化工原理课程设计-塔设计(详细过程)

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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
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
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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
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》）；
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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
釜液
W, xW
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Fra Baidu bibliotek
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
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1
2
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。
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，
混合物表面张力 混合物表面张力
σ = x Aσ A + xBσ B
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平均密度查表或计算
PM m M m T0 p ρv = = RT 22 .4 Tp 0
汽相平均密度
1
ρL
=
wA
ρA
+
wB
ρB
液相平均密度
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
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，
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
61
塔 剖 视 图
局 部 放 大 图
62
吊柱
除沫器
63
人孔
裙座人孔
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管口方位图
人孔
吊柱
人孔
65
新的标准：不再用Pg和Dg 新的标准：不再用Pg和 Pg PN表示公称压力 MPa） 表示公称压力（ 用PN表示公称压力（MPa） DN表示公称直径 mm） 表示公称直径（ 用DN表示公称直径（mm）
明细表
66
新的标准
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新的标准：不再用Pg和Dg 新的标准：不再用Pg和 Pg PN表示公称压力 MPa） 表示公称压力（ 用PN表示公称压力（MPa） DN表示公称直径 mm） 表示公称直径（ 用DN表示公称直径（mm）
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
51
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
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新的标准
69
新的标准
70
71
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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
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
11
吊柱 保温圈
扶梯 扶梯平台
12
13
裙座 接管 封头 螺栓座 基础环
14
15
封头
封头
16
17
18
19
20
21
裙座人孔
螺栓座 基础环
22
人孔
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24
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26
43
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
化工原理课程设计
乙醇乙醇-水连续精馏板式塔设计
1
2
设计条件 •处理量： 处理量： 万吨/ 处理量 万吨/年 •进料组成（乙醇质量分数，下同）：______ 进料组成（ ）：______ 进料组成 乙醇质量分数，下同）： •进料温度： 进料温度： 进料温度 ℃ •塔顶产品组成：______ 塔顶产品组成： 塔顶产品组成 •操作回流比：______ 操作回流比： 操作回流比 •釜液组成：不高于0.5 %； 釜液组成： 釜液组成 不高于0.5 %； •塔顶操作压强：101.33 KPa（绝对压） 塔顶操作压强： KPa（绝对压） 塔顶操作压强 •单板压降：不超过0.7 KPa 单板压降： 单板压降 不超过0.7 •每年实际生产时间： 300 天 每年实际生产时间： 每年实际生产时间
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
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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）。
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液 汽
液 堰 筛孔 塔板
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浮阀塔板
泡罩塔板
34
塔板
35
塔板
36
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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