精馏塔的设计计算
精馏塔的计算
FxF= DxD+ WxW
175 = D + WD=76.6kmol/h
175×0.44=0.974D+0.0235WW=98.4kmol/ h
例：将含24%（摩尔分率，以下同）易挥发组分的某混合液送入连续操作的精馏塔。要求馏出液中含95%的易挥发组分，残液中含3%易挥发组分。塔顶每小时送入全凝器850kmol蒸汽，而每小时从冷凝器流入精馏塔的回流量为670kmol。试求每小时能抽出多少kmol残液量。回流比为多少？
Y =nA/nB=yA/yB=yA/（1-yA）kmolA / kmolB
Y =pA/pB=pA/（P - pA）
在吸收操作中，通常A组分：指吸收质
B组分：液相xB指吸收剂，气相yB指惰气
四．吸收推动力：实际浓度与平衡浓度之差。即ΔY=Y–Y*（以气相浓度表示）
ΔX=X*- X（以液相浓度表示）
脱收推动力：ΔY=Y*- Y（以气相浓度表示）
气膜、液膜越厚，传质阻力越大，传质速率就越小，而膜越薄，自然越有利传质。
（三）提高吸收速率：流体力学指出，流速越大，边界膜越薄。因此按照双膜理论，在其它条件不变时，增大流速，就可以减小双膜阻力，从而提高吸收速率。
七．吸收速率
1．吸收速率：是指单位传质面积上，单位时间内吸收的溶质量。
在稳定操作的吸收设备中吸收设备内的任一部位上，相界面两侧的对流传质速率是相等的（否则会在界面处有溶质积累）。因此其中任何一侧有效膜中的传质速率都能代表该处的吸收速率。
阻力阻力
双膜理论模型
通过假设，把整个相际传质的复杂过程简化为吸收质只是经气、液两层的分子扩散过程。因此两膜层就成为吸收过程的两个基本阻力。
（二）在两相主体浓度一定的情况下，两膜层的阻力便决定了传质速率的大小。双膜理论也称双阻力理论。
精馏塔的设计计算
第2章精馏塔的设计计算2.1 进料状况设计中采用泡点进料，塔顶上升蒸汽采用全冷凝器冷凝，冷凝液在泡点下回流至塔内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1.7倍。
塔釜采用间接蒸汽加热具体如下：塔型的选择本设计中采用浮阀塔。
2.2 加料方式和加料热状况加料方式和加料热状况的选择：加料方式采用泵加料。
虽然进料方式有多种，但是饱和液体进料时进料温度不受季节、气温变化和前段工序波动的影响，塔的操作比较容易控制；此外，饱和液体进料时精馏段和提馏段的塔径相同，无论是设计计算还是实际加工制造这样的精馏塔都比较容易，为此，本次设计中采取泡点进料。
2.3 塔顶冷凝方式塔顶冷凝采用全冷凝器用水冷却。
甲醇和水不反应而且容易冷却，故使用全冷凝器，塔顶出来的气体温度不高冷凝回流液和产品温度不高无需进一步冷却，此分离也是为了得到甲醇故选用全冷凝器。
2.4 回流方式回流方式可分为重力回流和强制回流，对于小型塔冷凝器一般安装在塔顶。
其优点是回流冷凝器无需支撑结构，其缺点是回流控制较难。
需要较高的塔处理或因为不易检修和清理，这种情况下采用强制回流.故本设计采用强制回流。
2.5加热方式加热方式为直接加热和间接加热。
直接加热由塔底进入塔内。
由于重组分是水故省略加热装置。
但在一定的回流比条件下，塔底蒸汽对回流有稀释作用，使理论板数增加，费用增加，间接蒸汽加热器是塔釜液部分汽化维持原来浓度，以减少理论板数。
本设计采用间接蒸汽加热。
2.6工艺流程简介连续精馏装置主要包括精馏塔，蒸馏釜（或再沸器），冷凝器，冷却器，原料预热器及贮槽等．原料液经原料预热器加热至规定温度后，由塔中部加入塔内．蒸馏釜（或再沸器）的溶液受热后部分汽化，产生的蒸汽自塔底经过各层塔上升，与板上回流液接触进行传质，从而使上升蒸汽中易挥发组分的含量逐渐提高，至塔顶引出后进入冷凝器中冷凝成液体，冷凝的液体一部分作为塔顶产品，另一部分由塔顶引入塔内作为回流液，蒸馏釜中排出的液体为塔底的产品。
精馏塔优化设计计算
一．精馏塔优化设计计算【设计要求】375.71吨/溶度35wt%,产品溶度84(wt%),易挥发组分回收率0.98，1476小时。
进料热状况自选回流比自选单板压降≤0.7 kPa塔底温度100104℃本设计任务为分离二甲基亚砜-升蒸汽采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔物系属易分离物系，，2倍。
