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1、化 工 原 理 课 程 设 计 精馏塔的工艺设计精馏塔的工艺设计精馏塔的工艺设计精馏塔的工艺设计 利用混合液中各个组分挥发度不同利用混合液中各个组分挥发度不同, 采用采用多次多次部分汽化部分汽化和和多次部分冷凝多次部分冷凝 进行分离进行分离，并能得到较纯组分的单并能得到较纯组分的单 第一部分第一部分 精馏及塔设备概述精馏及塔设备概述 一一、精馏原理精馏原理 填料塔填料塔：浓度连续变化浓度连续变化 板式塔板式塔：浓度梯度变化浓度梯度变化， 分级接触塔分级接触塔-逐板计算逐板计算 元操作元操作。 操作时液体从上层塔板的降液操作时液体从上层塔板的降液操作时液体从上层塔板的降液操作时液体从上层塔板的降
2、液 管流下管流下，横流过筛板后横流过筛板后，越过越过 溢流堰经降液管流入下层筛板溢流堰经降液管流入下层筛板； 而蒸汽经过筛孔分散鼓泡通过而蒸汽经过筛孔分散鼓泡通过 液层液层，逐板上升逐板上升。板上形成的板上形成的 鼓泡层是传质鼓泡层是传质,传热进行的主要传热进行的主要 区域区域。 塔板的作用塔板的作用 塔板提供了汽液分离的塔板提供了汽液分离的 场所场所。 每一块塔板是一个混合每一块塔板是一个混合 分离器分离器 5 5 分离器分离器 足够多的板数可使各组足够多的板数可使各组 分较完全分离分较完全分离 最优的进料位置最优的进料位置一般应在塔内液相或汽相组成一般应在塔内液相或汽相组成 原料液加入的塔
3、板称为原料液加入的塔板称为加料板加料板。加料板以上部加料板以上部 分分，称为称为精馏段精馏段，起提纯原料中易挥发组分的作起提纯原料中易挥发组分的作 用用；以下部分以下部分(含加料板含加料板)，称为称为提馏段提馏段，起提纯起提纯 原料中难挥发组分的作用原料中难挥发组分的作用。 加料板及最优的进料位置加料板及最优的进料位置 与进料组成相近或相同的塔板上与进料组成相近或相同的塔板上。 进料位置过高进料位置过高，使塔顶产品的组成偏低使塔顶产品的组成偏低；进料进料 位置偏低位置偏低，塔釜产品中易挥发组分含量增高塔釜产品中易挥发组分含量增高，从从 而降低易挥发组分的回收率而降低易挥发组分的回收率。 对精馏
4、塔而言对精馏塔而言，自塔底向塔顶方向自塔底向塔顶方向 ，蒸汽中易挥发组分蒸汽中易挥发组分（轻组分轻组分）的含的含 量越来越高量越来越高，自塔顶向塔底方向自塔顶向塔底方向，液液 体中难挥发组分体中难挥发组分（重组分重组分）含量越来含量越来 越高越高，而温度分布是塔顶的温度最低而温度分布是塔顶的温度最低 ，塔底温度最高塔底温度最高。 n+1 n-1 n 1n y n y 1n y 1n x n x 1n x 回流是精馏操作必不可少的条件回流是精馏操作必不可少的条件，提供塔提供塔 内与上升气相接触传质的液相内与上升气相接触传质的液相。也是区分蒸也是区分蒸 馏和精馏的主要标志馏和精馏的主要标志。 从上
5、一块板下来的液相从上一块板下来的液相与从下一块上来的气相与从下一块上来的气相 接触传质接触传质，形成新的气液相形成新的气液相，离开筛板分别向上和离开筛板分别向上和 向下流动向下流动。 1n x1n y n y n x 二、塔设备简介 塔设备是 使气液成两相通过紧密接触达到相际传 质和传热目的的气液传质设备之一。质和传热目的的气液传质设备之一。 塔设备一般分为阶跃接触式和连续接触式两大类。 前者的代表是板式塔，后者的代表则为填料塔。 板板 式式 塔塔 填料塔填料塔 塔壳塔壳 液体分布器液体分布器 填料层填料层 封头封头 支承板支承板 填料层填料层 它主要由圆柱形 壳体、塔板、溢流堰、 降液管及受
