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1、个人资料整理仅限学习使用化工原理设计任务书一、设计题目 : 苯-氯苯精馏塔的工艺设计二、设计任务1）进精馏塔的原料液中含氯苯为30%质量百分比，下同），其余为苯。2）塔顶馏出液中含氯苯不高于2%。3）生产能力为日产纯度为99.8%的氯苯 Z 吨产品。年工作日330 天，每天24 小时连续运行。 设计任务量为 55万吨/年）三、操作条件1.塔顶压强 4kPa表压）；2.进料热状况，自选；3.回流比，自选；4.塔釜加热蒸汽压力506kPa；5.单板压降不大于 0.7kPa；6.设备型式：自选7厂址 唐山地区四、设计内容1.设计方案的确定及工艺流程的说明；2.塔的工艺计算；3.塔板流体力学计算；4.
2、塔附件设计计算；5.塔总体高度设计；6. 辅助设备的选型与计算；7.塔的机械强度校核；8.设计结果列表或设计一览表；9.精馏塔的装配图10.对设计结果的自我评价总结与说明11.设计说明书一份五、基础数据1.组分的饱和蒸汽压ip mmHg）精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 41 页个人资料整理仅限学习使用温度， ）80 90 100 110 120 130 131.8 ip苯760 1025 1350 1760 2250 2840 2900 氯苯148 205 293 400 543 719 760 2.组分的液相密度kg/
3、m3）温度， ）80 90 100 110 120 130 苯817 805 793 782 770 757 氯苯1039 1028 1018 1008 997 985 纯组分在任何温度下的密度可由下式计算苯tA187.1912氯苯tB111. 11127式中的 t 为温度，。3.组分的表面张力 mN/m）温度， ）80 85 110 115 120 131 苯21.2 20.6 17.3 16.8 16.3 15.3 氯苯26.1 25.7 22.7 22.2 21.6 20.4 双组分混合液体的表面张力m 可按下式计算：ABBABAmxxBAxx 、为 A、B 组分的摩尔分率）4.氯苯的汽
4、化潜热常压沸点下的汽化潜热为35.3103kJ/kmol。纯组分的汽化潜热与温度的关系可用下式表示：38.01212ttttrrcc氯苯的临界温度：C2.359ct）5.其他物性数据可查化工原理附录。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 41 页个人资料整理仅限学习使用苯-氯苯板式精馏塔的工艺计算书精馏段部分）一、精馏塔的物料衡算1. 料液及塔顶底产品含苯的摩尔分率苯和氯苯的相对摩尔质量分别为78和 112.5 kg/kmol 。771.05.112/3 .078/7.078/7.0Fx986.05.112/02.078/98
5、.078/98.0Dx00288.05.112/998.078/002.078/002.0Wx平均摩尔质量kg/kmol9005.855.112771. 01771.078FM2. 物料衡算依题给条件：一年以330 天，一天以 24小时计，因有：kg/h69440)24330/(550000F则kmol/h38.8089005.85/69440/ FMFF对全塔做物料衡算有：WDFWxDxFxWDFWDWD00288.0986.0771.038.80838.808得:kmol/h69.167kmol/h69.640WD二、塔板数的确定1. 理论塔板数TN的求取苯- 氯苯物系属于理想物系，可采用
6、梯级图解法.根据苯 -氯苯的相平衡数据，利用泡点方程和露点方程求取yx 依据BABtppppx/，tApxpy/，将所得计算结果列表如下：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 41 页个人资料整理仅限学习使用温度， ）80 90 100 110 120 130 131.8 ip苯760 1025 1350 1760 2250 2840 2900 氯苯148 205 293 400 543 719 760 两相摩尔分率x 1 0.679 0.444 0.266 0.128 0.02 0 y 1 0.914 0.786 0.615
7、 0.379 0.075 0 本题中，由于塔内压力接近常压.确定操作的回流比 R将 1. 表中数据作图绘出yx 曲线及yxt曲线。采用泡点进料, 则1q。 在yx 图 上 ， 因1q， 查 得942. 0qy， 而7 7 1.0Fqxx，986.0Dx。故有：2573.0771.0942.0942.0986. 0minqqqDxyyxR考虑到精馏段操作线离平衡线较近，故取实际操作的回流比为最小回流比的 2 倍，即：5146.02573.022minRR3）. 求理论塔板数精馏段操作线：651.034.011xRxxRRyD提馏段操作线为过00288.0,00288. 0和913.0 ,771.
