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1、- 1 -目录目录一、一、前言前言 41、塔设备在化工生产中的作用与地位4 2、塔设备的分类4 3、板式塔4 3.1、筛板塔 4 4 、乙醇和水体系 4 二、二、计算说明书计算说明书51 设计单元操作方案简介 5 2 筛板塔设计须知 5 3 筛板塔的设计程序 6 三、三、设计计算书设计计算书 . 61、已知参数 6 1.1 设计条件6 1.2 设计要求6 2、精馏流程的确定6 3、塔的物料衡算7 4、塔板数的确定74.1、理论塔板数的求TN取74.2 全塔效率估算10TE4.3 实际塔板数 10 5、工艺计算和物性10 5.1 全塔的平均温度12 5.2 操作压强 Pm 12- 2 -5.3、
2、平均摩尔质量Mm 125.4、平均密度13m5.5、液体表面张力 m14 5.6、负荷计 算14 6、塔和塔板主要工艺尺寸计算15 6.1、塔径D 156.2、溢流装 置16 6.2.1、溢流堰长17Wl6.2.2、出口堰高17wh6.2.3、管滴宽度与降液管滴面积17dWfA6.2.4.降液管底隙高度18oh6.3、塔板布 置18 6.4、筛孔数 n 与开孔 率206.5、塔有效高度 Z 21 6.6、塔高计 算21 7、筛板的流体力学验算227.1 气体通过筛板压强降的液柱高度 22ph7.2、雾沫夹带量的验Ve算23 7.3、漏液的验 算24 7.4、液泛的验 算24 8、塔板负荷性能图
3、24- 3 -8.1、过量液沫夹带 线24 8.2、液泛 线26 8.3、液相负荷上限 线27 8.4、漏液 线27 8.5、液相负荷下限 线27 8.6、操作弹 性28 9、筛板塔设计计算结果汇总29 10、附属设备和接管尺寸30 10.1、塔顶全凝器计算与选型的30 10.1.1、冷凝器的形式。 30 10.1.2、面积的计算及选 型30 10.1.3、折流挡板和支承板的设 计33 10.1.4、核算管程、壳程的流速及 Re33 10.1.5、计算传热系 数35 10.2、塔釜再沸器 36 10.3、各种管尺寸的确定 3710.3.1、进料管37 10.3.2、釜残液出料管37 10.3.
4、3、回流液管37 10. 3.4、再沸器蒸汽进口管 38 10.3.5、塔顶蒸汽进冷凝器出38 10.3.6、冷凝水管38 四、课程设计体会四、课程设计体会3939五、参考文献五、参考文献.4040- 4 -一、前言一、前言1 1、塔设备在化工生产中的作用与地位、塔设备在化工生产中的作用与地位塔设备是是化工、石油化工和炼油等生产中最重要的设备之一。它可使气液或液液两相间进行紧密接触，达到相际传质及传热的目的。可在塔设备- 5 -中完成常见的单元操作有：精馏、吸收、解吸和萃取等。此外，工业气体的冷却与回收、气体的湿法净制和干燥以及兼有气液两相传质和传热的增湿、减湿等。在化工、石油化工、炼油厂中，
5、塔设备的性能对于整个装置的产品质量和环境保护等各个方面都有重大影响。塔设备的设计和研究受到化工炼油等行业的极大重视。2 2、塔设备的分类、塔设备的分类塔设备经过长期的发展，形成了形式繁多的结构，以满足各方面的特殊需要，为研究和比较的方便，人们从不同的角度对塔设备进行分类，按操作压力分为加压塔、常压塔和减压塔；按单元操作分为精馏塔、吸收塔、解吸塔、萃取塔、反应塔和干燥塔；按形成相际界面的方式分为具有固定相界面的塔和流动过程中形成相界面的塔，长期以来，人们最长用的分类按塔的内件结构分为板式塔、填料塔两大类。3 3、板式塔、板式塔板式塔是分级接触型气液传质设备，种类繁多，根据目前国内外的现状，主要的
6、塔型是浮阀塔、筛板塔和泡罩塔。3.1、筛板塔筛板塔筛板塔液是很早就出现的板式塔，20 世纪 50 年代起对筛板塔进行了大量工业规模的研究，形成了较完善的设计方法，与泡罩塔相比，具有以下的优点：（1）.生产能力大（提高 2040）（2）.塔板效率高（提高 1015）（3）.压力降低（降低 3050） ，而且结构简单，塔盘造价减少40左右，安装维修都比较容易。4 4 乙醇和水体系乙醇和水体系乙醇-水是工业上最常见的溶剂，也是非常重要的化工原料之一，是无色、无毒、无致癌性、污染性和腐蚀性小的液体混合物。因其良好的理化性能，而被广泛地应用于化工、日化、医药等行业。近些年来，由于燃料价格的上- 6 -涨