塔釜采用间接蒸汽加热，1二甲基亚砜摩尔质量MA=78.13kg/kmol水的摩尔质量MB=18 kg/kmolX F==0.7X D==0.96M F=0.3×78.13+0.7×18=36.04 kg/kmolM D=0.96×78.13+0.04×18=75.72 kg/kmol3.物料衡算原料处理量F==7.06水回收率衡算；=0.98 D=5.04总物料衡算7.06=D+W水物料衡算7.06×0.3=0.04D+WX W联立解得D=5.04kmol/h W=2.02kmol/h X w=0.05气液平衡数据6KPa下二甲基亚砜-水溶液平衡与温度的关系根据上表，利用内插法求进料，塔顶，塔底温度，由=得；塔顶；=T D=40.8°C+塔釜；=T W=96.7°C进料；=T F=48.1°C原料液，溜出液与釜残液的含量与温度相对挥发度的计算根据上表，利用内插法急速那精馏段和提馏段对应的气液相摩尔分率，得；精馏段；t1==44.45°C==X=0.75 y=0.98提馏段；t2==72.4°C==X=0.3 y=0.85将X1 Y1 X2 Y2分别带入气液平衡方程，得a1=16.3 a2=13.2a=(a1a2)0.5=14.67最小回流比及操作回流比的确定由泡点进料，可得X q=XF=0.7；Y q==o.97R min===-0.03一般回流比取最小回流比的2倍即R=2R min=0.1×2=0.2。
Aspen简捷法精馏塔设计计算
例5-2 简捷法精馏设计计算
5）DSTWU模型设置
这里轻关键组分为NC4， 重关键组分为I-C5。
对于轻关键组分NC4
Recov=29.7248/30=0.9908
重关键组分为I-C5 Recov=0.2247/20=0.01124
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例5-2 简捷法精馏设计计算
5） DSTWU模型设置
回流比的输入可随便输入一个值，该值如果小于Rmin,则系统安装 2Rmin作为回流比进行计算；如大于Rmin，就按照实际的值进行计 算。
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5 塔Columns模块---简捷蒸馏模块
Distl（简捷法精馏核算）
Distl模型可以模拟一个带有一股进料和两种 产品的多级多组分的蒸馏塔，塔可带有分凝 器或全凝器。模型假定恒摩尔流和恒相对挥 发度。用Edimister法进行产品组成。
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5 塔Columns模块---简捷蒸馏模块
Distl（简捷法精馏核算）
第2页
5 塔Columns模块
进行简捷蒸馏的模型有DSTWU, Distl和
SCFrac
进行严格的多级分离的模块有RadFrac,
MultiFrac, PetroFrac, RateFrac
用于液-液萃取塔的严格模型有Extract
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5 塔Columns模块---简捷蒸馏模块 DSTWU(简捷法精馏设计) Distl（简捷法精馏核算）
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5 塔Columns模块---简捷蒸馏模块
DSTWU(简捷法精馏设计)
采用Winn法估算最小级数，Underwood法估算 最小回流比，Gilliland法规定级数所必需的回 流比或规定回流比所必需的级数。
可确定最小回流比、最小级数或实际回流比、 实际级数。模型也估算最适宜的进料位置、冷 凝器和再沸器负荷。可生成回流比对于级数的 表和曲线。
精馏塔塔设计及相关计算
目录板式精馏塔设计任务3一．设计题目3 二．操作条件3 三．塔板类型3四．相关物性参数3五．设计容3设计方案错误!未定义书签。
一．设计方案的思考6二．工艺流程6板式精馏塔的工艺计算书7一．设计方案的确定及工艺流程的说明二．全塔的物料衡算 三．塔板数的确定四．塔的精馏段操作工艺条件及相关物性数据的计算 五．精馏段的汽液负荷计算六．塔和塔板主要工艺结构尺寸的计算 七．塔板负荷性能图筛板塔设计计算结果错误!未定义书签。
22 附属设备的的计算及选型25板式精馏塔设计任务书板式精馏塔的设计选型及相关计算设计计算满足生产要求的板式精馏塔，包括参数选定、塔主题设计、配套设计及相关设计图 2011Administrator09级化工2班xx设计感想26苯-氯苯精馏塔的工艺设计一．设计题目苯-氯苯连续精馏塔的设计二. 设计任务及操作条件1. 进精馏塔的原料液含苯38%（质量%，下同），其余为氯苯；2. 产品含苯不低于97%，釜液苯含量不高于2%；3. 生产能力为96 吨/day（24h）原料液。
4. 操作条件（1）塔顶压强4kPa（表压）；（2）进料热状态自选；（3）回流比自选；（4）塔底加热蒸汽压力：0.5MPa（5）单板压降≤0.7kPa。
