化工原理课程设计板式精馏塔设计
化工原理(含化工设备机械基础)课程设计板式精馏塔设计
化工原理（含化工设备机械基础）课程设计板式精馏塔设计专业班级：化工工艺06-3班本组成员：指导老师：设计时间：2009年4月27日至2009年5月15日目录1、摘要 (2)2、设计任务书 (3)3、前言 (4)4、回流比优化 (6)4、塔板的工艺设计 (8)5、塔板的流体力学计算 (18)6、塔附件设计 (25)7、塔总体高度的设计 (27)8、附属设备设计 (27)9、精馏塔主体设备机械设计 (28)10、参考文献 (36)11、附录 (39)摘要：本设计采用筛板塔精馏分离乙醇-水溶液，利用VB语言优化回流比，并算出理论塔板数为40，最优回流比2.66。
对塔的工艺尺寸进行计算得出塔径为0.8 米，塔总高42米。
对塔的流体力学进行验证后，符合筛板塔的操作性能。
经过对塔设备的强度计算，12mm满足设计要求。
本次设计内容对提高化工原理课程设计的能力有明显作用。
关键词：筛板塔、乙醇、最小回流比、经济衡算精馏塔优化设计任务书1、设计任务：年处理2.8万吨乙醇-水溶液系统2、设计条件：●料液含乙醇13wt%；●馏出液含乙醇不少于94wt%；●残液含乙醇不大于0.05wt%。
3、操作条件：●泡点进料，回流比由经济衡算优化；●塔釜加热方式及蒸汽压力：间接，0.2Mpa（表压）；●塔顶全凝器冷却水进口温度20℃，出口温度50℃；●常压操作，年工作日300天，每天工作24小时；●塔板形式：筛板塔；●安装地点：合肥。
4、主要设计内容：●工艺流程的确定；●塔和塔板的工艺尺寸计算；●塔板的流体力学验算及复合性能图；●主体设备的机械设计；●辅助设备的计算设备的机械设计。
前言精馏是通过汽液两相的直接接触，利用组分挥发度的不同，使易挥发组分由液相向气相传递，难挥发组分由气相向液相传递，来达到分离液相混合物的一种常用操作。
蒸馏操作在化工，石油化工，轻工等工业生产中占有重要的地位。
为此，掌握气液相平衡关系，熟悉各种塔型的操作特性，对选择，设计和分析分离过程中的各种参数是非常重要的。
化工原理课程设计方案说明书板式精馏塔设计方案
、尸■、■前言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。
精馏是分离液体混合物最常用的一种单元操作，在化工，炼油，石油化工等工业得到广泛应用。
精馏过程在能量计的驱动下，使气，液两相多次直接接触和分离，利用液相混合物中各相分挥发度的不同，使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。
实现原料混合物中各组成分离该过程是同时进行传质传热的过程。
本次设计任务为设计一定处理量的分离四氯化碳和二硫化碳混合物精馏塔。
板式精馏塔也是很早出现的一种板式塔， 20 世纪 50 年代起对板式精馏塔进行了大量工业规模的研究，逐步掌握了筛板塔的性能，并形成了较完善的设计方法。
与泡罩塔相比，板式精馏塔具有下列优点：生产能力 <2 0%—— 40%）塔板效率 <10%——50%）而且结构简单，塔盘造价减少 40%左右，安装，维修都较容易。
化工原理课程设计是培养学生化工设计能力的重要教案环节，通过课程设计使我们初步掌握化工设计的基础知识、设计原则及方法；学会各种手册的使用方法及物理性质、化学性质的查找方法和技巧；掌握各种结果的校核，能画出工艺流程、塔板结构等图形。
在设计过程中不仅要考虑理论上的可行性，还要考虑生产上的安全性、经济合理性。
在设计过程中应考虑到设计的业精馏塔具有较大的生产能力满足工艺要求，另外还要有一定的潜力。
节省能源，综合利用余热。
经济合理，冷却水进出口温度的高低，一方面影响到冷却水用量。
另一方面影响到所需传热面积的大小。
即对操作费用和设备费用均有影响，因此设计是否合理的利用热能 R 等直接关系到生产过程的经济问题。
本课程设计的主要内容是过程的物料衡算，工艺计算，结构设计和校核。
【精馏塔设计任务书】一设计题目精馏塔及其主要附属设备设计二工艺条件生产能力： 10 吨每小时＜料液）年工作日：自定原料组成： 34%的二硫化碳和 66%的四氯化碳＜摩尔分率，下同）产品组成：馏出液 97%的二硫化碳，釜液 5%的二硫化碳操作压力：塔顶压强为常压进料温度：58 C进料状况：自定加热方式：直接蒸汽加热回流比：自选三设计内容1确定精馏装置流程。
化工原理课程设计--苯-甲苯连续筛板式精馏塔的设计
0.0045
0.458
0.472
0.489
0.503
由上表数据可作出漏液线1
3.6.2 液沫夹带线
以 为限,求出 关系如下:
由
精馏段:
,
整理得:
在操作范围内,任取几个 值,依上式计算出 值
表2-4
0.0006
0.0015
0.0030
0.0045
2.457
2.362
2.24
2.138
提馏段:
提馏段:
板上不设进口堰，
故在本设计中不会发生液泛现象
3.6.1
由
,
