精馏塔的设计详解
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。
《精馏塔设计》课件
明确产品指标，如纯度、回收率、能耗等，以满足用 户需求。
处理能力
根据生产规模和市场需求，确定精馏塔的处理能力。
设计方案的确定
塔型选择
01
根据原料和产品的性质，选择合适的塔型（如板式塔或填料塔
）。
塔内件设计
02
根据工艺流程和操作条件，设计适宜的塔内件，如溢流装置、
进料分布器、降液管等。
控制系统
精馏塔的维护保养
定期检查
对精馏塔进行定期全面检查，包括塔体、内 部构件、加热和冷却系统等。
更换磨损件
及时更换精馏塔内部磨损严重的构件，保证 设备性能和效率。
清洗和防腐
根据需要，对精馏塔进行清洗，并采取防腐 措施，延长设备使用寿命。
记录维护情况
建立维护记录，详细记录精馏塔的维护保养 情况，方便追踪和管理。
05
精馏塔的操作和维护
精馏塔的操作规程
严格控制进料量
根据生产需求和设备能力，合理调节进料量 ，保持精馏塔稳定运行。
监控温度和压力
密切关注精馏塔内各段的温度和压力变化， 确保在正常范围内波动。
定期取样分析
对精馏塔出口的液体进行取样，分析其成分 ，以便及时调整操作参数。
防止堵塞和腐蚀
定期检查精馏塔内部，清理堵塞物，防止腐 蚀，确保设备正常运行。
确定能源和水资源
根据能源和水资源的供应情况，选择合适的工艺流程，以提高能源 和水资源的利用效率。
工艺流程的优化
优化工艺参数
通过调整工艺参数，如温度、压力、流量等， 提高产品的质量和产量。
优化设备配置
合理配置设备，降低投资成本，提高设备的利 用率和稳定性。
优化操作条件
通过优化操作条件，如进料量、回流量、加热方式等，提高产品的分离效果和 节能减排。
精馏塔设计书
精馏塔设计书精馏塔是化学和石油工业中常用的一种分离设备，其设计非常重要。
本文将从精馏塔的结构、操作条件、材料选择等方面进行详细介绍和建议，以帮助读者更好地进行精馏塔的设计。
一、结构设计1.1 塔体结构精馏塔的塔体一般分为直立式和横卧式两种类型。
直立式适合于处理高粘度、高沸点和易结晶的物料，横卧式适合于处理低粘度、低沸点和易挥发的物料。
在塔体的结构设计上，需要根据具体的工艺要求，确定塔的高度、直径和壁厚等参数，保证其能够在长期运行中保持稳定的分离效果。
1.2 塔盘结构塔盘是精馏塔的关键部件，其结构应该符合两相流动的要求，在连续计量流量的同时，实现物料的良好分离。
在设计塔盘时，需考虑填料的种类、布置和高度等因素，以保证塔盘的稳定性和分离效率。
二、操作条件2.1 进料方式精馏塔的进料方式有顶进、底进、侧进等多种方式，需根据具体的物料性质、流量和工艺特点等因素来选择。
在进料过程中，需控制进料速度和温度，避免液位过高和温度变化过大导致塔内压力波动，影响精馏效果。
2.2 温度和压力控制精馏塔的温度和压力是影响精馏效果的重要因素。
在运行过程中，需控制塔底温度和塔顶温度，避免出现气液两相不均匀、突然变化和温度不足等现象。
同时，还需控制塔内的压力，保证物料能够在塔内正常流动，达到良好的分离效果。
三、材料选择3.1 塔体材料精馏塔的塔体材料应该根据物料的性质和使用环境等因素选用。
常用的材料有碳钢、不锈钢、玻璃钢和聚合物等。
在选择材料时，需考虑其耐腐蚀性、强度和可焊性等因素，以保证塔体的稳定性和可靠性。
3.2 塔盘材料对于均相物料的精馏，塔盘一般选用不锈钢、有机玻璃或塑料等材料；对于非均相物料的精馏，塔盘则需选用更耐磨、更耐腐蚀的材料，如钛合金和镍基合金等。
总之，精馏塔的设计需要考虑多方面的因素，包括结构、操作条件和材料选择等，以保证其达到良好的分离效果和稳定性能。
通过科学、合理的设计，可实现更加高效、节能的生产过程，大大提高生产效率和质量，为工业生产带来更大的经济效益。
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。
三元精馏塔的设计
