（m/s）
C20 为 液 相 表 面 张 力 σ =20 mN/m时的负荷系数， 时的负荷系数 mN/m时的负荷系数，查图
0.4 x 0.6 0.8 1
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乙醇一水溶液在常压下的汽液平衡数据 乙醇一水溶液在常压下的汽液平衡数据
液相乙醇含量 液相乙醇含量 质量分率(%) 质量分率(%) 0.20 0.50 1.00 2.00 24.00 26.00 28.00 30.00 90.00 92.00 94.00 95.57 摩尔分率(%) 摩尔分率(%) 0.08 0.19 0.39 0.79 11.00 12.08 13.19 14.35 77.88 81.83 85.97 89.41 汽相乙醇含量 相乙醇含量 质量分率(%) 摩尔分率(%) 质量分率(%) 摩尔分率(%) 2.6 6.l 10.1 19.7 68.0 69.3 70.3 71.3 91.3 92.7 94.2 95.57 1.03 2.48 4.20 8.76 45.41 46.90 40.08 49.30 80.42 83.26 86.40 89.41 沸点 (℃) ℃ 99.6 99.3 98.75 97.65 85.95 85.4 85.0 84.7 78.5 78.3 78.2 78.15
hw
出口堰 出口堰 降 液 管
how hL ho
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受液盘：承接来自降液管的液体， 平受液盘和 受液盘：承接来自降液管的液体，有平受液盘和 凹形受液盘。 凹形受液盘。 凹形受液盘：用于大塔（ 800mm mm） 凹形受液盘：用于大塔（D>800mm）。 平 受 液 盘
塔板 凹形受 液盘
溢流堰 降液管
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液 汽
液 堰 筛孔 塔板
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浮阀塔板
泡罩塔板
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塔板
35
塔板
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37
38
物料衡算
D, xD F, xF
塔顶产品
F = D + W FxF = DxD + WxW
进料
F、D、W——摩尔流量，kmol/h 摩尔流量 xF、xD、xW ——摩尔分率 摩尔分率
how
2 .84 Lh = E l 1000 w
lw
Wd
D
Af
（通常取 E＝1）
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降液管的宽度 Wd 和截面积 Af 查图， 由 lw/D 查图， AT ＝πD2/4 为塔截面积
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降液管底隙高度h0
Lh h0 = 3600 l w u ' o
m/s） （选uo’ = 0.07~0.25 m/s） 也可取： 也可取：h0 = hw －0.006
釜液
W, xW
39
理论板数N 图解法） 理论板数N（图解法） q线 加料板 3 4 5 xW xF 再 沸 器 xD
40
12Biblioteka q=r + C p (t b − t F ) r
实际板数
Np =
N ET
1
0.8
0.6 y 0.4
0.2
0 0 0.2
乙醇乙醇-水的汽液平衡数据及沸点见 《化工原理实验讲义》，乙醇-水 化工原理实验讲义》 乙醇混合物的密度、 比热、 混合物的密度、焓、比热、粘度 化工原理课程设计》 见《化工原理课程设计》等。
塔的有效高度： ( N p − 1 − N ' ) H T + N ' H T ' 塔的有效高度：
Np=塔内实际板数 HT=板间距 N’＝塔中人孔数（不包括塔 ＝塔中人孔数（ 顶和塔底） 顶和塔底） H’T=人孔处板间距
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•塔壁厚、封头、人孔尺寸查表定； 塔壁厚、封头、人孔尺寸查表定； 塔壁厚 •接管（进料、回流、釜液、汽体进、汽体出）尺寸由计 接管（进料、回流、釜液、汽体进、汽体出） 接管 算得到（参见《化工原理课程设计》 算得到（参见《化工原理课程设计》）；
4
液 汽
液
溢 流 堰
筛孔 塔板
5
封头
板 式 塔 结 构
封头
6
7
8
9
10
塔的附件 选做） （选做）
除沫器
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吊柱 保温圈
扶梯 扶梯平台
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裙座 接管 封头 螺栓座 基础环
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15
封头
封头
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17
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19
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裙座人孔
螺栓座 基础环
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人孔
23
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塔内径 D 精馏段和提馏段分别计算） (精馏段和提馏段分别计算）
D =
4V s πu
Vs为蒸汽体积流量 Vs为蒸汽体积流量 u为空塔气速
算出D后，要按常用的标准塔径进行圆整： 算出D 要按常用的标准塔径进行圆整： 800、900、1000、1200、1400、 800、900、1000、1200、1400、1600mm
wA、wB为质量分率
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H T− h L
HT为板间距 hL为板上清液层高度
C20
史密斯关联图
Lh ρ L 1/ 2 Lh、 Vh为液、汽体积 为液、 ( ) Vh ρV 流量（ /h） 流量（m3/h）
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塔径D m 板距HT mm
板间距 HT的选取 0.3~ 0.5 200~ 300 0.5~ 0.8 300~ 350 0.8~ 1.6 350~ 450 1.6~ 2.0 450~ 600 2.0~ >2.4 2.4 500~ ≥600 800
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•对D>0.8m的塔，一般每隔6-8块塔板开设人孔（塔顶、 对 的塔，一般每隔6 块塔板开设人孔 塔顶、 人孔（ 塔底一般也开人孔） 塔底一般也开人孔 ） ， 人孔处的板间距一般不应小于 0 . 6 m。 •料液进口所在处的板间距也不应小于 0.6m（进料处 料液进口所在处的板间距也不应小于 一般也开人孔） 一般也开人孔）。
3
设计内容 1.工艺设计：物料衡算，塔板数（包括理论板数、进料 1.工艺设计：物料衡算，塔板数（包括理论板数、 工艺设计 位置、全塔效率、实际板数），塔径（ ），塔径 位置、全塔效率、实际板数），塔径（精馏段和提馏段 分别计算），溢流装置。 ），溢流装置 分别计算），溢流装置。 2.结构设计 接管（塔顶出汽、塔顶回流、进料、 结构设计： 2.结构设计：接管（塔顶出汽、塔顶回流、进料、塔底 出料、塔底进汽）、封头、裙座、人孔、塔壁厚、 ）、封头 出料、塔底进汽）、封头、裙座、人孔、塔壁厚、塔的 总高度等。 总高度等。 3.绘制塔装配图（ 绘制塔装配图 图纸，包括塔剖视图、 3.绘制塔装配图（用1号图纸，包括塔剖视图、局部放大 管口方位图、技术要求、管口表、明细表）。（ ）。（参 图、管口方位图、技术要求、管口表、明细表）。（参 考教材: 化工原理课程设计》 考教材:刘雪暖 汤景凝 编《化工原理课程设计》) 4.编写设计说明书（包括封面、目录、各项设计内容、 编写设计说明书 4.编写设计说明书（包括封面、目录、各项设计内容、 参考资料、最后附上设计任务书）。 参考资料、最后附上设计任务书）。 上交材料： 上交材料：图纸和说明书
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估算全塔效率
ET = 0.49(αµ L )
−0.245
(一般取塔顶、进料板、塔底三点平均） 一般取塔顶、进料板、塔底三点平均） 相对挥发度 混合物粘 度的估算
α和µL 为平均相对挥发度和液相的粘度（mPa⋅s） 平均相对挥发度和液相的粘度（mPa⋅
y A xB α= x A yB
µ L = x A µ A + xB µ B
σ C = C20 20
σ为液相平均表面张力， mN/m 为液相平均表面张力，