第2讲 筛板塔设计示例(讲2)-2020.6.5
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 32.4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 32.5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 32.7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 ° . 214.3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结论 (27)致谢 (28)参考文献 (29)主要符号说明30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：X D 0.98进料馏出液组成为：X F 0.5塔釜组成：X W =0.03加料热状态:q=1塔顶操作压强：P 101.3kPa（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。
《筛板塔设计示例》PPT课件
4、液相负荷上限线
5、液泛线
在负荷性能图上，作出操作点，连接OA， 即作出操作线。由图可看出，该筛板的 操作上限为液泛控制，下限为漏液控制。 由图5-20查得
〔二〕精馏塔的物料衡算 1、原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率
2、原料液及塔顶、塔底产品的平均 摩尔质量
3、物料衡算
〔三〕塔板数确实定
1、理论板层数NT的求取
2、实际板层数的求取
〔四〕精馏塔的工艺条件及有关物性数据 的计算
以精馏段为例进展计算。
1、操作压力计算
2、操作温度计算
依据操作压力，由泡点方程通过试差法计 算出泡点温度，其中苯、甲苯的饱和蒸 气压由安托尼方程计算，计算过程略。 计算结果如下：
2、塔板布置
〔七〕筛板的流体力学验算 1、塔板压降 〔1)干板阻力hC计算
2、液面落差
对于筛板塔，液面落差很小，且本例的塔 径和液流量均不大，故可漏液
5．液泛
〔八〕塔板负荷性能图 1、漏液线
2、液沫夹带线
由上表数据即可作出液沫夹带线2。 3、液相负荷下限线
3、平均摩尔质量计算 塔顶平均摩尔质量计算
4、平均密度计算
5、液体平均外表张力计算
6、液体平均粘度计算
〔五〕精馏塔的塔体工艺尺寸计算 1、塔径的计算
2、精馏塔有效高度的计
〔六〕塔板主要工艺尺寸的计算
1、溢流装置计算 因塔径D=1.0 m，可选用单溢流弓形降液管，
采用凹形受液盘。各项计算如下：
《筛板塔设计示例》PPT 课件
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《筛板塔设计》课件
现代筛板塔在设计和制造方面更加注重高效、环保和节能，如采用新型填料、优化塔内件结构等措施。
现代筛板塔
02
CHAPTER
筛板塔设计原理
筛板塔是一种基于筛孔分散原理的塔式分离设备，通过液体在筛板上的分散和回流，实现气液两相的传质和分离。
筛板塔的筛板上有许多小孔，当气体通过这些小孔时，液体会被分散成小液滴，形成气液混合物。在塔内，气液混合物经过多次回流和传质，最终实现气液的分离。
筛板塔的特点
用于各种化学反应和分离过程，如蒸馏、吸收、解吸等。
化工领域
石油领域
环保领域
用于石油和天然气的分离、提纯和精制过程。
用于废气和废水的处理，如脱硫、脱硝、除尘等。
03
02
01
早期的筛板塔结构较为简单，主要采用木制或钢制筛板，传质效率较低。
早期筛板塔
随着材料科学和制造技术的发展，中期出现了金属丝网、烧结金属等新型筛板材料，提高了传质效率。
优化热力系统
合理利用热能，降低热量损失，提高能源利用率。
降低材料成本
选用优质材料和合理的结构设计，降低制造成本。
06
CHAPTER
筛板塔设计案例分析
筛板塔应用场景
根据废水处理的要求，选择具有耐磨、耐腐蚀性能的筛板材料，优化塔内件的结构，提高处理效率和可靠性。
设计特点
应用效果
筛板塔在工业废水处理中表现出色，有效去除了悬浮物和杂质，提高了水质，为环保事业做出了贡献。
某环保企业需要处理工业废水中的悬浮物和杂质。
THANKS
感谢您的观看。
密封结构设计
进行合理的密封结构设计，确保密封性能可靠、持久，同时方便维护和更换。
04
CHAPTER
筛板精馏塔设计PPT课件
导热油：进口温度260℃，出口温度250℃
筛板精馏塔设计
总体要求： 绘制带控制点工艺流程图，完成精馏塔工艺设计以及有关附
属设备的计算与选型。绘制塔板结构简图，编制设计说明书。 1. 精馏塔工艺设计内容：全塔物料恒算、确定回流比；确定塔
2. 确定操作回流比R 由Fenske方程计算最小理论板数Nmin
Nminlg1xlD xgDm 1xwxw13.9(不包括)塔釜
筛板精馏塔设计
利用吉利兰关联图，计算NT ~ R如下：
R 0.863 0.988 1.140 1.292 1.444 1.520
NT 14.7 11.8 10.7 9.9 9.3 9.0
筛板精馏塔设计
3.3 全塔物料衡算
料液平均分子量：Mm = 0.3×100 + 0.7×94 = 95.8 进料流量：F = 50000×103 /8000×95.8 = 65.24 kmol/h
F=D+W
D=19.5 kmol/h
Fxf = DxD + Wxw
W=45.74 kmol/h
表1 物料衡算表
绘制NT ~ R关系图，找出最佳回流比。
说明：R取(1.0、1.2、1.4、1.6、 1.8、2.0)Rmin 6 个点
筛板精馏塔设计
3. 图解法求理论板数及加料板位置 图解法求得NT =5.5（不包括塔釜） 加料板位置nT = 3.0
4.实际板数及加料板位置的确定 全塔效率由O’connell关联式计算：
筛板精馏塔设计
苯酚组成 74% 77%
筛板塔的设计
