精馏塔(板式)设计(2013)
正己烷-正庚烷分离过程筛板精馏塔课程设计
课程设计说明书题目: 分离正戊烷-正己烷用筛板精馏塔设计院系：机械工程学院专业班级：过控11-1学号： 2011301936学生姓名：冒鹏飞指导教师：李雪斌2013 年 12 月30 日目录第一部分 概述 (4)一、设计目标 (4)二、设计任务 (4)三、设计条件 (4)四、设计内容 (4)五、工艺流程图 (4)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 (6)三、塔板数的确定 (7)1.理论板层数T N 的求取 (7)2.全塔效率T E (8)3.实际板层数的求取 (9)四、精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (9)1.操作压强计算 (9)2.操作温度计算 (9)3.平均摩尔质量计算 (9)4.平均密度计算 (10)5.液相平均表面张力计算 (11)6.液相平均粘度计算 (11)五、精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (12)1.塔径的计算 (12)2.精馏塔的有效高度的计算 (13)六、塔板主要工艺尺寸的计算 (14)1.溢流装置计算 (14)2.塔板布置 (15)3.筛孔数n 与开孔率 (16)七、筛板的流体力学验算 (16)1.气体通过筛板压降相当的液柱高度P h (16)2.雾沫夹带量V e 的验算 (17)3.漏液的验算 (18)4.液泛验算 (18)八、塔板负荷性能图 (19)1.漏液线 (19)3.液相负荷下限线 (20)5.液泛线 (21)6. 操作线 (22)九、设计一览表 (24)十、操作方案的说明： (25)附表 (26)总结 (29)参考文献 (29)第一部分概述一、设计目标分离正己烷-正庚烷（正戊烷-正己烷）混合液的筛板式精馏塔设计二、设计任务试设计分离正己烷-正庚烷（正戊烷-正己烷）混合物的筛板精馏塔。
精馏分离含正己烷30%（正戊烷60%）的正己烷-正庚烷（正戊烷-正己烷）混合液，要求塔顶馏岀液中含正己烷（正戊烷）不小于96%，塔底釜液中含正己烷不高于2%（正己烷96%）。
板式精馏塔的设计
密封件的设计需要考虑到密封性能、耐高温和耐腐蚀性等因素。在实际设计 中，一般选用机械密封或填料密封等形式，并需要对密封件的材料和制造工艺进 行严格筛选和考核。 4.3支架设计支架是板式精馏塔的支撑部件，主要作用是固 定板片和密封件等元件。支架的设计需要考虑到设备的强度、稳定性和操作方便 性等因素。
2.3数据采集为了进பைடு நூலகம்板式精馏塔的设计，需要采集物料的物性参数、操作 条件以及类似设备的运行数据等。
2.4设计参数计算根据采集的数据和流程规划，计算板式精馏塔的主要参数， 包括塔高、塔径、板数、间距、流体力学等。
2.5辅助设计进行辅助设计，包括塔内件的材料选择、制造工艺、结构设计 等，确保塔体和内部构件的稳定性和耐用性。
传感器设计需要考虑到测量的准确性、稳定性和可靠性等因素。在实际设计 中，一般选用电感式、电容式、光电式等传感器形式，并需要对传感器的位置和 数量进行合理布置和选择。 5.
