板式精馏塔设计计算

m xii
温度t ℃ L(苯) 3 L(甲苯) 3 L(苯) L(甲苯) L(苯) • L(甲苯) •
物性参数表
80
90
100
110
120
815
803.9 792.5 780.3
768.9
810 21.27
800.2 20.06
790.3 780.3 18.85 17.66
770.0 16.49
0.3-0.35
0.35-0.45 0.45-0.6
0.5-0.8
≥00..86
2、塔径估算 确定原则： 防止过量液沫夹带液泛 步骤： 先确定最大空塔气速 ()； 然后根据经验确定设计气速 u； 最后计算塔径 D。
① 最大空塔气速（液泛气速，课本P.128—129）
umax C
L V V
C
C20
L
20
0.2
筛板塔，可查教材图 求 C20 ； 浮阀塔可查数据手册书确定C20 。
0.1 0.09
0.07 0.06
C20
0.05 0.04
0.03
0.02
HT=0.6 0.45 0.3
0.15
0.01 0.01
0.02 0.03 0.04 0.07 0.1
FP VL L VG G
筛板塔气体负荷因子关联图
3、进料状况的选择 进料状态与塔板数、塔径、回流量及塔的热负荷都有密切的联系。 在实际的生产中进料状态有多种，但一般都将料液预热到泡点或接近泡点才送入塔中，这主要
是由于此时塔的操作比较容易控制，不致受季节气温的影响。 此外，在泡点进料时，精馏段与提馏段的塔径相同，为设计和制造上提供了方便。
4、多股进料 本次设计宜采用单股进料。
出口安定区：避免夹带气泡的液体进入降液管
④ 有效传质区(开孔区)：
（2）全塔效率 可查P145页图11-21确定
或： =0.1～1.0时， （3）实际塔板数
分别求精馏段和提馏段所需实际板数 （二）塔的工艺条件及物性数据
1、操作压强
ET0.4(9
)0.245
av
NPN/ET
塔顶pD ： pD 表 10 .3 1k Pa 塔底 p W p ： D 表 1 .3 0 N 1 P p k Pa 进料 p F p D ： 表 1.3 0 N （ P 1 p 精 k） P a
课本P.129
0.2 0.3 0.4
0.7 1.0
② 选取设计气速 u 选取泛点率： u / 一般液体， 0.7 ～0.8 易起泡液体， 0.5 ～ 0.6
AT
Ad D
lw
设计气速 u = 泛点率 ×
③ 计算塔径 D
所需气体流通截面积
AATAd
AT
A 1 Ad
AT
A来自百度文库 Vs u
A 1 Ad
AT
3、平均密度
（1）气相平均密度 （2）液相平均密度
Vm
pmMVm RTm
1 a （3）计算塔顶、塔底、进料处气、液相平均密度； i
（4）计算精馏段、提馏段平均密度。 Lm
i
平均密度： (精)=( )/2 (精)=( )/2 (提)=( )/2 (提)=( )/2
4、液体平均表面张力 （1）液相平均表面张力
Ls
LMLm
3600Lm
第三节 板式塔主要尺寸的计算
板式塔主要尺寸的设计计算： ◇包括塔高 ◇塔径的设计计算 ◇板上液流形式的选择 ◇溢流装置的设计 ◇塔板布置等 设计时，先选取某段塔板（如精馏段、提馏段）条件下的参数作为设计依据，以此确定塔的尺寸， 应尽量保持塔径相同，以便于加工制造。 由于塔中两相流动情况和传质过程的复杂性，许多参数和塔板尺寸需根据经验来选取，因此设计 过程中不可避免要进行试差，计算结果也需要工程标准化。
hb
底隙： 堰头液高： h0W 堰高：
Wc r
Ws lW
x
Wd
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。
U型流型
单流型
双流型
液流型式选取参考表
塔径 m 1.0 1.4 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0
液 体 流 量 m3/h U 型流型 单流型 双流型 阶梯流型
堰上方液头高度 可用经验式计算：
how2.84103ElLW h 2/3
E 可由图11-11查取(P.131) ，若不是过大，可近似取1。
