板式塔中的浮阀塔课程设计说明书
化工设备机械基础课程设计 浮阀塔
化工设备机械基础课程设计系院：材料与化学工程专业班级：08化工1姓名：学号：***********题目：浮阀塔机械设备课程设计指导老师：设计时间：2010、12、20-2011、1、6一、设计目的熟悉查阅文献资料，搜集有关数据，正确使用公式，当缺乏必要数据时，要自己通过实验确定。
培养学生把所学《化工设备机械基础》及相关课程的理论知识，在课程设计中综合的加以运用，把化工工艺条件与化工设备设计有机结合起来，巩固和强化有关机械课程基本理论。
培养学生熟悉查阅并综合运用各种有关设计手册，规范，标准图册等设计资料，进一步培养学生识图，制图，运算，编写设计说明。
二、设计内容根据大纲要求，完成浮阀塔设备的机械设计工作量包括：设备装配图，零件部分图，设计任务书三、设计任务和要求1、进行塔体和裙座的机械设计计算2、进行裙座支座校核计算3、进行地脚螺栓校核计算4、选择法兰接管5、进行塔盘结构设计6、绘制塔盘装备图7、绘制塔盘零件图四、可选器材Q235-A16Mn五、参考资料《化工设备机械基础》董大勤化学工业出版社《化工设备机械基础课程设计指导书》蔡纪宁化学工业出版社《化工设备机械基础》编写组化工设备机械基础第三册北京：石油化学工业出版社GB150—1988《钢制压力容器》JB4710—92《钢制塔式容器》1．塔设备的载荷分析和设计分析塔设备在操作时注意承受的以下几种载荷作用：操作压力、质量载荷，地震载荷，风载荷，偏心载荷塔设备的强度和稳定性通常按下列步骤计算：①根据GB150—1988章节，按压力确定圆筒有效厚度δe及封头有效厚度δeh②根据地震和风载荷需要选取若干计算截面，并考虑制造，安装，运输要求，设定各截面处圆筒有效厚度δei与裙座有效厚度δes，应满足δei≥δe，δes≥6mm③根据自支承式塔设备的质量载荷，风载荷，地震载荷及偏心载荷的作用，依次进行校核，计算并满足相应要求。
2. 塔设备已知设计条件及分段选取计算截面，将全塔分为6段设计条件：塔径D i ：2000mm；塔体高度H：40000mm；设计压力p：1.1MP；设计温度t：200℃塔体条件:裙座条件：地脚螺栓条件：3.按设计压力计算塔体和封头厚度塔内液面高度h,m h=2.34(仅考虑塔底至液封盘液面高度) 液柱静压力p H p H=10-6ρgh=10-6×800×9.8×2.34=0.18<0.05p计算压力P C MPa P C=p H+p=p=1.1圆筒计算厚度δmm δ=PcDi2[σ]φ−Pc = 1.1×20002×150×0.85−1.1=8.66圆筒设计厚度δC mm δC=δ+c=10.66圆筒名义厚度δn mm δn=12mm圆筒有效厚度δe mmδe=δn－c=12-2=10封头计算厚度δh mm δh=PcDi2[σ]φ−0.5Pc = 1.1×20002×150×0.85−0.5×1.1=8.65封头设计厚度δhc mm δhc=δh+c=8.65+2=10.65 封头名义厚度δhn mm δhn=12封头有效厚度δhe mm δhe=δhn-c=104.塔设备质量载荷计算塔设备的操作质量m 0=m 01+m 02+m 03+m 04+m 05+m a +m e 塔设备的最大质量m max = m 01+m 02+m 03+m 04+m w +m a +m e 塔设备的最小质量m min = m 01+0.2m 02+m 03+m 04 +m a +m e4.1塔体质量载荷计算查JB1153-73 筒体公称直径为2000mm 时，1m 高筒节板理论质量596Kg/m ，查JB/T-4737-95 以内径为2000mm 为公称直径的椭圆封头质量为438Kg塔体高度H 1由任务书所给尺寸算得 H 1=40000mm ，筒体高度36790mm ，筒体质量m 1=596×36.790=21926.84Kg ，封头质量m 2=4382=876Kg ，裙座高度H 3=3060mm ，裙座质量m 3=3.06×596=1823.76Kg，塔体质量m 01=m 1+m 2+m 3=21926.84+876+1823.76=24627Kg 各截面质量载荷（塔体）截面 0~1 m 01=596×1.0=596Kg ，m 1~2=596×2+438=1630Kg m 2~3=7.0×596=4172Kg,m 3~4=596×10=5690Kg ，m 4~5=5690Kg ，m 5~6=6309Kg4.2塔内件质量计算 m 0~1=π4D i 2×N ×q N =π4×22×70×75=16493Kgq N 为浮阀塔盘质量 4.2.1各截面塔段内件质量裙座内无内件，过质量为0，即0~2截面内件质量为0 m 2~3=π4D i 2×N ×q 2~3=π4×22×9×75=2120Kgm 3~4=π4D i 2×N ×q 3~4=π4×22×22×75=5184Kg m 4~5=π4D i 2×N ×q 4~5=π4×22×22×75=5184Kg m 5~6=π4D i 2×N ×q 5~6=π4×22×17×75=4005Kg 4.3保温层质量m 03m 03=π4[(D i +2δn +2δs )2-(D i +2δn )2]H 0ρ2+2m ,03D i -筒体内径2000mm ，δn -筒体名义厚度12mm ，δs -保温层厚度 100mm ，H 0-筒体高度36.79mm ，m ,03-封头保温层质量 ρ0，ρ2为保温层密度 300Kg/m 3m ,03=（V ,-V ）ρ0，V ，-以包括保温层在内的直径为公称直径时的封头体积，查 JB/T4737-95 得 以2200mm 为公称直径，直边40mm 时V ,=1.54m 3，V 以2000mm 为公称直径，直边为400mm 时封头体积，查 JB/T4737-95 