筛板塔

筛板塔
筛板塔

一、设计概述

高径比很大的设备称为塔器。用于蒸馏(精馏)和吸收的塔器分别称为蒸馏塔和吸收塔。塔器在石化工艺过程中的作用主要是分馏、吸收、汽提、萃取、洗涤、回收、再生、脱水及气体净化和冷却等。常用的有板式塔和填料塔,国外塔器主要是在塔盘和填料技术上不断改进。我国近20年开发了许多性能优良的板式塔和填料塔,已在石化、炼油装置中得到了广泛应用,性能处于国际先进水平。其中具有代表性的主要有适宜于处理高液体通量的DT塔盘、适宜于处理高气体通量的旋流塔盘、具有高操作弹性及高效率的立体传质塔盘以及筛板一填料复合塔等。为洛阳和大庆500万吨/年的润滑油型炼油厂分别配置的大型板式塔型和大型填料塔型的减压塔直径达~p8400mm,由国内研制的‘p10000mm大型精馏塔即将投入使用。根据塔内气、液接触构件的结构形式,塔设备可分为板式塔和填料塔两大类。板式塔大致可分为两类:一类是有降液管的塔板,如泡罩、浮阀、筛板、导向筛板、新型垂直筛板、舌形、S 型、多降液管塔板等;另一类是无降液管的塔板,如穿流式筛板(栅板)、穿流式波纹板等。工业应用较多的是有降液管的塔板,如筛板、浮阀、泡罩塔板等。

(一)泡罩塔

泡罩塔是应用最早的板式塔,是Celler于1813年提出的,其主要构件是泡罩、升气管及降液管。泡罩的种类很多,国内应用较多的是圆形泡罩。泡罩塔的主要优点是:因升气管高出液层,不易发生漏液现象,操作弹性较大,液气比范围大,适用多种介质,操作稳定可靠,塔板不易堵塞,适于处理各种物料;但其结构复杂,造价高、安装维修不便,且因雾沫夹带现象较严重,限制了起诉的提高,现虽已为其他新型塔板代替,但鉴于其某些优点,仍有沿用。

(a(b)

图6 泡罩塔

(二)浮阀塔

浮阀塔广泛用于精馏、吸收和解吸等过程。其主要特点是在塔板的开孔上装有可浮动的浮阀,气流从浮阀周边以稳定的速度水平地进入塔板上液层进行两相接触。浮阀可根据气体流量的大小而上下浮动,自行调节。

浮阀有盘式、条式等多种,国内多用盘式浮阀,此型又分为F -1型(V-1型)、V-4型、十字架型、和A型,其中F-1型浮阀结构较简单、节省材料,制造方便,性能良好,故在化工及炼油生产中普遍应用,已列入部颁标准(JB-1118-81)。其阀孔直径为39mm,重阀质量为33g,轻阀为25g。一般多采用重阀,因其操作稳定性好。

F-1型V-4型

A型

十字架型方形浮阀

图7 浮阀塔板

(三)筛板塔

筛板是在塔板上钻有均布的筛孔,呈正三角形排列。上升气流经筛孔分散、鼓泡通过板上液层,形成气液密切接触的泡沫层(或喷射的液滴群)。

筛板塔是1932年提出的,当时主要用于酿造,其优点是结构简单,制造维修方便,造价低,气体压降小,板上液面落差较小,相同条件下生产能力高于浮阀塔,塔板效率接近浮阀塔。其缺点是稳定操作范围窄,小孔径筛板易堵塞,不适宜处理粘性大的、脏的和带固体粒子的料液。但设计良好的筛板塔仍具有足够的操作弹性,对易引起堵塞的物系可采用大孔径筛板,故近年我国对筛板的应用日益增多,所以在本设计中设计该种塔型。

垂直筛板

林德筛板

图8 筛板塔板

二、设计方案的确定及流程说明

(一)装置流程的确定

精馏装置有精馏塔、原料预热器、再沸器、冷凝器、釜液冷却器和产品冷却器等设备。热量自塔釜输入,物料在塔内经多次部分气化与部分冷凝进行精馏分离,由冷凝器和冷却器中的冷却介质将余热带走。在此过程中,热能利用率很低,为此,在确定流程时应考虑余热的利用,注意节能。

苯—氯苯混合液(原料)经预热器加热到指定温度后送入精馏塔的进料板,在进料板上与自塔上部下降的的回流液体汇合后,逐板溢流,最后流入塔底。在每层板上,回流液体与上升蒸汽互相接触,进行热和质的传递过程。操作时,连续的从再沸器取出部分液

体气化,产生上升蒸汽,依次通过各层塔板。塔顶蒸汽进入冷凝器中被冷凝,并将部分冷凝液用泵送回塔顶或是自然回流作为回流液,其余部分经冷凝器冷凝后送出作为塔顶产品。塔釜采用间接蒸汽和再沸器共热。塔底产品经冷却后送入贮槽。

(二)流程图

如右图所示:

(三)操作条件

操作压力:精馏操作可在常

压、减压和加压下进行。塔内操

作压力的选择不仅牵涉到分离

问题,而且与塔顶和塔底温度的

选取有关。根据所处理的物料性

质,本设计中已制定为塔顶压力

为4kPa。

进料热状态:进料状态有5

种,可用进料状态参数q值来

表示。本设计中已制定为气液混合进料:液:气 2:1。

加热方式:蒸馏一般采用间接蒸汽加热,设置再沸器,但也可采用直接蒸汽加热。但由于直接蒸汽的加入,对釜内溶液起一定稀释作用,在进料条件和产品纯度、轻组分收率一定的前提下,釜液浓度相应降低,故需在提留段增加塔板以达到生产要求。

回流比的选择:对于一定的生产能力,即馏出量D一定时,V 的大小取决于回流比。一般取操作回流比为最小回流比的1.1~2倍,

即R =()min 0.2~1.1R 。 三、塔的工艺计算

已知参数:苯、甲苯混合液处理量,F =5000kg/h ;65.0=F

x ;

985.015.01=-=D x ;01.0=W x ;回流比

R (自选);进料热状况,q=2/3;

塔顶压强,kPa P 4=塔顶;单板压降不大于kPa 7.0。

由《化学化工物性数据手册》P174可知:

表1 苯和氯苯的物理性质

由《石油化工基础数据手册》P457及内插计算可知:

表2 苯和氯苯的饱和蒸汽压

由《化学化工物性数据手册》P305可知:

表3 液体的表面张力

双组分混合液体的表面张力

可按下式计算

式中—混合液体的平均表面张力 ---纯组分A ,B 的表面张力 ---A ,B 组分的摩尔分率

由《化学化工物性数据手册》P299、P300可知:

表4 苯与氯苯的液相密度

表5 液体粘度μL

(一)塔的物料衡算

1)料液及塔顶、塔底产品含苯摩尔分率

990

.0559.112/5.1114.78/5.98114

.78/5.98=+=

D x

0143

.0559.112/99114.78/0.1114

.78/0.1=+=W x

2)平均分子量

Kmol Kg M F /48.87559.112)728.01(114.78728.0=?-+?= Kmol

Kg M D /46.78559.112)990.01(114.78990.0=?-+?=

Kmol Kg M W /07.112559.112)0143.01(114.780143.0=?-+?=

(二)全塔物料衡算

总物料衡算 5000''=+W D

(1)

易挥发组分物料衡算 500

65.0'01.0'985.0?=+W D (2)

联立上式(1)、(2)解得:h kg F 5000'=

h kg D 05.3282'=

h kg W 95.1717'=

则 57.1687.48

5000F =='=

F M F h Kmol /

41.8378.46

3282.05

D =='=

D M D h Kmol /

15.33112.07

95

.1717W =='=

W M W h Kmol / (三)塔板数的确定

⒈ 塔板数T N 的计算

728

.0559

.112/35114.78/65114

.78/65=+=F x

在本设计中,因苯—氯苯属于理想物系,可用图解法计算理论板数

N。其计算方法如下:

T

(1)根据苯-氯苯的气液平衡数据作x-y图及t -x-y图(如下一页所示)。通过气液平衡关系计算,计算结果列于上表2,通过表在t -x-y图直角坐标系中做出平衡曲线和对角线,并标出c点(

x、

w

x)、e点(F x、F x)、a点(D x、D x)三点;

w

(2)求最小回流比

R及操作回流比R。因气液混合进料(液:

min

气 2:1)即q=2/3,所以其q线方程为:q=qX/(q-1)–X F/(q-1)= -2X+2.148,在x-y图中对角线上自点e作出进料线(q线),该线与平衡线的交点坐标为(y q=0.900,x q=0.615),此即最小回流比时操作线与平衡线的交点坐标。依最小回流比计算式:R min=(X D-y q)/(y q-x q)=(0.990-0.900)/(0.900-0.615)=0.32 取操作回流比:R=2R min=2x0.32=0.64

