化工原理课程设计(2周)

ho =hw－0.006 (ho一般取25~60mm,hw≤HT×15% 常压塔20~50mm,华理P131表10-3)
即:为保持液封，ho必须小于hw至
少6mm（不小于20~25mm以免堵） 具体算法见：化原课设P108、P151
，uo’=0.07~0.25 m/s (uo’液体通过降液管底隙时的流速） 堰上液层高度：
用课设P14图画
二、工艺计算： （核心内容、根据课堂学的内容， 参考课程设计书P145-155） 包括：Np、Z、D 、塔板布置 为了进行计算，必须做一定 的数据准备,如：平衡数据、物 料衡算数据、回流比、物性参数 等。
1、相平衡关系：
t－x(y)②和x－y③图 方法：可到图书馆查平衡数据 （t－PA°、PB°－x、y） 也可利用Antoine方程计算： log P°=A – B/ (t+c) 注意：此方程有多种形式

Lh
3 5s
③ 溢流堰（出口堰）
作用：维持塔板上一定液层，使液体均匀横向流过。
型式：平直堰、溢流辅堰、三角形齿堰及栅栏堰。
0
溢流堰高度hW ： （一般选平直堰，hOW≥6mm） 包括：出口堰和入口堰 (入口堰不设，采用凹形受液盘) 出口堰：（降液管上端高出塔板的高度） 堰高hW和底隙高度hO之间有个关系。
④ 列出表③并作出N~R图
表3如wk.baidu.com：
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
图4
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
然后根据设备费，操作费之和最
确定实际加料位置 第N精+1块板
）-0.245 （华理下册P118图10-20） 式中 为全塔平均温度下数值

ET=0.49(
已求出, 由t－x(y) 图可查tD、tW（因为xD= y1，tD查 露点线，tW查泡点线） （查教材上册P277） （公式中的Xi为加料组成XF） 求出 ，NP可算，以上结果 列表 ④
（ 2）
R：利用芬斯克方程和吉 利兰图算出 Nmin、N 作图 N~R 、找出适宜的 R~Rmin（倍数） 参看教材P74（华化）
算法：①算出Nmin（芬斯克方程）
②取一个Rmin的倍数，如 R=1.2Rmin，算出 ③从吉利兰图查得： 求出N(包括塔釜） ④取多个R，求出相应的N


4、密度：Kg/m3



苯
80°C 90°C 100°C 110°C 120°C 815.0 803.9 792.5 780.8 768.9
氯苯
1042 1031 1019 1008 996.4
5、汽化热cal/mol
80°C 100°C 110°C 120°C 130°C 140°C
35
40
45
50
55
20 2 30 17 7 18
11 28 3 8 22 12
15 24 9 4 27 23
25 10 14 26 5 13
31 32 33 34 35 36
设计达到的目标：(设计说明书)
设计出一个能达到分离要求 完成生产任务且有一定操作弹性 的完整塔设备。 包括：求出Np, D, Z，塔板布置， 换热器计算（塔顶冷凝器）及校核 配管、泵、再沸器选型
低综合考虑，确定R值（一般R
取1.2~2Rmin，曲线不太陡的位置）

N
费用
操作费
设备费
R R 优化设计问题，要知道一些必要参数
4、理论板数NT及加料位置确定 （用作图法,泡点进料q=1）图⑤

5、全塔实际板数
精馏段板数
NT 1 Np ET NT 精 N精 ET

塔板面积可分为四个区：
a)鼓泡区：Aa，见化原课设P109
（虚线以内，又称有效区、开孔区） b)溢流区: Af ，化原课设P109 （降液管所占面积，液体通道） c)破沫区：WS ,化原课设P109 （两条线之间，又称安定区)
Af
Af ’
D<1.5m，WS取60~75mm d)边缘区：WC （靠塔壁的两条，又称无效区） 小塔取30~50，大塔取50~75mm e)阀孔数：n ， （涉及塔板类型）

1.155 Aa n 本设计： （筛板塔） 2 t 孔径d0取5mm（3-8mm均可），
孔间距t=(2.5~5)d0 可取t=3d0 Aa的计算见课设P109式3-16
f)阀孔排列：
本设计采用正三角形排列， 具体排法见课程设计P110

g)开孔率：Ф=A0/Aa
=0.907(d0/t)2
坐标纸作出
如：ln、log、t、p的单位，
°C、K、KPa、mmHg 但计算结果一样，不同的方 程不同的常数。 列出数据表：①
t PA° ． ． ． ． ． ．

PB° xA ． ． ． ． ． ．
yA α ． ． ． ． ． ．
注:(1)
温度取值范围在轻、重组分 沸点之间(80.11~131.8℃，每隔2℃ 取一个点)，泡点方程算xA，露点方 程算yA (2) 查手册时同时查出必要的
则A0=Ф×Aa （Ao为阀孔总面积，Aa为开孔区 面积，见课程设计P110 ） 计算筛孔气速u0=Vs/A0 以上计算结果列表⑥，画出塔板 ⑥ 布置图 。

课程设计任务书
每年实际生产天数：330天（有一个月检修） 精馏塔塔顶压强：4 kpa（表压） 冷却水温度：30℃
饱和水蒸汽压力：2.5kgf/cm2(表压)
设备型式：筛板塔
厂址：江苏地区
进料组成 年处理量/ （质量%） 30 吨 学 号 60000 55000 50000 45000 40000 35000 1 21 16 29 19 6

查化工原理课程设计P104图3-2得C20，
HT的取值范围在P103取400mm、450mm 或500mm，hL一般取0.05~0.08m
（或华理P129下册图10-42
，
用
数据查，HT值在P129 ）
C20：物系表面张力为20mN/m的负
荷系数。 σ：操作物系的液体表面张力 算出的D要圆整（参考课设P117表38），再返算实际空塔气速。 u=Vs/AT=Vs/0.785D2