8、0两点的直线。图解得10111TN块不含釜）。其中，精馏段31TN块，提馏段72TN块，第 4块为加料板位置。yx 图及yxt见附图2实际塔板数pN52.0TE近似取两段效率相同）精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 41 页个人资料整理仅限学习使用精馏段：77.552. 0/31pN块，取61pN块提馏段：5 .1352.0/72pN块，取142pN块总塔板数2021pppNNN块。三、塔的精馏段操作工艺条件及相关物性数据的计算一）平均压强mp取每层塔板压降为0.7kPa计算。塔顶：kPa3 .10543.101Dp加料板：
9、kPa5 .11967.03 .105Fp平均压强kPa4.1072/5.1193.1052/)(FDmppp得：塔顶为 81.2，加料板为 86.2。精馏段平均温度7 .832/2.862.81mt三）平均分子量mM塔顶：986.01Dxy，944.01x查相平衡图）kg/kmol483.785.112986.0178986.0,mVDMkg/kmol932.795 .112)944. 01(78944.0,mLDM加料板：941.0Fy，771.0Fx查相平衡图）kg/kmol0355.805.112941.0178941. 0,mVFMkg/kmol9005.855.112771.017
10、8771.0,mLFM精馏段：kg/kmol26.792/0355.80483.78,mVMkg/kmol916.822/932.799005.80,mLM四）平均密度m精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 41 页个人资料整理仅限学习使用1.液相平均密度mL,塔顶：3,kg/m616.8152.81187.113.912187.1912tALD3,kg/m787.10362.81111.11127111.11127tBLD液相平均密度依下式计算iiLm/13,kg/m14.819787.103602.0616.81598.0
11、1mLDBLDBALDAmLDaa进料板：3,kg/m681.8092.86187.1912187.1912tALF3,kg/m232.10312.86111.11127111.11127tBLF3,kg/m46.865232.10313. 068.8097.01mLFBLFBALFAmLFaa精馏段：3,kg/m3.8422/46.86514.819mL2.汽相平均密度mV,3,kg/m8704.27 .83273314.826.794 .107mmVmmVRTMp五）液体的平均表面张力m液体的平均表面张力计算公式iiLmx塔顶：CtD2.81查图得mN/m12.21, AD；mN/m05.
12、26,BDmN/m18.21986. 005.26014.012.2105.2612.21,DABBABAmDxx进料板：CtF2.86查图得mN/m75.20, AF；mN/m8.25,BFmN/m18.21771.08.25)771.01(75.208.2575.20,FABBABAmFxx精馏段：mN/m45.212/72.2118.21m精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 41 页个人资料整理仅限学习使用六）液体的平均粘度mL,塔顶：查化工原理附录液体黏度共线图，在 81.2下有：smPaA305.0smPaB41.
13、0smPa3065. 0014.041.0986.0305.0,DBBDAAmLDxx加料板：CtF2.86查共线图得smPaA285.0smPaB41.0smPa3067.0)771.01(38.0771.0285.0,mLF精馏段：smPa3066. 02/3067.03065.0,mL四、精馏段的汽液负荷计算由于进料量较大，可采用两塔并联操作。则kmol/h845.832167.69W/h 320.35kmol2640.69Dkmol/h 19.404238.808F汽相摩尔流率kmol/h202.48535.320)5146. 01 (1 DRV汽相体积流量/sm722.38704.2
14、3600916.82202.48536003,mVmVsVMV汽相体积流量/h13397.8m/sm722.333hV液相回流摩尔流率kmol/h852.16435.3205146.0RDL液相体积流量/sm004508.03.8423600916.82852.16436003,mLmLsLML液相体积流量/h16.228m/sm004508.033hL五、塔和塔板主要工艺结构尺寸的计算一）塔径1.初选塔板间距mm600TH及板上液层高度mm70Lh，则：m53. 007.06.0LThH精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共
15、41 页个人资料整理仅限学习使用2.按 Smith 法求取允许的空塔气速maxu即泛点气速Fu ）02075.08704.23 .842722.3004508.05.05 .0VLssVL查 Smith 通用关联图得115. 020C负荷因子1166. 02045.210115.0202.02 .020CC泛点气速：994.18704.2/8704.23.8421166.0/maxVVLCum/s 3.操作气速取m/s396.17.0maxuu4.精馏段的塔径m843.1396. 114. 3/722.34/4uVDs圆整取mm2000D，此时的操作气速m/s185.1u。二）塔板工艺结构尺寸