得
精馏段:
=
在操作线范围内,任取几个 值,依上式计算出
表2-2
0.0006
0.0015
0.0030
0.0045
0.564
0.579
0.598
0.613
提馏段:
=4.870
操作线范围内,任取几个 值,依上式计算出
表2-3
0.0006
0.0015
对于进料： =93.52℃
得：
又
精馏段平均相对挥发度：
提馏段平均相对挥发度：
由液体平均粘度公式： 可求得不同温度下苯和甲苯的粘度
对于苯(A)，其中 ， 即：
当 ℃时，
当 ℃时，
对于甲苯(B)，其中 ， 即：
当 ℃时，
当 ℃时
又精馏段的液相组成：
提馏段的液相组成：
精馏段平均液相粘度：
提馏段的平均液相粘度:
塔设备是化工、炼油生产中最重要的设备类型之一。本次设计的筛板塔是化工生产中主要的气液传质设备。此设计针对二元物系的精馏问题进行分析、选取、计算、核算、绘图等，是较完整的精馏设计过程，该设计方法被工程技术人员广泛的采用。
化工原理课程设计《板式塔课程设计》省名师优质课赛课获奖课件市赛课一等奖课件
塔
高
加料口板间距加大，设测试
口；
塔釜空间=1-3m，设人孔、测试口；
裙座=2m，设人孔两个。
绘图
➢物料流程图： 只标设备名称，物料构成、流量。
➢塔板构造图： 塔板分块、孔旳排列、降液管旳尺寸；
➢塔体工艺图： 总高、管口位置、板间距、管口方位、 管口表、技术特征表。
河北科技大学
设计 制图 审核 批准
D圆整 初选塔径 1米下列100
进制
构造参数旳设计
hw , ho ,Ws ,Ws' ,Wc ,do , t
how
hn
溢流强度 i= Lh < 3.5 ~ 4.5
hw
LW
计算hOW
hw 20 ~ 50mm
hw hL - how
ho 20 ~ 25mm hw
hL = 60mm
降液管、受液盘旳构造及尺寸
进料管：泵加料 u= 1-3m/s；高位槽进料u= 0.5-1m/s
回流液管：泵回流 u= 1.5-3m/s；重力回流u= 0.5-1m/s
（3）冷却剂、加热剂用量
Qc Vrc WcC p t2 t1
QB VrB W蒸汽 r蒸汽
t2 400C ~ 450C
冷却剂用量 加热剂用量
将工艺计算成果列表
用途
塔顶蒸汽管 排空管 回流管 进料管
塔底蒸进口管 热电阻接口 压力计接口 液位计接口
塔底液体出口管 人孔
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设计 制图 审核 批准
浮阀精馏塔 工艺条件图
图号
材料 比例
1:50
数量 第 1 页共
重量 1页
5、设计阐明书内容
每项单独一页 正文
每项单独一页
化工原理课程设计精馏板式塔的设计
确保停留时间大于或等于3～5s，这样使得溢流中的泡沫有足够的时间在降
液管中分离。
（27）
⑤ 降液管底隙高度hb：
（28）
• 采用合适的回流比； • 蒸馏系统的合理设置，如采用中间再沸器和中间 冷凝器的流程，可以提高精馏塔的热力学效率。
3.板式精馏塔的工艺计算
釜。 （1） （2）
得出：
3.1物料衡算及操作线方程
• 常规塔：一处进料和塔顶、塔底各有一个产品，塔釜间接蒸汽加热的精馏
（3）
（4）
式中：F、D、W——分别为原料液、馏出液和釜残液流量，kmol/h；
2.2进料状态的选择
• • • • • • •
进料状态以进料热状态参数q表示，有五种进料状态； q>1.0时，为低于泡点温度的冷液进料； q＝1.0时，为泡点下饱和液体； q＝0时，为露点下的饱和蒸气； 1>q>0时，为介于泡点和露点间的气液混合物； q<0时，为高于露点的过热蒸气进料。 为使塔的操作稳定，免受季节气温影响，精、提馏段采 用相同塔径以便于制造，则采用饱和液体（泡点）进料， 但需增设原料预热器。
• 4、塔的负荷性能图（放在说明书的流体力学验算后、用 标准坐标纸绘制）
2.设计方案的确定
2.1操作压力
精馏操作可以在常压、减压和加压下进行。
除热敏性物料外，凡通过常压精馏即可实现分离要 求，并能用江河水或循环水将馏出物冷凝下来的 系统，都采用常压精馏；
对热敏性物料或混合物沸点过高的系统，宜采用减 压精馏； 常压下成气态的物料必须采用加压精馏。
化工原理课程设计-板式精馏塔的设计
化工原理课程设计-板式精馏塔的设计(总29页)-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1-CAL-本页仅作为文档封面，使用请直接删除化工原理课程设计–––––板式精馏塔的设计摘要................................................... 错误!未定义书签。
Abstract…………………………………………………………………………………………….引言第一章设计条件与任务 .......................... 错误!未定义书签。
第二章设计方案的确定 .......................... 错误!未定义书签。