基础数据： １、Antoine常数： 苯 氯苯 A 6.031 6.103 B 1211.03 1431.05 C 220.79 217.55 安托因方程 logp 0 A B

tC
方程中：t――°C P°――kPa 2、常压沸点°C： 80.1 131.8 3、分子量： 78.1 112.5

（1cal=4.185J） 苯 氯苯 7353 9116 7077 8872 6930 8743 6776 8609 6614 8469 8324
设计说明书的写法： 首先：附上设计任务书
基础数据（自查或给） 目录：为使人一目了然，了解整 个设计内容。 前言：（相当于可行性报告） 可价绍本次设计的基本内容 设计的构思过程（二元双相混合

基础数据。如两组分的沸点 粘度、密度、表面张力等。 (2) 算出 可用算术平均
2、物料衡算：


XW 、

根据任务书的要求和精馏一章 的知识计算 F、D、W、XF、XD、
参考课程设计P146
结果列表②
3、
回流比的确定： （1）Rmin：作图或用公式 x D ye Rmin ye xe

Af
Af ’
降液管宽：Wd 降液管面积：Af 可根据LW和D定出 参看教材：化原课设P150-151 由lw/D查课设P108图3-10，得到Af /AT 及Wd /D的值 （其中AT为塔截面，即塔板面积） 根据P108 式3-13验证降液管设计是否 合理 3600Af HT


8、计算塔高Z







Z=H+2封头高（0.3+0.04）m H=HD+(NP-1-NF-S)HT+NFHF+SHT’+HB HD-----塔顶空间，取1.0~1.5m HT-----板间距（参看教材P129， 不同塔径，取不同值） HT’-----开人孔的板间距， 取≥600mm (参考化原课设
依据：塔径 、流量； D-塔径 型式：单流型、U 形流型、双流型、阶梯流型等。
hw-堰高 how-堰上液层高度 HT-板间距 ho-降液管底隙高度 Hd-降液管内清液层高度
hL-板上液层高度
hL=hw+how
② 降液管：有圆形和弓形 一般用弓形 弓形降液管的关键尺寸为： 堰长：LW=（0.6-0.8）D

表4 塔板计算结果
回流比 理论板数
板效率
实际板数 理论加料位置 实际加料位置
6、塔内温度、压力及物性参数的确定
为简化计算，将塔内各点的 压力均视为常压，则t－x(y)图 对全塔都好用。由于该塔目的产 品在塔顶出，所以取精馏段平均 温度下的数据做设计依据。算出 精馏段平均温度下的：

物用什么方法分，该体系能不能 分开；用什么设备，什么压力 等）；精馏的基本特点；本设计 的特点，如产品从塔顶还是从塔 底出，以什么部位的物性参数为 依据设计等）。这部分看个人水 平。参考课设P98
一、流程及说明： ① 参考课程 给一个简单的流程图 设计P14图1-3 （包括控制点） , 注明为什么选 择这样的流程（如进料状态、加 料方式、塔釜加热方式、塔顶冷 凝方式等）

P115)（人孔直径450~600mm）
HF-----进料板间距，取HF＞HT HB----塔底空间，可按储液量和塔径D
计，保证10~15min储液量 0.785D2 HB’=LS×10×60 HB=HB’+0.5m (发挥空间） S-----人孔数，一般6-8层塔板设一人 孔，第一块塔板上设一人孔 NF----进料板数 3
化工原理课程设计
1、准备曲线板、坐标纸、3#图 纸2张、说明书纸一本加封皮， 档案袋。 2、两周内写好设计说明书并装订。 上午设计均在答疑教室进行8:30开始。
18周周三第二次课W1302，其他时间W1213 19周周一~周五W1618
3、图的要求： （1）用三号图纸画工艺流程图、按
比例画塔的条件图（带管接口）； （2）其余工艺设计图用方格坐 标纸画。
课程设计任务书
设计题目：
苯-氯苯分离的连续筛板精馏塔设计 （打印任务书，与说明书装订）
课程设计任务书
原始数据 年处理量：35000 40000 45000 50000 55000 60000吨 料液初温：35℃ 料液浓度： 30% 35% 40% 45% 50% 55% （苯质量分率） 塔顶产品浓度：98% （苯质量分率） 塔底釜液浓度：2%(苯质量分率）

Mv、 M L、 V、 L、、 L、Vs、Ls
(参见《化工原理课程设计》P147-149)
以上结果列表 ⑤
7、计算塔径：D

Vs: 精馏段气相体积流量m3/s 关键是u --空塔气速 (参考化工原理课程设计P149-150) u=（0.6~0.8）umax ---液泛气速

（课设P106式3-7，E可取1，
how>6mm ）
板上液层高度hL=hw+how （hL一般取0.05~0.08m） 算出 hw=hL-how 通过 hw –ho>0.006m验证降液管底 隙高度是否合理

（2）塔板布置-----气体通道
对D>900mm的塔，可采用分块 式塔板，小塔径采用整块式塔盘。 化原课设P116 分块原则：（1）每块都可从人 孔送入塔内 （2）几块之和等于D

参见课程设计 P116图3-18
9、塔板设计
D、Z算好之后，只是有了外 壳，还要为气液接触安排一个舒 适的场所，即使二者密切接触， 进行传质，传热----塔板布置， 在塔板上液相走降液管往下，气 相走阀孔往上。
（1）溢流装置=降液管+溢流堰 -----流体通道

① 溢流型式的选择