16、的设计与计算1.溢流装置采用单溢流型的平顶弓形溢流堰、弓形降液管、平形受液盘。1）溢流堰长 出口堰长）wl取m4.127 . 07.0Dlw堰上溢流强度hm/m130100hm/m59.114 .1/228.16/33whlL，满足筛板塔的堰上溢流强度要求。2）出口堰高whowLwhhh对平直堰3/2/00284.0whowlLEh取1E，于是：m006.0m145. 04 .1/228.16100284. 03/2owh满足要求）精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 41 页个人资料整理仅限学习使用m0555.00145.0
17、07. 0owLwhhh3）弓形降液管的宽度dW和降液管的面积fA由7 .0/ Dlw，查图得09. 0/,14. 0/TfdAADW，即：m28.0214. 0dW，22m14. 3785. 0DAT，2m2826.0fA。液体在降液管内的停留时间s5s6 .37004508.0/6.02826.0/sTfLHA满足要求）4）降液管的底隙高度ohm00495.0006.0Wohhoh 不宜小于 0.020.025m，本结果满足要求）2.塔板布置1）边缘区宽度cW 与安定区宽度sW边缘区宽度cW ：mmWc50安定区宽度sW ：规定5.1Dm 时75sWmm；5 .1Dm时100sWmm；本设
18、计取50cWmm，100sWmm。2）开孔区面积aA212221222m1753.295.062.0sin95.018062.095.062. 02sin1802RxRxRxAa式中：m62.0100.028. 00. 12/sdWWDxm95.005. 000.12/cWDR3.开孔数 n和开孔率取 筛 孔 的 孔 径mm5od， 正 三 角 形 排 列 ， 筛 板 采 用 碳 钢 ， 其 厚 度mm3，且取5 .2/odt。故孔心距mm5.1255 .2t。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 41 页个人资料整理仅限学习
19、使用每层塔板的开孔数161221753. 25 .121011581011582323aAtn孔）每层塔板的开孔率1451.05.2907.0/907.022odt应在 515%，故满足要求）每层塔板的开孔面积2m31564.01753.21451.0aoAA气体通过筛孔的孔速m/s792.1131564.0/722. 3/osoAVu4.精馏段的塔高1Zm0. 36. 016111TpHNZ六、塔板上的流体力学验算一）气体通过筛板压降ph 和pP 的验算lcphhhh1.气体通过干板的压降chm0359.03.8428704.282.0792.11051.0051.022LVoocCuh式中
20、孔流系数oC 查图得出，82. 0oC。2.气体通过板上液层的压降1hm0385.007.055.01Lowwhhhh式中充气系数查图得：55.0气体通过有效流通截面积的气速au ，对单流型塔板有：m/s3026. 12826.014.3722. 3fTsaAAVu3.气体克服液体表面张力产生的压降hm002077.0005.081. 93.8421045.21443oLgdh精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 41 页个人资料整理仅限学习使用4.气体通过筛板的压降 单板压降）ph 和ppm07648.0002077. 0
21、0385. 00359.01hhhhcp0.7kPaPa95.63107648.081.93.842pLpghp满足工艺要求）二）雾沫夹带量ve 的验算气（满足要求）液气液/kgkg1. 0/kgkg00957.007.05 .26 .03026.11045.21107. 5107 .52. 3362.36fTaVhHue式中：Lfhh5 .2，验算结果表明不会产生过量的雾沫夹带。三）漏液的验算漏液点的气速omum/s946.68704.2/3 .84200207.007.013.00056.082.04.4/13.00056.04.4VLLoomhhCu筛板的稳定性系数5 .17 .1946
22、.6792.11omouuK不会产生过量液漏）四）液泛的验算为防止降液管发生液泛，应使降液管中的清液层高度wTdhHHdLpdhhhHm00065.00495.04 .1004508.0153.0153.022owsdhlLhm14713.007. 007648.000065. 0dLPdhhhHm3278. 00555.06.05 .0wThHwTdhHH成立，故不会产生液泛。七、塔板负荷性能图一）雾沫夹带线 1）以kgev1 .0液/kg 气为限，求ssLV关系如下：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 41 页个人资料
23、整理仅限学习使用2. 365.2107.5LTavhHue 1）式中：ssfTsaVVAAVu35.02826.014. 33/23/23/2533.04.13600100284.0360000284.0sswsowLLlLEh3/23/23325.11388.0533.00555.05.25. 25.2SsowwLfLLhhhh将已知数据代入式 1）1 .03325. 11388.06 .035.01045.21107.52 . 33/236ssLV3/229.24408.8ssLV 1-1）在操作范围内，任取几个sL 值，依式 1-1）算出对应的sV 值列于下表：/sm3,sL0.0012
24、 0.005 0.010 0.020 0.034 /sm3,sV8.314 7.698 7.281 6.618 5.859 依据表中数据作出雾沫夹带线1）二）液泛线 2）dowwpwThhhhhH 2）2222002594.03.8428704.231564.082.0051.0051.0051.0ssLVoosLVoocVVACVCuh3/23/2129315.00305.0533.00555.055.0ssowwLLhhh002077.0h精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 41 页个人资料整理仅限学习使用03258.