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2、基本设计流程板式精馏塔的设计流程包括以下几个方面：
2.1设计目标确定首先需要明确板式精馏塔的设计目标，包括分离的物料种 类、分离的纯度、处理能力、操作压力和温度等。
2.2流程规划根据设计目标，确定板式精馏塔的流程。流程规划包括物料的 预处理、进料方式、操作模式、加热和冷却方式以及塔内件的结构设计等。
板式精馏塔的设计
基本内容
板式精馏塔是一种广泛应用于化工、石油、食品和医药等行业的蒸馏设备。 它通过将液体混合物进行多次汽化和冷凝，从而将不同沸点的组分分离出来。本 次演示将详细介绍板式精馏塔的设计流程、塔体设计、传质元件设计、控制系统 设计以及数据分析与结果呈现。
1、引言板式精馏塔是一种高效的分离设备，通过多次汽化和冷凝将液体混 合物分离成不同沸点的组分。在化工、石油、食品和医药等行业，板式精馏塔被 广泛应用于原料的预处理、产品的提纯和分离以及废液的处理等。因此，板式精 馏塔的设计对于工业生产过程的经济性和效率具有重要意义。
课程设计乙醇水分离过程板式精馏塔设计
课程设计--乙醇-水分离过程板式精馏塔设计课程设计说明书武汉工程大学化工与制药学院课程设计说明书课题名称乙醇-水分离过程板式精馏塔设计专业班级工业催化与煤化工01学生学号1001100306学生姓名侯昆学生成绩指导教师蔡宁课题工作时间2013年6月18日——7月5日武汉工程大学化工与制药学院武汉工程大学化工原理课程设计任务书专业工业催化与煤化工班级工催01 学生姓名侯昆发题时间：2013 年 6 月17 日一、课题名称乙醇-水分离过程板式精馏塔设计二、课题条件参考文献1.大连理工大学化工原理教研室. 化工原理课程设计. 大连：大连理工大学出版社，19942.柴诚敬，刘国维，李阿娜. 化工原理课程设计. 天津：天津科学技术出版社，19953.贾绍义，柴诚敬. 化工原理课程设计. 天津：天津大学出版社,20024.王国胜. 化工原理课程设计. 大连：大连理工大学出版社，20055.匡国柱,史启才.化工单元过程及设备课程设计. 北京:化学工业出版社,20026.上海医药设计院. 化工工艺设计手册(上、下). 化学工业出版社，19867.阮奇,叶长,黄诗煌. 化工原理优化设计与解题指南. 北京:化学工业出版社,2001.98.化工设备技术全书编辑委员会. 化工设备全书—塔设备设计. 上海：上海科学技术出版社，19889.邹兰，阎传智. 化工工艺工程设计. 成都：成都科技大学出版社,199810.李功祥，陈兰英，崔英德. 常用化工单元设备设计. 广州：华南理工大学出版社,200311.童景山, 李敬. 流体热物理性质的计算. 北京：清华大学出版社，198212.马沛生. 化工数据. 北京：中国石化出版社，200313.靳士兰, 邢凤兰. 化工制图. 北京：国防工业出版社，200614.朱有庭,曲文海，于浦义.化工设备设计手册（上、下册). 北京：化学工业出版社,200415.刘雪暖, 汤景凝.化工原理课程设计. 北京：石油大学出版社，2001三、设计任务(含实验、分析、计算、绘图、论述等内容)1 全塔物料衡算。
塔板式精馏塔设计(图文表)
塔板式精馏塔设计(图文表)（一）设计方案的确定本设计任务为乙醇-水混合物。
设计条件为塔顶常压操作，对于二元混合物的分离，应采用连续精馏流程。
酒精精馏与化工精馏过程不同点就在于它不仅是一个将酒精浓缩的过程，而且还担负着把粗酒精中50多种挥发性杂质除去的任务，所以浓缩酒精和除去杂质的过程在酒精工业中称为精馏。
物料中的杂质基本上是在发酵过程中生成的，只是很少数的杂质是在蒸煮和蒸馏过程中生成的。
本次设计的精馏塔用板式塔，内部装有塔板、降液管、各种物料的进出口及附属结构（如全凝器等）。
此外，在塔板上有时还焊有保温材料的支撑圈，为了方便检修，在塔顶还装有可转动的吊柱。
塔板是板式塔的主要构件，本设计所用的塔板为筛板塔板。
筛板塔的突出优点是结构简单造价低，合理的设计和适当的操作能使筛板塔满足要求的操作弹性，而且效率高，并且采用筛板可解决堵塞问题，还能适当控制漏液。
设计中采用泡点进料，将原料液通过预热器加热至泡点后送人精馏塔内。
塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝，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。
该物系属不易分离物系，最小回流比较小，采用其1.5倍。
设计中采用图解法求理论塔板数，在溢流装置选择方面选择单溢流弓形降液管。
塔釜采用间接蒸汽加热，塔顶产品经冷却后送至储罐。