精馏段操作线方程:y=0.64x/(1+0.64) +0.990/(0.64+1)=0.390x+0.604

其截距为0.604即点b(0,0.604),连接点b和点a可以作出精馏段操作线方程,与q线交于点d,连接点d、点c可作出提馏段操作线方程。

按照常规的图解法作梯级可得:N T=7-1=6层(不包括再沸器),其中精馏段理论板数为2层,提馏段为4层(不包括再沸器),第4层为加料板图如上一页所示

图1 x —y

图2 t —x--y 2. 全塔效率T E 依式:m T

E μlg 616.017.0-=,根据塔顶、塔底液相组成查

t -x-y

图,求得塔平均温度为:(130.5+80.5)/2=105.5℃,温度下进料液相平均粘度为:

μm =X F X μ

+(1-X F )μ

氯苯

=0.728x0.244+(1-0.728)x0.349=0.273mPa ·s

其中:104.9℃下的 μ苯

=(105.5-100)/(120-100) x(0.215-0.255)+0.255=0.244 μ

氯苯

=(105.5-100)/(120-100) x(0.313-0.363)+0.363=0.349

则E T =0.17-0.616㏒μm =0.17-0.616㏒0.273=0.517=52% 3. 实际塔板数N

精馏段:N 精=2/0.32 =3.8=4(层) 提馏段:N 提=4/0.32 =7.7=8 (层)

故实际塔板数:N =4+8=12(层) 四、塔的工艺条件及物性数据计算

1. 操作压强m P

塔顶压强P D =4+[101.3/(760/580)]=81.31 kpa ,取每层板的压降为0.7kPa ,则进料板的压强为:P F =4x0.7+81.31=84.11 kpa ,塔底压强为:P W =P F +8x0.7=89.71 kpa ,故精馏段平均操作压强为:P m (精)=(81.31+84.11)/2=82.71 kpa ,提馏段平均操作压强为: P m (提)=(84.11+89.71)/2=86.91 kpa 2. 温度m t

根据操作压强,由下式试差计算操作温度:B B A A x P x P P 00+=,经试差得到塔顶:t D =83.6C 0,进料板温度t F =92.4C 0,塔底:t w =129.4C 0,则精馏段的平均温度:t m,精=(83.6+92.4)/2=88C 0,提馏段的平均温度:t m,提=(129.4+92.4)/2=110.9C 0。

3. 平均分子量m M

塔顶: X D =y 1=0.990,X 1=0.985

M VDm =0.990x78.114+(1-0.990)x112.559=78.46Kg/Kmol

M LDm =0.985x78.114+(1-0.985)x112.559=78.6Kg/Kmol

进料板: y F =0.922,X F =0.726

M VFm =0.922x78.114+(1-0.922)x112.559=80.80 Kg/Kmol M LFm =0.726x78.114+(1-0.726)x112.559=87.55 Kg/Kmol

塔底: X W =0.0143,y W =0.02

M VWm =0.02x78.114+(1-0.02)x112.559=111.87 Kg/Kmol

()Kmol

Kg M LWm /07.112559.1120143.01114.780143.0=?-+?=

则精馏段平均分子量: M Vm(

精)

=(78.46+80.80)/2=80.63 Kg/Kmol , M Lm(

精)

=(78.63+87.55)/2=83.09 Kg/Kmol

提精馏段平均分子量: M Vm(

)

=(111.87+80.80)/2=96.34 Kg/Kmol ,

M Lm(提)=(112.07+87.55)/2=99.81 Kg/Kmol

4. 平均密度m ρ 1)液相密度Lm ρ

根据主要基础数据表4,由内插法得:塔顶:ρLA =812.68Kg/m 3

,ρLB =1035.04 Kg/m 3

,塔底:ρLA =757.78 Kg/m 3

,ρLB =985.72 Kg/m 3,由

LB

B

LA

A

Lm

a a ρρρ+

=

1

(a 为质量分率)

故塔顶:1/ρ

LmD

=0.985/812.68+0.015/1035.04,即ρ

LmD

=815.31

Kg/m 3

塔底:1/ρ

LmW

=0.01/757.78+0.99/985.72,即ρ

LmW

=982.76 Kg/m 3

;

进料板,由加料板液相组成X A =0.726

a A =0.726x78.114/[0.726x78.114+(1-0.726)x112.559]=0.65 1/ρ

LmF

=0.65/802.12+(1-0.65)/1025.6,故ρ

LmF

=868.35 Kg/m 3

故精馏段平均液相密度:ρLm(精)

=(815.31+868.35)/2=841.83

Kg/m 3

提馏段平均液相密度:ρ

Lm (提)

=(982.76+868.35)/2=925.56

Kg/m 3

2) 气相密度mV ρ ρ

mv

=P M M Vm(

精)

/RT=82.71x80.63/8.314x(88.0+273.1)=2.22Kg/m 3

ρ

mv (提)

=P M M Vm(提) /RT=86.91x96.34/8.314x(110.9+273.1)=2.62

Kg/m 3

5. 液体表面张力m σ

∑==n

i m i xi 1σσ

根据主要基础数据表3,由内插法得:σA 顶

=20.77, σ

B 顶

=25.41,σ

A 进

=19.79, σ

B 进

=24.96,σ

A 底

=15.45,σB 底

=20.75。

σm ,顶

=0.990x20.77+0.01x25.41=20.82 mN/m

σm ,进

=0.726x19.79+0.274x24.96=21.21 mN/m

σ

m,底

=0.0143x15.45+0.9857x20.75=20.67 mN/m

则精馏段平均表面张力:σ

m(精)

=(20.82+21.21)/2=21.02 mN/m

提馏段平均表面张力:σm(提)

=(21.21+20.67)/2=20.94 mN/m

6. 液体粘度Lm μ

∑==n

i lm i xi 1μμ

根据主要基础数据表3,由内插法得:μA 顶

=0.298, μ

B 顶

=0.416,

μ

A 进

=0.275,μB 进

=0.388,μ

A 底

=0.200, μ

B 底

=0.295。

μL 顶

=0.990x0.298+(1-0.990)x0.416=0.299 mPa ·s μL 进

=0.726x0.275+(1-0.726)x0.388=0.306 mPa ·s μ

L 底

=0.0143x0.298+(1-0.0143)x0.295=0.294 mPa ·s

故精馏段平均液相粘度μLm(精)

=(0.299+0.306)/2=0.303 mPa ·s 提馏段平均液相粘度μ

Lm(提)

=(0.294+0.306)/2=0.300 mPa ·s

五、气液负荷计算

精馏段:

V=(R+1)D=(0.64+1)x41.83=68.60Kmol/h V S =VM Vm(精)/3600ρ

vm (精)

=68.60x80.63/3600x2.22=0.69m 3

/s

L=RD=0.64x41.83=26.77 Kmol/h L S =LM Lm(精)/3600ρ

lm (精)

=26.77x83.09/3600x841.83=0.0007

m 3

/s

L h =0.0007x3600=2.52 m 3

/h 提馏段:

L ′=L+qf=26.77+2/3x57.16=64.88 Kmol/h

V ′=V+(q-1)F=68.60+(2/3-1)x57.16=49.55Kmol/h V S

′=V ′M Vm(

)/3600ρ

vm(提)

=49.55x96.34/3600x2.62=0.51m 3

/s L S

=L

M Lm(

)

/3600

ρ

Lm(提)

=64.88x99.81/3600x925.56=0.0019m 3

/s L h ′=0.0019x3600=6.84m 3

/h

六、塔和塔板主要工艺尺寸计算

1. 塔径D

塔板间距H T 的选定很重要,可参照下表所示经验关系选取。

表6 板间距与塔径关系

根据上表,初选板间距m H T

40.0=,取板上液层高度m h L 06.0=,故

m h H L T 34.006.040.0=-=-;

精馏段: (Ls/Vs)( ρLm (精)

vm (精)

)?=(0.0007/0.69)(841.83/2.22)

?

=0.0198

查《化工原理》---天津出版社(下册)160P 图3—5史密斯关联图,可得071.020=C

依式2

.02020?

?

?

??=σC C

校正物系表面张力为21.02mN/m 时: C=C 20(σ/20)0.2

=0.071x(21.02/20)0.2

=0.0717

u max =C[(ρL-ρV)/ ρv] ?=0.0717x[(841.83-2.22)/2.22] ?

=1.394m/s

可取安全系数为0.7(安全系数0.6—0.8)

则μ=0.7 u max =0.7x1.394=0.976m/s

故D=(4Vs/∏u) ?=(4x0.69/3.14x0.976) ?

=0.949m 。按标准,塔径圆整为1.2m ,则空塔气速0.610m/s 。 提馏段: (Ls ′/Vs ′)( ρ

Lm

vm (提)

?

=(0.0019/0.51)(925.56/2.62) ?

=0.0700

查《化工原理》---天津出版社(下册)160P 图3—5史密斯关联图,可得068.020

=C ;依式2

.02020?

?

?