25、029315.0002594.03/22sslcpLVhhhh222858.310495.04.1153.0153.0ssowsdLLhlLh23/23/22858.31533.00555.003258. 029315.0002594.00555. 06. 05. 0ssssLLLV23/22122785 .31841.92sssLLV在操作范围内，任取几个sL 值，依上式算出对应的sV 值列于下表：/sm3,sL0.0012 0.005 0.01 0.020 0.034 /sm3,sV9.423 9.100 8.741 8.002 6.693 依据表中数据作出液泛线 2）三）液相负荷上限线
26、3）取s5/sm034.052826.06 .03max,fTsAHL 3-3）四）漏液线 4）3/2533. 00555. 0sowwLLhhh漏液点气速8704.2/3 .842002077.0533.00555.013.00056.082.04 .43/2somLuomosuAVmin,，整理得：087.437.263/22min,ssLV在操作范围内，任取几个sL 值，依上式算出对应的sV 值列于下表：/sm,3sL0.0012 0.005 0.01 0.02 0.034 /sm,3sV2.094 2.204 2.305 2.456 2.618 依据表中数据作出漏液线 4）五）液相负荷
27、下限线 5）取平堰堰上液层高度006. 0owhm作为液相负荷下限条件，0.1E。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 41 页个人资料整理仅限学习使用006.04.13600100284.0360000284.03/23/2min,swsowLlLEh/sm0012.03min, sL操作气液比64.825004508.0/722. 3/ssLV依据附表及式 3）、 4）、5）可分别做出塔板负荷性能图上的1）、2）、3）、4）及5）共五条线，见附图3。由塔板负荷性能图可以看出：任务规定的气、液负荷下的操作点P设计点），处于
28、适宜操作区内的适中位置。塔板的气相负荷上限由雾沫夹带控制，操作下限由漏液控制。 按 照 固 定 的 液 气 比 ， 由 图 中 可 以 查 出 塔 板 的 气 相 负 荷 上 限smVs/46.73max,，气相负荷下限smVs/1. 23min,操作弹性定义为操作线与界限曲线交点的气相最大负荷max, sV与气相允许最小负荷min,sV之比，即：操作弹性 =55.31. 246.7min,max,ssVV塔的提馏段操作工艺设计计算一、提馏段的物性及状态参数一）平均压强mp取每层塔板压降为0.7kPa计算。进料板：kPa5 .119Fp塔底：kPa120207 .03 .105Wp平均压强kP
29、a75.1142/1205.109mp二）平均温度mt查温度组成图得：加料板为86.2，塔底为 131.8。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 41 页个人资料整理仅限学习使用1092/8.1312.86mt三）平均分子量mM加料板：941.0Fy，771.0Fx查相平衡图）kg/kmol0355.80,mVFMkg/kmol9005.85,mLFM塔底：00288. 0Wx，012. 0Wy。查相平衡图）kg/kmol086.1125 .112012. 0178012.0,mVWMkg/kmol4.1125 .11200
30、288.017800288.0,mLWM提馏段：kg/kmol06.962/086.1120355.80,mVMkg/kmol152.992/4034.1129005.85,mLM四）平均密度m1.液相平均密度mL,进料板：3,kg/m68.8092 .861886. 113.912187.1912tALF3,kg/m232.10312.86111.11127111.11127tBLF3,kg/m46.865232.10313.068.8097.01mLFBLFBALFAmLFaa塔底：3,kg/m55.7558.131187.1912187.1912tALW3,kg/m57.9808.131
31、111. 11127111.11127tBLW3,kg/m96.97957.980998.055.755002.01mLWBLWBALWAmLWaa提馏段：3,kg/m71.9222/96.97946.865mL2.汽相平均密度mV,3,kg/m469. 3109273314.806.9675.114mmVmmVRTMp精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 41 页个人资料整理仅限学习使用五）液体的平均表面张力m进料板：2.86FtmN/m38.21,mF塔底：8.131WtmN/m7.14,AW；mN/m2.20,BWmN
32、/m178.2000288. 02.20)00288.01(7.142.207.14,WABBABAmWxx精馏段：mN/m95.202/178.2072.21m六）液体的平均粘度mL,塔顶：查化工原理附录11有：加料板：smPa3067. 0)771.01 (38. 0771. 0285. 0,mLF塔 底：8.131WtsmPa20. 0As0.25mPaBsmPa25.0)00288.01(25. 000288.020. 0,WBBWAAmLWxx提馏段：smPa278.02/25. 03067. 0,mL二、提馏段的汽液负荷计算汽相摩尔流率kmol/h202.4851VFqVV汽相体积
33、流量/sm732. 336003,mVmVsMVV汽相体积流量/h13435.72m/sm732.333hV液相回流摩尔流率kmol/h042.56919.4041852.164qFLL液相体积流量/sm01699.071.9223600152.99042.56936003,mLmLsMLL液相体积流量/hm15.61/sm01699.033hL三、塔和塔板主要工艺结构尺寸的计算精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页，共 41 页个人资料整理仅限学习使用一）塔径1.初选塔板间距mm600TH及板上液层高度mm70Lh，则：m53.