三元精馏塔的设计三元精馏塔是一种常用的化工设备，用于分离混合物中的三种组分。
以下是三元精馏塔的详细设计：1. 确定物料和组分：首先需要确定待分离的混合物的物料和组分。
根据混合物的性质和要求，选择适当的溶剂和塔内组分。
2. 确定塔的类型：根据混合物的性质和要求，选择适当的塔类型。
常见的三元精馏塔类型包括平板塔和填料塔。
3. 确定塔的尺寸：根据混合物的性质和要求，确定塔的尺寸。
主要包括塔的直径、高度、塔板或填料层数等。
4. 确定塔的操作参数：根据混合物的性质和要求，确定塔的操作参数。
主要包括进料温度、进料流量、塔顶温度、塔底温度等。
5. 确定塔的热力参数：根据混合物的性质和要求，确定塔的热力参数。
主要包括塔顶压力、塔底压力、冷凝器和加热器的热负荷等。
6. 设计塔的内部结构：根据塔的类型和尺寸，设计塔的内部结构。
对于平板塔，需要确定塔板的类型和布置；对于填料塔，需要选择合适的填料材料和填料形状。
7. 进行热力计算：根据塔的操作参数和热力参数，进行热力计算。
主要包括塔板或填料层的传热和传质计算，以及冷凝器和加热器的热负荷计算。
8. 进行传质计算：根据塔的操作参数和物料性质，进行传质计算。
主要包括塔板或填料层的传质计算，以及塔顶和塔底的组分浓度计算。
9. 进行塔的结构设计：根据塔的类型和尺寸，进行塔的结构设计。
主要包括塔的支撑结构、塔板或填料层的支撑结构等。
10. 进行塔的安全设计：根据塔的操作参数和物料性质，进行塔的安全设计。
主要包括塔的防火、防爆、防腐等措施。
11. 进行塔的控制设计：根据塔的操作参数和物料性质，进行塔的控制设计。
主要包括塔的进料控制、温度控制、压力控制等。
12. 进行塔的经济评价：根据塔的设计参数和物料性质，进行塔的经济评价。
主要包括塔的投资、运行成本、能耗等评估。
以上是三元精馏塔的详细设计步骤。
在实际设计过程中，还需要考虑安全性、可操作性、可维护性等因素，并根据具体情况进行调整和优化。
乙醇_水精馏塔设计说明
乙醇_水精馏塔设计说明
1.设备选型
2.工艺流程
(1)加热阶段：将乙醇_水混合物加热到沸点，使其部分汽化，进入下一个阶段。
(2)蒸馏阶段：乙醇和水在塔内进行汽液两相的分离，高纯度的乙醇向上升腾，低纯度的水向下流动。
(3)冷凝阶段：将高纯度的乙醇气体冷凝成液体，便于收集和储存。
(4)分离阶段：将冷凝后的液体进一步分离，得到纯度较高的乙醇和水。
3.操作参数
(1)温度控制：加热阶段需要将混合物加热到适当的沸点，通常控制在80-100摄氏度。
而在蒸馏阶段，控制塔顶和塔底的温度差异，有助于提高分离效果。
(2)压力控制：塔的进料和出料口通常需要控制一定的压力，以保证流量的稳定。
(3)流量控制：塔内液体的流速对塔的操作效果有较大影响，需保持适当的流速，通常通过调节塔顶和塔底的流量或液位来实现。
4.塔的结构及内件设计
乙醇_水精馏塔的结构包括塔壳、进料装置、分离器、冷凝器、再沸器、集液器等。
其中，塔内需要配置一些内件，如填料和板式塔板等，以
提高传质和传热效果。
填料可采用金属或塑料材料，板式塔板可选用槽式、波纹式等不同形式。
通过合理配置和设计这些内件，提高乙醇_水分离效果。
综上，乙醇_水精馏塔的设计需要综合考虑设备选型、工艺流程、操
作参数以及塔的内部结构等因素。
通过合理的设计和选择，可以实现高效
分离乙醇和水的目的。
精馏塔课程设计总结
精馏塔课程设计总结精馏塔是一种常见的化工设备，广泛应用于石油、化工、制药等领域。
本文将从精馏塔的基本原理、设计要点以及常见问题等方面进行总结。
一、精馏塔的基本原理精馏塔是通过将混合物加热至沸点，利用不同组分的沸点差异来实现分离的设备。
在精馏塔中，混合物首先进入塔底，经过加热后产生蒸汽，然后在塔内与下降的液相进行传质传热，并在不同的塔板上逐渐分离。
较轻的组分会向上升蒸汽相移动，而较重的组分则会沉入下降的液相中。
经过多个塔板的作用，最终实现了组分的分离。
二、精馏塔的设计要点1. 塔板：精馏塔中的塔板是实现传质传热的关键部件。