??=σC C

校正物系表面张力为20.94mN/m 时: C=C 20(σ/20)0.2

=0.068x(20.94/20)0.2

=0.0686

u max =C[(ρL -ρV )/ρv ] ?

=0.0686x[(925.56-2.62)/2.62]

?

=1.288m/s

可取安全系数为0.7(安全系数0.6—0.8)

则μ=0.7 u max =0.7x1.288=0.902m/s

故D=(4Vs/∏u) ?

=(4x0.51/3.14x0.902) ?

=0.849m 。按标准,塔径圆整为1.2m,则空塔气速0.451m/s 。

2. 溢流装置

选用单溢流、弓形降液管、平行受液盘及平行溢流堰,不设进口堰。各项计算如下:

1)溢流堰长w l :单溢流取=W l (0.6-0.8)D ,取堰长w l 为0.65D ,

即m l W 78.02.165.0=?=

2)出口堰高W h :OW

L W

h h h -=

由65.02.1/78.0/==D l W ,精馏段:L h /l w 2.5

=2.52/0.782.5

=4.69m ; 提馏段:L h ′/l w 2.5

=6.84/0.782.5

=12.73m

查《化工原理》---天津出版社(下册)163P 图3—8液流收缩系数计算可知:E为1.025,由3

21000

84

.2???

? ??=w h ow l L E h 得

h ow =2.84/1000E(L h /l w )2/3=2.84/1000x1.025x(2.52/0.78)2/3

=0.0064m 故h w =0.06-0.0064=0.054m ;查《化工原理》---天津出版社(下册)

163P 图

3—8液流收缩系数计算可知:E为1.03,因此可得,

h ow =2.84/1000E(L h ′

/l w )2/3

=2.84/1000x1.03x(6.84/0.78)2/3

=0.012m 故h w ′=0.06-0.012=0.048m

3)降液管的宽度d W 与降液管的面积f A : 由65.0/=D

l w 查(《化工原理》:164P 图

3—10弓形降液管的宽度与

面积)得:125.0/=D W d ,072.0/=T f A A

故m D W d

15.02.1125.0125.0=?==,2

220814.02.14

072.04

072.0m D A f =??

=?

π

利用式s

T

f L H A +=τ计算液体在降液管中停留时间以检验降液管面积,

τ=A f H T /L S =0.0814x0.40/0.0007=46.51s (>5s ,符合要求) 4)降液管底隙高度o h :取液体通过降液管底隙的流速u 0′

=0.08m/s

则降液管底隙高度为:精馏段

h 0=L S /l w u

=0.0007/0.78x0.08=0.011m

提馏段

h 0

=L S

/l w u

=0.0019/0.78x0.08=0.030m

3. 塔板布置 1)取边缘区宽度m W C

035.0=,安定区宽度m W s 065.0=

2)由式:????

?+-=-R x R x R x A a 122

2sin 1802π计算开空区面积,其中: m W D R C 565.0035.02

2

.12=-=-=

()()m W W D x s d 385.0065.015.02

2.12=+-=+-=

; 所以 2

1222790.0565.0385.0sin 565.0180385.0565.0385.02m A a =????

?

?+-=-π 因此塔板

布置图如下页所示。

4. 筛孔数n 与开孔率?:

精馏段:取筛空的孔径0d 为mm 5,正三角形排列,一般碳钢的板厚δ为mm 3,取0.3/0=d t ,故孔中心距mm t 0.1550.3=?=。

筛孔数4097796.00.151011*********

3

23=??=??=

a A t n 孔,在图1中排4098

孔,与理论相差1孔,其开孔率 %1.10%)

(907

.0%20

0===

d t A A a ?(在5%—15%范围内),则每层板上的开孔面积

A 为,

0A =φ

A a =0.101x0.796=0.080m,气体通过筛孔的气速为:

u 0=V S /0A =0.69/0.080=8.63m/s

提馏段:取筛空的孔径0d 为mm 5,正三角形排列,一般碳钢的板厚δ为mm 3,取0.4/0=d t ,故孔中心距mm t 0.2050.4=?=。

筛孔数n=2304孔,在图2中排得2262孔,与理论相差42孔,因此每层板上的开孔面积0A 为22200044.0005.04

22624

m d n A =??==ππ,气体

通过筛孔的气速为:u 0=V S ′/0A =0.51/0.044=11.59m/s

5.塔的精馏段有效高度Z 精馏段:Z=(4-1)x0.4=1.6m 提馏段:Z=(8-1)x0.4=2.8m 七、筛板流体力学验算

1. 气体通过筛板压降相当的液柱高度P h

σh h h h l c p ++=

1) 干板压降相当的液柱高度c h :依67.13/5/0==σd ,查《干筛孔的流

量系数》图得,83.00=C 由式 h c(

)=0.051(u

0/C 0)2

(

ρ

V

)/ρ

L

)=0.051x(8.63/0.83)2

x(2.22/841.83)=0.0145m

h c(提

)

=0.051(u

/C 0)2

(

ρ

V

)/ρ

L )=0.051x(11.59/0.83)2

x(2.62/925.56)=0.0281m

2)气体穿过板上液层压降相当的液柱高度l h : 精馏段u a =V S /(A T -A f )=0.69/(1.130-0.0814)=0.658m/s

F a = u a (ρv ) ?

=0.658x(2.22) ?

=0.980

由o ε与

a

F 关联图查得板上液层充气系数o ε=0.65,所以

h l =o εh L =0.65x0.06=0.0390m

提馏段u a=V S′/(A T-A f)=0.51/(1.130-0.0814)=0.486m/s

F a= u a(ρv)?=0.486x(2.62)?=0.787

ε与a F关联图查得板上液层充气系数oε=0.67,所以

o

h l=

εh L=0.67x0.06=0.0402m

o

3)克服液体表面张力压降相当的液柱高度

h:

σ

精馏段hσ=4σ/ρL gd0=4x21.02x10-3/841.83x9.81x0.005=0.00204m,故 h P=0.0145+0.039+0.00204=0.0555m

则单板压强:△P p= h PρL g=0.0555x841.83x9.81=458Pa<0.7KPa 提馏段hσ=4σ/ρL gd0=4x20.94x10-3/925.56x9.81x0.005=0.00184m,故 h P=0.0281+0.0402+0.00184=0.0701m

则单板压强:△P p= h PρL g=0.0701x925.56x9.81=636Pa<0.7KPa

2. 雾沫夹带量

e的验算

v

精馏段:

e V=5.7x10-6/σ(u a/H T-h f)3.2=5.7x10-6/21.02x10-3(0.658/0.4-2.5x0.06)3.2

=0.006Kg液/Kg气<0.1Kg液/Kg气提馏段:

e V=5.7x10-6/σ(u a/H T-h f)3.2=5.7x10-6/20.94x10-3(0.486/0.4-2.5x0.06)3.2

=0.0023Kg液/Kg气<0.1Kg液/Kg气

化工原理课程设计(筛板塔)

xxxxxxxxxxxx 课程设计说明书 设计题目:化工原理课程设计 板式精镏塔的设计 学院:化学工程学院 专业班级: xxxxxxxxxx 学生姓名: xxxxxxxxxxx 指导教师: xxxxxxxxxxxxxx 成绩: 2015年6月3日 目录 序言 (3) 一.全塔物料衡算 (5) 二、塔顶温度、塔底温度及最小回流比 (6) 2.1 确定操作压力 (6)

2.2 用试差法计算塔顶温度(即露点温度) (6) 2.3用试差法计算塔底温度(即泡点温度): (8) 2.4 计算最小回流比Rmin (10) 三.确定最佳造作回流比与塔板层数 (10) 3.1 求相平衡方程式,并化成最简的形式 (10) 3.2 初选操作回流比计算理论塔板数 (10) 3.3 绘制R~NT曲线,确定最佳回流比及最佳理论板数 (25) 3.4塔板效率及全塔理论板数 (26) 四.塔板间距、塔径及塔板结构尺寸的确定 (27) 4.1塔板间距、溢流方式及降液管尺寸的确定 (27) 4.2板面筛孔位置的设计 (30) 4.3水力学性能参数的计算、校核 (31) 4.4降液管液泛情况的校验 (33) 五.负荷性能图及操作性能评定 (34) 5.1负荷性能图 (34) 5.2根据上表相关数据,作出筛板的负荷性能图 (36) 六.操作性能的评定 (36) 6.1本设计的操作条件 (36) 6.2操作弹性系数与工作点的安定系数 (36) 七.筛板设计计算的主要结果 (37) 八.参考资料 (38) 结束语 (41)

序言 化工原理课程设计是学习化工原理学的一个重要环节,是综合应用本门课程和有关课程所学知识,完成以单元操作为主的一次化工的设计实践。通过这一环节,使我们掌握化工单元操作设计的基本程序和方法,并在查阅技术资料、选用公式和数据、用简洁文字和图表表达设计结果、制图以及计算机辅助计算等能力方面得到一次基本训练,同时在设计过程中使学生养成尊重向实践学习,实事求是的科学态度,逐步树立正确的设计思想、经济观点和严谨的工作作风,并使学生得到化工设计的初步训练,为毕业设计奠定基础。 精馏是分离液体混合物最常用的一种操作,它通过汽、液两相的直接触,利用组分挥发度的不同,使易挥发组分由液相向汽相传递,难挥发组分由汽相向液相传递,是汽、液两相之间的传质过程。