得V=1.18m 3m 03=π4[(D i +2δn +2δs )2-(D i +2δn )2]H 0ρ2+2m ,03=7581Kg4.3.1各截面保温层质量 0~1截面无保温层，质量为0m 1~2=108Kg ，m 2~3=1401Kg ， m 3~4=2002Kg ， m 4~5=2002Kg ， m 5~6=2068Kg 4.4平台扶梯质量 m 04，Kg 塔设备部分零部件质量载荷估算表平台质量q p=150Kg/m3,笼式扶梯质量q f=40Kg/m3,平台数量8，笼式扶梯总高H F=39m，m04=π[(D i+2δn+2δs +2B)2-( D i+2δn+2δs)2] ×0.5nq p+q f×H F 4=6860Kg4.41各截面平台扶梯质量0~1截面不设平台扶梯，质量为0[(D i+2δn+2δs +2B)2-( D i+2δn+2 m1~2，不设平台（无人孔）m0~2=π4δs)2] ×0.5nq p+q f×H F，n=0m1~2=80Kg，m2~3=943Kg，m3~4=2387Kg，m4~5=1725Kg，m5~顶=1685Kg 4.5操作时塔内物料质量 m05，Kgm05=πD i2（h w N+h0）ρ1+V fρ14V f封头体积，1.18m3，ρ1介质密度，800Kg/m3,N 塔盘数 70，h w塔盘存留介质高度0.1mD i2（h w N+h0）ρ1+V fρ1=23060Kgm05=π4各截面内物料质量0~1截面无物料，故质量为01~2截面内物料质量m1~2=1.18×800=944Kg2~3截面物料质量m2~3=πD i2（h w N2~3+h0）ρ1+V fρ1=23060Kg44.6人孔接管法兰等附件质量 m a Kg m a =0.25m 01=0.25×24627=6157Kg4.7充液质量m w ，m w ==π4D i H 0ρW +2v f ρW =π4×4×36.79×1000+2×1.18×1000=11739Kg 4.7.1各截面充液质量0~1截面内无物料，故该截面内充液质量为01~2截面内充液质量 m w1~2=7180Kg ，m w2~3=21991Kg ，m w3~4=31416Kg ，m w4~5=31416Kg ，m w5顶=31936Kg 4.8偏心质量m e 求算当塔设备外侧挂有分离器，再沸器，冷凝器等附属设备时，可将其视为偏心载荷，即偏心质量M e本设计中将再沸器外挂在塔设备上且在2~4截面内，由条件知2~3截面内偏心质量为 m e23=1400Kg 3~4截面内偏心质量为m e34=2600Kg 4.9操作质量m 0m 0=m 01+m 02+m 03+m 04+m 05+m a +m e =24627+16493+7581+6860+23060+6157+4000=88778Kg4.9.1最小质量m min = m 01+0.2m 02+m 03+m 04 +m a +m e =24627+0.2×16493+7581+6860+6157+4000=52524Kg注：最小质量算式中 0.2m 02是考虑内件焊在塔壳上的质量 4.9.2最大质量M max =m 01+m 02+m 03+m 04+m w +m a +m e =24627+16493+7581+6860+6157+4000=1836574.10 塔设备质量载荷计算结果汇总5裙座轴向应力校核5.1裙式支座介绍裙式支座（简称支座）时塔设备广泛应用的一种支座，裙座常用于高大直立设备，如塔器，裙式支座有裙座圈，支撑板，角牵板，压板等组成，为使设备牢固的固定在基础环上，裙座设计中应包括地脚螺栓的设计。
化工原理课程设计浮阀塔
化工原理课程设计浮阀塔针对化学工程专业中的化工原理课程，课程设计是一个非常重要而且具有启发性的过程。
在课程设计中，同学们需要充分掌握化工原理的基础知识，学习并掌握化工行业的重要原理和流程，以此为基础，会设计出各种不同类型的化工设备，如浮阀塔等。
在接下来的文本中，我们将介绍化工原理课程设计中的浮阀塔，并探讨其结构、操作和应用。
一、浮阀塔的概念浮阀塔是一种广泛使用的化工设备。
它是一种塔式反应器，用于吸收、分离和提纯混合物。
浮阀塔可以通过不同的设计和流体动力学技术来满足许多不同的化学过程，包括精馏、吸收、萃取、反应和分离等。
浮阀塔可以在一些重要的工业领域得到广泛应用，例如炼油、化工、制药、食品和饮料、制造和环境控制等。
二、浮阀塔的结构浮阀塔一般由圆柱形台式烟囱筒体和立体阀组成，顶部设有入口气流和转子装置，底部装有液体入口和出口。
浮阀塔的圆柱形塔体可根据不同的需求和工艺流程独立选择材料来制作，如不锈钢、碳钢等。
然而，其圆柱形体受到直径与高度比值限定，通常为2-6之间。
浮阀塔可以采用多种转子装置设计，例如平板型、齿轮型、排柱型等。
为防止液面波动，还应在浮阀上设置抑泡板。
阀口下设有气体入口，气体将带动浮阀中的液体上升，并通过液泵进入浮阀塔。
浮阀上的液体将通过分隔板同时与气体接触以达到吸收、萃取、分离和其他化学过程。
三、浮阀塔的操作方式在浮阀塔的化学过程中，上述操作将被重复进行，直到流体达到所需的纯度或浓度，或已完成所需的化学反应。
浮阀塔可以通过各种不同的方式进行操作，取决于所需的化学过程和设备的规格。
浮阀塔中的物流通过操作阀控制，以达到所需的流量，同时还需要控制循环液流量、液位和温度。
在施工过程中，还需要确保严格的安全措施和浮阀的正确操作。
四、浮阀塔的应用场景浮阀塔可用于各种不同类型的操作和化学反应，其中最常见的是可用于精馏塔、萃取塔、吸收塔、氢化处理塔、水解塔、酯化塔、醇酸分离塔等其他一些任何需要操作混合物的化工液态流程。
化工原理课程设计浮阀塔
