课程设计2011

6、塔板设计
(1).塔板布置
i.开孔区面积Aa
x Aa 2 x r 2 x 2 r 2 (sin 1 ) 对于单流型塔板 r D D x (Wd WS ) ,m r WC ,m 式中 2 2 1 x sin r 以弧度表示的反三角函数
对于双流型塔板
u 0 .6 ~ 0 .8 u m ax
—最 大 空 塔 气 速 ， m/ s
umax
L V C V
umax
L 、V — 分 别 为 液 相 与 气 相 密 度 ， k g m 3 0 .2 负荷系数 C C 20 C ( 20 值 可 由 S m i t h 关 联 图 求 取 ) 20
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
2.理论塔板数NT的求解
1.0 0.9 0.8 0.7
化工原理课程设计
伍 钦 qwu@ 易聪华 28831594@
Contents
目的
设计任务书
设计要求 设计主要内容
说明书的编写
装配图
课程设计的目的
目的： 锻炼学生的综合能力：资料查阅、知识综 合应用、理论计算、设备选型、绘制图形、 编写说明书。 培养工程观念：理论→小试→放大。
(3).堰高
LS —塔内液体流量, hW
hW h L h OW
m3 S
lW 5 5 hOW 2 hOW hn 2 hn hn —齿深, m;可取为 0.015m


堰高与板上液层高度及堰上液层高度的关系：
5、降液管的设计
W A （1） 、降液管的宽度 d 与截面积 f lW ，查图求取。 可根据堰长与塔径比值 D 降液管的截面积应保证溢流液中夹带的气泡得以分离，液体在降 液管中的停留时间一般等于或大于 3～5 秒，对低发泡系统可取低值， 对高发泡系统及高压操作的塔，停留时间应加长些。 故在求得降液管的截面积之后，应按下式验算液体在降液管内的
iii 安定区
开孔区与溢流区之间的不开孔区域为安定区，其作用为
使自降液管流出液体在塔板上均布并防止液体夹带大量泡沫进入降液 管。其宽度 WS ( WS )指堰与它最近一排孔中心之间的距离，可参考下 列经验值选定：
溢流堰前的安定区
进口堰后的安定区 直径小于 1m 的塔可适当减小。
WS =70～100mm WS =50～100mm
hL —板上清液层高度，m 0 —反映板上液层充气程度的因数，可称为充气因数，无 0 =0.5～0.6。
iii.液体表面张力的阻力
4 h L gd 0
表面张力 : N / M
气体通过塔板的压降（Δ Pp=hpgρ L）应低于设计允许值。
(2) .降液管内液体高度(液泛 or 淹塔)
停留时间，即

A H
f T

LS
—液体在降液管中的停留时间，s
Af
（2）.降液管底隙高度 为保证良好的液封，又不致使液流阻力太大，一般取为
hO
m3 —降液管截面积，
hO hW 0.006 ~ 0.012 , hO
m
也不易小于 0.02～0.025m，以免引起堵塞，产生液泛。
工艺流程图（仅作参考）
对整个设计方案给出具体说明
设计计算部分 第一节 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
塔设备的生产能力一般以吨/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。
h
hO W
m3 h
2 .84 L h E 1000 lW
2 3
lW Lh
—堰长,
m;
E
—塔内液体流量， —液流收缩系数，查图求取。一般可取为 1，误差不大
齿形堰
hOW 不超过齿顶时 hOW 1 . 17 L S hn lW

5
2
hOW 超过齿顶时 LS 0.735
第三节 塔板的流体力学验算
i.干板压降
hC
u 0 2 V hC 0.051( ) C0 L
式中
u0 —筛孔气速，m/s
L 、 V —分别为液、气密度， kg m3
C0 —孔流系数，
C 0 0.8806 0.0677 ( ( d0
d0

) 0.00732 (
d0

) 0.000338 (
设计内容
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. 工艺设计计算 工艺参数的选定、物料衡算、热量衡算、设备的工艺尺寸计算等 3. 结构设计计算及流体力学性能校核
4.典型辅助设备的选型和计算 包括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
5.整块式塔板塔节装配图
2
d0