二．操作条件1.塔顶压强4kPa（表压）；2.进料热状况，自选；3.回流比，自选；4.塔底加热蒸汽压力0.5MPa(表压)；5.单板压降不大于0.7kPa；三.设备形式：筛板塔四. 有关物性参数相对分子质量：苯：78.11；氯苯：112.56序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13温度/K 404.85 401.15 394.15 389.55 384.45 379.55 374.05 370.05 365.95 360.65 356.65 355.35 353.25 X 0 0.035 0.102 0.161 0.232 0.315 0.419 0.506 0.608 0.755 0.882 0.92 1Y 0 0.146 0.335 0.464 0.575 0.678 0.77 0.828 0.881 0.935 0.97 0.98 1五. 设计容（一）设计方案的确定及流程说明（二）精馏塔的物料衡算（三）塔板数的确定1、理论塔板数计算2、实际塔板数计算（四）塔体工艺尺寸计算1、塔径的计算2、塔的有效高度计算（五）塔板主要工艺尺寸的计算（1）溢流装置计算（堰长、堰高、弓形降液管宽度和截面积、降液管底隙高度）（2）塔板布置（边缘区宽度确定、开孔区面积计算、筛孔计算及排列）（3）塔板的流体力学验算（4）塔板的负荷性能图（六）设计结果概要或设计一览表（七）辅助设备选型与计算（八）绘制生产工艺流程图及精馏塔的工艺条件图（九）对设计过程的评述和有关问题的分析讨论设计方案此塔为板式塔，通体由不锈钢制造。
4-简捷法精馏塔设计计算
➢DSTWU(简捷法精馏设计)
DSTWU模型有四组模型设定参数 （1）塔设定 ( Column specifications) （2）关键组分回收率 （3）压力 ( Pressure)
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4.2 塔Columns模块---简捷蒸馏模块
➢DSTWU(简捷法精馏设计)
DSTWU模型有四组模型设定参数
（1）塔设定 ( Column specifications)
--塔板数 ( Number of stages) --回流比 ( Reflux ratio)
>0, 实际回流比； <-1, 绝对值=实际回流比/最小回流比
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例4-2 简捷法精馏设计计算
7） 生成回流比随理论板数变化表 • 在输入表input 中的calculation options 页面中
选择 • generate table of reflux vs num of theoretical
stages
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例4-2 简捷法精馏设计计算
7） 生成回流比随理论板数变化表 • 在输入表input,中的calculation options 页面中
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4.1 塔Columns模块 ➢进行简捷蒸馏的模型有DSTWU, Distl和
SCFrac
➢进行严格的多级分离的模块有RadFrac,
MultiFrac, PetroFrac, RateFrac
➢用于液-液萃取塔的严格模型有Extract
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4.2 塔Columns模块---简捷蒸馏模块 ➢DSTWU(简捷法精馏设计) ➢Distl（简捷法精馏核算） ➢SCFrac模块
精馏塔工艺工艺设计计算
第三章 精馏塔工艺设计计算塔设备是化工、石油化工、生物化工、制药等生产过程中广泛采用的气液传质设备。
根据塔内气液接触构件的结构形式，可分为板式塔和填料塔两大类。
板式塔内设置一定数量的塔板，气体以鼓泡或喷射形势穿过板上的液层，进行传质与传热，在正常操作下，气象为分散相，液相为连续相，气相组成呈阶梯变化，属逐级接触逆流操作过程。
本次设计的萃取剂回收塔为精馏塔，综合考虑生产能力、分离效率、塔压降、操作弹性、结构造价等因素将该精馏塔设计为筛板塔。
3.1 设计依据[6]3.1.1板式塔的塔体工艺尺寸计算公式 （1） 塔的有效高度T TTH E N Z )1(-= （3-1） 式中 Z –––––板式塔的有效高度，m ； N T –––––塔内所需要的理论板层数； E T –––––总板效率； H T –––––塔板间距，m 。
（2） 塔径的计算uV D Sπ4=（3-2） 式中 D –––––塔径，m ；V S –––––气体体积流量，m 3/s u –––––空塔气速，m/su =（0.6~0.8）u max （3-3） VVL Cu ρρρ-=m a x （3-4） 式中 L ρ–––––液相密度，kg/m 3V ρ–––––气相密度，kg/m 3C –––––负荷因子，m/s2.02020⎪⎭⎫⎝⎛=L C C σ （3-5）式中 C –––––操作物系的负荷因子，m/sL σ–––––操作物系的液体表面张力，mN/m 3.1.2板式塔的塔板工艺尺寸计算公式 (1) 溢流装置设计W O W L h h h += (3-6) 式中 L h –––––板上清液层高度，m ； OW h –––––堰上液层高度，m 。