塔器及塔内件介绍要点

塔器及塔内件介绍 一、塔器 1.塔器:是进行气相和液相或液相和液相间物质传递的设备。 2.塔器的分类:按结构分板式塔和填料塔两大类。 3.板式塔:内设有一定数量的塔板,气体以鼓泡或喷射形式与塔板上液层相接触进行物质传递。可根据气液操作状态分为鼓泡式塔板,如浮阀、泡帽、筛板等塔板和喷射式,如网孔、舌形等塔板。又可以根据有无降液管分为溢流式塔板(泡帽等)和穿流式(穿流式栅板和穿流式筛板等)。 4.填料塔:内装有一定高度的填料,液体沿填料自上向下流动,气体由下向上同液膜逆流接触,进行物质传递。常应用于蒸馏、吸水、萃取等操作中。根据结构特点分为乱堆填料(阶梯环、鲍尔环等颗粒填料)和规则填料(网波纹填料和波板纹填料) 5.填料塔的结构特点 填料塔是以塔内的填料作为气液两相间接触构件的传质设备。填料塔的塔身是一直立式圆筒,底部装有填料支承板,填料以乱堆或整砌的方式放置在支承板上。填料的上方安装填料压板,以防被上升气流吹动。液体从塔顶经液体分布器喷淋到填料上,并沿填料表面流下。气体从塔底送入,经气体分布装置(小直径塔一般不设气体分布装置)分布后,与液体呈逆流连续通过填料层的空隙,在填料表面上,气液两相密切接触进行传质。填料塔属于连续接触式气液传质设备,两相组成沿塔高连续变化,在正常操作状态下,气相为连续相,液相为分散相。 当液体沿填料层向下流动时,有逐渐向塔壁集中的趋势,使得塔壁附近的液流量逐渐增大,这种现象称为壁流。壁流效应造成气液两相在填料层中分布不均,从而使传质效率下降。因此,当填料层较高时,需要进行分段,中间设置再分布装置。液体再分布装置包括液体收集器和液体再分布器两部分,上层填料流下的液体经液体收集器收集后,送到液体再分布器,经重新分布后喷淋到下层填料上。填料塔具有生产能力大,分离效率高,压降小,持液量小,操作弹性大等优点。填料塔也有一些不足之处,如填料造价高;当液体负荷较小时不能有效地润湿填料表面,使传质效率降低;不能直接用于有悬浮物或容易聚合的物料;对侧线进料和出料等复杂精馏不太适合等。 塔设备有许多种类型,塔设备是化工、石油化工和炼油生产中最重要的设备之一。它可使气液或液液两相之间进行紧密接触,达到相际传质及传热的目的。可在塔设备中

筛板精馏塔设计示例

3.5筛板精馏塔设计示例 3.5.1 化工原理课程设计任务书 设计题目:分离苯-甲苯混合液的筛板精馏塔 在一常压操作的连续精馏塔内分离苯-甲苯混合液。已知原料液的处理量为4000kg/h,组成为0.41(苯的质量分率),要求塔顶馏出液的组成为0.96,塔底釜液的组成为0.01。 设计条件如下:表3-18 操作压力 进料热状态回流比单板压降全塔效率建厂地址 4kPa(塔顶常压)自选自选w0.7kPa ET=52%天津地区 试根据上述工艺条件作岀筛板塔的设计计算。 3.5.2 设计计算1设计方案的确定 本设计任务为分离苯一甲苯混合物。对于二元混合物的分离,应采用连续精馏流程。设计中采用泡点进料, 将原料液通过预热器加热至泡点后送人精馏塔内。塔顶上升蒸气采用全凝器冷凝,冷凝液在泡点下一部分回流至塔内,其余部分经产品冷却器冷却后送至储罐。该物系属易分离物系,最小回流比较小,故操作回流比取最小回流比的2倍。塔釜采用间接蒸汽加热,塔底产品经冷却后送至储罐。 2精馏塔的物料衡算 (1)原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 苯的摩尔质量—~':'■- 甲苯的摩尔质量匚丁 0.41/78. H 0.41/78J1 +0.59/92.13 (2)原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 二0.450X7E.11 + (l-0 450)x9213 =託尾如畑H ^=0.966x78 1U(1-0.9 13 few? ^ = 0.012x73.11 + (1-0.012)x92.13 = 91.9^/^? (3 )物料衡算 F = = 46.6 A 原料处理量二二一 0.450

总物料衡算46.61 = D+ W 苯物料衡算46.6 1X0.45 = 0.966D + 0.012 W 联立解得D = 21.40 kmol / h W=25.21kmol/h 3塔板数的确定 (1)理论板层数NT的求取 苯一甲苯属理想物系,可采用图解法求理论板层数。 ①由手册查得苯一甲苯物系的气液平衡数据,绘出x~y图,见图3-22。 ②求最小回流比及操作回流比。 采用作图法求最小回流比。在图3-19中对角线上,自点e(0.45,0.45 )作垂线ef即为进料线(q线),该线与平衡线的交点坐标为 y q = 0.667 xq = 0.450 故最小回流比为? 2 1■' 取操作回流比为77■■ ■―■:--' ③求精馏塔的气、液相负荷 L = R^D= 2.76x 21.40 = 7+1)D =(2 76 +l)x 21 40 = 80.46^;^ Z r= L + ^ = 59.06+46,^1 =

新型塔板

姓名:胡聪 学号:201322175005 班级:应用化学1301班题目:简述评价塔板性能的指标。举1-2例说明开发新型塔板应该考虑的问题。列举一些新型塔板。 答:一、对各种塔板性能进行比较是一个相当复杂的问题,因为塔板的性能不仅与塔型有关,还与塔的结构尺寸、处理物系的性质及操作状况等因素有关。塔板的性能评价指标有以下几个方面:①生产能力大,即单位塔截面上气体和液体的通量大;②塔板效率高,即完成一定的分离任务所需的板数少;③压降低,即气体通过单板的压降低,能耗低。对于精馏系统则可降低釜温,这对于热敏性物料的分离尤其重要;④操作弹性大,当操作的气液负荷波动时仍能维持板效率的稳定;⑤结构简单,制造维修方便,造价低廉。应予指出,对于现有的任何一种塔板,都不可能完全满足上述的所有要求,它们大多各具特色,而且各种生产过程对塔板的要求也有所侧重。上述塔板性能评价指标是塔板研究开发的方向,正是人们对于高效率、大通量、高操作弹性和低压力降的追求,推动着塔板新结构型式的不断出现和发展。 二、塔为气液两相进行密切接触的场所,板上气液两相的流动、液泛、液沫夹带以及气体通过塔板的压降都会对其气液传质造成影响。①譬如减压精馏塔则对塔板的压力降要求较高,使得吸收塔的能耗降低并保持塔内的压力升高不会过多。同时,其他方面相对来说可降低要求。 三、经过查阅,所列出的新型塔板有:①3d圆阀塔板和②泡罩立体筛板 ①对F1型浮阀塔改进——3d圆阀塔板,传质理念是为板上气液两相构造一个分层次、多方位的立体鼓泡传质模型,极大地提高气液两相接触面积,从而显著地提高塔板效率,围绕该目标,将3d圆阀周边设计成锯齿状的下凹导流片结构,使气液接触周长比同样开孔面积的

蒸氨塔

蒸氨塔 1、CJST不锈钢蒸氨塔的技术特点: CJST不锈钢蒸氨塔采用专利技术—CJST径向侧导喷射塔板,CJST塔板是在新型垂直筛板的基础上开发的一种新型高效气液喷射塔板,依靠气体动能,将液相破碎成大量小颗粒的液滴,有效地缩短了氨分子在液相中的传递路径,大大增加了汽液接触面积,强化了汽液相界面的快速更新。故蒸氨效率远高于各类泡罩、隔栅等塔内件。 1.1 效率高:CJST蒸氨塔内设约20层塔盘,塔径比泡罩塔小200mm以上;塔顶氨汽浓度可达20%以上,塔底废水含氨小于150 mg/l,氨蒸脱率达98%(传统蒸氨塔一般低于90%);节约蒸汽30%以上;抗堵塞,运转周期长,检修安装方便;设备及土建总投资比铸铁塔略高。 1.2 运行费用低:剩余氨水蒸氨节能是很重要的,这个塔是能耗大户,100万吨/年焦化厂,如果每吨氨水消耗蒸汽下降30%,就是约60kg蒸汽。一年按处理21万吨氨水计算,可节省蒸汽1.26万吨,价值约190万元(吨蒸汽按150元计算)。相当于两台CJST不锈钢蒸氨塔投资。[1] 1.3 检修方便:CJST不锈钢蒸氨塔不需要水泥框架,采用钢平台,利用人孔检修,不象铸铁塔那样破坏塔保温层才能检修,所以安装检修很方便。 1.4 抗堵性好:这是CJST不锈钢蒸氨的一大优势,焦化蒸氨塔的抗堵性是一个很重要的指标,多数蒸氨塔检修就是因为堵塔造成。 2、蒸氨塔的设计、改造与选型 2.1塔体和内件的材质 由于蒸氨塔内温度较高,而且腐蚀性的物质较多,大多数装置运行时间不长,腐蚀情况就十分明显,所以设计单位和业主在塔体材质的选择上比较慎重。蒸氨塔顶部、进料处、下部温度不同,介质浓度不同, 且介质属碱性, 而在碱性溶液中对钢铁的腐蚀最有影响的是水中溶解的氧, 当微量氧存在时就发生了电化学反