（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乙醇的摩尔质量 M 乙醇=46kg/kmol纯水的摩尔质量 M 水 =18kg/kmolx F =18/65.046/35.046/35.0+=0.174x D =18/1.046/9.046/9.0+=0.779x W =46/995.018/005.018/005.0+=0.0022.原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量M F =0.174×46＋18×(1-0.174)= 22.872 kg/kmol M D =0.779×46＋18×(1-0.779)= 39.812 kg/kmol M W =0.002×46＋18×(1-0.002)= 18.056 kg/kmol3.物料衡算 D=30024812.3948000000⨯⨯=167.454 kmol/hF=D+WF ·x F =D ·x D +W ·x W解得 F=756.464 kmol/h W=589.01 kmol/h｛（三）塔板数的确定1.回流比的选择由任务书提供的乙醇-水物系的气液平衡数据绘出x-y 图；由于设计中选用泡点式进料，q=1，故在图中对角线上自点a（x D,x D）作垂线，与Y轴截距oa=x D/(R min+1)=0.415 即最小回流比R min=x D/oa-1=0.877取比例系数为1.5，故操作回流比R为R=1.5×0.877=1.3162.精馏塔的气液相负荷的计算L=RD=1.316×167.454=220.369 kmol/hV=L+D=(R+1)D=2.316×167.454=387.823 kmol/h L ’=L+qF=220.369+756.464=976.833 kmol/h V ’=V+(q-1)F=V=387.823 kmol/h3.操作线方程精馏段操作线方程为 y=1+R R x+11+R x D =1316.1316.1+x+11.3161+×0.779即：y=0.568x+0.336提馏段操作线方程为y=F q D R qF RD )1()1(--++x-F q D R DF )1()1(--+-x W=1.316*167.454+1*756.464(1.316+1)*167.454x-756.464167.454(1.3161)*167.454-+×0.002 即：y=2.519x-0.0034.采用图解法求理论塔板数塔顶操作压力P D=101.3 KPa单板压降△P=0.7 kPa进料板压力P F=0.7×18+101.3=113.9 kPa塔底操作压力P W=101.3+0.7×26=119.5 kPa精馏段平均压力P m=(101.3+113.9)/2=107.6 kPa 压力P m=(113.9+119.5)/2=116.7 kPa2.操作温度计算计算全塔效率时已知塔顶温度t D=78.43 o C进料板温度 t F=83.75 o C塔底温度t W=99.53 o C精馏段平均温度t m=(t D+t F)/2=(78.43+83.75)/2=81.09 o C提馏段平均温度t m=(t W+t F)/2=(99.53+83.75)/2=91.64 o C3.平均摩尔质量计算塔顶平均摩尔质量计算由x D=y1=0.779 查上图可得x1=0.741M VDm=0.779×46+(1-0.779)×18=39.812 g/molM LDm=0.741×46+(1-0.741)×18=38.748 g/mol进料板平均摩尔质量计算 t f=83.74 o C由y F=0.518 查上图可得x F=0.183M VFm =0.518×46+(1-0.518)×18=32.504 g/mol M LFm =0.183×46+(1-0.183)×18=23.124 g/mol 精馏平均摩尔质量M Vm =( M VDm + M VFm )/2=36.158 g/molM Lm =( M LDm + M LFm )/2=30.936 g/mol4.平均密度计算气相平均密度计算由理想气体状态方程计算，即ρVm =RT PMv =)15.27309.81(314.8158.366.107+⨯⨯=1.321 kg/m 3 液相平均密度计算液相平均密度依1/ρLm =∑αi /ρi 计算 塔顶液相平均密度计算t D =78.43 o C 时 ρ乙醇=740 kg/m 3 ρ水=972.742 kg/m 3ρLDm =)742.972/1.0740/9.0(1+=758.14 kg/m 3进料板液相平均密度计算t F =83.75 o C 时 ρ乙醇=735 kg/m 3 ρ水=969.363 kg/m 3ρLFm =)363.969/636.0735/364.0(1+=868.554 kg/m 3塔底液相平均密度计算t W =99.53 o C 时 ρ乙醇=720 kg/m 3 ρ水=958.724 kg/m 3ρLWm =)724.958/995.0720/005.0(1 =957.137 kg/m 3精馏段液相平均密度计算ρLm =(ρLFm +ρLDm )/2=(758.14+868.554)/2=813.347 kg/m 3提馏段液相平均密度计算ρLm =(ρLFm +ρLWm ）/2=(957.137+868.554)/2=912.846 kg/m 35.