32100084.2⎪⎪⎭⎫⎝⎛=Wh OWl L E h （3-7）式中 h L –––––塔内液体流量，m ； E –––––液流收缩系数，取E=1。
hTf L H A 3600=θ≥3~5 (3-8)006.00-=W h h (3-9) '360000u l L h W h=(3-10)式中 u 0ˊ–––––液体通过底隙时的流速，m/s 。
精馏塔的工艺计算
精馏塔的计算对于要完成多组分分离设备的最终设计，必须使用严格算法，但是近似算法可以为严格计算提供合适的迭代变量初值，因此本设计中采用两种方法相结合，并以计算机进行数值求解的方式来确定各级上的温度、压力、流率、气液组成和理论板数。
计算过程描述如下：第一步确定关键组分塔Ⅰ重关键组分（HK)：四氯化硅（SiCl4）轻关键组分（LK):三氯氢硅（SiHCl3) 轻组分（LNK)：二氯硅烷（SiH2Cl2)塔Ⅱ重关键组分（HK)：三氯化硅（SiHCl3）轻关键组分（LK):二氯硅烷（SiH2Cl2) 重组分（HNK)：四氯化硅（SiCl4)塔Ⅰ塔顶42℃SiH2Cl2 1.167397 1.916284 馏出液中SiHCl3质量含量>=93.946釜液中SiCl4质量含量>=94.000SiHCl315.3096 25.13082塔釜78℃SiCl444.44285 72.95299塔Ⅱ塔顶35℃SiH2ClⅠ塔塔顶出料流量Ⅰ塔塔顶出料组成馏出液中SiH2Cl2质量含量>=99.600釜液中SiHCl3质量含量>=99.500SiHCl3塔釜65℃SiCl4第三步用FUG简捷计算法求出MESH计算的初始理论板数组分塔Ⅰ塔Ⅱ进塔组成/% 塔顶组成/% 塔釜组成/% 进塔组成/% 塔顶组成/% 塔釜组成/% SiH2Cl2 1.916284 7.221959 0 7.221959 99.67945 0.374527 SiHCl325.13072 92.62967 0.751706 92.62967 0.320551 99.46612 SiCl472.95299 0.148369 99.24829 0.148369 0 0.159357 Σ100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.002.由Fenske公式计算mNlg lg LK HKLK HKd d w w Nm a-轾骣骣犏琪琪琪琪犏桫桫臌=3．由恩特伍德公式计算最小回流比,,1()i i Fim i i D m m i x q R x R a a q a a q üï=-ï-ï?ýï=ï-ïþåå4.由芬斯克公式计算非清晰分割的物料组成()1i i Nm HK i HK HK f w d w a -=骣琪+琪桫 ，()()1NmHK i i HK HK i NmHK i HKHK d f w d d w a a--骣琪琪桫=骣琪+琪桫5.由Kirkbride 经验式确定进料位置0.2062,,,,HK F LK WR S LK F HK D z x N W N z x D 轾骣骣骣犏琪琪琪=琪犏琪琪桫犏桫桫臌6.由吉利兰关系式计算理论板数即0.56680.750.75Y X=-式中1m R R X R -=+ ，1mN N Y N -=+ 第四步 由MESH 方程计算理论板数 1. 用FUG 简捷计算法得到的理论板数N 和进料位置M 作为初始值，初始化汽液流量j V 和j L 。
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•2、课程设计组成 •（1）设计说明书及主要内容：
• ◇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；
精馏塔的设计计算
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2020/11/30
精馏塔的设计计算
•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. 查阅数据手册，正确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。
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精馏塔的设计计算
•二、化工原理课程设计的内容
ห้องสมุดไป่ตู้
