化工原理课程设计 筛板塔的设计 讲解
[工学]化工原理筛板精馏塔课程设计
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[工学]化工原理筛板精馏塔课程设计[工学]化工原理筛板精馏塔课程设计吉林化工学院化工原理课程设计I 吉吉林林化化工工学学院院化化工工原原理理课课程程设设计计题目题目筛板精馏塔分离苯筛板精馏塔分离苯——甲苯工艺设计甲苯工艺设计教教学学院院化工与材料工程学院化工与材料工程学院专业班级专业班级学生姓名学生姓名学生学号学生学号指导教师指导教师20102010 年年6 6 月月1414 日日吉林化工学院化工原理课程设计II 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3 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. 3 第三章精馏塔主要工艺尺寸的设计计算5 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21 4.1 塔顶气体上升的焓.21 V Q 4.2 回流液的焓.21 R Q 4.3 塔顶馏出液的焓.21 D Q 4.4 冷凝器消耗焓.21 C Q 4.5 进料的焓.21 F Q 4.6 塔底残液的焓.21 W Q 4.7 再沸器的焓.22 B Q 第五章塔的附属设备的计算23 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 结论27 致谢28 参考文献.29 主要符号说明30 吉林化工学院化工原理课程设计I 摘要在此筛板精馏塔分离苯-甲苯的设计中，给定的条件为：进料量为F=85kmol/h 塔顶组成为：进料馏出液组成为：塔釜组成: W x =0.03 加料热状态:q=1 塔顶操作压强:(表压首先根据精馏塔的物料衡算，求得D 和W，通过图解法确定最小回流比；再根据操作线方程，运用图解法求得精馏塔理论板数，确定温度奥康奈尔公式求的板效率，继而求得实际板数，确定加料位置。
化工原理课程设计——筛板精馏塔设计
溢流装置（10×20cm）
② 降液管形式和底隙 降液管：弓形、圆形。 降液管截面积：由Af /AT 确定； 底隙高度 h0：通常在 40 ~ 60 mm。
③ 溢流堰（出口堰） 作用：维持塔板上一定液层，使液体均匀横向流过。 型式：平直堰、溢流辅堰、三角形齿堰及栅栏堰。
0
本设计采用:
采用弓形降液管，平堰及平型受液盘，l w =0.7D=0.56 m
L xfi Li
回流比
表2 塔板计算结果
理论板数
板效率
实际板数
理论加料位置
实际加料位置
4. 塔板结构设计
包括板间距的初估，塔径的计算，塔板溢流 形式的确定，板上清液高度、堰长、堰高的初 估与计算，降液管的选型及系列参数的计算， 塔板布置和筛孔/阀孔的布置等，最后是水力 学校核和负荷性能图。
进料流量F, kmol/h
塔顶产品流量D, kmol/h
塔釜残液流量W, kmol/h
进料组成，xF(摩尔分数） 塔顶产品组成，xD(摩尔分数） 塔釜残液组成，xW(摩尔分数）
3.4 实际板数及进料位置的确定
1. 确定最小回流比Rmin
Rmi n xyD q xyqq00..69 880.706.38070.76
径、实际板数及加料板位置。 2. 精馏塔塔板工艺设计内容：塔板结构设计、流体力学计算、
负荷性能图、工艺尺寸装配图。 3. 换热器设计：确定冷热流体流动方式，根据换热面积初选换
热器；核算总传热系数；计算实际传热面积；选定换热器型号， 计算管程、壳程压降。
说明： 1. 写出详细计算步骤，并注明选用数据的来源。 2. 每项设计结束后，列出计算结果明细表。 3. 设计说明书要求字迹工整，按规范装订成册。
筛板塔精馏实验 化工原理实验讲义
实验一 筛板塔精馏实验一、实验目的了解筛板式精馏塔的结构，掌握其操作方法，观察气液两相接触状况的变化。
测定在全回流时精馏塔总板效率，分析气液接触状况对总板效率的影响。
二、实验装置1—原料液罐 2—进料泵 3—塔身 4—塔釜加热器 5—高位槽 6—转子流量计 7—冷凝器 8—回流比分配器 9—塔顶储液罐 10—冷却器 11—塔釜储液罐精馏装置流程示意图三、实验原理将双组分溶液加热，使其部分气化，则气相中的易挥发组分的浓度高于原物系的浓度。
对于沸点相近的双组分溶液，可以将液相再次部分气化，气相部分液化。