34、007.06.0LThH2.按 Smith 法求取允许的空塔气速maxu即泛点气速Fu ）03964.01635.1271.92272.1343515.615 .05. 0VLhhVL查 Smith 通用关联图得12. 020C负荷因子1211. 02095.2012.0202 .02.020CC泛点气速：9713.1469. 3/469.371.9221211.0/maxVVLCum/s 3.操作气速取m/s38.17 .0maxuu4.提馏段的塔径m856.138.114.3/732.34/4uVDs为加工方便，圆整取mm2000D，即上下塔段直径保持一致，此时提馏段的操作气速m/s189
35、.1u。二）塔板工艺结构尺寸的设计与计算1.溢流装置采用单溢流型的平顶弓形溢流堰、弓形降液管、平形受液盘。1）溢流堰长 出口堰长）wl取m4 .127. 07. 0Dlw堰上溢流强度hm/m130100hm/m68.434. 1/15.61/33whlL，满足筛板塔的堰上溢流强度要求。2）出口堰高whowLwhhh精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页，共 41 页个人资料整理仅限学习使用对平直堰3/2/00284.0whowlLEhm006. 0m0352. 04 .1/15.610.100284.03/2owh满足要求）m03
36、48. 00352. 007.0owLwhhh3）降液管的宽度dW 和降液管的面积fA由7 .0/ Dlw，查图得09. 0/,14. 0/TfdAADW，即：m28. 0dW，22m14. 3785. 0DAT，2m2826.0fA。液体在降液管内的停留时间s5s1001699. 0/2826.06. 0/sTfLHA满足要求）4）降液管的底隙高度ohm0288. 0006.00348.0006.0Wohhoh 不宜小于0.020.025m，本结果满足要求）2.塔板布置1）边缘区宽度cW 与安定区宽度sW与精馏段同，即50cWmm，100sWmm。开孔区面积与精馏段同，即2m1753.2aA
37、3.开孔数 n和开孔率亦与精馏段同，即7113n孔每层塔板的开孔率1451.05.2907. 0/907.022odt应在 515%，故满足要求）每层塔板的开孔面积2m31564.01753.21451. 0aoAA气体通过筛孔的孔速m/s8.1131564. 0/732.3/osoAVu4.提馏段的塔高2Zm8.76 .0114122TpHNZ精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页，共 41 页个人资料整理仅限学习使用四、塔板上的流体力学验算一）气体通过筛板压降ph和pp的验算lcphhhh1.气体通过干板的压降chm0397.
38、071.922469.382.08 .11051.0051.022LVoocCuh式中孔流系数oC 查图得出，82. 0oC。2.气体通过板上液层的压降lhm0385. 007.055. 01Lhh气体通过有效流通截面积的气速au ，对单流型塔板有：m/s306.12826.014.3732. 3fTsaAAVu3.气体克服液体表面张力产生的压降hm00185.0005. 081.971.9221095.20443oLgdh4.气体通过筛板的压降 单板压降）ph 和ppm07455. 000185.0033. 00397.0hhhhlcp0.7kPaPa8.67407455.081. 971.
39、922pLpghp二）雾沫夹带量ve 的验算气（满足要求）液气液/kgkg1.0/kgkg00823.007.05. 26.0306.11095.20107 .5107 .52. 3362 .36fTaVhHue式中：Lfhh5 .2，验算结果表明不会产生过量的雾沫夹带。三）漏液的验算漏液点的气速omu精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 19 页，共 41 页个人资料整理仅限学习使用m/s67.6469.3/71.92200185.007.013.00056.082.04.4/13.00056.04.4VLLoomhhCu筛板的稳定性系
40、数5.177.167.68.11omouuK不会产生过量液漏）四）液泛的验算为防止降液管发生液泛，应使降液管中的清液层高度wTdhHHdLpdhhhHm02717.00288.04 .101699.0153.0153.022owsdhlLhm1717. 007455.007.006375.0dHm3174. 00348.06.05 .0wThHwTdhHH成立，故不会产生液泛。通过流体力学验算，可认为精馏段塔径及塔板各工艺结构尺寸合适五、塔板负荷性能图一）雾沫夹带线 1）2. 365.2107.5LTavhHue 1）式中：sfTsaVAAVu35. 03/23/23/2533. 04. 13
41、600100284.0360000284. 0sswsowLLlLEh3/23/23325.1087.0533.00348.05 .25.25 .2SSowwLfLLhhhh将已知数据代入式 1）精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 20 页，共 41 页个人资料整理仅限学习使用1 .03325.1087.06 .035.01095.20107.52 .33/236ssLV3/2113.24283.9ssLV 1-1）在操作范围内，任取几个sL 值，依式 1-1）算出对应的sV 值列于下表：/sm3,sL0.0012 0.005 0.01