筛板塔

一、设计概述 高径比很大的设备称为塔器。用于蒸馏(精馏)和吸收的塔器分别称为蒸馏塔和吸收塔。塔器在石化工艺过程中的作用主要是分馏、吸收、汽提、萃取、洗涤、回收、再生、脱水及气体净化和冷却等。常用的有板式塔和填料塔,国外塔器主要是在塔盘和填料技术上不断改进。我国近20年开发了许多性能优良的板式塔和填料塔,已在石化、炼油装置中得到了广泛应用,性能处于国际先进水平。其中具有代表性的主要有适宜于处理高液体通量的DT塔盘、适宜于处理高气体通量的旋流塔盘、具有高操作弹性及高效率的立体传质塔盘以及筛板一填料复合塔等。为洛阳和大庆500万吨/年的润滑油型炼油厂分别配置的大型板式塔型和大型填料塔型的减压塔直径达~p8400mm,由国内研制的‘p10000mm大型精馏塔即将投入使用。根据塔内气、液接触构件的结构形式,塔设备可分为板式塔和填料塔两大类。板式塔大致可分为两类:一类是有降液管的塔板,如泡罩、浮阀、筛板、导向筛板、新型垂直筛板、舌形、S 型、多降液管塔板等;另一类是无降液管的塔板,如穿流式筛板(栅板)、穿流式波纹板等。工业应用较多的是有降液管的塔板,如筛板、浮阀、泡罩塔板等。 (一)泡罩塔 泡罩塔是应用最早的板式塔,是Celler于1813年提出的,其主要构件是泡罩、升气管及降液管。泡罩的种类很多,国内应用较多的是圆形泡罩。泡罩塔的主要优点是:因升气管高出液层,不易发生漏液现象,操作弹性较大,液气比范围大,适用多种介质,操作稳定可靠,塔板不易堵塞,适于处理各种物料;但其结构复杂,造价高、安装维修不便,且因雾沫夹带现象较严重,限制了起诉的提高,现虽已为其他新型塔板代替,但鉴于其某些优点,仍有沿用。

高效导向筛板塔原理及其在燃料乙醇工业中的应用

DOI :10.13746/j.njkj.2015086 收稿日期:2015-03-09 作者简介:李群生(1963-),男,博士生导师。通讯作者:谭天伟,E -mail :liqs@https://www.360docs.net/doc/2e12242935.html, 。 优先数字出版时间:2015-07-09;地址:https://www.360docs.net/doc/2e12242935.html,/kcms/detail/52.1051.TS.20150709.1106.008.html 。 高效导向筛板塔原理及其在燃料乙醇工业中的应用 李群生1,王亚茹1,康茜2,王年忠3,杨冬3,文放1,谭天伟2 (1.北京化工大学化学工程学院,北京100029;2.北京化工大学生物工程学院,北京100029; 3.中粮生物化学(安徽)股份有限公司,安徽蚌埠233000) 摘 要:阐述了高效导向筛板的原理并介绍了其在燃料乙醇精馏工段粗塔扩产节能改造中的应用。相对粗塔改 造前的塔板,高效导向筛板生产能力大,分离效率高。通过粗塔改造,燃料乙醇生产能力由6万t/年提高到10.5万t/年,同时塔釜废水酒精含量降低了2/3,结合对精馏工段工艺路线的优化,该塔可节省新鲜水蒸气消耗58400t/年,同时增产燃料乙醇4.5万t/年,带来巨大的经济效益。关键词:燃料乙醇;高效导向筛板;粗塔精馏中图分类号:TS262.2;TS261.4 文献标识码:A 文章编号:1001-9286(2015)09-0075-03 The Principles of High-efficiency Flow-Guided Sieve Tray and Its Application in Fuel Ethanol Industry LI Qunsheng 1,WANG Yaru 1,KANG Qian 2,WANG Nianzhong 3,YANG Dong 3,WEN Fang 1and TAN Tianwei 2 (1.College of Chemical Engineering,Beijing University of Chemical Technology,Beijing 100029;2.Department of Bioengineering, College of Life and Science and Technology,Beijing University of Chemical Technology,Beijing 100029; 3.COFCO Biochemical Enginnering (Anhui)Co.Ltd,Bengbu,Anhui 233000,China) Abstract :The principles of high-efficiency flow-guided sieve tray and its application in fuel ethanol industry (energy-saving reconstruction of crude filtration column)were introduced in this https://www.360docs.net/doc/2e12242935.html,pared with the column plate in crude filtration column before the reconstruction,the high-efficiency flow-guided sieve tray had the advantages including high production capacity and high separation efficiency.After the recon-struction,the production capacity of fuel ethanol increased from 60,000tons/per year to 105,000tons/per year.Meanwhile,ethanol content in waste-water in the kettle of the column decreased by 2/https://www.360docs.net/doc/2e12242935.html,bined with the optimization of the technical procedures of rectification process,the modified column could save 58,400tons of vapor each year and increase fuel ethanol yield by 45,000tons each year,which produced huge economic profits. Key words :fuel ethanol;high-efficiency flow-guided sieve tray;crude column rectification 某公司燃料乙醇年产量为6万t ,精馏工段的进料为木薯发酵后产物。精馏工段的目的是将乙醇-水共沸物(共沸组成为95%vol 乙醇)送至分子筛吸附脱水。木薯发酵后的产物,纤维素含量高,因此进入精馏工段的进料里含有大量的固体杂质。杂质含量高,黏度大,这给精馏工段带来一定的困难。以前精馏工段多采用浮阀塔,塔径较大,同时,由于固体杂质较多,易堵塞阀孔,造成堵塔:一是影响传质,物流的流动阻力大,容易造成液泛,将大量的固体杂质带入到后面的流程中,降低了精馏的传质效率,同时釜出液中乙醇含量高,造成浪费和环境污染;二是停车检修较频繁,改造之前两个月就要停车检修一次。因此,必须对燃料乙醇的精馏过程进行仔细研究, 并重新进行工艺设计,提出合理的改造方案,提高生产能力,扩大产量,减小能耗。通过工艺设计和核算,将原有燃料乙醇产量6万t/年扩产为10.5万t/年。1 高效导向筛板的原理[1-3] 上开设一定量的导向孔,导向孔具有一定的角度,使得少部分上升的气体通过导向孔沿着塔板水平前进,将气体的动量沿液体流动方向传递给塔板上水平流动的液体,从而推动液体在塔板上均匀稳定前进,减少液相返混,从而使液体在塔板上的流动接近“活塞流”。 普通塔板上存在液面落差。高效导向筛板的导向孔有推动作用,因此在高效导向筛板上基本无液面落差。 酿酒科技2015年第9期(总第255期)·LIQUOR -MAKING SCIENCE &TECHNOLOGY 2015No .9(Tol .255) 75

筛板精馏塔设计

目录 1、符号说明 (2) 2.主要物性数据 (4) 2.1苯、乙苯的物理性质 (4) 2.2苯、乙苯在某些温度下的表面张力 (4) 2.3苯、乙苯在某些温度下的粘度 (4) 2.4苯、乙苯的液相密度 (4) 2.5不同塔径的板间距 (4) 3.工艺计算 (5) 3.1精馏塔的物料衡算 (5) 3.2塔板数的确定 (5) 3.3实际塔板数的求取 (6) 3.4相关物性参数的计算 (7) 3.4.1操作压强 (7) 3.4.2平均温度 (8) 3.4.3平均摩尔质量 (8) 3.4.4平均密度 (9) 3.4.5液体平均表面张力 (11) 3.4.6气液相负荷 (11) 3.5塔和塔板的主要工艺尺寸计算 (13) 3.5.1塔径 (13) 3.5.2溢流装置 (16) 3.5.3弓形降液管宽度 (16) 3.5.4降液管底隙高度 (17) 3.5.5塔板布置 (17) 3.5.6筛孔计算及其排列 (18) 3.6筛板的流体力学计算 (18) 3.6.1液面落差 (20) 3.6.2液沫夹带 (20) 3.6.3漏液 (20) 3.6.4液泛 (21) 3.7塔板负荷性能图 (21) 3.7.1漏液线 (21) 3.7.2雾沫夹带线 (22) 3.7.3液相负荷下限线 (22) 3.7.4液相负荷上限线 (23) 3.7.5液泛线 (23) 6.参考文献 (27)