化工原理课程设计(浮阀塔)板式连续精馏塔设计任务书一、设计题目：分离苯—甲苯系统的板式精馏塔设计试设计一座分离苯—甲苯系统的板式连续精馏塔，要求原料液的年处理量为50000 吨，原料液中苯的含量为35 %，分离后苯的纯度达到98 %，塔底馏出液中苯含量不得高于1%（以上均为质量百分数）二、操作条件1. 塔顶压强： 4 kPa （表压）；2. 进料热状态：饱和液体进料3. 回流比：加热蒸气压强：101.3 kPa（表压）；单板压降：≤ 0. 7 kPa三、塔板类型：浮阀塔板四、生产工作日每年300天，每天24小时运行。
五、厂址厂址拟定于天津地区。
六、设计内容1. 设计方案的确定及流程说明2. 塔的工艺条件及有关物性数据的计算3. 精馏塔的物料衡算4. 塔板数的确定5. 塔体工艺尺寸的计算6. 塔板主要工艺尺寸的设计计算7. 塔板流体力学验算8. 绘制塔板负荷性能图9. 塔顶冷凝器的初算与选型10. 设备主要连接管直径的确定11. 全塔工艺设计计算结果总表12. 绘制生产工艺流程图及主体设备简图13. 对本设计的评述及相关问题的分析讨论目录一、绪论 0二、设计方案的确定及工艺流程的说明 (1)2.1设计流程 (1)2.2设计要求 (2)2.3设计思路 (2)2.4设计方案的确定 (3)三、全塔物料衡算 (4)3.2物料衡算 (4)四、塔板数的确定 (5)4.1理论板数的求取 (5)4.2全塔效率实际板层数的求取 (6)五、精馏与提馏段物性数据及气液负荷的计算 (8)5.1进料板与塔顶、塔底平均摩尔质量的计算 (8)5.2气相平均密度和气相负荷计算 (9)5.3液相平均密度和液相负荷计算 (9)5.4液相液体表面张力的计算 (10)5.5塔内各段操作条件和物性数据表 (10)六、塔径及塔板结构工艺尺寸的计算 (13)6.1塔径的计算 (13)6.2塔板主要工艺尺寸计算 (14)6.3塔板布置及浮阀数目与排列 (16)七、塔板流体力学的验算及负荷性能图 (18)7.1塔板流体力学的验算 (18)7.2塔板负荷性能图 (21)八、塔的有效高度与全塔实际高度的计算 (26)九、浮阀塔工艺设计计算总表 (27)十、辅助设备的计算与选型 (29)10.1塔顶冷凝器的试算与初选 (29)10.2塔主要连接管直径的确定 (30)十一、对本设计的评述及相关问题的分析讨论 (32)13.1设计基础数据 (35)13.2附图 (37)天津大学仁爱学院化工系化工原理课程设计一、绪论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。
化工设备机械基础课程设计(浮阀塔)
北京理工大学珠海学院课程设计任务书2013～2014学年第2 学期学生姓名：专业班级：化工一班指导教师：工作部门：化工与材料学院一、课程设计题目浮阀塔的机械设计二、课程设计内容1．塔设备的结构设计包括：塔盘结构，塔底、塔顶空间，人孔数量及位置，仪表接管选择、工艺接管管径计算等。
2. 塔体及封头壁厚计算及其强度、稳定性校核（1）根据设计压力初定壁厚；（2）计算危险截面的重量载荷、风载荷、地震载荷及偏心载荷；（3）计算危险截面的由各种载荷作用下的轴向应力；（4）计算危险截面的组合轴向拉应力和组合轴向压应力，并进行强度和稳定性校核。
3. 筒体和裙座水压试验应力校核4. 裙座结构设计及强度校核包括：裙座体、基础环、地脚螺栓5. 编写设计说明书一份6. 手工绘制3（A3）号装配图一张，Auto CAD绘3（A3）号图一张（换热器）。
三、设计条件1. 设备类型：自支承式塔设备（塔顶无偏心载荷）；2. 设置地区环境：基本风压：q o=400N/㎡;设计地震烈度：7度（或8度）；场地土：Ⅱ类。
地震加速度0.3g，地震系数根据自己的需要任取一组；3. 塔体及裙座的机械设计条件：（1）塔体内径Di=2200mm，塔高近似取H=45000mm（每隔一组数据不同，详见安排表）；（2）计算压力Pc=1.0MPa（每组中各人的计算压力根据安排表中数据）,设计温度t=250℃；（3）塔体装有N=75层浮阀塔盘，每块塔盘上存留介质层高度为hw=100mm，介质密度为ρ1=800kg/m3；（4）沿塔高每5m左右开设一个人孔，人数为8-10个，相应在人孔处安装半圆形平台8-10个，平台宽度为B=900mm，高度为1000mm。
（5）塔外保温层厚度为δs=120mm，保温材料密度为ρ2=300kg/m3；（6）塔体与裙座间悬挂一台再沸器，其操作质量为me=4000kg,偏心距e=2000mm；（7）塔体与封头材料在低合金高强度刚中间选用，并查出其参数。
浮阀式精馏塔的设计
化工原理课程设计––––浮阀式精馏塔的设计学校：班级：姓名：学号：指导教师：时间：课程设计任务书一、设计题目：分离苯—甲苯混合液的浮阀式精馏塔二、设计的原始数据及分离要求1、原料的规格及分离要求：（1）、生产能力：年处理苯—甲苯混合液6.0万吨（2）、年开工率：8000小时（3）、原料组成：苯含量45%（质量分率）（4）、进料热状况:饱和液体（5）、分离要求：塔顶苯含量不低于95%（质量分率）塔底苯含量不高于5%（质量分率）2、生产条件：（1）操作条件：常压（2）操作温度：原料和产品均为常温（25℃）（3）塔顶冷凝器：用循环水冷却（进口温度28℃）（4）塔底在沸器：用饱和水蒸气加热（5）回流比：取最小回流比的1.4倍三、设计要求：1、编制设计说明书（1）流程的确定及说明（2）精馏塔的设计计算（3）浮阀塔盘结构设计和计算（4）对设计结果讨论（5）参考文献2、绘制精馏系统工艺流程图四、指导教师：李英杰五、设计时间：2011年12月目录前言---------------------------------------------------------------------------------4 1.