在板式塔内进行多级的上述过程，易挥发组分在气相中不断提浓，并在塔顶馏出；难挥发组分在液相中不断提浓，并在塔底采出，从而使两组分得到纯化。
精馏的必要条件是建立气-液两相的逆流接触（上升蒸气和回流液）。
总板效率E T 的测定：达到一定分离要求所理论板数和实际板数之比称为塔的总板效率 E T 。
即：T T P N E N1. 全回流操作时理论板数可通过逐板计算或利用汽液平衡数据通过图解法求出。
（1）逐板计算法求理论板数 根据芬斯克方程式min1lg 11lg W D D W mx x x x N α⎡⎤-⋅⎢⎥-⎣⎦=- （不包括再沸器） 式中：αm ——塔内平均相对挥发度，可取塔顶与塔釜间的几何平均值。
m α=（2）图解法求理论板数利用相平衡数据作出平衡线，根据测出的x D 、x W ，在对角线和平衡线间交替作梯级，即可求出全回流时的理论板数。
2. 部分回流操作时可通过图解法求出理论板数（参考化工原理教材）四、实验方法(一) 实验前准备、检查工作1. 将与阿贝折光仪配套的恒温水浴调整运行到所需的温度,并记下这个温度(例如30℃)。
检查擦镜头纸是否准备好。
2. 检查实验装置上的各个旋塞、阀门，均应处于关闭状态。
3. 配制一定浓度(质量浓度 20％左右)的乙醇-正丙醇混合液(总容量6000毫升左右),然后倒入原料液罐。
化工原理课程设计--苯-甲苯连续精馏筛板塔的设计
化工原理课程设计--苯-甲苯连续精馏筛板塔的设计湖南科技大学化工原理课程设计——苯-甲苯连续精馏筛板塔的设计专业班级：应用化学二班姓名：李钰冰学号： 1006020221指导老师：杨明平、仇明华、刘和秀2012年12月24日~2013年1月4日10级应用化学专业板式精馏塔设计任务书一、设计题目：苯——甲苯连续精馏塔的设计二、设计任务及操作条件1 、进精馏塔料液含苯38% （质量），其余为甲苯2 、产品中苯含量不得少于96% （质量）3 、釜液中苯含量不得高于4% （质量）4 、生产能力：5.5 吨/ 小时5 、操作条件：(1) 精馏塔顶压强：4.5kPa （表压）(2) 进料热状态：自选(3) 加热蒸气：600kPa （表压）的饱和蒸气(4) 回流比：自选(5) 单板压降：≯0.7kPa三、设备型式：筛板塔四、厂址：湘潭地区（年平均水温20 ℃）五、设计内容（设计基础数据参见设计指导书）1 、设计方案的确定及流程说明2 、塔的工艺计算3 、塔和塔板主要工艺尺寸的计算⑴塔板、塔径及塔板结构尺寸的确定⑵塔板的流体力学验算⑶塔板的负荷性能图4 、设计结果概要或设计一览表5 、换热器的选型与计算6 、生产工艺流程图及精馏塔的工艺条件图及筛板布置图7 、对本设计的评述或有关问题的分析讨论六、按要求编制相应的设计说明书七、主要参考资料化工原理、化工原理课程设计指导书、化工工艺设计手册、物理化学手册八、指导老师组织人：刘和秀指导老师：杨明平、仇明华、刘和秀九、时间2012.12.24----2013.1.4前言化工生产中所处理的原料、中间产物、粗产品几乎都是有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纯态的物质。
芳香族化合物是化工生产中的重要的材料，可用来制备染料、树脂、农药、合成药物、合成橡胶，合成纤维和洗涤等等；苯与甲苯都是重要的化工原料，苯- 甲苯混合溶液的分离技术一直是一个重要的课题。
筛板塔设计详解
气流截面积固定，操作 弹性小 a、舌型塔板 — 气相夹带严重，板效率 降低 气流截面积可调，操作 弹性大 b、浮动喷射塔板 — 存在漏夜和吹干现象， 板效率降低
c、浮舌塔板 — 操作弹性大、压降低， 特适用减压蒸馏
二.塔板上汽液两相的流动现象
气液接触状态
塔板上汽液两相的流动现象
(3)绘制塔板负荷性能图 画出精馏段或提馏段某块的负荷性能图。 (4)有关具体机械结构和塔体附件的选定 • *接管规格：
根据流量和流体的性质，选取经验流速，选择标准管道。
*全塔高度： 包括上、下封头，裙座高度。
3. 附属设备设计和选用 (1)加料泵选型，加料管规格选型 加料泵以每天工作3小时计（每班打1小时）。
大致估计一下加料管路上的管件和阀门。
(2)高位槽、贮槽容量和位置 高位槽以一次加满再加一定裕量来确定其容积。 贮槽容积按加满一次可生产10天计算确定。 (3)换热器选型
对原料预热器，塔底再沸器，塔顶产品冷却器等进行选型。
(4)塔顶冷凝器设计选型 根据换热量，回流管内流速，冷凝器高度，对塔顶冷凝器 进行选型设计。