塔板的设计应考虑到液相和蒸汽相之间的传质传热效率，通常采用带孔的金属板或填料来增加有效传质传热面积。
2. 进料位置：进料在精馏塔中的位置对分离效果有重要影响。
通常情况下，进料应置于塔顶或塔底位置，以便实现较好的分离效果。
3. 温度梯度：精馏塔中应保持适当的温度梯度，以促进组分的分离。
一般情况下，塔底温度较高，逐渐向塔顶降低。
4. 塔顶冷凝器：塔顶冷凝器用于将蒸汽相中的组分冷凝为液相，以便进行收集或回流。
冷凝器的设计应考虑到冷却效果和液相回流的控制。
5. 塔底加热器：塔底加热器用于提供塔底的热量，使混合物达到沸点并产生蒸汽。
加热器的设计应考虑到热量传递效率和能源消耗等因素。
三、常见问题及解决方法1. 塔板堵塞：由于操作不当或不良的进料质量，塔板可能会堵塞。
解决方法包括清洗塔板、优化进料质量等。
2. 分离效果不理想：分离效果不理想可能是由于设计不合理或操作不当导致的。
可以通过调整温度、压力或增加塔板数目等方式来改善分离效果。
3. 能耗过高：能耗过高可能是由于加热器设计不合理或操作不当导致的。
可以通过优化加热器结构、调整进料位置或改善冷凝器效果等方式来减少能耗。
精馏塔的设计需要考虑塔板、进料位置、温度梯度、塔顶冷凝器和塔底加热器等要点。
在实际操作中，还需注意解决常见的问题，如塔板堵塞、分离效果不理想和能耗过高等。
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
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目录一.前言 (3)二.塔设备任务书 (4)三.塔设备已知条件 (5)四.塔设备设计计算 (6)1、选择塔体和裙座的材料 (6)2、塔体和封头壁厚的计算 (6)3、设备质量载荷计算 (7)4、风载荷与风弯距计算 (9)5、地震载荷与地震弯距计算 (12)6、偏心载荷与偏心弯距计算 (13)7、最大弯距计算 (14)8、塔体危险截面强度和稳定性校核 (14)9、裙座强度和稳定性校核 (16)10、塔设备压力试验时的应力校核 (18)11、基础环设计 (18)12、地脚螺栓设计 (19)五.塔设备结构设计 (20)六.参考文献 (21)七.结束语 (21)前言苯(C6H6)在常温下为一种无色、有甜味的透明液体，并具有强烈的芳香气味。
苯可燃，有毒，也是一种致癌物质。
它难溶于水，易溶于有机溶剂，本身也可作为有机溶剂。
苯具有的环系叫苯环，是最简单的芳环。
苯分子去掉一个氢以后的结构叫苯基，用Ph表示。
因此苯也可表示为PhH。
苯是一种石油化工基本原料。
苯的产量和生产的技术水平是一个国家石油化工发展水平的标志之一。
甲苯是有机化合物，属芳香烃，分子式为C6H5CH3。
在常温下呈液体状，无色、易燃。
它的沸点为110．8℃，凝固点为－95℃，密度为0．866克／厘米3。
甲苯不溶于水，但溶于乙醇和苯的溶剂中。
甲苯容易发生氯化，生成苯—氯甲烷或苯三氯甲烷，它们都是工业上很好的溶剂；它还容易硝化，生成对硝基甲苯或邻硝基甲苯，它们都是染料的原料；它还容易磺化，生成邻甲苯磺酸或对甲苯磺酸，它们是做染料或制糖精的原料。
甲苯的蒸汽与空气混合形成爆炸性物质，因此它可以制造梯思梯炸药。
甲苯与苯的性质很相似，是工业上应用很广的原料。
但其蒸汽有毒，可以通过呼吸道对人体造成危害，使用和生产时要防止它进入呼吸器官。
苯和甲苯都是重要的基本有机化工原料。
工业上常用精馏方法将他们分离。
精馏是分离液体混合物最早实现工业化的典型单元操作，广泛应用于化工，石油，医药，冶金及环境保护等领域。
它是通过加热造成汽液两相体系，利用混合物中各组分挥发度的差别实现组分的分离与提纯的目的。
实现精馏操作的主要设备是精馏塔。
精馏塔主要有板式塔和填料塔。
板式塔的核心部件为塔板，其功能是使气液两相保持密切而又充分的接触。
塔板的结构主要由气体通道、溢流堰和降液管。
本设计主要是对板式塔的设计。