6、液盘等部件 构成 三三、 板式塔结构板式塔结构 构成。 板式塔内流体的流动板式塔内流体的流动 在塔板上在塔板上，气液两相密切接触气液两相密切接触，进行热量和质量进行热量和质量 的交换的交换。在板式塔中在板式塔中，气液两相逐级接触气液两相逐级接触，两相的组两相的组 成沿塔高呈阶梯式变化成沿塔高呈阶梯式变化，在正常操作下在正常操作下，液相为连续液相为连续成沿塔高呈阶梯式变化成沿塔高呈阶梯式变化，在正常操作下在正常操作下，液相为连续液相为连续 相相，气相为分散相气相为分散相。 一般而论一般而论，板式塔的空塔速度较高板式塔的空塔速度较高，因而生产能力因而生产能力 较大较大，塔板效率稳定塔板效率稳定，操
7、作弹性大操作弹性大，且造价低且造价低，检修检修、 清洗方便清洗方便，故工业上应用较为广泛故工业上应用较为广泛。 四、板式塔分类 泡罩塔泡罩塔 筛板塔筛板塔 浮阀塔浮阀塔 喷射型塔板喷射型塔板 筛 板 塔 浮浮 阀 塔 接触面接触面 积少效积少效 率低率低 不利于传不利于传 热和传质热和传质 良好的接触状态良好的接触状态 接触状态好接触状态好 五、筛板塔的特点 筛板塔在十九世纪初已应用于工业装置上，但 由于对筛板的流体力学研究很少，被认为操作不 易掌握没有被广泛采用五十年代来由于工易掌握，没有被广泛采用。五十年代来，由于工 业生产实践，对筛板塔作了较充分的研究并且经 过了大量的工业生产实践，形成
8、了较完善的设计 方法。 筛板塔和泡罩塔相比较具有下列特点： 生产能力大于10.5%，板效率提高产量15%左右；而压 降可降低30%左右另外筛板塔结构简单消耗金属少 五、筛板塔的特点五、筛板塔的特点 降可降低30%左右；另外筛板塔结构简单，消耗金属少， 塔板的造价可减少40%左右；安装容易，也便于清理检修。 筛板塔外形图筛板塔外形图 第二部分第二部分筛板式精馏塔设计方法筛板式精馏塔设计方法 下达任务书下达任务书，分配任务分配任务 一一、综述综述 二二、精馏流程精馏流程、设备及操作条件的确定设备及操作条件的确定 三三、精馏塔的工艺计算精馏塔的工艺计算 四四、塔板工艺尺寸的计算塔板工艺尺寸的计算四四
9、、塔板工艺尺寸的计算塔板工艺尺寸的计算 1、设计题目设计题目常压精馏塔工艺设计常压精馏塔工艺设计 2、设计时间设计时间： 3、原始设计数据原始设计数据 （1）每年处理量每年处理量(吨吨/年年)： 8000 8500 9000 9500 10000 10500 11000 11000 12000 （2）料液浓度料液浓度：40% 42% 45% 46% 48% （苯质量分率苯质量分率） （3）塔顶产品浓度塔顶产品浓度：95% 96% 97 % 98% （苯质量分率苯质量分率） （4）塔底釜液含甲苯量不低于塔底釜液含甲苯量不低于 90%, 92% 94% 96% (甲苯质量分率甲苯质量分率) （5）
10、生产方式生产方式：年工作日年工作日300天天，每天每天24小时连续运行小时连续运行，其余时间检修其余时间检修。 一一、化工原理课程设计任务书化工原理课程设计任务书 （5）生产方式生产方式：年工作日年工作日300天天，每天每天24小时连续运行小时连续运行，其余时间检修其余时间检修。 （6）精馏塔塔顶压强精馏塔塔顶压强：4 kPa（表压表压） （7）冷却水进口温度冷却水进口温度：30 （8）塔底加热饱和水蒸汽压力塔底加热饱和水蒸汽压力：0.25MPa(表压表压) （9）进料热状态进料热状态：饱和液体饱和液体 （10）回流比回流比R=(1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8 )Rmi