• 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量点；
• （5）主体设备工艺条件图（装配图）
•
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图面上应包括设备的主要工艺尺寸，技术特精馏性塔的表设计和计算接管表；
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精馏塔的设计计算
•5、冷却方式 • ◇冷却器：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。
• ◇冷却剂的选择：由塔顶蒸汽温度决定。如果塔顶蒸汽温 度低，可选用冷冻盐水或深井水作冷却剂。如果能用常温水
作冷却剂，是最经济的。
• ◇水的入口温度：由气温决定，出口温度由设计者确定。 冷却水出口温度取得高些，冷却剂的消耗可以减少，但同时
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精馏塔的设计计算
•4、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。
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精馏塔的设计计算
• ◇换热器的设计选型 • ◇输液用泵的型号：根据流体的输送量、杨程和流体 物性，选定泵的型号(在各输液泵中任选一个选型)； • ◇流程中主要管线的设计：先选定物料在管路中的适 宜流速，经计算、圆整，最后确定管路尺寸和材质。 •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。
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精馏塔的设计计算
第二节 板式精馏塔的工艺计算
•一、设计方案的确定 •1、设计方案确定的原则： • ◇满足工艺和操作的要求：保证产品达到任务规定的要求， 质量要稳定 ，有一定的操作弹性 ，要考虑必需装置的仪表(如 温度计、压强计，流量计等)。
• ◇经济方面：要节省热能和电能的消耗，降低操作费用；减 少设备及基建费用。 • ◇保证安全生产
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精馏塔的设计计算
•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。
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精馏塔的设计计算
•三、化工原理课程设计的步骤
温度差较小，传热面积将增加。冷却水出口温度的选择由当
地水资源确定，但一般不宜超过50℃，否则溶于水中的无机 盐将析出，生成水垢附着在换热器的表面而影响传热。
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精馏塔的设计计算
•6、热能的利用 • 精馏过程耗能较多，节约和合理地利用精馏过程本身的热能。 •◇选取适宜的回流比，使过程处于最佳条件下进行，可使能耗 降至最低。 •◇塔顶蒸汽冷凝潜热及釜液产品的余热充分利用。
• ◇本次设计，塔顶操作压力为4kPa（表压），每层塔板压降 p≤0.7kPa。
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精馏塔的设计计算
•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。
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精馏塔的设计计算
•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。
• ◇减压操作有利于分离相对挥发度较大组分及热敏性的物料， 但压力降低将导致塔径增加，同时还需要使用抽真空的设备。 对于沸点低、在常压下为气态的物料，则应在加压下进行蒸馏。 当物性无特殊要求时，一般是在稍高于大气压下操作。
• 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 • ◇确定理论塔板数（作图法）、实际板数； • ◇确定塔高和塔径。
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精馏塔的设计计算
•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、辅助设备的设计： • ◇换热器的热负荷：求取塔顶冷凝器、冷却器的热负荷和所 需冷却水用量；再沸器的热负荷和所需加热蒸汽用量。