1、符号说明 1.1英文字母 ?P——气体通过每层筛板的压降,kPa ——塔的截面积,m2 A T C——负荷因子,无因次 t——筛孔的中心距,m ——表面张力为20mN/m的 C 20 u——空塔气速,m/s ——筛孔直径,m d o ——塔板开孔区面积,m2 A a n——筛孔数目 ——降液管截面积,m2 A f P——操作压力,kPa ——筛孔区面积,m2 A o u ——漏液点气速,m/s omin D——塔径,m '——液体通过降液体系的速度,m/s u o e ——液沫夹带量,kg液/kg气 v V ——气体体积流量,m/s n R——回流比 ——气体体积流量,m/s V s ——最小回流比 R min ——边缘无效区宽度,m W c M——平均摩尔质量,kg/kmol W ——弓形降液管高度,m d ——平均温度,℃ T m ——破沫区宽度,m W s g——重力加速度,m/s2 Z——板式塔有效高度,m F ——筛孔气相动触因子 o ——出口堰与沉降管距离,m h l ——与平板压强相当的液柱高度,m h c τ——液体在降液管内停留时 ——与液体流过降液管压强降 h d 相当的液柱高度,m h ——板上清液高度,m f ——堰上液层高度,m h ow H ——出口堰高度,m w H '——进口堰高度,m w hσ——与克服表面张力压强降相当的液柱高度,m L——液相 H——板式塔高度,m V——气相

筛板塔设计(化工原理课程设计)

化工原理课程设计 题目甲醇—水分离板式精馏塔的设计系(院)化学与化工系 专业化学工程与工艺 班级2009级2班 学生姓名*** 学号**** 指导教师 职称讲师 二〇一一年十二月二十二日

滨州学院 课程设计任务书 专业09化工班级本二班学生姓名*** 发题时间:2011 年112 月8 日 一、课题名称 甲醇——水分离板式精馏塔设计 二、课题条件(原始数据) 原料:甲醇、水溶液 处理量:3550Kg/h 原料组成:28%(甲醇的质量分率) 料液初温:20℃ 操作压力、回流比、单板压降:自选 进料状态:冷液体进料 塔顶产品浓度:97%(质量分率) 塔底釜液含乙醇含量不高于0.1%(质量分率) 塔顶:全凝器 塔釜:饱和蒸汽间接加热 塔板形式:筛板 生产时间:300天/年,每天24h运行 冷却水温度:20℃ 设备形式:筛板塔 厂址:**** 三、设计内容(包括设计、计算、论述、实验、应绘图纸等根据目录列出大标题即可) 1 、设计方案的选定

2、精馏塔的物料衡算 3、塔板数的确定 4、精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算(加热物料进出口温度、密 度、粘度、比热、导热系数) 5、精馏塔塔体工艺尺寸的计算 6、塔板主要工艺尺寸的计算 7、塔板的流体力学验算 8、塔板负荷性能图(精馏段) 9、换热器设计 10、馏塔接管尺寸计算 11、制生产工艺流程图(带控制点、机绘,A2图纸) 12、绘制板式精馏塔的总装置图(包括部分构件)(手绘,A1图纸) 13、撰写课程设计说明书一份 设计说明书的基本内容 ⑴课程设计任务书 ⑵课程设计成绩评定表 ⑶中英文摘要 ⑷目录 ⑸设计计算与说明 ⑹设计结果汇总 ⑺小结 ⑻参考文献 14、有关物性数据可查相关手册 15、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 ●设计最终需装订成册上交 四、进度计划(列出完成项目设计内容、绘图等具体起始日期) 1.设计动员,下达设计任务书0.5天

化工原理课程设计—板式精馏塔的设计

板式精馏塔的设计 1.1 概述 塔设备是炼油、化工、石油化工等生产中广泛应用的气液传质设备。根据塔内气液接触部件的结构型式,可分为板式塔和填料塔。板式塔内设置一定数目的塔板,气体以鼓泡或喷射形式穿过板上液层进行质热传递,气液相组成呈阶梯变化,属逐级接触逆流操作过程。填料塔内装有一定高度的填料层,液体自塔顶沿填料表面下流,气体逆流向上(也有并流向下者)与液相接触进行质热传递,气液相组成沿塔高连续变化,属微分接触操作过程。 工业上对塔设备的主要要求是:(1)生产能力大;(2)传热、传质效率高;(3)气流的摩擦阻力小;(4)操作稳定,适应性强,操作弹性大;(5)结构简单,材料耗用量少;(6)制造安装容易,操作维修方便。此外,还要求不易堵塞、耐腐蚀等。 板式塔大致可分为两类:(1)有降液管的塔板,如泡罩、浮阀、筛板、导向筛板、新型垂直筛板、蛇形、S型、多降液管塔板;(2)无降液管的塔板,如穿流式筛板(栅板)、穿流式波纹板等。工业应用较多的是有降液管的塔板,如浮阀、筛板、泡罩塔板等。 (一)泡罩塔 泡罩塔是最早使用的板式塔,是Celler于1813年提出的,其主要构件是泡罩、升气管及降液管。泡罩的种类很多,国内应用较多的是圆形泡罩。 泡罩塔的主要优点是:因升气管高出液层,不易发生漏液现象,操作弹性较大,液气比范围大,适用多种介质,操作稳定可靠,塔板不易堵塞,适于处理各种物料;但其结构复杂,造价高、安装维修不便,板上液层厚,气体流径曲折,塔板压降大,因雾沫夹带现象较严重,限制了起诉的提高。现虽已为其他新型塔板代替,但鉴于其某些优点,仍有沿用。 (a)(b) 图1 泡罩塔 (二)浮阀塔 浮阀塔广泛用于精馏、吸收和解吸等过程。其主要特点是在塔板的开孔上装有可浮动的浮阀,气流从浮阀周边以稳定的速度水平地进入塔板上液层进行两相接触。浮阀可根据气体流量的大小而上下浮动,自行调节。 浮阀有盘式、条式等多种,国内多用盘式浮阀,此型又分为F-1型(V-1型)、V-4型、十字架型、和A型,其中F-1型浮阀结构较简单、节省材料,制造方便,性能良好,故在化工及炼油生产中普遍应用,已列入部颁标准(JB-1118-81)。其阀孔直径为39mm,重阀质量为33g,轻阀为25g。一般多采用重阀,因其操作稳定性好。 浮阀塔的主要优点是生产能力大,操作弹性较大,塔板效率高,气体压强降及液面落差较小,塔的造价低,塔板结构较泡罩塔简单。

塔结构教学

蒸馏和吸收塔设备 ?一、概述 ?二、板式塔 ?三、填料塔 一、概述

重点:板式塔与填料塔的特点,板式塔与填料塔的设计原则。 覆盖内容: 塔设备的性能参数; 典型塔板的结构特点及分类,塔板上的流体力学特性,正常与非正常操作情况及调节; 板式塔的设计原则及步骤; 填料及填料塔的结构特点,填料塔的流体力学特性,填料塔的设计原则及步骤; 板式塔与填料塔的比较,塔的选用原则。 ?气液传质设备的基本功能 ?提供气液传质场所:形成气液两相充分接触的相界 面,使质、热的传递快速有效地进行。 ?有效分离气液两相:接触混合与传质后的气、液两 相能及时分开,互不夹带等。 性能评价指标: ?通量分离效率适应能力 ?气液传质设备的分类 ?按接触方式可分为 ?连续(微分)接触式(填料塔)和逐级接触式(板 式塔)两大类。

二、板式塔 塔板类型 ?一板式塔的结构 ?一按塔内气、液流动的方式分类?错流塔板、逆流塔板 ?二性能评价 ?处理能力板效率塔板压降 ?三按塔板类型分类 ?泡罩塔浮阀塔筛板塔喷射塔

错流式塔板(溢流塔板) 液体流动板间板上 气体流动 溢流堰进口堰 特点:获得较高的板效率,但 降液管将占去塔板的传质有效 面积,影响塔的生产能力。 逆流塔板 优点:结构简单,无液面差,充分利用板面,生产能力较大; 缺点:板效率及操作弹性不及溢流塔板。应用范围小,常见的板型有筛孔式、栅板式、波纹板式等。 泡罩塔 泡罩塔的结构 主要元件:升气管、泡罩,泡罩安装在升气管 顶部,泡罩底缘开有若干齿缝浸入在板上液层中, 升气管顶部应高于泡罩齿缝的上沿,以防止液体从 中漏下。 特点: 优点:操作稳定,不会产生严 重的漏液现象,故弹性大。 缺点:结构复杂,造价高,塔 板压降大,生产强度低。