一．塔设备任务书简图与说明比例设计参数与要求工作压力MPa 0.004 腐蚀速率mm/a 0.01设计压力MPa 0.0044 设计寿命 a 20工作温度ºC120 浮阀个数设计温度ºC150 浮阀间距介质名称苯、甲苯保温材料厚度/mm 100介质密度 kg/m3799.054保温材料密度kg/m3300基本风压 Pa 300 存留介质高度 mm 52.5/49地震烈度9 壳体材料Q235-A场地类别Ⅱ内件材料塔形筛板塔裙座材料Q235-A塔板数目21 偏心质量 kg 2000塔板间距 mm 500 偏心距 mm 1000接管表符号公称尺寸连接面形式用途符号公称尺寸连接面形式用途a1,2 450mm －人孔g 45mm 突面回流口b1,2 －突面温度计h1-3 25mm突面取样口c －突面进气口i1,2 －突面液面计d1,2 38mm 突面加料口j 38mm突面出料口e1,2 －突面压力计k1-3 450 mm 突面人孔f 127mm 突面排气口条件内容修改修改标记修改内容签字日期塔径（原设计算错）备注甲苯-苯精馏塔设计单位名称化工系2班刘丽娟工程名称提出人刘丽娟日期08.7.25三 . 塔设备已知条件表二：已知条件列表四． 塔设备设计计算1、 选择塔体和裙座的材料设计压力是指设定的容器顶部的最高压力，由“工艺部分”的工艺条件可知塔顶表压为＝'p 4kPa ；通常情况下将容器在正常操作情况下容器顶部可能出现的最高工作压力称为容器的最大工作压力用w p 表示，即w p ＝＝'p 0.004MPa ；取设计压力==w p p 1.10.0044MPa 。
设计温度是指容器在正常操作情况下，在相应设计压力下，设定的受压组件的金属温度，其值不得低于容器工作是器壁金属达到的最高温度。
本设计塔内最高温度塔底取得max 120t =ºC，设计温度可以取为150t =ºC。
从上可知，设计压力和设计温度都属于低压、低温状态，塔体和裙座的材料可用： Q235-A ，GB912，热轧，厚度为3~4mm ，常温下强度指标=b σ375MPa 、=s σ235MPa ，设计温度下的许用应力=t][σ113MPa 。
2、 塔体和封头壁厚的计算2.1 塔体壁厚的计算塔体的壁厚是值塔体计算出来的有效厚度，有效厚度可以用下式计算21C C n e --=∆+=δδδ（式中δ为理论计算厚度，mm ；∆为除去负偏差以后的圆整值，mm ；n δ为名义厚度，mm ；1C 为钢板厚度负偏差，mm ；2C 为腐蚀裕量，mm 。
） 2.1.1理论计算厚度ppD t i-=ϕσδ][2，其中i D 指塔体的内径，由工艺部分计算可知i D =1.2m ；ϕ为焊接头系数，本设计采用双面焊、局部无损探伤，ϕ=0.85。
p pD t i -=ϕσδ][2==-⨯⨯⨯0044.085.0113212000044.00.03mm 对于碳素钢和低合金钢制容器，mm 3min ≥δ，而δ<min δ，且mm 97.2min =-δδ>1C （钢板厚度按8~25mm 计）。
假设腐蚀裕量2C =2mm 。
n δ=min δ+2C =5mm21C C n e --=∆+=δδδ=5－0.5－2=2.5mm2.2 封头壁厚的确定根据塔径i D =1200mm ，取用标准椭圆形封头，可选用EHA 的标准椭圆形封头（JB/T 4746-2002），公称直径DN=1200mm ，曲面高度300mm ，直边高度25mm ，内表面积1.665m 2，容积0.255m3，厚度6mm ，质量49kg 。