液体平均表面张力计算液体平均表面张力依σLm =∑x i σi 计算塔顶液相平均表面张力计算t D =78.43时 σ乙醇=62.866 mN/m σ水=17.8 mN/m σLDm =0.779×17.8+0.221×62.886=84.446 mN/m 进料板液相平均表面张力计算t F =83.75时 σ乙醇=61.889 mN/m σ水=17.3 mN/m σLFm =0.183×17.3+0.817×61.889=53.729 mN/m 塔底液相平均表面张力计算t W =99.53时 σ乙醇=58.947 mN/m σ水=15.9 mN/m σLWm =0.005×15.9+0.995×58.947=58.732 mN/m 精馏段液相平均表面张力计算σLm =(84.446+53.729)/2=69.088 mN/m 提馏段液相平均表面张力计算σLm =(58.732+53.729)/2=56.231 mN/m6.液体平均粘度计算液体平均粘度依lgμLm=∑x i lgμi计算塔顶液相平均粘度计算t D=78.43o C时μ乙醇=0.364mPa·s μ水=0.455 mPa·slgμLDm=0.779lg(0.455)+0.221lg(0.364)=-0.363μLDm =0.436 mPa·s进料液相平均粘度计算t F=83.75 o C时μ乙醇=0.341mPa·s μ水=0.415 mPa·slgμLFm=0.183lg(0.415)+0.817lg(0.341)=-0.452μLFm=0.353 mPa·s塔底液相平均粘度计算t W=99.53 o C时μ乙醇=0.285mPa·s μ水=0.335 mPa·slgμLWm=0.002lg(0.335)+0.998lg(0.285)=-0.544μLWm=0.285 mPa·s精馏段液相平均粘度计算μLm=(0.436+0.353)/2=0.395 mPa·s提馏段液相平均粘度计算μLm=(0.285+0.353)/2=0.319 mPa·s（五）精馏塔的塔体工艺尺寸计算1.塔径的计算精馏段的气液相体积流率为V S =ρ3600VM =2.949 m 3/s L S =ρ3600LM =0.0023 m 3/s 查史密斯关联图，横坐标为Vh Lh (vlρρ)21=949.20023.0(321.1347.813) 1/2=0.0196取板间距H T =0.45m ，板上液层高度h L =0.06m ， 则H T -h L =0.39m 查图可得C 20=0.08 由C=C 20(20L σ)0.2=0.08(69.088/20)0.2=0.103u max =C (ρL -ρV )/ ρV =2.554 m/s取安全系数为0.7，则空塔气速为 u=0.7u max =1.788 m/sD=4V s /πu=788.1/14.3/949.2*4=1.39 m 按标准塔径元整后 D=1.4 m 塔截面积A T =(π/4)×1.42=1.539 ㎡ 实际空塔气速为 u=2.717/1.539=1.765 m/s 2.精馏塔有效高度的计算精馏段有效高度为Z 精=（N 精-1）H T =7.65 m 提馏段有效高度为Z 提=（N 提-1）H T =3.15 m在进料板上方开一人孔，其高度为 1m 故精馏塔的有效高度为 Z=Z 精+Z 提+1=7.65+3.15+1=11.8 m（六）塔板主要工艺尺寸的计算1.溢流装置计算因塔径D=1.4 m ，可选用单溢流弓形降液管 堰长l W =0.7×1.4=0.98 m 2.溢流强度i 的校核i=L h /l W =0.0023×3600/0.98=8.449≤100~130m 3/h ·m 故堰长符合标准 3.溢流堰高度h W平直堰堰上液层高度h ow =100084.2E （L h /l W ）2/3由于L h 不大，通过液流收缩系数计算图可知E 近似可取E=1h ow =100084.2×1×（L h /l W ）2/3=0.0119 mh W =h L -h ow =0.06-0.0119=0.0481 m 4.降液管尺寸计算查弓形降液管参数图，横坐标l W /D=0.7 可查得A f /A T =0.093 W d /D=0.151 故 A f =0.093A T =0.143 ㎡ W d =0.151W d =0.211 ㎡留管时间θ=3600A T H T /L H =27.64 s ＞5 s 符合设计要求5.降液管底隙高度h oh O =L h /3600l W u 0’=0.0023/0.98×0.08=0.03 m h W -h O =0.0481-0.03=0.0181 m ＞0.006 m 6.塔板布置塔板的分块 D=1400 mm ＞800 mm ，故塔板采用分块式。