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。
精馏设计包括设计方案的选取，主要设备的工艺设计计算——物料衡算、实
际塔板数、工艺参数的选定泡点进料、泡点回流、设备的结构设计和工艺尺寸的
它的主要优点是：结构简单，易于加工，造价为泡罩塔的60%左右，为浮阀
塔的80%左右；在相同条件下，生产能力比泡罩塔大20%～40%；塔板效率较高，
比泡罩塔高15%左右，但稍低于浮阀塔；气体压力降较小，每板降比泡罩塔约低
30%左右。缺点是：小孔筛板易堵塞，不适宜处理脏的、粘性大的和带固体粒子
的料液；操作弹性较小（约2～3）。
1.2.5相对挥发度.......................................................................9
1.3精馏塔理论塔板及有关数据计算........................................9
1.3.1精馏段操作数据计算.....................................................10
根据设计任务书，此设计的塔型为筛板塔．筛板塔是很早出现的一种板式
2.1漏液线.........................................18
2.1.1精馏段漏液线方程.............................18
2.1.2提留段漏液线方程.............................18
2.2液沫夹带线.....................................19
化工原理课程设计-筛板塔设计
LS
LM Lm
3600 Lm
V—塔内气体摩尔流量 kmol/h
Vs—塔内气体体积流量 m 3 s
MVm 、 MLm —分别为精馏段气相平均分子量、液相平均分子量
Vm 、 Lm —分别为精馏段气相平均密度、液相平均密度 kg m3
(2)、提馏段气液负荷计算(同上)
5、热量衡算
总热量衡算 QV QW Q L QB QF QR
板间距 HT= 0.30~0.45m b4.最小回流比 Rmin b5.精馏塔理论塔板数 N
采用逐板计算法在计算机上求得。
b6.精馏塔实际塔板数 Ne 全塔效率采用 O'connell 关联式计算。
(c).总费用和适宜回流比 总费用 CT=CD+CS+CW 元/年 总费用最低所对应的回流比作为最佳回流比，然
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。
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。
分别画出精馏段和提馏段的负荷性能图。 (4) 有关具体机械结构和塔体附件的选定 ① 接管规格：
筛板塔
目录1 设计条件 (3)二设计方案简介 (4)三工艺流程 (6)四筛板塔工艺设计 (7)4.1 物料衡算 (7)4.1.1 物料衡算 (7)4.1.2 乙醇和水的有关物理性计算 (7)4.2 热量衡算 (11)4.3 塔板数 (12)4.3.1 回流比 (12)4.3.2 理论塔板数 (12)4.3.3 实际塔板数 (13)4.4 塔径计算 (14)4.4.1气液相体积流量 (14)4.4.2 塔径及塔高的计算 (15)4.4.3精馏塔的有效高度 (16)4.5 溢流装置 (17)4.5.1 溢流堰 (17)4.5.2 降液管的宽度与降液管的面积 (17)4.6 塔盘设计 (18)4.7 流体力学计算 (18)4.7.1 修正气速数值及液泛分率数值 (18)4.7.2 液沫夹带分率 (19)4.7.3塔板压降 (19)4.7.4 液面落差 (19)4.7.5 漏液点 (19)4.8 负荷性能图 (20)4.8.1 漏液线 (20)4.8.2 液体流率下限线 (20)4.8.3 液体流率上限线 (21)4.8.4 液泛线 (21)4.8.5 雾沫夹带上限线 (21)5 筛板塔设计计算结果 (22)6精馏塔接管尺寸的计算 (23)6.1 塔顶蒸汽管 (23)6.2 回流管 (23)7 主要符号说明 (24)8 参考文献 (25)1 设计条件1.1 工艺条件与数据原料液量1500t/a，含乙醇30%（质量分数，下同），水70%；馏出液含乙醇93%，残液含乙醇1%，回收率99%；泡点进料；加料方式：贮槽加料泵高位槽精馏塔。
乙醇-水物系平衡曲线按下式计算：y=αx/[1+(α-1)x]其中：α=0.8938x-1.0632x≥0.3α=1.1213(x+0.2)-1.5236x＜0.31.2 操作条件常压操作；回流液温度为塔顶蒸汽的露点，回流比自选；间接蒸汽加热，加热蒸汽压力为5kgf/cm²（绝对压力）；冷却水进口温度30℃，出口温度为45℃；设备热损失为加热蒸汽供热量的5%。
筛板塔设计
1.进料F=6kmol/h q=0 X f=0.452.压力：p顶=4KPa 单板压降≤0.7KPa3.采用电加热，塔顶冷凝水采用12℃深井水4.要求：X d=0.88 X w=0.015.选定R/R m i n=1.6目录一、总体设计计算------------------------------------------1.1气液平衡数据----------------------------------------1.2物料衡算--------------------------------------------1.3操作线及塔板计算-----------------------------------1.4全塔E t%和N