)3

).......孔径与塔板厚度之比
ii.板上液层阻力 hl 板上充气液层阻力受堰高、气速及溢流长度等因素的影响，一般 用下面的经验公式计算： hl 式中： 因次,一般
0 hL 0 ( hW hOW )
0 0 . 652029 F 0 0 .185964 0 与气相动能因子Fa 有关， Vs Fa u a V ua (单流型塔板 ) AT A f
汽相乙醇含量 Y
液相乙醇含量 X
3.计算全塔效率:
3.实际板数N的求解
4.塔的气液负荷计算
第二节 塔的主要工艺尺寸设计计算
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
m3 s 式 中 Vs —塔 内 的 气 相 流 量 ，
u — 空 塔 气 速 ， m /s
2 2 2 1 x 2 Aa 2 x r x r sin 2 x1 r 2 x1 r 2 sin1 r Wd x1 WS ( d 为双溢流中间降液管的宽度) W 式中 2
其它符号与单流型塔板公式同
x r
ii 溢流区 溢流区面积 A f 及 A 分别为降液管和受液盘所占面积. f
0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1
a) 过D点（xD，xD） 作平衡线切线，计 算Rmin b) 取回流比R= （1.1~2）Rmin c) 计算精馏段操作线 方程和提馏段操作 线方程 d) 图解法得到NT
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
Fo uo v
选用F1型浮阀，重型，阀孔直径do=0.039m，初取动 能因子F0=10，计算阀孔气速u0
每层塔板上的阀孔数为
N

4
qG d0 u0
2
b)浮阀排列方式
选择错排方式，计算孔心距t：
t d0 0.907 Aa A0
校核气速及动能因子： 动能因子在9~12，开孔率在10%~15%合理
说明书的主要内容
（1）设计题目（包括课程设计任务书）； （2）说明书目录（标题及页次）； （3）设计说明（说明论证，并附带控制点装置工艺流程图）； （4）工艺设计（物料衡算、回流比、理论板数、进料位置等， 计算机计算应有相应框图和源程序）； （5）板式塔的结构设计（板间距、塔径及塔板布置设计） （6）附属设备的选型设计（包括预热器、冷凝器、冷却器和再 沸器、接管、进料泵、回流泵等的选型）； （7）设计结果汇总（包括主要工艺尺寸、各种物料的量和状态 及设计时规定的操作条件等）； （8）结语（包括对设计的自我评述以及有关问题的分析讨论等） （9）设计参考资料目录（资料的编写：书名、作者、出版单位 和出版年月）；
编写设计说明书
统一的封面装订成册； 说明书的文字叙述要简练、明确、字迹要工整清楚； 各种计算方法应举例说明，公式的符号（单位）应
标注清楚，必要时应附上示意图和计算数据表格；
所引用的数据、公式或结论可在每页右侧留出的约 2cm宽的长框内用符号[*]注明其来源； 选用的重要参数和计算的重要结果也可写在右侧的 长框中或用表格的形式汇总列出。
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 OW ： 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。 平直堰的 hOW 按下式计算 式中
iv 无效区
在靠近塔壁的塔板部分需留出一圈边缘区域供支撑塔板的边缘之 用，称无效区。其宽度视需要选定,小塔为 30～75mm，大塔可达 50～ 75mm。为防止液体经边缘区流过而产生短路现象，可在塔板上沿塔壁设 置旁流挡板。
（2）浮阀数以及排列方式
a)阀孔数
由《传热传质过程设备设计》p194 式4-18 可知：
化工原理课程设计任务书
设计题目：乙醇-水连续精馏塔的设计
塔板结构
工艺参数： 1、乙醇－水混合物，含乙醇 ％（质量），温度 ___0C; 0C; 2、产品：馏出液含乙醇 ％（质量），温度 按间接蒸汽加热计，残液中含酒精浓度不高于0.1% （质量）； 3、生产能力：日产酒精（指馏出液） kg; 4、热源条件：加热蒸汽为饱和蒸汽，其绝对压强为 MPa;