精馏塔(板式)设计
精馏塔板的设计还需要考虑到不同物 质的沸点、蒸汽压等物性参数，以及 操作条件下的温度、压力等参数，以 确保分离过程的顺利进行。
精馏塔板的设计需要考虑到液体的流 动特性、蒸汽的流动特性以及它们之 间的相对流动方向，以达到最佳的分 离效果。
设计流程
选择合适的塔板类型
根据设计目标和工艺要求，选 择适合的塔板类型，如泡罩塔 板、浮阀塔板、筛孔塔板等。
详细描述
石油精馏塔设计需要考虑多方面的因素，如原料性质、产品 要求、操作条件等。在设计过程中，需要选择合适的塔板类 型和数量，确定适宜的工艺流程和操作参数，以满足生产需 求。
案例二：酒精精馏塔设计
总结词
酒精精馏塔设计是一种常见的精馏塔设计案例，主要应用于酿酒和生物燃料领域 。
详细描述
酒精精馏塔设计需要考虑酒精的提取和纯化过程。在设计过程中，需要选择适合 的塔板和填料，确定适宜的操作压力和温度，以保证酒精的纯度和回收率。
设计的重要性
01
02
03
提高分离效率
精馏塔板设计的核心目标 是提高分离效率，使产品 达到更高的纯度或回收率。
降低能耗
精馏塔板设计的另一个重 要目标是降低能耗，通过 优化设计，降低操作过程 中的热能消耗。
提高生产能力
良好的精馏塔板设计可以 提高生产能力，从而提高 设备的产能和经济效益。
02 精馏塔(板式)的工艺设计
塔板热力学计算
传热系数
根据物料特性和工艺要求，计算并选 择合适的传热系数，以提高热力学效 率。
温度分布
通过计算温度分布，可以了解物料在 塔板上的温度变化情况，从而优化操 作条件和塔板结构。
03 精馏塔(板式)的设备设计
塔体设计
塔体直径
课程设计-板式塔设计计算(2013)
法操作。此漏液为严重漏液，称相应的孔流气速为漏液点气速 。
常用塔板的类型
塔板是气液两相接触传质的场所，为提高塔板性能， 采用各种形式塔板。 （1）泡罩塔 组成：升气管和泡罩
优点：塔板操作弹性大，塔效率也比较高，不易堵。 缺点：结构复杂，制造成本高，塔板阻力大但生产能力不大。
圆形泡罩
泡罩塔
条形泡罩
热敏性和高沸点的物料-----减压操作；P降低，相对挥发度提高，有利
于分离。操作的平均温度降低，加热剂温度降低，但可导致D增加，塔顶 蒸气冷凝温度降低，必须使用真空设备。相应的操作费用和设备费用增加. 由于塔板压降，从塔顶到塔底压力逐渐增加，温度也相应的增加(物料 组成和压力同时作用的结果)。因而沿塔物性和气液负荷也随之变化。 常压和减压塔---如塔板压降不是很大，工艺计算时假定全塔各处压力 相等--误差不大。
板式塔的设计内容
工艺流程的设计 板式塔的工艺计算 塔的辅助设备设计与选型
工艺流程的设计
板式塔的设计从两方面考虑: 1.经济方面:应该充分考虑整个系统热能的利用,以便降低操作 费用。 例如:从塔顶出来的蒸气和从塔底排出的液体带出的热量可用 于预热原料液或它处。 2.全塔操作的稳定性:若操作不稳定,就不能保证产品质量的 均匀。有时也把冷凝器分割为两部分,一部分预热原料液,另一 部分用冷却水使蒸气冷凝。这样可以用控制冷却水量来控制冷 凝器的操作,同时保证进料温度一定。为此 ，控制再沸器中加 热蒸气压力的恒定是保证操作稳定的条件之一，但原料液或回 流液的流量和温度发生变化时，稳定情况也会受到一定的影响
奥康内尔（O’connell）关联方法 精馏塔：采用相对挥发度 与液相粘度 L 的乘积为参数来表 示全塔效率 ET： 0.245
ET 0.49 L
化工原理课程设计(苯-氯苯分离精馏塔——浮阀塔设计)初稿(1)
荆楚理工学院课程设计成果学院: _________ 荆楚理工学院班级: ___________________学生姓名：_____________________ 学号: _________________设计地点（单位）________________ 荆楚理工学院___________________设计题目：苯一氯苯混合液的板式精馏塔的设计完成日期：2013年12月6日指导教师评语：____________________________________________________________________成绩（五级记分制）: _________________教师签名: ________________________________化工原理课程设计任务书设计题目：苯一氯苯混合液的板式精馏塔的设计学生姓名课程名称化工原理课程设计 地 点学生平时上课对应的教室 一、设计内容（一）工艺设计 1、 选择工艺流程2、 精馏塔工艺计算（1）物料衡算确定各物料流量和组成;（2 ）经济核算确定适宜的回流比；（3）精馏塔实际塔板数。