42、 0.02 0.034 /sm3,sV9.011 8.578 8.164 7.506 6.752 依据表中数据作出雾沫夹带线1）二）液泛线 2）dowwpwThhhhhH 2）2222002862.071.922469.331564.082.0051.0051.0051.0ssLVoosLVoocVVACVCuh3/23/2129315. 001914.0533.00348.055.0ssowwLLhhh00185.0h02099.029315.0002862.03/22sslcpLVhhhh222113.940288.04.1153.0153.0ssowsdLLhlLh23/23/22113
43、.94533.00348.002099. 029315.0002862.00348. 06. 05. 0ssssLLLV23/223288366.2884 .91sssLLV 2-2）在操作范围内，任取几个sL 值，依式 2-2）算出对应的sV 值列于下表：/sm3,sL0.0012 0.005 0.01 0.02 0.034 /sm3,sV9.386 9.063 8.644 7.5484 4.805 依据表中数据作出液泛线 2）精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 21 页，共 41 页个人资料整理仅限学习使用三）液相负荷上限线 3）/
44、sm034.052826.06 .03max,fTsAHL 3-3）四）漏液线 气相负荷下限线） 4）3/2533. 00348. 0sowwLLhhh漏液点气速469.3/71.92200185.0533.00348.013.00056.082.04 .43/2somLuomosuAVmin,，整理得：8534.29 .233/22min,ssLV 4-4）在操作范围内，任取几个sL 值，依式 4-4）算出对应的sV 值列于下表：/sm,3sL0.0012 0.005 0.01 0.02 0.034 /sm,3sV1.767 1.885 1.991 2.148 2.316 依据表中数据作出漏
45、液线 4）五）液相负荷下限线 5）取平堰堰上液层高度006. 0owhm，0.1E。006.04.13600100284.0360000284.03/23/2min,swsowLlLEh/sm1094.1134min, sL 5-5）操作气液比66.21901699. 0/732.3/ ssLV依据附表及式 3）、 4）、5）可分别做出塔板负荷性能图上的1）、2）、3）、4）及5）共五条线，见附图4。由塔板负荷性能图可以看出：任务规定的气、液负荷下的操作点R设计点），处于适宜操作区内的适中位置。塔板的气相负荷上限由液泛控制，操作下限由漏液控制。 按 照 固 定 的 液 气 比 ， 由 图 中
46、可 以 查 出 塔 板 的 气 相 负 荷 上 限精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 22 页，共 41 页个人资料整理仅限学习使用smVs/48.63max,，气相负荷下限smVs/9. 13min,操作弹性定义为操作线与界限曲线交点的气相最大负荷max, sV与气相允许最小负荷min,sV之比，即：操作弹性 =41.39. 148.6min,max,ssVV精馏塔的设计计算结果汇总一览表精馏塔的设计计算结果汇总一览表项目符号单位计 算 结 果精馏段提馏段平均压强mPkPa 107.4 114.75 平均温度mt83.7 109 平均
47、流量气相sVm3/s 3.722 3.732 液相sLm3/s0.004508 0.01699 实际塔板数N 块6 14 板间距THm 0.6 0.6 塔段的有效高度H m 3.0 7.8 塔径D m 2.0 2.0 空塔气速u m/s 1.185 1.189 塔板液流型式单流型单流型溢流装置溢流管型式弓形弓形堰长Wlm 1.4 1.4 堰高Whm 0.0555 0.0348 溢流堰宽度dWm 0.28 0.28 底隙高度0hm 0.0495 0.0288 板上清液层高度Lhm 0.070 0.070 孔径0dmm 5 5 孔间距t mm 12.5 12.5 孔数n 个16122 16122
48、开孔面积0Am2 0.31564 0.31564 筛孔气速0um/s 11.792 11.8 塔板压降pPkPa 0.632 0.675 液体在降液管中的停留时间s 37.6 10 降液管内清液层高度dHm 0.14713 0.1717 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 23 页，共 41 页个人资料整理仅限学习使用雾沫夹带vekg 液/kg 气0.00957 0.00823 液相负荷上限max, sLm3/s 雾沫夹带控制雾沫夹带控制液相负荷下限min, sLm3/s 漏液控制漏液控制气相最大负荷max,sVm3/s 7.46 6.
