《化工原理课程设计——筛板和浮阀精馏塔设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《化工原理课程设计——筛板和浮阀精馏塔设计（85页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、化工原理课程设计,筛板/浮阀精馏塔设计,常州大学石油化工学院 基础化工部,常压分离环己醇苯酚连续操作 筛板/浮阀精馏塔工艺设计任务书,基础设计数据： 1. 处理能力：50000 t/a（年工作按8000小时计） 2. 进料组成：环己醇30%，苯酚70%（mol%，下同） 3. 进料状态：泡点进料 4. 产品要求：塔顶馏出液组成：环己醇98%，苯酚2% 塔釜釜残液组成：环己醇1%，苯酚99% 5. 塔顶压强：760 mmHg（绝压） 6. 公用工程：循环冷却水：进口温度32，出口温度38 导热油：进口温度260，出口温度250,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
2、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；确定塔径、实际板数及加料板位置。 2. 精馏塔塔板工艺设计内容：塔板结构设计、流体力学计算、负荷性能图、工艺尺寸装配图。 3. 换热器设计：确定冷热流体流动方式，根据换热面积初选换热器；核算总传热系数；计算实际传热面积；选定换热器型号，计算管程、壳程压降。 说明： 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。 3. 设计说明书要求字迹工整，按规范装订成册。,带控制点工艺流程图,用3号图纸画 塔工艺条件图（带管口）,用3号图纸画 其余工艺设计图,用
3、坐标纸,课程设计的要求,注意事项: 写出详细计算步骤,并注明选用数据的来源 每项设计结束后,列出计算结果明细表 设计说明书要求字迹工整,装订成册上交,学号1-10号,单号,双号,处理量,环己醇组成,苯酚组成,45000 t/a,55000 t/a,35%,65%,72%,28%,学号11-21号,单号,双号,处理量,环己醇组成,苯酚组成,55000 t/a,45000 t/a,32%,68%,72%,28%,学号22以后,单号,双号,处理量,环己醇组成,苯酚组成,50000 t/a,45000 t/a,26%,74%,77%,23%,计算说明书目录,设计任务书 带控制点工艺流程图与工艺说明 精
4、馏塔工艺计算 塔板结构设计 换热器选型 精馏塔工艺条件图 塔板结构设计结果汇总 符号说明 结束语,常压分离环己醇苯酚连续操作筛板/浮阀塔设计计算示例,1. 设计任务书 按要求填入处理量和进料组成 2. 带控制点工艺流程图与工艺说明 （1）带控制点工艺流程图 （2）操作压力的选择 （3）工艺流程叙述,3. 精馏塔工艺计算,3.1 平均相对挥发度的计算,181.9,0.000,0.000,179.1,0.025,0.099,4.28,176.4,0.050,0.186,4.34,173.8,0.075,0.263,4.40,171.3,0.100,0.333,4.49,说明：平均相对挥发度为 5.
5、62,3.2 绘制t-x-y图及x-y图 在坐标纸上绘图，上大小要求t-x-y图为1010cm， x-y图为 2020cm,表1 物料衡算表,3.3 全塔物料衡算,料液平均分子量：Mm = 0.3100 + 0.794 = 95.8 进料流量：F = 50000103 /800095.8 = 65.24 kmol/h F = D + W D=19.5 kmol/h Fxf = DxD + Wxw W=45.74 kmol/h,3.4 实际板数及进料位置的确定,1. 确定最小回流比Rmin,2. 确定操作回流比R 由Fenske方程计算最小理论板数Nmin,利用吉利兰关联图，计算NT R如下：,
6、0.863,14.7,0.988,11.8,1.140,10.7,1.292,9.9,1.444,9.3,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,图解法求得NT =5.5（不包括塔釜） 加料板位置nT = 3.0,3. 图解法求理论板数及加料板位置,4.实际板数及加料板位置的确定 全塔效率由Oconnell关联式计算：,表2 塔板计算结果,包括板间距的初估，塔径的计算，塔板溢流 形式的确定，板上清液高度、堰长、堰高的初 估与计算，降液管的选型及系列参数的计算， 塔板布置和筛孔/阀孔的布置等，最后是水力 学校核和负荷
7、性能图。,4. 塔板结构设计,4.1 常用塔板的类型,（1）泡罩塔,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。,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。,组成：升气管和泡罩,圆形泡罩,条形泡罩,泡罩塔,（2）筛板塔板,优点：结构简单、造价低、塔板阻力小。 目前，广泛应用的一种塔型。,塔板上开圆孔，孔径d0：3 - 8 mm; 大孔径筛板d0 ：12 - 25 mm。,lw,WD,（3）浮阀塔板,圆形浮阀,条形浮阀,浮阀塔盘,方形浮阀,优点：浮阀根据气体流量，自动调节开度，提高了塔板的操作弹性、降低塔板的压降，同
8、时具有较高塔板效率，在生产中得到广泛的应用。 缺点：浮阀易脱落或损坏。,方形浮阀,F1型浮阀,（4）喷射型塔板 气流方向：垂直 小角度倾斜， 改善液沫夹带、液面落差 。,气液接触状态：喷射状态 连续相：气相；分散相：液相 促进两相传质。,形式：舌形塔板、浮舌塔板、斜孔塔板、垂直筛板等。,缺点：气泡夹带现象比较严重。,舌形塔板：,（5）斜孔塔板,（6）网孔塔板,（6）垂直筛板,（7）多降液管（MD）塔板 优点：提高允许液体流量,（8）林德筛板（导向筛板） 应用：用于减压塔的低阻力、高效率塔板。 斜台：抵消液面落差的影响。 导向孔：使气、液流向一致，减小液面落差。,（9）无溢流塔板 有溢流塔板：有