（二）精馏塔设备设计1、 塔和塔板主要工艺结构的设计计算；2、 塔内流体力学性能的设计计算；3、 绘制塔板负荷性能图。
画出精馏段和提馏段某块的负荷性能图;说明：负责精馏段、负责提馏段4、 附属设备设计和选用； 说明：负责冷凝器的设计、负责再沸器的设计；其他附属设备共同完成。
5、 绘制带控制点的工艺流程图、精馏塔的工艺条件图；说明：负责绘制带控制点的工艺流程图；负责绘制精馏塔的工艺条件图。
（三）编写设计说明书（ 1、目录2、设计题目3、 流程示意图4、 流程和方案的说明及论证5、 设计结果概要（主要设备尺寸，各种物料量和操作状态，能耗指标，设计时规定的主要操 作参数及附属设备的规格型号及数量）6、 设计计算与说明7、 对设计的评述及有关问题的分析讨论8、 参考文献目录二、设计要求专业班级 起止时间设计内 容 及要求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；教研室主任: 2013年11月指导教师:目录绪论 (1)1．设计方案的思考 (1)2. 设计方案的特点 (1)3．工艺流程的确定 (1)一．设备工艺条件的计算 (1)1.1．设计方案的确定及工艺流程的说明 (2)1.2．全塔的物料衡算 (2)1.2.1 料液及塔顶底产品含苯的摩尔分率 (2)1.2.2 平均摩尔质量 (3)1.2.3 料液及塔顶 (3)底产品的摩尔流率 (3)1.3．塔板数的确定 (3)1.3.1 理论塔板数N T的求取 (3)1.3.2 确定操作的回流比R (4)1.3.3 求理论塔板数 (5)1.3.4 实际塔板数N p（近似取两段效率相同） (7)1.4．操作工艺条件及相关物性数据的计算 (7)1.4.1 平均压强p m (7)1.4.2 平均温度t m (7)1.4.3 平均分子量M m (8)144平均密度p (8)144.1液相平均密度p,m (8)1.4.4.2汽相平均密度p,m (9)1.4.5液体的平均表面张力°m (10)1.4.6液体的平均粘度比,m (11)1.4.6.1 塔顶液相平均粘度 (11)1.4.6.2 进料板液相平均粘度 (12)1.4.7 气液相体积流量 (12)1.5 主要设备工艺尺寸设计 (13)1.5.1 塔径 (13)1.6 塔板工艺结构尺寸的设计与计算 (14)1.6.1 溢流装置 (14)1.6.1.1 溢流堰长（出口堰长）l w (15)1.6.1.2 出口堰高h w (15)1.6.1.3 降液管的宽度W d 和降液管的面积A f (16)1.6.1.4 降液管的底隙高度h o (17)1.6.2 塔板布置 (18)1.6.2.1 塔板的分块 (18)1.6.2.2 边缘区宽度确定 (18)1.6.2.3 开孔区面积计算 (18)1.6.2.4 浮阀数计算及其排列 (19)二塔板的流体力学计算 (21)2.1 塔板压降 (21)2.2 液泛计算 (23)2.3 雾沫夹带的计算 (24)2.4 塔板负荷性能图 (26)2.4.1 雾沫夹带上限线 (26)2.4.2 液泛线 (27)2.4.3 液相负荷上限线 (29)2.4.4 气体负荷下限线（漏液线） (29)2.4.5 液相负荷下限线 (30)三板式塔的结构与附属设备 (31)3.1 塔顶空间 (32)3.2 塔底空间 (32)3.3 人孔数目 (32)3.4 塔高 (32)3.5 接管 (33)3.5.1 进料管 (33)3.5.2 回流管 (34)3.5.3 塔顶蒸汽接管 (34)3.5.4 釜液排出管 (35)3.6 法兰 (36)3.7 筒体与封头 (36)3.7.1 筒体 (36)3.7.2 封头 (36)3.7.3 裙座 (37)3.7.4 除沫器 (37)3.8 附属设备设计 (38)3.8.1 泵的计算及选型 (38)3.8.2 冷凝器设计 (39)3.8.2.1 设计任务和条件 (39)3.8.3 再沸器 (44)3.8.4 预热器 (45)3.8.5 塔顶冷却器 (46)3.8.6 塔底冷却器 (47)四计算结果总汇 (49)五结束语 (50)六符号说明： (51)附录 1 浮阀精馏塔工艺条件图 (52)附录 2 带控制点工艺流程图 (52)参考文献： (52)绪论1．设计方案的思考通体由不锈钢制造，塔节规格①25〜100mm高度0.5〜1.5m，每段塔节可设置1〜2个进料口/ 测温口，亦可结合客户具体要求进行设计制造各种非标产品。
精馏塔(板式)设计
化工原理课程设计
三. 设计任务 （一）精馏塔工艺设计 1.物料衡算 2.精馏塔的工艺尺寸的确定 3.塔板结构设计 4.热量衡算 （二）附属设备选型计算
化工原理课程设计
第三部分：板式精馏塔的设计方法
一. 流程和方案的确定
二. 工艺计算
三. 设备计算
四. 辅助设备计算
化工原理课程设计
一.