甲醇精馏塔新型高效塔板及填料简介

第26卷第4期 山 西 化 工 Vol.26 No.4 2006年8月 SHANXI CHEMICAL INDUSTR Y Aug.2006 收稿日期:2006204227 作者简介:苏 鹏,男,1965年出生,1988年毕业于太原工业大学,工程师,现主要从事化肥和化工设计工作。  知识介绍 甲醇精馏塔新型高效塔板及填料简介 苏 鹏 (山西省化工设计院,山西 太原 030024) 摘要:简要介绍了几种新型高效甲醇精馏塔塔板及填料,并分析了其工作原理和结构特点。关键词:甲醇精馏塔;塔板;填料 中图分类号:TQ051.8+1 文献标识码:A 文章编号:100427050(2006)0420076204 精馏是甲醇生产的重要后处理工序,在甲醇生 产中占据重要位置。甲醇精馏塔是精馏的核心设备,它与产品质量、收率、消耗定额、“三废”排放及处理等密切相关。甲醇精馏塔既可采用板式塔,也可采用填料塔。近年来,我国精馏塔内件技术有了长足发展,如高效导向筛板、新型垂直筛板、新型导向浮阀塔板及新型规整填料等技术开始被广泛采用。以下是几种新型精馏塔内件的介绍。 1 高效导向筛板 1.1 塔板结构 该技术由北京化工大学开发,发挥筛板塔板结构简单、造价低廉的特点,在筛板上开设了大量筛孔及少部分导向孔,以克服普通筛板漏液点高、效率较低的缺点,并结合了塔板上流体力学与传质学的研究成果,是一种新型高效塔板。1.2 高效导向筛板的工作原理[1] 高效导向筛板工作原理见图1。由于在筛板上开设了大量筛孔及少部分导向孔,气体通过筛孔时, 在塔板上与液体错流,穿过液层垂直上升;而通过导向孔的气体,沿塔板水平前进,将动量传递给塔板上水平流动的液体。这样的双向流动,能够推动液体在塔板上均匀稳定前进,克服了普通塔板上的液面落差和液相返混,提高了生产能力和板效率,解决了 堵塔、液泛等问题。另外,在传统塔板上,由于存在液面梯度,在塔板的上游总存着一个非活化区,在此区域内气流无法穿过液层而上升鼓泡,如对浮阀塔板,上游的几排浮阀无法打开,而对筛板塔板,上游的一个区域内无气泡鼓出。根据实验测定,非活化区的面积往往占塔截面积的1/3左右。高效导向筛板在液流入口处增加了向上凸成斜台状的鼓泡促进器,促使液体一进入塔板就能鼓泡,改善气液接触与传质状况。 图1 高效导向筛板工作原理示意图 1.3 高效导向筛板的特点[2]1.3.1 生产能力大、效率高 该塔板克服了液流上游的非活化区、液相返混,提高了塔板效率;消除了液面梯度,使得气速均匀;减小了雾沫夹带,提高了气速和生产能力。由于导向筛板效率高、回流比低,因而塔的负荷与生产能力可比传统塔板高出50%以上。1.3.2 压降低 由于结构简单,气流通道顺畅,阻力降、压降比

化工原理筛板精馏塔课程设计案例

吉林化工学院 化工原理课程设计 题目 ____________ 筛板精馏塔分离苯一甲苯工艺设计

教学院化工与材料工程学院 专业班级材化0801 ____________ 学生姓名______________________ 学生学号08150108____________ 指导教师张福胜___________________ 2010年6月14日

5.1塔顶冷凝器设计计算 (23) 5.2泵的选型 (24) 5.4塔总体高度的设计 (25) 目录 摘要 ....................................................... 一 绪论 ....................................................... 二 第一章流程及流程说明 (1) 第二章 精馏塔工艺的设计 (2) 2.1产品浓度的计算 (2) 2.1.1原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 (2) 2.1.2原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 2 2.2最小回流比的确定 (3) 2.3物料衡算 3 2.4精馏段和提馏段操作线方程 (3) 2.4.1求精馏塔的气液相负荷 2.4.2求操作线方程 3 2.5精馏塔理论塔板数及理论加料位置 3 2.6实际板数的计算 3 2.7实际塔板数及实际加料位置 第三章精馏塔主要工艺尺寸的设计计算 .............. 3.1物性数据计算 (5) 3.2精馏塔主要工艺尺寸的计算 (9) 3.3筛板流体力学验算 (13) 3.4塔板负荷性能图 (16) 第四章热量衡算 ........................ 4.1塔顶气体上升的焓。 (21) 4.2回流液的焓 ° . 21 4.3塔顶馏出液的焓^厲 (21) 4.4冷凝器消耗焓Q (21) 4.5进料的焓 Q (21) 4.6塔底残液的焓 (21) 4.7再沸器的焓Q (22) 21 第五章塔的附属设备的计算 .................... 23

塔计算

三:塔型选择与依据 最常见的塔设备为板式塔和填料塔两大类。作为主要用于传质过程的塔设备,首先必须使气(汽)液两相能充分接触,以获得高的传质效率。此外,为满足工业生产的需要,塔设备还必须满足以下要求:生产能力大;操作稳定,弹性大;流体流动阻力小;结构简单、材料耗用量少,制造和安装容易;耐腐蚀和不易阻塞,操作方便,调节和检修容易。 板式塔与填料塔都是气-液传质过程的常用设备。板式塔是与填料塔具有不同特点的气-液传质设备。与填料塔相比较,具有效率较稳定,检修清理较易,液气比适应范围较大的优点。但它也有结构比较复杂,压降较大并且耐腐性较差的特点。 表6.4 板式塔与填料塔比较 项目塔型 板式塔填料塔 压力降压力降一般比填料塔大压力降小,较适于要求压力降小 的场合 空塔气速 (生产能力) 空塔气速小空塔气速大 塔效率效率稳定,大塔效率比小塔 有所提高塔径在Φ1400mm以下效率较高,塔径增大,效率常下降 液气比适应范围较大对液体喷林量有一定要求持液量较大较小 材质要求一般用金属材料制作可用非金属耐腐蚀材料安装维修较容易较困难 造价直径大时一般比填料塔造 价低直径小于Φ800mm,一般比板式塔便宜,直径增大,造价显著增 加 重量较轻重 因为板式塔处理量大、效率高、清洗检修方便且造价低,故工业上多采用板式塔。因而本设计中选用板式塔。 板式塔大致可分为两类,一类是有降液管的塔板,如泡罩、浮阀、筛板、导向筛板、新型垂直筛板、舌形、S型、多降液管塔板等。另一类是无降液管的塔板,如穿流式筛板(栅板)、穿流式波纹板等,工业应用较多的是有降液管的浮阀、筛板和泡罩塔板等。 工业上常见的几种的板式塔及其优缺点:

精馏塔-塔设备-开题报告

开题报告 1设计任务说明 1.1设计日期:2011年2月19日至2011年6月15日 1.2 设计题目:日产20吨乙醇精馏塔 1.3 设计专题题目:节能减排技术在火电厂环境治理中的应用 1.4 设计内容 1 完成日产20吨乙醇精馏塔的设计 2 撰写一篇专题论文; 3 专题论文翻译。 1.4.1设计内容技术要求 (1)了解精馏塔设计的基本步骤 (2)掌握乙醇精馏塔工作的原理以及功能 (3)论文符合《中国矿业大学本科毕业设计撰写规范》要求,计算机打印1.4.2专题论文要求 (1)论文内容必须与设计内容有关; (2)论文字数在3000~5000之间; (3)论文格式满足一般科技文献出版要求 1.4.3资料翻译 (1)完成不少于3000字的规定英文资料翻译; (2)译文要求能够表达原意,语句通顺,文笔流畅。 2课题立项背景及意义 2.1设计塔设备的意义 在化工或炼油厂中,塔设备的性能对于整个装置的产品产量,质量,生产能

