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1、化工原理课程设计说明书设计题目 学生指导老师 学 院 专业班级 完成时间1. 设计任务书（）2. 设计方案的确定与工艺流程的说明（）3. 精馏塔的物料衡算（）4. 塔板数的确定 （）5. 精馏段操作工艺条件与相关物性数据的计算（）6. 精馏段的汽液负荷计算（）7. 精馏段塔体主要工艺尺寸的计算（）8. 精馏段塔板主要工艺尺寸的计算 （）9. 精馏段塔高的计算（）10. 精馏段塔板的流体力学验算（）11. 精馏段塔板的汽液负荷性能图（）12. 精馏段计算结果汇总（）13. 设计评述（）14. 参考文献（）15. 附件（）附件1：附图1精馏工艺流程图（）附件2：附图2降液管参数图（）附件3：附图3
2、塔板布孔图（）板式塔设计简易步骤一、设计方案的确定与工艺流程的说明对塔型板型、工艺流程、加料状态、塔顶蒸汽冷凝方式、塔釜加热方式等进行说明，并 绘制工艺流程图。（图可附在后面）二、精馏塔物料衡算：见教材P270计算出F、D、W，单位：kmol/h三、塔板数的确定1. 汽液相平衡数据：查资料或计算确定相平衡数据，并绘制t-x-y图。2. 确定回流比：先求出最小回流比：P266。再确定适宜回流比：P268。3. 确定理论板数逐板法或梯级图解法（塔顶采用全凝器）计算理论板层数，并确定加料板位置：P257-258。（逐板法需先计算相对挥发度）257 确定精馏段理论板数N1、提馏段理论板数N24. 确定
3、实际板数：估算塔板效率：P285。（需知全塔平均温度，可由t-x-y图确定塔顶、塔底温度， 或通过试差确定塔5顶、塔底温度，再取算术平均值。需知相对挥发度，可由安托 因方程求平均温度下的饱和蒸汽压，再按理想溶液计算。）由塔板效率计算精馏段、提馏段的实际板层数N1，N2： P284式6-67。四、精馏段操作工艺条件与相关物性数据的计算1241. 操作压力P :取P = PD : Pfmm22. 精馏段平均温度tm :查t-x-y图确定塔顶、进料板温度，再取平均值。或由泡点 方程试差法确定塔顶、进料板温度。3. 平均摩尔质量MVm、M顷由P8式0-27分别计算塔顶、进料板处的摩尔质量，再分别 取两
4、处的算术平均值。汽相的摩尔分率查t-x-y图。4. 平均密度P Vm、P Lm : P顷:用P13式1-7分别计算塔顶、进料板处液相密度，再取算术平均值。P = Pm MmVm R .Tm5. 液体表面力b皿:由b皿=b a七+b /B分别计算塔顶*油与进料板b仲，再取平 均值。6. 液体粘度已 :与表面力的计算类似。五、精馏段汽液负荷（Vs、Ls）计算V= （R+1） DL=RDV=型一=乌_s3600PVs 3600PL同时计算Vh、Lh。冷凝器的热负荷：（本设计不要求计算）六、精馏段主要工艺结构尺寸的计算（一）板间距ht的初估。板间距初估是为了估算塔径，在P286表6-8初选。（二）塔径
5、的初估与圆整P2861. 液泛速度。2. 塔径：计算，并圆整，再按P286表6-5,检验塔径是否合适。3. 实际操作气速。七、塔板工艺尺寸的计算（一）溢流装置：说明采用何种形式的溢流堰、降液管、受液盘。（以下为选择依据：）1. 降液管：降液管有圆形与弓形两类。通常，圆形降液管只用于小直径塔，而弓形降液 管由部分塔壁和一块夹板围成，它能充分利用塔空间，普遍用于直径较大、负荷较大的塔板。2. 溢流方式：溢流方式与降液管的布置有关。常用的降液管布置方式有U型流、单溢 流、双溢流与阶梯式双溢流等。常选择的为单流型和双流型P281。可依下表进行选择。1普魅拓阵流H nVhL用渝型单流疽双沛.型阶梯流粱6
6、005以下9007以下75010007敏下45以下12009以下9字。14009以下7。以下15001。以下70攻下20001以下90以下90 1603000“以下110以下110200200300400011以下110佩下11023023035050DQ11以下110 BIT1102503504CO6000n以下110250250450J成用 扬L用于较菰 被气比贱应川高液气比 和大型塔板极尚液气核 大型.塔板3.溢流堰的形式：有平直形和齿形两种。一般选择平型。4）受液盘：受液盘有平受液盘和凹形受液盘两种形式，如下图所示。（a）平受液盘（b）凹受液盘平受液盘一般需在塔板上设置进口堰，以保证降
7、液管的液封，并使液体在板上分布均匀。 但设置进口堰既占用板面，又易使沉淀物淤积此处造成阻塞，因此可不设进口堰。采用凹形受液盘不需设置进口堰。凹形受液盘既可在低液量时能形成良好的液封，又有 改变液体流向的缓冲作用，并便于液体从侧线的抽出。对于巾600mm以上的塔，多采用凹 形受液盘。凹形受液盘的深度一般在50 mm以上，有侧线采出时宜取深些。凹形受液盘不适 于易聚合与有悬浮固体的情况，因易造成死角而堵塞。3. 溢流装置的设计计算1）堰长lw：参见P徵堰长lw应由液体负荷与溢流型式而定。对于常用的弓形降液管： 单溢流取lw= （0.60.8）D 其中D为塔径，m。双流型塔板，两侧堰长取为塔径的0.