c. 精馏塔实际塔板数 用近似后的适宜回流比在计算机上通过逐板计算得到全塔理论塔板数以 及精馏段和提馏段各自的理论塔板数。 然后根据全塔效率ET，求得全塔、精馏段、提馏段的实际塔板数，确定加 料板位置。
2. 精馏塔设备设计
(1)选择塔型和板型 采用板式塔，板型为筛板(浮阀)塔。
(2)塔板结构设计和流体力学计算
塔板上汽液两相的流动现象
塔板上汽液两相的流动现象
注意
通常希望在泡沫状态、喷射状态或两者的过渡状态下操作 液汽比较大时处于泡沫状态，较小时处于喷射状态 易挥发组分与难挥发组分的表面张力的相对大小对汽液 接触状态有影响 σ 易＜σ 难，宜在泡沫状态下操作 这时汽液两相所形成的泡沫层中的气泡稳定，泡 沫层较高，汽液两相接触面积大，塔板效率高
【优秀毕设】化工原理课程设计筛板精馏塔的设计
化工原理课程设计任务书班级：生工081姓名：丁尚************陈国钰************设计题目：乙醇水溶液筛板精馏塔的工艺设计一.基础数据1.原料液量：8000kg·h-12.原料液组成：乙醇：22.6% ，水：77.4%3.原料液温度：25℃4.馏出液组成：乙醇含量大于：93.2%釜液组成：乙醇含量小于：1.1%(以上浓度均指质量分率)5.操作压力：常压二.设计范围1.精馏系统工艺流程设计，绘流程图一张2.筛板精馏塔的工艺计算3.筛板精馏塔塔板结构的工艺设计，绘制塔板负荷性能图，塔板结构图和整体设备结构图4.附属设备选型计算2011.7.8目录第一章：概述 (2)第二章：精馏工艺流程确定 (4)第三章：精馏塔的物料衡算 (5)第四章：塔板数的确定 (10)第五章：塔板结构的工艺设计 (19)第六章：塔板流体力学校核 (29)第七章：塔板负荷性能图 (33)第八章：塔的总体结构的确定 (39)第九章：馏塔附属设备选型计算 (46)参考文献 (51)附录 (52)第一章概述塔设备是化工，石油化工和炼油等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。
它是实现精馏，吸收，解吸和萃取等化工单元操作的主要设备。
塔设备在化工过程中有时也用来实现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。
在板式塔中，塔内装有一定数量的塔盘，气体以鼓泡或喷射的形式穿过塔板上的液层使两相密切接触，进行传质，两相的组分浓度沿塔高呈阶梯式变化。
在填料塔中，塔内装填一定段数和一定高度的填料层，液体沿填料表面成膜状向下流动，作为连续相的液体自下向上流动，与液体逆流传质。
两相的组分浓度沿塔高呈阶梯式变化。
不管是何种塔型，除了首先要能使气（汽）液两相充分接触，获得较高的传热效率外，还希望能综合满足下列要求：(1)生产能力大。
在较大的气（汽）液流速下，仍不致发生大量的物沫夹带及液泛等破坏正常操作的现象。
《课程设计筛板塔设计》PPT课件
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23
5、回流比的选择
计算最小回流比；
确定适宜的回流比，R=(1.1~2)Rmin
R=(1.6~1.9)Rmin
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24
6、塔板效率的估算
经验式估算 关联图估算
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25
四、塔板结构设计
1、板间距的选定 因素：雾沫夹带，物料的发
泡性，操作弹性，安装后检 修方便。
2、塔盘类型及塔盘结构： 300~900mm，用整块塔盘， 定管距式支撑结构： 重叠式支撑结构 >700mm 塔节长度；决定于塔径和支
撑结构。
塔径300~500mm，塔节长度 800~1000mm，以手臂深入 塔节内操作； 塔径600~700mm，塔节长度 1200~1500mm，以上身深入 塔节内操作； 塔径800mm，塔节长度 2000~2500mm，以人体深入 塔节内操作。 定距管结构，每个塔节内 5~6个塔板。 重叠式不受限制。 精选分PP块T 式塔盘，>800mm。 26
6.078 1343.94 219.58
5
4、苯的生产工艺流程
5
6
7
8
3
9
4
1
2
4 11 12
1.轻苯储槽 2.进料泵 3.纯苯精馏塔 4.加热器 5.冷凝冷却器 6.油水分离器 7.回流槽 8.计量槽 9.回流泵 10.喷淋式冷却器 11.釜液储槽