力和消耗定额,以及三废处理和环境保护等各个方面都有重大的影响。据有关资料报道,塔设备的投资费用占整个工艺设备投资费用的较大比例。因此,塔设备的设计和研究,受到化工、炼油等行业的极大重视。 塔设备是化工、石油等工业中广泛使用的重要生产设备。它可使气(或汽)液或液液两相之间进行紧密接触,达到相际传质及传热的目的。常见的、可在塔设备中完成的单元操作有:精馏、吸收、解吸和萃取等。此外,工业气体的冷却与回收,气体的湿法净制和干燥,以及兼有气液两相传质和传热的增湿、减湿等。化工生产中所处理的原料,中间产物,粗产品几乎都是由若干组分组成的混合物,而且其中大部分都是均相物质。生产中为了满足储存,运输,加工和使用的需求,时常需要将这些混合物分离为较纯净或几乎纯态的物质。塔设备的基本功能就是提供气、液两相以充分接触的机会,使传热、传质两种传递过程能够迅速有效的进行;还能使接触之后的气、液两相及时分开,互不夹带。 筛板塔是最早应用于工业生产的设备之一,五十年代之后,通过大量的工业实践逐步改进了设计方法和结构。近年来与浮阀塔一起成为化工生产中主要的传质设备。筛板塔普遍用作H2S-H2O双温交换过程的冷、热塔,应用于蒸馏、吸收和除尘等。筛板精馏塔属于板式塔,筛板精馏塔具有结构简单,造价低,板上液面落差小,气体压降小,生产能力大,气体分散均匀,传质效率高的优点,是化工生产中常见的单元操作设备之一。 另外石油的短缺给我国高速发展的社会经济带来越来越大的压力。近一个多世纪来,石油是应用最为广泛的化石能源,有“现代社会血液”之称。它不仅仅是能源之母,还是纺织、电子、化工、材料等现代工业产品的基础原材料。油价高涨、资源短缺、环保压力和高速增长的需要,形成无法调和的矛盾,直接制约我国加速建设“全面小康”和国家安全。 按目前国内外研究水平,燃料电池汽车、电动汽车、氢动力汽车等仍有很多技术上不确定性,何时投入运营是未知数。混合动力汽车造价高,而且仍以成品油消耗为主。另一方面,石油的应用不仅仅是作为交通运输的动力,其衍生的乙烯等化工产品还是比钢铁应用更广泛的基础材料。因此,发展生物能源是必然之路,眼前解决车用燃油问题,中、长期解决后石油时代的能源、原材料问题。 乙醇作为新兴的生物能源已经被科学家们研究了很长时间。乙醇汽油是一种由粮食及各种植物纤维加工成的燃料乙醇和普通汽油按一定比例混配形成的新型替代能源。它可以有效改善油品的性能和质量,降低一氧化碳、碳氢化合物等主要污染物排放。乙醇汽油是目前世界上可再生能源的发展重点。首先,乙醇是可再生资源,可以重复利用生产,满足世界可持续发展这个大前提。其次,乙醇燃烧后的产物是无污染的水,是一种清洁能源。面对地球日益严重的污染现状,大力发展清洁能源无疑是人类未来发展的出路所在。 2.2 筛板塔的研究现状 筛板塔始于1830年,是结构最简单的一种板型。由于其操作弹性小,当气

化工原理课程设计-苯-甲苯精馏塔设计(最终版)

化工原理课程设计------------苯-甲苯连续精馏筛板塔的设计

目录 一序言 (3) 二板式精馏塔设计任务书五 (4) 三设计计算 (5) 1.1 设计方案的选定及基础数据的搜集 (5) 1.2 精馏塔的物料衡算 (7) 1.3 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (12) 1.4 精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (16) 1.5 塔板主要工艺尺寸的计算 (18) 1.6 筛板的流体力学验算 (20) 1.7 塔板负荷性能图 (23) 四设计结果一览表 (29) 五板式塔得结构与附属设备 (30) 5.1附件的计算 (30) 5.1.1接管 (30) 5.1.2冷凝器 (32) 5.1.3 再沸器 (32) 5.2 板式塔结构 (33) 六参考书目 (35) 七设计心得体会 (35) 八附录 (37)

一序言 化工原理课程设计是综合运用《化工原理》课程和有关先修课程(《物理化学》,《化工制图》等)所学知识,完成一个单元设备设计为主的一次性实践教学,是理论联系实际的桥梁,在整个教学中起着培养学生能力的重要作用。通过课程设计,要求更加熟悉工程设计的基本内容,掌握化工单元操作设计的主要程序及方法,锻炼和提高学生综合运用理论知识和技能的能力,问题分析能力,思考问题能力,计算能力等。 精馏是分离液体混合物(含可液化的气体混合物)最常用的一种单元操作,在化工,炼油,石油化工等工业中得到广泛应用。精馏过程在能量剂驱动下(有时加质量剂),使气液两相多次直接接触和分离,利用液相混合物中各组分的挥发度的不同,使易挥发组分由液相向气相转移,难挥发组分由气相向液相转移,实现原料混合液中各组分的分离。根据生产上的不同要求,精馏操作可以是连续的或间歇的,有些特殊的物系还可采用衡沸精馏或萃取精馏等特殊方法进行分离。本设计的题目是苯-甲苯连续精馏筛板塔的设计,即需设计一个精馏塔用来分离易挥发的苯和不易挥发的甲苯,采用连续操作方式,需设计一板式塔将其分离。

苯-甲苯板式精馏塔设计

合肥学院 Hefei University 化工原理课程设计 题目: 板式精馏塔设计 系别: 生物与环境工程系 专业:_ 生物工程 学号: 0902012008 姓名: 黄洋 指导教师: 王杏文老师

目录 一、设计方案的确定 (5) 二、精馏塔的物料衡算 (6) 1.原理液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 (6) 2.原料夜及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 (6) 3.物料衡算 (6) 三、塔板数的确定 (8) 1.理论塔板层数NT的求取 (8) 1.1求最小回流比及操作回流比 (8) 1.2求操作线方程 (8) 1.3图解法求理论板层数 (8) 2.塔板效率的估算 (8) 3.实际板层数的求取 (9) 四、精馏塔的工艺条件以及有关物性数据的计算 (10) 1.精馏段体积流量 (10) 1.1平均摩尔质量计算 (10) 1.1.1塔顶平均摩尔质量计算 (10) 1.1.2进料板平均摩尔质量计算 (10) 1.1.3精馏段平均摩尔质量 (10) 1.2平均密度的计算 (10) 1.2.1气相平均密度计算 (10) 1.2.2液相平均密度计算 (10) 1.2.3精馏段液相平均密度 (11) 2.提馏段的体积流量 (11) 2.1平均摩尔质量计算 (11) 2.1.1塔底平均摩尔质量计算 (11) 2.1.2提馏段平均摩尔质量计算 (12) 2.2平均密度 (12) 2.2.1气相平均密度 (12) 2.2.2液相平均密度 (12) 2.2.3提馏段液相平均密度 (12) 五、精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (13) 1.塔径的计算 (13) 2.精馏塔有效高度的计算 (14) 六、塔板主要工艺尺寸的计算 (15) 1.溢流装置计算 (15) 1.1堰长lw (15) 1.2溢流堰高度how (15) 1.3弓形降液管宽度Wd和截面积Af (15) 1.4降液管底隙高度h0 (15) 2.塔板布置 (15) 2.1塔板的分块 (16) 2.2边缘区宽度确定 (16)

精馏塔开题报告.doc

DN700甲醇精馏塔设计 一、甲醇精馏塔设计的背景与意义 精馏塔是化工工业中广泛使用,是分离工艺中的重要设备。而精馏是甲醇生产的重要后处理工序, 在甲醇生产中占据重要的位置。甲醇精馏塔是精馏的核心设备,它与产品质量回收率消耗定额三废排放 及处理等方面密切相关甲醇精馏塔既可采用板式塔,也可采用填料塔。近年来,我国精馏塔内件技术有了长足发展,如高效导向筛板、新型垂直筛板、新型导向浮阀塔板及新型规整填料等技术开始被广泛采 用 [1] 。 甲醇精馏装置是甲醇生产的重要处理工序,其能耗占甲醇生产总能耗20%左右。甲醇精馏技术的好坏直接关系到精甲醇的质量;先进、节能、高效的精馏装置,对降低成本、节能降耗、提高产品竞争力 和企业经济效益起到重要的作用。 加强对甲醇精馏塔的研究与改进,不断满足化学工业的要求,达到低成本、低耗能、节能环保、绿 色高效等要求,有利于我国化学工业科学快速的发展,不断赶上国际以及发达国家的脚步,提升自己的竞争实力。 二、国内外对本课题的研究现状 现阶段,国内外的研究聚焦于新型高效性能塔板的开发及工业应用;塔板设计、开发更趋于科学化的方向。在填料塔研究方面,不断研究新型、高效的填料来提高填料塔的效能。随着时代的发展,国内 外对精馏塔的研究更趋向于经济、安全、高效、清洁方向发展,推动精馏设备的前进与发展。 2.1 精馏塔的发展 从精馏设备的历史发展来看,精馏技术与石油、化学加工工业的发展是相辅相成、相互刺激、共同进步的发展关系。精馏技术的任何进步,都会极大刺激化学加工工业的技术发展,同样在石油、化学加工工业发展的每一个历史阶段都会对精馏设备技术提出更高的要求。 ①. 阶段一: 20~50 年代 1920 年,有溢流的泡罩塔板开始应用于炼油工业,开创了一个新的炼油时代 泡罩塔板对设计水平要求不高、对各类操作的适应能力强、对操作控制要求低等特性在当时被认为是无可替代的板型 Rachig 环填料塔主要应用于较小直径的无机分离塔设备中,同时也开发了Pall 环,标志着现代乱堆填料的诞生 ②. 阶段二: 50~70 年代 消除放大效应的研究:AIChE 研究 浮阀塔板的开发

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