7、，乙醇燃料越来越有取代传统燃料的趋势，且已在郑州、济南等地的公交、出租车行业内被采用。山东业已推出了推广燃料乙醇的法规。长期以来，乙醇多以蒸馏法生产，但是由于乙醇-水体系有共沸现象，普通的精馏对于得到高纯度的乙醇来说产量不好。但是由于常用的多为其水溶液，因此，研究和改进乙醇-水体系的精馏设备是非常重要的。二、设计说明书二、设计说明书1 1 设计设计单元操作单元操作方案简介方案简介 本方案采用连续蒸馏，连续蒸馏具有生产能力大，产品质量稳定等优点，工业生产中以连续蒸馏为主。间歇蒸馏具有操作灵活、适应性强等优点，但适合于小规模、多品种或多组分物系的初步分离。故分离乙醇-水混合物体系应采用连续精馏过程
8、。蒸馏是通过物料在塔内的多次部分气化与多次部分冷凝实现分离的，热量自塔釜输入，由冷凝器和冷却剂中的冷却介质将余热带走。塔顶冷凝装置可采用全凝器、分凝器-全凝器两种不同的设置。工业上以采用全凝器为主，以便准确控制回流比。2 2 筛板塔设计须知筛板塔设计须知（1）筛板塔设计是在有关工艺计算已完成的基础上进行的。对于气、液恒摩尔流的塔段，只需任选其中一块塔板进行设计，并可将该设计结果用于此塔段中。例如，全塔最上面一段塔段，通常选上面第一块塔板进行设计；全塔最下面一段塔段，通常选最下面一块塔板进行设计。这样计算便于查取气液相物性数据。（2）若不同塔段的塔板结构差别不大，可考虑采用同一塔径，若不同塔段塔
9、板的筛孔数、空心距与筛孔直径之比 t/d0 可能有差异。对筛孔少、塔径大的塔段，为减少进塔壁处液体“短路” ，可在近塔壁处设置挡板。只有当不同塔段的塔径相差较大时才考虑采用不同塔径，即异径塔。3 3 筛板塔的设计程序筛板塔的设计程序- 7 -（1）体系物性的计算（2）塔径计算。（3）塔板版面布置设计及降液管设计。（4）塔板操作情况的校核计算作负荷性能图确定操作点。三、三、设计计算书设计计算书1 1、已知参数、已知参数1.1 设计条件设计条件: 进料量：F=260kmol/h 进料组成(mol)：xf=0.40进料热状态：饱和蒸汽进料常压，塔釜间接蒸汽加热, 3kgf/cm2 水蒸汽。塔顶压强
10、p 顶=4Kpa(表压)，单板压降不大于 0.7kPa塔顶冷凝水温度 t12全塔效率 ET =50%1.2 设计要求：设计要求：XD=88% Xw=1% R/Rmin =1.62 2、精馏流程的确定、精馏流程的确定乙醇、水混合料液经原料预热器加热至泡点后，送入精馏塔。塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝后，一部分作为回流，其余为塔顶产品经冷却器冷却后送至贮槽。塔釜采用间接蒸汽向沸热器供热，塔底产品经冷却后送入贮槽。- 8 -3 3、塔的物料衡算、塔的物料衡算3.1 料液及塔顶、塔底产品含乙醇摩尔分数料液及塔顶、塔底产品含乙醇摩尔分数xf=0.40xd=0.88 xw=0.013.2 总物料衡算总物料衡算
11、 （1）FWD易挥发组分物料衡算 （2）FxWxDxFwDF=260kmol/h联立（1） （2）两式带入数据的 D=116.55kmol/h W=143.45kmol/h4 4、塔板数的确定、塔板数的确定4.1、理论塔板数、理论塔板数的求取的求取TN乙醇、水属理想物系，可采用 M.T.图解法求TN- 9 -根据乙醇、水的气液平衡数据作 y-x 图表 3.1 乙醇水气液平衡数据(101.325kPa)液相摩尔浓度 x气相摩尔浓度 y00 1.917 7.2138.91 9.6643.75 12.3847.04 16.6150.89 23.3754.45 26.0855.8 32.7358.26 39.6561.22 50.7965.64 51.9865.99 57.3268.41 67.6373.85 74.7278.15 89.4389.43由 CAD 软件作图知平衡线下凹，当用精馏线，q 线，提馏线三线一点的方法求 Rmin 时，精馏线会提前与平衡线相交，所以应采用自（Xd，Xd）作平衡线的切线并延长与 y 轴相交，截距 = 的方法求1minRxD最小回流比，由 CAD 图可知过（）作平衡线，切点为,DDxx（0.8079,0.8250）- 10 -可算出截距为 0.2087，所以 Rmin=3.2164R=1.