3、设备质量载荷计算塔设备的操作质量kg m o /： e a m m m m m m m m ++++++=05040302010 塔设备的最大质量kg m /max ：e a w m m m m m m m m ++++++=04030201max 塔设备的最小质量kg m /min ：e a m m m m m m m +++++=04030201min 2.0 3.1 塔体质量1o m 单位长度筒体的质量：]1200)101200[(1085.7785.0])2[(4226221-+⨯⨯⨯=-+=⨯=-i n i m D D s m δρπρ=148.5kg/m由工艺部分计算可知塔高H=10.55m ，取裙座高度h=1.55m ； 筒体质量：1110.55148.5m m H m =⨯=⨯=1566.7kg 裙座质量：31 1.5148.5m m h m =⨯=⨯=222.75kg由前面可知一个封头质量G=77kg ，则有封头质量：=2m 77×2=98kg⇒1o m =1231566.7222.7598m m m ++=++=1887.5kg3.2 塔段内件质量2o m查数据可知筛板塔质量 2/65m kg q N =；由工艺部分计算可知塔盘数为N=21块⇒2220.78521 1.2654o i N m ND q π==⨯⨯⨯=1542 kg3.3 保温层质量3o保温材料密度为 =2ρ300kg/m 3，厚度为 =s δ100mm 筒体部分保温层的质量：222])2()22[(4ρδδδπH D D s i s n i +-++=220.785[1.41 1.4]10.5530069.8kg ⨯-⨯⨯=封头部分保温层的质量：直边部分＋曲面部分直边部分：kg 166.0300025.0]4.141.1[785.022=⨯⨯-⨯曲面部分近似计算为：内表面积×厚度×密度 ⇒ 1.665×0.1×300=50kg⇒ 封头部分质量＝2×（0.166+50）=100.23kg所以，3o m =69.8+100.23=170kg3.4 平台、扶梯质量4o m本设计用5个钢制平台，笼式扶梯，查资料可知刚直平台和笼式扶梯的单位质量分别为：2/150m kg q p =，2/40m kg q F =。
4o m =F F p n i n i H q nq D B D +⨯++-+++21])22()222[(422δδδδπ=220.785[3.22 1.42]0.5415040(9.45 1.55)⨯-⨯⨯⨯+⨯+=2632.4kg3.5 操作时塔内物料质量5o m由工艺部分计算可知精馏段塔盘数为9，m h w 0633.0=，m h o 0083.0=，31/04.826m kg L =ρ；提馏段塔盘数为12，m h w 06.0'=，m h o 0086.0'=，32/18.931m kg L =ρ⇒5o m =)(])''()[(42122112L L f L o w L o w i V h N h h N h D ρρρρπ+++++=0.785×21.2[(0.063390.0083)826.04(0.06120.0086)931.18]0.255(826.04931.18)⨯++⨯++⨯+=1754.7kg.3.6 附件质量a按经验取附件质量 a m =0.251o m =0.25×1887.5=471.9kg 3.7 充液质量 wmw m =2220.785 1.210.55100020.25510004i w f w D H V πρρ+=⨯⨯⨯+⨯⨯=12435.7kg3.8 偏心质量em当塔设备的外侧挂有分离器、再沸器、冷凝器等附属设备时，可将其视为偏心载荷。
本设计中将再沸器挂于塔上，所以再沸器构成塔的偏心质量，再沸器质量为2000kg ，偏心距为1000mm 。
所以 e m =2000kg 。
3.9 操作质量、最小质量、最大质量e a m m m m m m m m ++++++=05040302010=1887.5+1542+170+2632.4+1754.7+471.9+2000=10458.5kge a m m m m m m m +++++=04030201min 2.0=1887.5+0.2×1542+170+2632.4+471.9+2000=7470.2kg e a w m m m m m m m m ++++++=04030201max=1887.5+1542+170+2632.4+12435.7+471.9+2000=21139.5kg4、 风载荷和风弯距的计算塔设备受风压作用时，塔体会发生弯曲变形。