p的计算-------------------------------二、混合参数计算------------------------------------------2.1混合参数计算----------------------------------------2.2塔径计算--------------------------------------------2.3塔板详细计算----------------------------------------2.4校核-------------------------------------------------2.5负荷性能图------------------------------------------三、筛板塔数据汇总----------------------------------------3.1全塔数据--------------------------------------------3.2精馏段和提馏段的数据-------------------------------四、讨论与优化--------------------------------------------4.1讨论-------------------------------------------------4.2优化-------------------------------------------------五、辅助设备选型------------------------------------------5.1全凝器----------------------------------------------5.2泵---------------------------------------------------一、总体设计计算1.1汽液平衡数据（760mm Hg）乙醇%（mol) 温度液相X 气相Y ℃0.00 0.00 1001.90 17.00 95.57.21 38.91 89.09.66 43.75 86.712.38 47.04 85.316.61 50.89 84.123.37 54.45 82.726.08 55.80 82.332.73 58.26 81.539.65 61.22 80.750.79 65.64 79.851.98 65.99 79.757.32 68.41 79.367.63 73.85 78.7474.72 78.15 78.4189.43 89.43 78.151.2 物料衡算1.1-1已知：1.进料：F=6 kmol/h q=0 X f=0.452.压力：p顶=4KPa 单板压降≤0.7KPa3.采用电加热，塔顶冷凝水采用12℃深井水4.要求：X d=0.88 X w=0.015.选定：R/R m i n=1.6D=(X f-X w)/(X d-X w)×F=(0.45-0.01)/(0.88-0.01)×6=3.03 kmol/hW=F-D=6-3.03=2.97 kmol/h查y-x图得X d/(R m i n+1)=0.218∴R m i n=3.037 ∴R=1.6R m i n=4.859∵饱和蒸汽进料∴q=0L=RD=4.859×3.03=14.723 kmol/hV=(R+1)D=(4.859+1)×3.03=17.753 kmol/hL'=L+qF=14.723+0×6=14.723 kmol/hV'=V-(1-q)F=17.753-(1-0)×6=11.753 kmol/h 1.3操作线及塔板计算1.精馏段操作线：Y=R×X/(R+1)+X d/(R+1)∴Y=0.829X+0.1502.提馏段操作线：Y=(L'/V')×X-(W/V')×X w∴Y=1.253X-0.000253.理论塔板的计算利用计算机制图取得理论板数N t=29.33块, 其中精馏段塔板N t1=26.85块,第27块为加料板,提馏段N t2=2.48块。
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【设ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ任务】
在一常压操作的连续精馏塔内分离 苯—甲苯混合物。已知原料液的处理 量为4 000 kg/h, 组成为0.41（苯的质量 分率，下同），要求塔顶馏出液的组 成为0.96，塔底釜液的组成为0.01。
【设计计算】
（一）设计方案的确定
任务为分离苯一甲苯混合物。对二元混合物 分离，应采用连续精馏流程。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。
3、液沫夹带
4、漏液
5．液泛
（八）塔板负荷性能图 1、漏液线
2、液沫夹带线
由上表数据即可作出液沫夹带线2。 3、液相负荷下限线
4、液相负荷上限线
5、液泛线
在负荷性能图上，作出操作点，连接 OA，即作出操作线。由图可看出，该 筛板的操作上限为液泛控制，下限为漏 液控制。由图5-20查得
2、精馏塔有效高度的计算
（六）塔板主要工艺尺寸的计算
1、溢流装置计算 因塔径D=1.0 m，可选用单溢流弓形降液管，
采用凹形受液盘。各项计算如下：
2、塔板布置
（七）筛板的流体力学验算 1、塔板压降 （1)干板阻力hC计算
2、液面落差
对于筛板塔，液面落差很小，且本例的塔 径和液流量均不大，故可忽略液面落差 的影响。
以精馏段为例进行计算。
1、操作压力计算
2、操作温度计算
依据操作压力，由泡点方程通过试差法计 算出泡点温度，其中苯、甲苯的饱和蒸 气压由安托尼方程计算，计算过程略。 计算结果如下：
3、平均摩尔质量计算 塔顶平均摩尔质量计算
4、平均密度计算
5、液体平均表面张力计算
6、液体平均粘度计算
（五）精馏塔的塔体工艺尺寸计算 1、塔径的计算
（二）精馏塔的物料衡算 1、原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率
2、原料液及塔顶、塔底产品的平均 摩尔质量
3、物料衡算
（三）塔板数的确定
1、理论板层数NT的求取
2、实际板层数的求取
精馏段实际板层数：N精=5/0.52=9.6≈10 提馏段段实际板层数：N提=7.5/0.52=14.42≈15
（四）精馏塔的工艺条件及有关物性数据 的计算