精选PPT
6
精馏塔流程
精选PPT
7
精馏段 提馏段
3、板式塔内部工艺结构
四、塔板结构设计
（1）人孔:
（3）塔底空间:
化工原理课程设计—筛板塔的设计
目录摘要 (3)第一章．化工原理课程设计任务书 (4)第二章．设计方案的确定 (4)第三章.精馏塔的工艺计算 (5)3.1.全塔物料衡算 (5)3.1.1原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数 (5)3.12.原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 (5)3.13物料衡算进行处理 (5)3.2 实际回流比 ............................................................................... 错误！未定义书签。
3.2.1泡点温度，露点温度的计算.......................................... 错误！未定义书签。
3.2.3操作线方程...................................................................... 错误！未定义书签。
3.3逐板计算法求理论塔板数 ........................................................ 错误！未定义书签。
3.4实际板层数的求取 .................................................................... 错误！未定义书签。
3.5热量衡算的计算 ........................................................................ 错误！未定义书签。
3.6精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算............................. 错误！未定义书签。
3.6.1操作压力的计算.............................................................. 错误！未定义书签。
3.6.2平均摩尔质量的计算...................................................... 错误！未定义书签。
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其中液沫夹带分率 由图10-47查得
3.溢流液泛条件的校核：
• 必须满足以下条件
H fd
Hd
<
H T hW
相对泡沫密度
易起泡0.3—0.4；不易起泡0.6—0.7
式中计算降液管中清液层高度
Hd hw how hf hf
• 其中 hW 取值
堰上液高
2
2
hoW
C0
1 2g
Lh lW
筛板的稳定系数
k u0 u 0W
≥1.5—2.0
其中设计孔速的计算
u0
VS A0
漏液点孔速的计算
u 0W
2
ghd L V
C0
2
0.5
hd 漏液点干板压降 ，查图10-49
C0 ----干板孔流系数
hC --- 塔板上当量清液高度
hC
0.0061
0.725 hW
0.006 F
1.23 LS lW
F ---漏液点动能因子
F
ua
0.5 V
u0W A0 AT 2 Af
0.5 V
Ⅳ.负荷性能图
(1)液相下限线，线4
令 ，由 h0W 0.006 m
h0W
2.84
10
3
E
Lh lW
2 3
计算出 Lh =3.3m3/h ,
式，
在负荷性能图 Lh =3.3m3/h处作垂线的液 相下限线。
(2)液相上限线，线5
筛板塔的设计
限于一般孔径的泡沫型操作的筛板 塔的设计
筛孔塔板的设计参数
• ① 塔板直径D • ② 板间距HT • ③ 溢流堰的型式，长度Lw和高度hw • ④降液管的型式，降液管底部与塔板间距
的距离-----底缝距离ho • ⑤液体进出安定区的宽度Ws`、Ws，边缘区
的宽度Wc • ⑥筛孔直径do，孔间距t
当
Lh = 18.5 m3/h 时，由图试差求出
hC
0.0061
0.725 hW
0.006 F
1.23
LS lW
解得 F ；
由
F