过小时，板上液体流动不均，效率降低，可调整 。
h0W6mm
堰长 ：对于弓形降液管
堰长由计算得到的塔径确定
单流型： 双流型:
lW D0.60.8
lW D0.50.7
21.69 20.59 19.94 18.41
17.31
0.308 0.279 0.255 0.233
0.215
0.311 0.286 0.284 0.254
0.228
(三) 气液负荷的计算 精馏段：V＝(R＋1)D
L＝
提馏段： V ＝V ＋(q－1)F L ＝L ＋F
m3 m3
Vs
VMVm
3600Vm
也可根据数据手册推荐值按塔径选取
：液体流量m3
4、塔板及其布置
塔径小于0.9m时可用整块板；
Wc
塔径较大时，常采用分块式塔板。
① 受液区和降液区 一般两区面积相等。
r Ws
lW x
②边缘区
小塔：
大塔：
Wc 3― 050mm
Wd
Wc 5― 070mm
③入口安安定定区区：：因板上液W 面落s差，W 减s少 漏液5― 010m0m
量点； （5）主体设备工艺条件图（装配图） 图面上应包括设备的主要工艺尺寸，技术特性表和接管表；
2、课程设计组成 （1）设计说明书主要内容：
◇封面（课程设计题目、班级、姓名、指导教师、时间 ）； ◇ 目录； ◇ 设计任务书； ◇ 工艺流程图及设计方案说明； ◇ 设计条件及主要物性参数表； ◇ 工艺设计计算； ◇ 设计结果汇总表； ◇ 辅助设备的设计及选型； ◇ 设计评述及设计者对本设计有关问题的讨论； ◇参考资料。 （2） 工艺流程图及主体设备装配图；
一、精馏塔的结构设计 1、塔的有效高度和板间距
已知：实际塔板数 ； 选取塔板间距 ；
有效塔高：
ZHT Np
塔体高度＝有效高＋顶部空间＋底部空间＋塔裙座高度
选取塔板间距 ：
塔板间距和塔径的经验关系
塔径 D，m 0.3-0.5 0.5-0.8 0.8-1.6 1.6-2.0 2.0-2.4 >2.4
塔板间距 HT，m 0.2-0.3
6、冷却方式 通常在塔顶设置蒸气全部冷凝的全凝器。其为辅助设备，需进行选型，多采用列管式，水平或垂直
放置。
二、工艺计算 （一）全塔物料衡算
1、计算原料液、塔顶、塔底浓度 2、平均分子量：（原料液、塔顶 、塔底 ） 3、物料衡算求W、D 4、塔板数的计算 （1）理论板数的计算：
作y－x图、t－x－y图； 求最小回流比、实际回流比R； 图解法求理论板数N。
平均压强：(精)=( )/2
(提)=( )/2
2、操作温度 塔顶 ：可由图查得塔顶 、塔底 、进料处 。
平均温度：(精)=( )/2 (提)=( )/2
t/℃
如图：0.5， 0.05时， 泡点进料92℃ （露点进料101℃） 塔底 108℃
提馏段平均温度：
( )/2 ＝(92+108)/2＝100 ℃
二、化工原理课程设计的内容 1、课程设计的基本内容 （1）设计方案简介 对给定或选定的工艺流程，主要的设备型式进行简要的论述； （2）主要设备的工艺设计计算 包括工艺参数的选定、物料衡算、热量衡算、设备的工艺尺寸计算及结构设计； （3）典型辅助设备的选型和计算 对典型辅助设备的主要工艺尺寸计算和设备型号规格的选定； （4）工艺流程简图 以单线图的形式绘制流程图，标出主体设备和辅助设备的物料流向、物流量、能流量和主要化工参数测
5、加热方式的选择 ◇加热方式：蒸馏釜的加热方式通常采用间接蒸汽加热，设置再沸器。若塔底产物近于纯水，而且
在浓度稀薄时溶液的相对挥发度较大(如酒精与水的混合液)，便可采用直接蒸汽加热。 ◇加热剂：T＜180℃，常用饱和水蒸气。 ◇再沸器结构： 小塔可在塔底，形式有夹套式、蛇管式、列管式。 大塔一般在塔外，形式为列管式，有立式和卧式两种。
3、注意事项 整个设计是由论述、计算和绘图三部分组成。 ◇论述应该条理清晰，观点明确； ◇计算要求方法正确，误差小于设计要求，计算公式和所用数据必须注明出处； ◇图表应能简要表达计算的结果。
三、化工原理课程设计的步骤
本设计按以下几个阶段进行： 1、根据设计任务和工艺要求，确定设计方案。根据给定任务，对精馏装置的流程、操作条件、塔板类 型等进行论述。 2、蒸馏塔的工艺计算