第三章精馏塔的工艺计算 ....................... 错误!未定义书签。
实际回流比........................................... 错误!未定义书签。
全塔物料衡算 ........................................ 错误!未定义书签。
塔板数的计算 ........................................ 错误!未定义书签。
理论塔板数........................................ 错误!未定义书签。
实际塔板数........................................ 错误!未定义书签。
精馏塔物性参数的计算 ............................... 错误!未定义书签。
操作压力计算...................................... 错误!未定义书签。
操作温度计算...................................... 错误!未定义书签。
平均摩尔质量计算.................................. 错误!未定义书签。
化工原理_课程设计《板式塔课程设计》.
un 泛点百分率 uf 75 ~ 85%
u f C(
AT
4
D
2
选
lw
D = 0.5 ~ 0.7
C C 20 (
l v 0.5 ) v 0.2
20 )
D圆整 初选塔径 1米以下100 进制
结构参数的设计 ' hw , ho ,Ws ,Ws ,Wc , do , t how
GB9119.7-88 GB9119.7-88 GB9119.7-88 GB9119.7-88 GB9119.7-88 GB9119.7-88 GB9119.7-88 GB9119.7-88 GB9119.7-88 GB9119.7-88
塔顶蒸汽管 排空管 回流管 进料管 塔底蒸进口管 热电阻接口 压力计接口 液位计接口 塔底液体出口管 人 孔
塔板校核
做出负荷性能图
板面布置
板面分区 塔径D>1m 分块，至 少有一宽度为400mm
Wc 25-50mm
Af
筛孔、浮阀排列 形式
Aa
Ws’ Af ’
Ws50-100mm
筛板塔： 筛板塔孔径d0，孔间距t=(2.5-5) d0 浮阀塔： F1型 阀孔直径d0=39mm，孔间距 t=(75mm、100、125、150）
裙座=2m，设人孔两个。
绘图
物料流程图： 只标设备名称，物料组成、流量。
塔板结构图： 塔板分块、孔的排列、降液管的尺寸；
塔体工艺图： 总高、管口位置、板间距、管口方位、 管口表、技术特性表。
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设 制 审 批 计 图 核 准 精馏塔塔板 工艺条件图 图 号 材 料 比 例
1:10
重 量
液体在降液管内的停留时间 漏液
化工原理课程设计-板式精馏塔设计
三. 设计任务
完成精馏塔工艺设计，精馏设备设计，有关附属设备的设计和 选用，绘制带控制点工艺流程图，塔板结构简图，编制设计说明书。
四. 设计内容
1. 工艺设计 （1）选择工艺流程和工艺条件
a．加料方式 b. 加料状态 c. 塔顶蒸汽冷凝方式 d. 塔釜加热方式 e. 塔顶塔底产品的出料状态 塔顶产品由塔顶产品冷却器冷却至常温。 （2）精馏工艺计算： a. 物料衡算确定各物料流量和组成。
5.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; 设计说明书要求字迹工整,装订成册上交。
第二部分：筛板式精馏塔设计方法
一. 工艺计算 二. 设备计算 三. 辅助设备计算 四. 塔体结构 五. 带控制点工艺流程图
一．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 (5)热量衡算
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。
0.735
lW hn
hOW
5 2
hOW
hn
5 2
LS —塔内液体流量,m3 S hn —齿深, m;可取为 0.015m
(3).堰高 hW
堰高与板上液层高度及堰上液层高度的关系：
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8. 塔板的负荷性能图
•
在确定了塔板的工艺尺寸，又按前述各款进行
了流体力学验算之后，便可确认所设计的塔板能在
任务规定的气液负荷下正常操作。此时，有必要进
一步揭示该塔板的操作性能，即求出维持该塔板正
常操作所允许的气、液负荷波动范围。这个范围通
• 三. 设计任务
• 完成精馏塔工艺设计，精馏设备设计，有关附属设备的设计和 选用，绘制带控制点工艺流程图，塔板结构简图，编制设计说明书 。