流程和方案的选择
3~5 秒
u ( )3.2 HT h f
校核三： ev
校核四： K
5.7 10 3
K 1.5 ~ 2
化工原理课程设计
三．设备计算
（一）塔径的初步计算
（二）溢流装置的设计 P139 2.水力学性能计算 （三）塔板布置 （略） （四）筛板塔操作失常条件的校核
参见课本138-141例题 阅读例题，找出例题中“筛板塔操作失常条 件的校核” 所在的位置。
D2
u (0.6 0.85)uF
化工原理课程设计
（二）溢流装置的设计 1.液流程数
当塔径大于2～2.4米或 液流量大于110米3/小时 时，可考虑采用双流型。
化工原理课程设计
hl
2.降液管尺寸 ①堰长lW 单溢流： 双溢流： ②溢流堰高hW
Δ how hw
具体大小根据Ad/A在图5 （课本139图11-16）中确定， 顺便可以确定wd的大小
蒸馏装置包括：精馏塔、原料预热器、再沸器、冷凝 器、泵等设备，要安排好流程结构。
操作条件的确定
（1）操作压力的选择 （2）进料状态的选择 （3）回流温度 (塔顶、塔顶温度、进料板温度) （4）塔釜的加热方式及加热介质的选择 （5）塔顶冷凝器的冷凝方式和冷凝介质的选择
在论文中，选择过程和依据可以不写，但必须 把结果表述出来，并画好流程示意图。
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80000 85000 90000 95000
100000
20
45
14
36
51
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
化工原理课程设计
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。 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。 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。
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提馏段
V 'M m ' Vs ' (m3 / s) V ' V (1 q) F 3600 v '
（五）精馏塔的塔体工艺计算 1、塔径的计算 （1）最大空塔气速和空塔气速
L V u max C L
u (0.6 0.8)umax
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精馏塔塔顶压强：4 kpa（表压）
冷却水温度：20℃ 饱和水蒸汽压力：0.25Mpa(表压) 设备型式： 08（1）：筛板塔； 08（2）：浮阀塔
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处理量 吨/年
进料组成 学号 35% 3 9 12 17 40% 26 34 38 42 45% 49 52 02 10 50% 17 20 28 32 55% 39 42 45 48
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第二部分：板式精馏塔设计方法
一. 流程和方案的确定
二. 工艺计算
三. 设备计算
四. 辅助设备计算
五. 塔体结构
六. 带控制点工艺流程图
化工原理课程设计
化工原理课程设计
一.
流程和方案的确定
1、塔设备的选择 板式塔和填料塔的比较（例如：浮阀塔的特点） 2、蒸馏装置流程的确定 蒸馏装置包括：精馏塔、原料预热器、再沸器、冷凝 器、塔釜冷却器和产品冷却器等设备，操作方式 （1）操作压力的选择 （2）进料状态的选择 （3）加料方式的选择（预加热） （4）回流比的选择 （5）加热器的选择
③作图求出理论板数 ④逐板计算求理论板数 （四）精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 1、操作压力 塔顶操作压力=大气压+表压 每层塔板压力=0.4～0.7KPa（取最大值） 求出进料板、塔底压降、精馏段、提馏段平均压降。
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2、操作温度 依据操作压力，由泡点方程通过试差法计算出泡点温度， 苯、甲苯的饱和蒸气压由Antonie方程计算。 依次求出塔顶温度、进料板温度、塔底温度及精馏段、 提馏段平均温度 3、平均摩尔质量 塔顶气、液混合物平均摩尔质量 进料板气、液混合物平均摩尔质量 塔底气、液混合物平均摩尔质量 精馏段、提馏段气液混合物平均摩尔质量
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同理求得：进料板、塔底液相平均密度 求得：精馏段、提馏段液相平均密度（列表） 5、液相平均表面张力
Lm xi i
塔顶液相平均表面张力：塔顶温度查教材附录4： 同理求得：进料板、塔底液相平均表面张力 求得：精馏段、提馏段液相平均表面张力（列表） 6、液相平均黏度
lg m xi lg i
2
每一层塔板上的浮阀数：
4
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②边缘宽度wc 在塔壁边缘留出宽度为WC的区域，以固定塔板。
R 1.5Rmin
L L qF RD qF V V (q 1) F ( R 1) D (q 1) F
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②求精馏段、提馏段的操作线方程
R xD y x R 1 R 1
WxW L qF y x L qF W L qF W
塔径D, m
0.3～0.5
0.5～0.8
0.8～1.6
1.6～2.0
塔板间距HT mm 200～300
250～350
350～450
450～600
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精馏段实际板数： 提馏段实际板数： 精馏段有效高度： 提馏段有效高度：