精馏塔的物料衡算----------------------------------------------------------------5 1.1原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率---------------------------------------5 1.2．原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量--------------------------------51.3．物料衡算-------------------------------------------------------------------52.塔板数的确定---------------------------------------------------------------------5 2.1．理论板层数NT的求取-----------------------------------------------------5 2.2最小回流比及操作回流比----------------------------------------------------5 2.3精馏塔的气、液相负荷-------------------------------------------------------6 2.4操作线方程-------------------------------------------------------------------62.5塔的有效高度-----------------------------------------------------------------63.精馏塔的塔体工艺尺寸计算------------------------------------------------------73.1精流段塔体工艺尺寸计算---------------------------------------------------73.2塔经的计算------------------------------------------------------------------73.3 溢流装置-----------------------------------------------------------------------------------84.塔板负荷性计算--------------------------------------------------------------------------------114.1. 雾沫夹带线----------------------------------------------------------------------------114.2漏液线------------------------------------------------------------------------------------124.3液相负荷上限线-------------------------------------------------------------------------124.4液相负荷下限线-------------------------------------------------------------------------12 参考目录----------------------------------------------------------------------------14前言在化工、炼油、医药、食品及环境保护等工业部门，塔设备是一种重要的单元操作设备。
浮阀塔课程设计范文
浮阀塔课程设计范文浮阀塔是一种重要的化工设备，广泛应用于石油化工、化学工程、环保等领域，用于气体液体两相的分离。
本课程设计旨在对浮阀塔的设计过程进行深入研究，从而培养学生的设计能力和实践动手能力。
一、课程设计目的和任务本课程设计的主要目的是培养学生在化工工程领域的设计和实践能力，具体任务包括：1.了解浮阀塔的工作原理和结构特点；2.掌握浮阀塔设计的基本步骤和方法；3.进行浮阀塔设计的案例分析和实践操作；4.掌握使用计算机辅助设计软件进行浮阀塔的设计。
二、课程设计内容1.理论知识学习：学生需要通过文献资料、教材和网络资源等途径，了解浮阀塔的工作原理、结构特点、设计步骤和方法等方面的知识。
2.设计案例分析：学生需要选择一个具体的工程案例进行分析，包括流程图、设备选择、计算等方面的内容。
通过对案例的分析，学生可以更好地理解浮阀塔的设计过程和要点。
3.实践操作：在项目实践中，学生需要亲自完成浮阀塔的设计和计算，包括计算设计参数、绘制设备图、流程图、计算设备尺寸等。
通过实践操作，学生可以更好地掌握浮阀塔的设计方法和技巧。
4. 计算机辅助设计：学生需要使用计算机辅助设计软件，如AutoCAD等，进行浮阀塔的绘图和计算。
通过计算机辅助设计，学生可以提高设计效率，减少设计错误。
三、课程设计方法本课程设计采用综合教学方法，即理论与实践相结合，计算机辅助设计与手工绘图相结合。
具体方法包括：1.理论学习：学生通过课堂教学和自主学习等方式，学习浮阀塔的理论知识和设计方法。
2.设计案例分析：学生通过分组进行案例分析，共同讨论和解决设计难题，提高设计能力。
3.实践操作：学生通过实际操作，亲自完成浮阀塔的设计和计算，提高实践动手能力。
4.计算机辅助设计：学生通过使用计算机辅助设计软件，进行浮阀塔的绘图和计算，提高设计效率。
四、课程设计评价本课程设计的评价主要包括以下几个方面：1.设计报告评价：通过对学生设计报告的评阅，评价学生对浮阀塔设计过程的理解和掌握程度。
化工原理课程设计说明书 苯和苯乙烯分离过程浮阀精馏塔设计.