• 四. 设计内容
• 1. 工艺设计
• （1）选择工艺流程和工艺条件
•
a．加料方式 b. 加料状态 c. 塔顶蒸汽冷凝方式
• d. 塔釜加热方式 e. 塔顶塔底产品的出料状态
• 塔设备的生产能力一般以千克/小时或吨/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。
•
•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
• 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
•
(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
• 塔顶产品由塔顶产品冷却器冷却至常温。
• （2）精馏工艺计算：
•
a. 物料衡算确定各物料流量和组成。
•
b.经济核算确定适宜的回流比
• 根据生产经常费和设备投资费综合核算最经济原则，尽量使用 计算机进行最优化计算，确定适宜回流比。
•
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。
• 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
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二．设备计算
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化工原理课程设计板式 精馏塔设计
2020年5月28日星期四
化工原理课程设计
•——筛板式精馏塔设计
第一部分：化工原理课程设计任务书 第二部分：设计方法 第三部分：化工塔器CAD设计软件介绍 第四部分：设计示例
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•第一部分：化工原理课程设计任务书
•一. 设计题目：苯——甲苯混合液筛板(浮阀)精馏塔设计
•
*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。
常以塔板负荷性能图的形式表示。
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•Vs ,m3/s
•(1)雾沫夹带线
•(5)液相 负荷下限 线
•B Vs,max
•(2)液泛 线
•Pห้องสมุดไป่ตู้作点
•(3)液相上限线
•A Vs,min
•(4)漏夜线
•O •2020/5/28
•Ls ,m3/s
•塔板负荷性能图
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四. 塔体结构
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•五. 工艺流程图、设备图和图纸说 明•1. 带控制点工艺流程图示例
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•工艺流程图纸
•2. 设备图纸示例
• 设备图纸
•3. 图纸示例说明 •工艺流程图纸 • 图纸说明
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•4.编写设计说明书 • 设计说明书应根据设计指导思想阐明设计特点，列出设计主 要技术数据，对有关工艺流程和设备选型作出技术上和经济上的 论证和评价。应按设计程序列出计算公式和计算结果；对所选用 的物性数据和使用的经验公式图表应注明来历。 • 设计说明书应附有带控制点工艺流程图，塔板结构简图和计算 机程序框图和原程序。
•二. 原始数据
•年处理量：25000 30000 35000 40000 45000 50000吨 •料液初温：35℃ •料液浓度：40% 45% 50% 55% 60%（苯质量分率） •塔顶产品浓度：98% 98.5%（苯质量分率） •塔底釜液含甲苯量不低于 98%(以质量计) •每年实际生产天数：330天（一年中有一个月检修） •精馏塔塔顶压强：4 kpa（表压） •冷却水温度：30℃ •饱和水蒸汽压力：2.5kgf/cm2(表压) •设备型式：筛板(浮阀)塔 •厂址：
•5.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; 设计说明书要求字迹工整,装订成册上交。
第二部分：筛板式精馏塔设计方法
一. 工艺计算 二. 设备计算 三. 辅助设备计算 四. 塔体结构 五. 带控制点工艺流程图
一．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 (5)热量衡算