ua
0.5 VLeabharlann u0W A0 AT 2Af
0.5 V
解 得 u0W =6.4m/s
由 u0W 得 相应的气相流量 Vh u0W A0 =3200 m3/h
• 得 第一点Lh = 18.5 m3/h ，Vh 3200 m3/h
• 取液体在降液管中的停留时间为3秒。
• 由 ≮ HT Af 3---5 秒 Lmax
算得 Lh= 106 m3/h
• 在负荷性能图Lh =106m3/h处
作垂线的液相上限线。
(3)漏液线，线2
漏夜线近似看成直线，由两点确定其位置。
• 第一点：取液相流量为设计负荷，Lh = 18.5 m3/h ，
1.板压降的校核
• 计算 板压降hf
h f hd hl ≤允许值（ 给定）
干板压降
hd
1 2g
V L
u0 C0
2
液层阻力
C0 ----孔流系数，由图10—45查得
hl hW hoW
液层冲气系数，由图10-46查
2.液沫夹带的校核
• 计算
eV
L 1 V
≤0.1kg液体/kg干气
• 第二点：取任意液相流量 Lh = 100m3/h ， 同样方法计算得 气体流量 Vh u0W A0 =4040 m3/h 得第二点 Lh = 100m3/h ， 气体流量 Vh =4040 m3/h
• 由以上两点得漏夜线，线2
(4)过量液沫夹带线 ，线1
• 可以看成直线，两点确定其位置。
3
2.84
103
E
Lh lW
3
液面落差
=0.0476 b 4H f 2 L LS z bH f 3 L V
有时可忽略
降液管阻力
hf
1
2 gC 02
LS lW h0
2
4.液体在降液管中停留时间的校核
为避免严重的气泡夹带
Af H d ≥3—5秒
LS
5.漏液点的校核
为保证所设计的筛板具有足够的操作弹性
由费尔两相动能参数
FLV
LS VS
L WL V WV
L V
查泛点关联图10-42得 C f 20
• C f 20 表面张力为20mN/m的气体负荷因子
和板间距 HT
计算液泛速度
u= f
C
f
20
L
V
V
0.5
计算设计气速
u (0.8 0.85)u f
计算气体流通面积
A VS u
确定液流型式：
Ⅱ 塔板结构设计
塔径确定后，根据经验选择确定其余设计参 数，初步完成塔板设计。
• 1.选择溢流堰型式：
通常选择平堰，当堰上液高小于6mm时采用齿形堰
选择溢流堰高度 hW ：
根据塔的操作压力选择堰高 查表10—3 取
2.选择降液管型式：
弓形 或 圆形（小型实验）；出口不设堰；降液面积与受 液面积相等
第一点取设计点的液气比，
两相流动参数
=0.014 。 FLV
LS VS
L WL V WV
L V
令
eV
L 1 V
=0.1kg液体/kg干气
，求得
Ψ=0.125
查图10—47的泛点百分率94% ；
•
由
泛点百分率94%
= un uf
（由于泛点速度u f =1.55 m/s
在计算塔径时已计算出），
选择受液盘型式：
一般选平底受液盘，当 D 大于 800mm时 选择凹形受液盘
选择底缝尺寸：
h0 < hW
h 且
0 ≥ 20—25 mm
3.选择安定区：
入口 WS =50—100mm ； 出口 WS =W（S 可不设）
选择边缘区： WC =25—50mm
• 4.选择孔径： 鼓泡型操作的筛板塔 d0=3---8mm
喷射型操作的筛板塔do=12----25mm
计算开孔率
一般孔间距
0.907
d0
2
t
t 2.5 5d0
Ⅲ 塔板的校核
• 对初步设计的筛板必须进行校核， • 以判断设计工作点是否位于筛板的正常操作范围内， • 板压降是否超过允许值。 • 否则对设计参数进行修正。 • 最后应对设计的塔板作出负荷性能图。
筛孔塔板的设计程序
• 设计基本程序: • ①选择板间距HT和初步确定塔径D • ② 根据初选塔径，对筛板进行具体结构的
设计。 • ③ 对所设计的塔板进行水力学校核，必要
时对某些结构参数进行调整。
Ⅰ、板间距的选择和塔径的初定
• 取 HT 初步确定塔径。由表10-1 不同塔径的板间距参考表
• 查筛板塔的泛点 C f 20
由液体流量确定 单溢流型或双溢流型 • 确定 lW D ：
单溢流型 lW D = 0.6---0.8 ， 双溢流型 lW D = 0.5—0.7
查图10—40 查得 溢流管面积与塔板总面积比
A f AT
计算塔板总面积 AT 由 Af AT A
AT
AT
计算塔径 D
由 D 4 AT
圆整 D 根据塔设备系列化规格