《化工原理》课程设计说明书苯-苯乙烯分离过程浮阀精馏塔设计院系：化学与化工学院专业：化学工程与工艺班级：09化工2班学号：0906210201姓名：武金龙指导老师：李梅摘要本设计的任务是设计用于分离苯-苯乙烯的浮阀精馏塔。
精馏是多级分离过程，即同时进行多次部分汽化和部分冷凝的过程。
精馏装置包括精馏塔、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。
根据加热方式来决定塔底是否设置再沸器，塔底设置再沸器时为间接加热，这种加热方式适用于各种物系，且被广泛使用。
由于本设计设置了再沸器，故采用间接加热。
板式塔的种类繁多，本设计采用浮阀塔，它是在泡罩塔的基础上发展起来的。
浮阀塔被广泛用于精馏、吸收以及脱吸等传质过程中，塔径从200mm到6400mm，使用效果较好。
它具有处理能力大，操作弹性大，塔板效率高，压强小，使用周期长等特点。
确定回流比有图解法和逐板计算法，本设计采用逐板计算法，虽然计算过程较为繁琐，但计算精度较高。
理论板确定后，计算实际板数，再设计塔和塔板中所有的参数，初选塔板间距并计算塔径，这些数据的计算都是以精馏段的数据为依据的。
设计中采用平直溢流堰，因为这样可以使得塔板上具有一定高度的均匀流动的液层。
浮阀塔的开孔率设计中要满足一定的要求，即要确定合适的浮阀数，浮阀的孔径是由所选浮阀的型号确定的，浮阀数通过上升蒸汽量、阀孔气速和孔径确定，阀孔的排列采用等腰三角形叉排。
最后是塔板负荷性能图中过量雾沫夹带线、液泛线、漏液线、液相负荷上、下限线的计算以及确定塔体结构。
目录第一部分概述 (5)一、设计目标 (5)二、设计任务 (5)三、设计条件 (5)四、设计内容 (5)第二部分工艺设计计算 (6)一、设计方案的确定 (6)二、精馏塔的物料衡算 (6)1.原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数 (6)2.原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量和质量分数 (6)3.物料衡算原料处理量 (7)三、塔板数的确定 (7)1.相对挥发度的求取 (7)2.进料状态参数的确定 (8)3.最小回流比的确定 (8)4.操作线方程的求取 (9)5.全塔效率的计算 (9)6.实际板层数的求取 (10)四、精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (10)1.操作压强计算 (10)2.操作温度计算 (10)3.平均摩尔质量计算 (11)4.平均密度计算 (11)5.液相平均表面张力计算 (12)6.求精馏塔的气、液相负荷 (13)五、精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (14)1.塔径的计算 (14)2.精馏塔的有效高度的计算 (15)六、塔板主要工艺尺寸的计算 (15)1.溢流装置计算 (15)2.塔板布置 (18)3.浮阀数与开孔率 (19)七、塔板的流体力学验算 (20)1.气体通过干板的压降 (20)2.雾沫夹带量的验算 (21)3.液泛的验算 (21)4.漏液的验算 (22)八、塔板负荷性能图 (22)1.漏液线 (22)2.过量雾沫夹带线 (22)3.液相负荷下限线 (23)4.液相负荷上限线 (23)5.液泛线 (23)九、附属设备的设计 (25)1.接管尺寸 (25)2.回流管尺寸 (25)3.塔底进气管尺寸 (25)4.加料管尺寸 (25)5.料液排出管尺寸 (25)第三部分设计结果汇总 (26)一、设计结果一览表 (26)二、工艺流程图 (28)三、设计总结 (29)参考文献 (29)第一部分概述一、设计目标分离苯—苯乙烯混合液的浮阀式精馏塔设计二、设计任务试设计分离苯与苯乙烯混合物的浮阀精馏塔，年处理量为2.4万吨苯与苯乙烯混合液，要求气液混合进料。
浮阀塔设计计算说明书 精品
乙醇-水连续精馏浮阀塔设计说明书.山东大学课程设计（）成绩评定表学院：机械工程学院专业：过程装备与控制工程年级：09级第1章浮阀塔国内外研究现状及应用1.1 浮阀塔研究现状1.1.1 应用领域和应用现状浮阀塔是20世纪50年代开发的一种新塔型，其特点是在筛板塔基础上，在每个筛孔除安装一个可上下移动的阀片。
当筛孔气速高时，阀片被顶起上升，空速低时，阀片因自身重而下降。
阀片升降位置随气流量大小自动调节，从而使进入夜层的气速基本稳定。
又因气体在阀片下侧水平方向进入液层，既减少液沫夹带量，又延长气液接触时间，故收到很好的传质效果。
浮阀塔结构简单，制造费用便宜，并能适应常用的物料状况，是、行业中使用最广泛的塔型之一。
1.1.2 国内外研究现状浮阀塔作为化工、炼油行业中广泛应用的塔型之一，得到全世界的认可。
无论是中国还是国外，大型化工行业都对浮阀塔做了很多的研究。
随着对浮阀塔等一系列板式塔的研究，逐渐对塔进行结构和技术操作上的改造，让塔的效率和制造成本得到了降低，同时，更加新型的塔设备也在孕育之中。
1.2 本文涉及的内容、目的以及意义1.2.1 本文涉及的内容本文主要内容是对乙醇-水分离设备—浮阀塔的设计。
在已知的条件和数据之下，计算塔高、壁厚，然后进行各种校核：风载荷校核、地震载荷校核、筒体应力校核、补强等。
对塔盘的设计和计算式非常关键的一步，也是整个塔设计中最复杂的一步。
最后是选择标准件，比如吊住，除沫器等等，根据已有的标准进行选择，最后进行塔体的整合，形成完整的浮阀塔。
1.2.2 本文的目的通过对塔设备的涉及，对《过程装备设计》课程有更加深入的理解和认知，同时也将课堂知识运用到实际设计问题中来。
1.2.3 本文的意义化工原理课程设计是培养学生化工设计能力的重要教学环节，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。