AT
D
：塔截面 ：降液管截面
AT
4
D2
4 AT
A A T d si 1 n lD w lD w 1(lw/D )2 /
sin1 lw 的单位取弧度 D
也可由查图得（教材P.137）
和
的确定：
单流型：
lW D0.60.8
双流型:
lW D0.50.7
说明：计算得到的塔径需圆整。
标准直径为：0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、1.0、1.2、1.4、1.6、1.8、2.0（m）……。 直径确定后应重新计算实际气速及泛点率。
板式精馏塔设计计算
1
第一节 概述
一、化工原理课程设计的目的和要求 通过课程设计，学生应该注重以下几个能力的训练和培养： 1. 查阅资料，选用公式和搜集数据的能力； 2. 树立既考虑技术上的先进性与可行性，又考虑经济上的合理性，并注意到操作时的劳动条件和
环境保护的正确设计思想，在这种设计思想的指导下去分析和解决实际问题的能力； 3. 迅速准确的进行工程计算的能力； 4. 用简洁的文字，清晰的图表来表达自己设计思想的能力。
泛。 底隙 ：应小于 ，通常在 30 ~ 40 。
液体流经底隙的流速 ()， 一般 = 0.07—0.25。
③ 溢流堰（又称出口堰）
④
作用：维持塔板上一定液层，使液体均匀横向流过。
⑤
型式：平直堰、溢流辅堰、三角形齿堰及栅栏堰。
⑥
主要尺寸：堰高和堰长
平流堰
溢流辅堰 三角形齿堰
栅栏堰
堰高 ：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： =50 ~ 80 ； 减压塔： = 25 。 = － h0W 板上液层高度（常压）： = 50～100
◇确定理论塔板数（作图法）、实际板数； ◇确定塔高和塔径。
3、塔板设计： ◇设计塔板各主要工艺尺寸 溢流装置、塔板布置、筛孔或浮阀的设计及排列（图）； ◇进行流体力学校核计算； ◇画出塔的负荷性能图。
4、管路及附属设备的设计与选型，如冷凝器、泵等。 5、抄写说明书。 6、绘制精馏装置工艺流程图和精馏塔装配图。
x （2）查塔顶、塔底、进料温度下的液体的表m 面张力； i i
（3）计算塔顶、塔底、进料处液相平均表面张力； （4）计算精馏段、提馏段平均表面张力。 5、液体平均粘度 （1）液相平均粘度 （2）查塔顶、塔底、进料温度下的液体的粘度； （3）计算塔顶、塔底、进料处液相平均粘度； （4）计算精馏段、提馏段平均粘度。
110 100 90 80
0
p=101.3kPa
t-y t-x
x (y) 1.0
2、平均摩尔质量 （1）由塔顶、塔底、进料处的浓度计算平均摩尔质量； （2）计算精馏段平均摩尔质量 (精)、 (精)； （3）计算提馏段平均摩尔质量 (提)、 (提)。
如塔顶：y1 = =0.966，按气液平衡关系 可查得x1 =0.916 则： 0.966×78.11+(1－0.966) ×92.13=78.59 0.916×78.11+(1－0.916) ×92.13=79.29
第二节 板式精馏塔的工艺计算
一、设计方案的确定 1、装置流程的确定：
经济方面：充分考虑整个系统的热能利用，降低操作费用。 操作的稳定性：加热蒸汽的压力、进料量、回流液等 2、操作压力的选择：设计压力一般指塔顶压力。 蒸馏操作通常可在常压、加压和减压下进行。 确定操作压力时，必须根据所处理物料的性质， 兼顾技术上的可行性和经济上的合理性进行考虑。 可考虑取常压操作，塔顶压力为4（表压）， 每层塔板压降 p≤0.7。
<7
<45
<9
<70
<11
<90 90-160
<11
<110 110-200 200-300
<11
<110 110-230 230-350
<11
<110 110-250 250-400
<11
<110 110-250 250-450
② 降液管形式和底隙 降液管：弓形、圆形。 降液管截面积：一般 = 0.06 ~ 0.12 ，由 确定(图11-16) 过大，气液两相接触传质区小，生产能力和板效率将较低； 过小，易产生气泡夹带，引起降液管液