49、48 气相最小负荷min, sVm3/s 2.1 1.9 操作弹性3.55 3.41 精馏塔的附属设备与接管尺寸的计算 K传热系数，)/(5002CmWK进出口水的温度为 20C到 40CCt2.41402.811Ct2.61202 .812Ctttttm54.50ln1212由(1式解得 :传热面积255.163mS2. 塔釜再沸器氯苯的临界温度为Ctc2 .359精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 24 页，共 41 页个人资料整理仅限学习使用常压沸点下氯苯的汽化潜热为kmolkJr/103 .3531常压下氯苯的沸点温度131.8
50、C，Ct8 .1312由38. 01212ttttrrcc得kmolkJrr/103 .35312因为饱和液体进料，故VFqVV1。skJrVQB/10758.4202.4853530032水蒸气的温度由 120C100CCtttttm174.20ln1212传热系数)/(10002CmWKskJStKSQmB/10758.4174.2010006再沸器的传热面积：285.235mS二）接管尺寸的计算1.塔顶蒸汽出口管径依据流速选取，但塔顶蒸汽出口流速与塔内操作压力有关，常压可取1220m/s。本设计取蒸汽流速为18m/s smVs/722.33mmuVds24.5131814. 3722.
51、3440取管径为mm105502.回流液管径借重力回流，回流速度为0.5m/s 3/14.819mkgLDhkmolL/852.164kmolkgMD/932.795.112)986.01(78986.0精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 25 页，共 41 页个人资料整理仅限学习使用回流体积流率hmLMVLDDL/09.1614.819853.164932.793mmuVdL7 .1065. 014.309.1643600/ 4取管径为mm51213.加料管径用泵输送回流液时，流速可取1.5m/s。3,/46.865mkgmF体积流率
52、hmMFVFFm/12.4046.8659005.8519.4043加料管径为mmuVdm29.975.114. 33600/12.4043600/ 4取进料管径为mm41084.料液排出管径塔釜液出塔的流速可取u=0.8m/s。3,/96.979mkgmWkgkmolW/85.83kmolkgMW/4.1125 .112)00288.01 (7800288.0hmWMVmWWw/617. 996.9794 .11285.833,mmuVdwW22.658. 014.33600/617. 943600/4取釜液排出管径为mm3735.饱和蒸汽管径选蒸汽流速为 30m/s hmVs/732.33
53、mmuVsd1.3983014.3732. 344取饱和蒸汽管径为mm10450精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 26 页，共 41 页个人资料整理仅限学习使用HT+nFHF+nPHP+HD+HB+1H +2H=(20-1-2-10.6+10.8+20.8+0.9+2.5+0.525+2.5=18.5m 1H 封头高度，取mH525.012H 裙座高度，取mH5. 224. 塔板结构塔板按结构特 点， 大 致可 分为 整块式 和分 块式两类 塔板。 本设 计塔径 为2000mm ，所以塔板分为5 块。精选学习资料 - - - - -
54、- - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 27 页，共 41 页个人资料整理仅限学习使用塔设备的机械设计及校核一塔体及封头厚度的计算1塔体厚度的计算MPaPPWC132. 012.01.11.1取设计温度Ct8 .131塔体与封头材料选用MnR16，查表得MPat170，MPa170MPaE5109.1mmPDcti0.1132.085.017022000132.0 2pc厚度附加量 C=2mm 本设计取mmn102封头厚度计算采用标准椭圆形封头：mmPDcti0 .1132.05 .085.017022000132.0.50 2pc厚度附加量 C=2mm 本设计取mmn10
55、3封头的高度查表得封头的高度为H=525mm 二塔设备质量载荷计算1. 筒体圆筒、封头、裙座质量m01查得 D=2000mm,厚度 10mm的圆筒质量 496kg/m 筒体质量： m1=496gK4.76384.15封头质量：查表得封头质量m=346mg /K m2=3466922gK裙座质量：KgHsDDmimom1238.6107.85.52)202.2(785.0)(4322223m01= m1+ m2+ m3=7638.4+692+1238.6=9569Kg2 塔内构件质量由表查的筛板塔盘65Kg/m2精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - -
56、- -第 28 页，共 41 页个人资料整理仅限学习使用Kgmi40822065D42023 保温层质量由于不设保温层，则保温层质量不计4 平台、扶梯质量由 表 平 台 质 量pq =150Kg/m2笼式 扶 梯 质 量 qF=40Kg/m 笼 式 扶梯 总 高HF=18m，平台数量 n=4 平台宽度 B=0.8mFFpniniHqnqDDm21)22()B222(42204kgmm9.2995401815045.0)1.0201.020.2()8 .021.0201.020.2(40422045 操作时物料质量塔釜液层高度mRLhs0.160320查表得3126.1mVf1102120544
57、fiwiVhDNhDmKgm9.586571.922126.171.92297.00 .2471.922200348.00 .2422056 附件质量按经验值去附件的质量为Kgmma25.2382956925.025. 0017 充水质量3/1000mKgwKgVHDmwfwiw506081000126.1210004.152785.024202各种质量载荷汇总塔段01 12 23 3顶合计塔 段 长度/mm 1000 2000 7000 8500 18500 人 孔 与平台数0 0 2 2 4 塔板数0 0 9 11 20 Kgmi/01496 1088.6 3472 4512.4 9569