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前言精馏按其操作方式可分为简单蒸馏、闪蒸和精馏等。
前两者是仅进行一次部分汽化和部分冷凝的过程，故只能部分的分离液体混合物；后者是进行多次部分汽化和部分冷凝的过程，可使混合液得到近乎完全的分离。
将单级分离加以组合变成多级分离。
若将第一级中溶液的部分汽化所得气相产品在冷凝器中加以冷凝，然后再将冷凝液在第二级中进行部分汽化，此时所得气相组成为y2，且y2必大于y1(第一级气相产品组成)，若部分汽化的次数越多，所得蒸气的组成也越高，最后所得到几乎纯态的易挥发组分。
同理，若将从各分离器中所得到的液相产品进行多次的部分汽化和分离，那么这种级数越多，所得液相产品的组成越低，最后可得几乎纯态的难挥发组分。
因此，汽化和部分冷凝是使得混合液得以完全分离的必要条件。
不同温度且互不平衡的气液两相接触时，必然会同时产生传热和传质的双重作用，所以使上级液相回流与下一级气相直接接触，就可以省去中间加热器和冷凝器，因此，回流和溶液的部分汽化而产生上升蒸气是保证精馏过程连续操作的两个必不可少的条件。
总之，精馏是将由不同挥发度的组分所组成的混合液在精馏塔中同时多次地部分汽化和冷凝，使其分离成几乎纯态组分的过程。
实现精馏操作的塔设备有板式塔和填料塔两大类，本次设计容为板式塔中的浮阀塔。
1流程的选择乙醇——水混合液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释放的回流液体汇合后，逐板溢流，最后流入塔底再沸器中。
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，连续地从再沸器取出部分液体作为塔底产品（釜残液），部分液体汽化，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全部冷凝，并将部分冷凝液用泵送回塔顶作为回流液体，其余部分经冷却器后被送出作为塔顶产品（馏出液）。
2工艺计算2.1物料衡算：查文献1可知：M 乙醇=46 g/mol ；M 水=18 g/molF F F F /0.27/460.13/(1)/0.27/46(10.27)/18W M x W M W M ===+-+-乙醇乙醇水D D D D /0.93/460.84/1)/0.93/46(10.93)/18W M x W MW M ===+-+-乙醇水乙醇（W W W /0.005/460.002/1)/0.005/46(10.005)/18W W M x W M W M ===+-+-乙醇乙醇水（混合液分子量：F F 46(1)180.13460.871821.64g/mol M x x =⨯+-⨯=⨯+⨯=混36600010==10166.36kmol/21.64300F ⨯⨯天FD W 10166.361552.86kmol/0.1310166.360.840.0028613.5kmol/F W D D W D Fx Dx Wx D W W =+=+=⎧⎧⎧⇒⇒⎨⎨⎨=+⨯=+=⎩⎩⎩天天 由于R=2.7，查文献5得精馏段操作线方程：1 2.710.8411 2.71 2.710.730.227D R y x x y x R R y x =+⇒=+⨯++++⇒=+ 进料热状况：查文献1得乙醇与水的有关物性为： 汽化热：m r r M =⨯混加料液的平均汽化热：m 1930.951836.751930.95(2724.99)]21.641892.0721.6440944.39kJ/kmol29.8624.99r -=[+-⨯⨯=⨯=-由文献5查出组成F 0.13x =的乙醇-水溶液泡点为85°C ，平均温度854062.52t -+==℃ 查文献1得：()p 4.45 4.294.452724.61 4.41kJ/(kg K)33.3024.61C -=-⨯-=-P m m 4.41(8540)21.6440944.391.1040944.39C t r q r ∆+⨯-⨯+=== ∴1.10111 1.101q q ==-- ∴q 线方程为：F11111 1.3q y x x q q y x =---⇒=-提留段操作线方程为： 2.71552.864192.72kmol/L RD ==⨯=天W4192.72 1.1010116.368613.50.0024192.72 1.1010116.368613.54192.72 1.1010116.368613.52.280.003L qF Wy x x L qF W L qF Wy x y x +=-+-+-+⨯⇒=-⨯+⨯-+⨯-⇒=-2.2塔板数确定由图解法求得T 18N =（包括再沸器），第16块为进料板位置图2.1 常压下乙醇-水溶液的x-y 图塔顶温度由D 0.84x =查文献7得 D 78.2t =℃ 塔底温度由W 0.002x =查文献7得W 99.3t =℃'78.299.388.72t +==℃ 查文献5得0.32mPa sμ=水 查文献3得0.38mPa sμ=乙醇查文献7得A 0.0641x = B 0.9359x =根据公式Lm i i x μμ=∑ 得Lm 0.320.93590.410.06410.3258mPa s μ=⨯+⨯= 因为塔顶采用全凝器，所以1D 0.84y x == 查文献7可知120.8280.730.8280.2270.8314x y =⇒=⨯+=所以A B1A B1.094y x x y α== 同理得：表 2.1每层塔板上的相对挥发度123.229NNNαααα+++==∑由奥康奈尔关联式：T L 0.2450.2450.49()0.49(3.2290.3258)48%E αμ--==⨯⨯=求解实际塔板数T T 1181360.48N N E --==≈ 精馏段塔板数D 16330.48N ==提馏段塔板数W 36333N =-=2.3精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算2.71552.864192.72kmol/L RD ==⨯=天(1)(2.71)1552.865745.58kmol/V R D =+=+⨯=天'4192.72 1.1010166.3615320.72kmol/L L qF =+=+⨯=天 '(1)5745.58(1.101)10166.366762.22kmol/V V q F =+-=+-⨯=天（1）操作压力：塔顶操作压力：D 101.33kPa P = 每层塔板压降：0.7kPa P ∆=进料板压力：F 101.330.734125.13kPa P =+⨯= 塔底操作压力：W 101.330.736126.53kPa P =+⨯=精馏段平均压力：D F 101.33125.13113.23kPa 22P P P ++=== 提馏段平均压力：F W '125.13126.53125.83kPa 22P P P ++===（2）操作温度： 塔顶采用全凝器塔 顶 温度：由 D 0.84x = ，查得：D 78.3t =℃ 进料板温度：由 F-10.35x = ，查得：F-181.2t =℃ 由F 0.13x = ，查得：F 85.1t =℃塔 底 温度：由 W 0.002x = ，查得：W 99.3t =℃精馏段平均温度：D F-178.381.279.722t t t ++===℃ 提馏段平均温度：F D'85.399.392.322t t t ++===℃（3）平均摩尔质量的计算：塔 顶：1D 0.84y x ==查文献7得10.83x =VDm 0.8446(10.84)1841.52kg/kmol M =⨯+-⨯=LDm 0.8346(10.83)1841.24kg/kmol M =⨯+-⨯= 进料板上一块：F-10.35x =查得F-10.6y =VF-1m 0.646(10.6)1834.8kg/kmol M =⨯+-⨯=LF-1m 0.3546(10.35)1827.8kg/kmol M =⨯+-⨯= 精馏段平均摩尔质量：VDm VF-1mvm 41.5234.838.16kg/kmol 22M M M ++=== LDm LF-1mLm 41.2427.834.52kg/kmol 22M M M ++=== 提馏段：F 0.13x =查得F 0.6y =VFm'0.4146(10.41)1829.48kg/kmol M =⨯+-⨯='LFm 0.1346(10.13)1821.64kg/kmol M =⨯+-⨯=塔底：W 0.002x =查得W 0.0248y =Vwm '0.024846(10.0248)1818.69kg/kmol M =⨯+-⨯=Lwm 0.00246(10.002)1818.06kg/kmol M =⨯+-⨯=提馏段平均摩尔质量：VWmVFm '''Vm29.4818.6924.09kg/kmol 22M M M ++===LFm Lwm'''Lm21.6418.0619.85kg/kmol 22M M M++===（4）平均密度的计算： ①汽相平均密度计算： 由理想气体方程得：Vm PMRT ρ=精馏段气相平均密度：VmVm 3113.2338.161.473kg/m 8.314(273.1579.73)P M RTρ⨯⨯===⨯+提馏段汽相平均密度：'Vm''3Vm125.8324.090.998kg/m 8.314(273.1592.26)P M Rtρ⨯⨯'===⨯+② 液相平均密度计算：i Lmi1αρρ=∑塔顶：由D 78.25t =℃查文献5得3972.85kg/m ρ=水查文献3得3763.2kg/m ρ=乙醇∴LDm 311774.89kg/m 0.930.07763.2972.85ρααρρ===++水乙醇乙醇水进料板上一块：F-181.2t =℃查得3758.1kg/m ρ=乙醇，3971.02kg/m ρ=水, ∴LF-1m 311884.11kg/m 0.351-0.35758.1971.02ρααρρ===++水乙醇乙醇水精馏段液相平均密度：3774.89884.11829.5kg/m 2Lm ρ+==塔底由W 99.3t =℃查得3745.6kg/m ρ=乙醇，3958.9kg/m ρ=水，∴Lwm '311957.53kg/m 0.0051-0.005745.6958.9ρααρρ===++水乙醇乙醇水进料板由F 85.1t =℃查3755.4kg/m ρ=乙醇，3968.5kg/m ρ=水∴LFm '311899.95kg/m 0.271-0.27755.4968.5ρααρρ===++水乙醇乙醇水提馏段液相平均密度：'3Lm 957.53899.95928.74kg/m 2ρ+==② 液相平均表面力12Lm 121221121x x x x σσσσσσσ==++由D 78.3t =℃查文献3得17.3mN/mσ=乙醇查文献562.9mN/mσ=水DmL 119.57mN/m0.841-0.8417.362.9σ==+进料板上一块板F-181.2t =℃查得62.37mN/mσ=水，17.2mN/mσ=乙醇F-1mL132.5mN/m 0.351-0.3517.262.37σ==+∴精馏段液相平均表面力：m L 19.5732.526.04mN/m 2σ+==由W 99.3t =℃查得58.94mN/m σ=水，15.5mN/m σ=乙醇WmL 158.61mN/m 0.0021-0.00215.558.94σ==+由F 85.1t =℃查得61.64mN/m σ=水，16.7mN/m σ=乙醇FmL 145.66mN/m 0.131-0.1316.761.64σ==+∴提馏段液相平均表面力：Lm '58.6145.6652.14mN/m 2σ+==2.4塔径的计算 （1）精馏段气相体积流量3Vms Vm 5745.5838.1624 1.72m /s 36003600 1.473VM V ρ⨯===⨯ 