9、降液管的塔板； 无溢流塔板：无降液管的塔板； 形式：无溢流栅板和无溢流筛板； 特点：生产能力大，结构简单，塔板阻力小； 但操作弹性小，塔板效率低。,设计参数如下（以塔顶第一块塔板数据为设计依据）： 液相密度 L = 950 kg / m3 汽相密度 V = PM/ RT = 2.92 kg / m3 液相表面张力 = 32 dyn /cm 汽相流量VS = (R+1) DM /3600 V=0.408 m3/s 液相流量LS = RDM / 3600 L =0.000684 m3/s,4.2 初估塔径,取板间距HT = 350 mm，板上液层厚度hL= 0.07 m， 则HT -hL= 0.2
10、8m。,塔板间距和塔径的经验关系,说明：工业塔中，板间距范围200900 mm,两相流动参数FLV=,则液泛气速：,对于筛板塔、浮阀、泡罩塔，可查图 ，C20=(HT 、FLV),C20 ：=20 dyn/cm 时的气体负荷因子,0.2,HT=0.6,0.45,0.3,0.15,0.4,0.3,0.2,1.0,0.7,0.1,0.04,0.03,0.02,0.07,0.01,0.04,0.03,0.02,0.07,0.01,0.1,0.09,0.06,0.05,塔板泛点关联图,取操作气速u =（0.6-0.8）uf=0.75uf =0.893 m/s 则气体流通面积 An= VS / u =0
11、.457 m2,选取单溢流塔盘，取lw / D =0.7，查图得A f /AT = 0.088,则塔截面积：,塔径 D = ，圆整为0.8m。,说明：计算得到的塔径需圆整，系列化标准： 300, 350, 400, 450, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1100, 1200m 等,由此重新计算： A T =0.785D2 =0.5024 m2 A f = 0.088AT =0.0442 m2 A n= AT - Af =0.4582 m2 u = VS /An =0.89 m/s 实际泛点百分率： u /u f =0.75,注意： 1）必须用圆整后的D重新计算
12、确定实际的气体流通截 面积、实际气速及泛点率。 2）校核HT与D的范围。,D-塔径 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,Hd,溢流装置（1020cm）,4.3 塔板结构设计,4.3.1 溢流装置 溢流型式的选择 依据：塔径 、流量； 型式：单流型、U 形流型、双流型、阶梯流型等。, 降液管形式和底隙 降液管：弓形、圆形。 降液管截面积：由Af /AT 确定； 底隙高度 h0：通常在 40 60 mm。, 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
13、角形齿堰及栅栏堰。,采用弓形降液管，平堰及平型受液盘，l w =0.7D=0.56 m 堰上液层高度 堰高 h w =h L - h o w =0.06238 m 液管底隙高度 h o =h w -0.006=0.05638 m,要求：,本设计采用:,一般取安定区宽度 WS =（50-100）mm 一般取边缘区宽度 WC =（30-50）mm,4.3.2 塔盘布置,1. 受液区和降液区 一般两区面积相等。 2. 入口安定区和出口 安定区。,取筛孔直径d o =（38）mm，孔径比取 t/d0 = 3.0-3.5 由l w /D = 0.7，查图得 Wd /D=0.15 则 Wd = 0.15D
14、=0.12 m x = D/2 - (Wd + Ws )= 0.21 m r = D/2 - Wc =0.36 m,鼓泡区面积：,开孔率 = A0 /A a = 0.907 /(t/d0)2 = 0.074 筛孔面积 A 0 = Aa = 0.021 m2 筛孔气速 u 0 =VS / A 0 =19.43 m/s 筛孔数目 n = 4 A 0 / d02 =1672个 以Aa为面积计算的气速 ua=VS/Aa,3. 筛板塔有效传质区布置,正三角排列,采用F-1型浮阀塔盘: 阀孔直径do = 39 mm，取阀孔动能因子F0 = 9-13之间。 则阀孔气速为 u0 = F0 / (V)0.5 =
15、 12 / (2.92)0.5 = 7.02 m/s 浮阀个数 N =VS /（0.785d02.u0）= 48.7 圆整为49个 浮阀排列：采用等腰三角形叉排，确定相邻两排孔的间距 t。 由l w /D = 0.7，查图得 Wd /D=0.15 则 Wd = 0.15D=0.12 m x = D/2 - (Wd + Ws )= 0.21 m r = D/2 - Wc =0.36 m,鼓泡区面积：,4. 浮阀塔有效传质区布置,相邻两排孔的间距 t = Aa /（0.075*N）= 0.077 m，取80mm。按孔中心距 t =75mm和两排孔的间距 t =80mm（一般有65、80和100mm
16、三种规格）以等腰三角形叉排方式绘图排列，得到实际浮阀个数为N=53个。,核算孔速和动能因子：u0=VS /（0.785d0253）= 6.5 m/s F0 = u0(V)0.5 = 11.1 F0在 9-13 之间，即在适宜范围内。,4.4 塔板流体力学校核,4.4.1 塔板阻力 (1) 筛板塔板阻力,塔板阻力 hf包括 以下几部分: （a）干板阻力 hd 气体通过板上孔的阻力（无液体时）； （b）液层阻力 hl 气体通过液层阻力； （c）克服液体表面张力阻力 h孔口处表面张力。,可用清液柱高度表示：,（a）干板阻力hd,查得 孔流系数C0=0.75，则：,取板厚 = 3 mm，,（b）液层阻力 hl,查图得充气系数=0.58,于是：,说明：（1）若塔板阻力过大，可增加开孔率或 降低