8、50.7倍。并保证堰上溢流强度、/1 0.006m，若低于此值，改用齿形堰How也不宜超过0.060.07m，否 则改用双溢流型塔板；邱3）出口堰高hw:堰高hw需根据工艺条件与操作要求确定。设计时， 一般应保持塔板上清液层高度在50100mm。计算公式：hw =匕-七式中：hL板上液层高度，在50100mm取值，m； hw堰上液层高度，m。堰高一般在0.030.05m围，对于减压塔的h值应较低，以降低塔板的压降。堰高还 要考虑降液管底端的液封，一般应使堰高在降液管底端0.006m以上，大塔径相应增大此值。 若堰高不能满足液封要求时，可设进口堰。在求出how后，检验堰高是否在下式围：4）弓形降
9、液管宽度W与截面积A :df可根据D查由下图查得。（图中at为塔横截面积。）按P306式6-65验算停留时间。即若不能满足上式要求，应调整降液管尺寸或板间距，直至满足要求为止。5）降液管底隙高度h0 :降液管底隙高度h0应低于出口堰高度h，才能保证 降液管底端有良。好的液封，一般取为：ho = hw - （0.006 0.012），m降液管底隙高度一般也不宜小于2025mm，否则易 于堵塞，或因安装偏差而使液流不畅，造成液泛。在设 计中，塔径较小时可取h0为2530mm，塔径较大时可取 为40mm左右，最大可达150mm。降液管底隙高度h0也可用下式计算：式中：Ls塔液体流量，m3/s；u,液
10、体通过降液管底隙的流速，m/s； 一般可取 u二0.070.25m/s。（二）塔板布置1. 边缘区宽度仁与安定区宽度w塔板通常分为四个区：即边缘区、安定区、溢流区、开孔区。确定边缘区宽度w :在靠近塔壁的一圈边缘区域供支持塔板的边梁之用，称为无效区， C也称边缘区。其宽度Wc视塔板的支承需要而定，小塔一般为3076 mm，大塔一般为5075 mm。 为防止液体经无效区流过而产生短路现象，可在塔板上沿塔壁设置挡板。确定安定区宽度Ws:开孔区与溢流区之间的不开孔区域称为安定区，也称为破沫区。溢流堰前的安定区宽度为Ws，其作用是在液体进入降液管之前有一段不鼓泡的安定地带，以 免液体大量夹带气泡进入降
11、液管；安定区的宽度可按下述围选取，即：溢流堰前的安定区宽 度W=70100 mm。对小直径的塔（Dl m），因塔板面积小，安定区要相应减小。s溢流区为降液管与受液盘所占的区域，其中降液管所占面积以Af表示，受液盘所占面 积以A f表示。2. 计算开孔区面积：对单溢流型塔板，开孔区面积可用下式计算，即式中，m； ,m；为以角度表示的反正弦函数。对双流型塔板，请查资料。3. 开孔数与筛孔排列（浮阀塔板）： 阀孔直径：阀孔直径由所选浮阀的型号决定，如常用的F1型浮阀的阀孔直径为39mm。阀孔数：阀孔数n取决于操作时的阀孔气速uo，而uo由阀孔动能因数Fo决定。式中u。孔速，m/s； Pv气相密度，k
12、g/m3；Fo阀孔的动能因子，一般取811（苯-甲苯体系取9-13），对于不同的工艺条件，也可适 当调整。阀孔数n的计算：式中n阀孔数；V气相流量，m3 /s；do阀孔孔径，m。由所选浮阀的型号决定。阀孔的排列：阀孔的排列方式有正三角形排列和等腰三角形排列。正三角形排列又有顺排 和叉排两种方式（见下图）。采用叉排时，相邻两阀吹出的气流搅动液层的作用比顺排明显， 而且相邻两阀容易被吹开，液面梯度较小，鼓泡均匀，所以采用叉排更好。在整块式塔板中，阀孔一般按正三角形排列，其孔心距t有75mm，1oomm，125mm， 150mm 等几种。在分块式塔板中，阀孔也可按等腰三角形排列，三角形的底边t固定为
13、75mm，三角形高h（即排间距）有65mm，70mm，80mm， 90mm， 100mm， 110mm几种，必要时还可以调整。按等腰三角形排列时：按正三角形排列时：式中h等腰三角形的高，m； Aa开孔鼓泡区面积，m2；t等腰三角形的底边长，m，一般取为0.075m；Ao阀孔总面积，；t正三角形的孔心距，m。估算后要根据实际排间距核算实际阀孔数。根据实际阀孔数校核孔速与阀孔动能因数。 和塔板开孔率。塔板上阀孔的开孔率指阀孔面积与塔截面之比。即小=a 。一般开孔率大，塔板压 T降低，雾沫夹带量少，但操作弹性小，漏液量大，板效率低，最好为6%-9%。八、精馏段塔高（精馏段）：Z1 =（N 1 -山了
14、九、精馏段塔板的流体力学验算1.塔板压降：塔板压降计算式为：Ap = h p g，即要验算：Ap = h p g是否 P P Lp p L小于设计规定的0.7kPa。其中hp的计算：式中：hp与气体通过一层浮阀塔板的压强降相当的液柱高度，m； PPhc与气体克服干板阻力所产生的压强降相当的液柱高度，m；h|与气体克服板上充气液层的静压强所产生的压强降相当的液柱高度，m； h：与气体克服液体表面力所产生的压强降相当的液柱高度，m。1）hc的计算将浮阀达到全开时的阀孔气速称之为临界孔速，以uoc表示。对于F重阀（质量约33g，阀孔直径为39mm）干板压降计算式为：阀片全开前（UOUQC）阀片全开后（七已七。）式中：u阀孔气速，m/s； u气体通过阀孔的临