液相体积流量33Lms Lm4192.7234.5224 2.0210m /s 36003600829.5LM L ρ-⨯===⨯⨯ 取塔板间距T 0.45m H =，板上液层高度 L 0.05m h =11322s Lm s Vm 2.0210829.50.02791.72 1.473L V ρρ-⎛⎫⨯⎛⎫=⨯= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭及T L 0.450.050.4m H h -=-=查文献5史密斯关联图得200.081C =0.20.2Lm 2026.040.0810.08542020C C σ⎛⎫⎛⎫==⨯= ⎪⎪⎝⎭⎝⎭∴max 0.0854 2.02m/s u === 取安全系数为0.8，则max 0.80.8 2.02 1.62m/s u u ==⨯=∴精馏段塔径 1.16m D === 取塔径 1.2m D = 则塔空速s 0221.721.52m ππ 1.244V u D ===⨯ 则0max 1.520.752.02u u ==，在0.6~0.8的安全系数之间 （2）提馏段 气相体积流量Vm s Vm '''3'6762.2224.0924 1.889m /s 360036000.998V M V ρ⨯===⨯ 液相体积流量Lms Lm'''33'15320.7219.8524 3.7910m /s 36003600928.74LM L ρ-⨯===⨯⨯ 取塔板间距T '0.45m H =，板上液层高度L '0.05m h =s Lms Vm11''232'' 3.7910928.740.0611.889 1.889L V ρρ-⎛⎫⨯⎛⎫=⨯= ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭及T L ''0.450.050.4m H h -=-= 查文献5史密斯关联图得20'0.075C = Lm200.2'0.2''52.140.0750.0912020C C σ⎛⎫⎛⎫==⨯= ⎪ ⎪⎪⎝⎭⎝⎭∴max'0.091 2.77m/s u C ===取安全系数为0.7，则max ''0.70.7 2.77 1.94m/s u u ==⨯=∴提馏段塔径' 1.11m D ===取塔径 1.2m D = 则塔空速s 0'''221.8891.67m ππ 1.244V u D ===⨯则0max '' 1.670.602.77u u ==，在0.6~0.8的安全系数之间 查文献5塔高的计算：T T T 18110.4516.43m 0.48N Z H E ⎛⎫⎛⎫=-=-⨯= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭2.5热量衡算及冷凝器选择塔顶：由1D 0.84y x ==所以其质量分数为0.93查文献1可知：()0.844610.841841.52g/mol M =⨯+-⨯=VD 1213.441.5250380.37kJ/kmol H =⨯=由D 0.84x =，得D 0.85y =()'0.854610.851841.8g/mol M =⨯+-⨯=LD 265.4241.811094.56kJ/kmol H =⨯=∴塔顶冷凝器：()()()6c VD LD 1552.861 3.750380.3711094.569.410kJ/h 24Q R D H H =+-=⨯⨯-=⨯ 设=20t 进℃，=30t 出℃，则水的平均温度m =25t ℃查得20℃时3998.2kg/m ρ=水()P 4.183kJ/kg K C =()()65c c P 9.410 2.2510kg/h 4.1833020Q W C t t ⨯===⨯-⨯-出进 又D 78.25t =℃()()m 78.252078.253053.0978.2520ln 78.2530t ---∆==--℃K 预设为500W/（m 2•℃）则62c m 9.41098.37m 50053.09Q A K t ⨯===∆⨯查文献5可知：选取列管换热器公称直径：600mm管程数：1管子总根数：245管长：6m碳钢管：φ25×2.5实际面积S ：113.5m 2 639.41010433.33600113.553.09⨯⨯==⨯⨯管子正三角形排列 符合350~1160之间 2.6塔底再沸器W 0.002x =查得W 0.0249y =，W 99.3t =℃()'W 0.02494610.02491818.697g/mol M =⨯+-⨯=()W 0.0024610.0021818.056g/mol M =⨯+-⨯=VD '2666.618.05648132.13kJ/kmol Z =⨯=LD '446.5418.6978348.96kJ/kmol Z =⨯=∴()()'''b VM LM 6762.221.05 1.0548148.138348.963270.69kJ/s 243600Q V Z Z =-=⨯⨯-=⨯ 选用绝压200kPa P =的蒸汽，其沸点为120.2℃，气化潜热为2205 kJ/kg ∴加热蒸汽消耗量b h 3270.69 1.48kg/s 2205Q W r === m W 120.299.2720.93t T t ∆=-=-=℃K 预设为3000 W/（m 2•℃） 则32b 0m 3270.691052.09m 300020.93Q A K t ⨯===∆⨯ 公称压强：2.5×103kPa公称直径：600mm管程数：1管子总根数：245中心排管数：17碳钢管：φ25×2.5实际面积S ：55.8m 2()323270.69102800.5W/m 55.820.93K ⨯==⨯实℃符合要求3流体力学验算与负荷性能图3.1溢流装置由文献5可知：由于塔径为1.2m ，属于直径较大的塔，常采用弓形降液管，单溢流又称直径流，液体自受液盘流向溢流堰，广泛用于直径2.2m 以下的塔中。