NT NP ET NT NP ET
Z精 ( N精 1 HT ）
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1、溢流装置设计 （1）溢流堰 ①堰长lW 单溢流： 双溢流： ②堰高hW
lW (0.6 0.8) D lW (0.5 0.7) D
hL hW hOW
堰上液层高度要适宜，太小则堰上的液体均布差，太大则 塔板压强增大，雾沫夹带严重。设计时hOW大于0.006m, 低于此值须选用齿形堰，但不宜超过0.07m。(通常取 0.06m) 对平直堰：
hOW 2.8410 E (
3
qV , L lW
)
2/3
E 1
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（2）降液管（圆形和弓形） ①降液管的宽度Wd和截面积Af
lW 可根据堰长与塔径比值 D
，查图求取。
降液管的截面积应保证溢流液中夹带的气泡得以分离， 液体在降液管中的停留时间一般等于或大于3～5秒，对低 发泡系统可取低值，对高发泡系统及高压操作的塔，停留 时间应加长些。 故在求得降液管的截面积之后，应按下式验算液体在降 液管内的停留时间，即
AT
4
D2
u
qV ,V AT
2、精馏塔有效高度的计算 （1）塔板效率ET “奥康奈尔的精馏塔关联图“
ET 0.49(L )
0.245
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（2）板间距HT
板间距的大小与液泛和雾沫夹带有密切的关系。板距取大些，塔可 允许气流以较高的速度通过，对完成一定生产任务，塔径可较小； 反之，所需塔径就要增大些。板间距取得大，还对塔板效率、操作 弹性及安装检修有利。但板间距增大以后，会增加塔身总高度，增 加金属耗量，增加塔基、支座等的负荷，从而又会增加全塔的造价。 初选板间距时可参考下表所列的推荐值。 表 板间距与塔径关系
求出：x f 、xD、xW
2、原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量
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3、物料衡算
F D W
Fx f DxD WxW
塔顶产品易挥发组分回收率η为： η= DxD/FxF 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 列表：进料、塔顶、塔底产品流量和组成 （二）常压下正戊烷－正己烷混合汽液相平衡关系
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化工原理课程设计 ——板式精馏塔设计
盐城师范学院 李万鑫
2010年9月
化工原理课程设计
化工原理课程设计
化工原理课程设计
——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
2013-6-24
化工原理课程设计
第一部分：化工原理课程设计任务书
Z 提 ( N提 1 H T ）
在进料板上方开一人孔，高度为0.8m
Z Z精 Z提 0.8
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（六）塔板主要工艺尺寸的计算
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液流型式的选择
液体在板上的流动型式主要有，U 型流、单流型、双流型和阶梯流 型等，其中常选择的则为单流型和双流型。 （图见附录 1） 表 2、选择液流形式参考表 3 塔径 流 体 流 量 m /h Mm U 形流型 单流型 双流型 阶梯流型 600 5 以下 5～ 25 900 7 以下 7～ 50 1000 7 以下 45 以 下 1200 9 以下 9～ 70 1400 9 以下 70 以 下 1500 10 以 下 70 以 下 2000 11 以 下 90 以 下 90～ 160 3000 11 以 下 110 以 下 110～ 200 200～ 300 4000 11 以 下 110 以 下 110～ 230 230～ 350 5000 11 以 下 110 以 下 110～ 250 250～ 400 6000 11 以 下 110～ 250 250～ 450 应用 用于较低 一般应用 高 液 气 比 极高液气极 场合 液气比 和大型塔板 大型塔板
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（6）冷凝器的选择 塔顶产品（全凝器）和塔釜产品（冷却器） （7）加料方式的选择 高位槽或泵 （8）工艺流程 3、正戊烷和正己烷的性质、用途等
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二．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 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。 （一）全塔物料衡算 1、原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数
③作图求出理论板数 ④逐板计算求理论板数 （四）精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 1、操作压力 塔顶操作压力=大气压+表压 每层塔板压力=0.7KPa 求出进料板、塔底压降、精馏段、提馏段平均压降。
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②求精馏段、提馏段的操作线方程
R xD y x R 1 R 1
WxW L qF y x L qF W L qF W
Antoine 方程：
B lg p A C t
A、B、C教材附录1查得
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