11、n。 （11）设备型式设备型式：筛板塔筛板塔 （12）单板压降单板压降：小于等于小于等于0.9kPa 4、设计要求及内容设计要求及内容： （1）综述综述 （2)精馏精馏流程流程、设备及操作条件的确定设备及操作条件的确定。 （3）塔的工艺计算及塔板结构参数计算塔的工艺计算及塔板结构参数计算： 包括物料衡算包括物料衡算，回流比选择回流比选择，进料热状况的选择进料热状况的选择，理论塔板数的理论塔板数的 计算计算，塔径塔径、板间距的确定板间距的确定，塔板参数计算塔板参数计算，塔的结构参数及水力塔的结构参数及水力 学性能的检验学性能的检验，塔效率的估算塔效率的估算，实际塔板数的确定实际塔板数的确定，塔高
12、的确定塔高的确定， 化工原理课程设计任务书化工原理课程设计任务书 画出塔板负荷性能图画出塔板负荷性能图。 （4）计算结果一览表计算结果一览表（工艺计算一览表工艺计算一览表、塔结构设计一览表塔结构设计一览表） （5）设计总结及讨论设计总结及讨论 （6）参考文献目录参考文献目录 （7）所有计算均需注明公式及数据的来源所有计算均需注明公式及数据的来源 （8）设计图纸设计图纸： 1）流程图流程图 ，2）塔板结构图塔板结构图， 3）设计计算用图设计计算用图 一一、综述综述 包括包括 课程设计的意义课程设计的意义、本设计的任务等本设计的任务等。 二二、精馏流程精馏流程、设备及操作条件及设计方案的确定设备及
13、操作条件及设计方案的确定 简要叙述精馏的原理简要叙述精馏的原理、流程和基本操作条件及设计方案流程和基本操作条件及设计方案（设设 计思路计思路）的选择的选择。 第二部分第二部分筛板式精馏塔设计方法筛板式精馏塔设计方法 确定设计方案总的原则是在可能的条件下确定设计方案总的原则是在可能的条件下，尽量采用科学尽量采用科学 技术上的最新成就技术上的最新成就，使生产达到技术上最先进使生产达到技术上最先进、经济上最合理经济上最合理 的要求的要求，符合优质符合优质、高产高产、安全安全、低消耗的原则低消耗的原则。为此为此，必须必须 具体考虑如下几点具体考虑如下几点 1.满足工艺和操作的要求满足工艺和操作的要求
14、2.满足经济上的要求满足经济上的要求 3.保证安全生产保证安全生产 连续精馏的流程图连续精馏的流程图 连续精馏的流程图连续精馏的流程图 连续精馏的流程图连续精馏的流程图 连续精馏的流程图连续精馏的流程图 主要内容包括主要内容包括; ; ( (1 1) )物料衡算物料衡算 ( (2 2) )确定回流比确定回流比 ( (3 3) )确定理论板数和实际板数确定理论板数和实际板数 ( (4 4) )塔的气液负荷计算塔的气液负荷计算 三三、精馏塔的工艺计算精馏塔的工艺计算 ( (5 5) )热量衡算热量衡算 塔设备的生产能力一般以千克塔设备的生产能力一般以千克/ /小时或吨小时或吨/ /年表示年表示，
15、但在理论板计算时均须转换成但在理论板计算时均须转换成kmol/h,kmol/h,在塔板设计时在塔板设计时， 气液流量又须用体积流量气液流量又须用体积流量m m3 3/s/s表示表示。因此要注意不因此要注意不 同的场合应使用不同的流量单位同的场合应使用不同的流量单位。 1、全塔的物料衡算全塔的物料衡算 FP W FpW FxPxWx F x L xpP xp 总物料总物料 易挥发组分易挥发组分 Fw Pw xx PF xx F xF W xw WFP 塔顶产品塔顶产品 塔底残液塔底残液 PF Pw xx WF xx 2 2、理论板数的计算理论板数的计算 需收集苯和甲苯物系基础数据（包括物理性 质，如沸点、分子量、饱和蒸汽压、液相密度、 粘度、表面张力，汽液平衡数据等），根据物系 的相平衡数据绘制物系的温度组成图，气液平衡 相图。 确定回流比确定回流比 一般是先求出最小回流比，然后根据 min 21.1RR ,确定回流比 R m in 是根据汽液相平衡方程 y x 11 q 线方程 y q q x x q F 11 联 立 求 得 交 点x y ， 然 后 代 入 方 程 联 立 求 得 交 点x q yq ， 然 后 代 入 方 程 R