58、 Kgmi/021837 2245.1 4082 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 29 页，共 41 页个人资料整理仅限学习使用Kgmi/0440 80 1418 1457.9 2995.9 Kgmi/051039 3717.8 1109.1 5865.9 Kgmia/124 272.15 868 1118.1 2382.25 Kgmiw/1126 21980 27502 50608 Kgmi/0660 1440.75 11312.8 10442.6 23856.15 全 塔 操作 质 量/kg 15.23856040302010a
59、mmmmmm全 塔 最小 质 量/kg 55.157632. 004030201minammmmmm水 压 实验 时 最大 质 量/kg 15.6963704030201maxwammmmmmm三风载荷与风弯矩的计算风载荷计算示例以 23段为例计算风载荷P3P36333023110KKeDlfq式中：1K -体系系数，对圆筒容器，1K =0.7 0q10m高处基本风压值，0q =350N/m2，唐山地区3f -风压高度变化系数，查表得f3=1.00 3l -计算段长度，3l =7000mm 3脉动影响系数，查表得3=0.72 由于7.1,2023KmH3eD塔有效直径。设笼式扶梯与塔顶管线成9
60、00，取以下 a,b式中较大者：a.4330e32DKKDsib.pssidKD22D0430e3,4003mmK0d 取 400 mm, mmpss1003精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 30 页，共 41 页个人资料整理仅限学习使用mmlAK6.228700010008002234a.mm6 .28486.22840010022220De3b.6.29984006 .22810022220De3mm 取3eD =2998.6mm P36333023110KKeDlfq=0.7N37.738102770100064.03507 .
61、17.06以上述方法计算出各段风载荷，列于表中计算段mmli20/ mNq1KiK2if平台数mmK4mmeiDNPi1 1000 350 0.7 1.7 0.64 0 0 2770 738.37 2 2000 350 0.7 1.7 0.72 0 0 2770 1661.33 3 7000 350 0.7 1.7 1.0 2 228.6 2998.6 8742.4 4 8500 350 0.7 1.7 1.2 2 228.6 2998.6 12739 风弯矩的计算（1） 截面 0-0 )2(P.)2(P2432142121100lllllllPMw =2.42810N/mm (2截面 1-1
62、 ）2(P.2P4342211lllMw =1.931810 N/mm 2）截面 2-2 mmlllPMwN/10739.1)2(P284443322四地震弯矩的计算取第一振型脉动增大系数为1=0.02 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 31 页，共 41 页个人资料整理仅限学习使用则衰减指数95.002.055.002.005.09.0sDEHmHTie30.010200081021850015.238561850033.901033.903353301塔的总高度H=18500mm 全塔操作质量0m=23856.15kg 重量加速度
63、 g=9.81 m/s2 地震影响系数31656.024. 0319. 1max21由表查得24. 0max设防震烈度 8级）选择场地土类为类，设计分组：第二组。由表查得gT =0.30 319.102.07.106.002.005.017.106.005.01112计算截面距离地面高度h：0-0 截面：h=0 1-1 截面：h=1000mm 2-2 截面：h=3000mm 等直径、等厚度的塔，1525.92/5.18/iDH按下列方法计算地震弯矩。截面 0-0 8010010265.61850081.915.2385631656.035163516gHmMEmmN截面 1-1 )41410(
64、17585.35 .25. 35. 20111hhHHHgmME)10004100018500141850010(1850017581.915.2385631656.085 .35. 25.35. 281079.5mmN截面 2-2 )41410(17585 .35 . 25. 35. 20122hhHHHgmME)30004300018500141850010(1850017581.915.2385631656.085.35. 25. 35 .2 =mmN81085.4精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 32 页，共 41 页个人资料
65、整理仅限学习使用五各种载荷引起的轴向应力1.计算压力引起的轴向拉应力1)(05.884102000132.0431MPaDPeic其中，)(8210mmCne。2操作质量引起的轴向压应力2截面 0-0 )(658.48200014. 381. 915.23856000000002MPaDgmAgmesissb令裙座厚度mms10；有效厚度)(8210mmes；esissbDA。截面 1-1 )(88.35863081. 915.23196110112MPaAgmSM其中，)(15.2319666015.23856110kgm；smA为人孔截面的截面积，查相关标准得258630mmAsm截面 2
66、-2 )(248.48200014.381. 94 .21755220220222aMPDgmAgmei其中，)(4 .2175575.144066015.23856220kgm；eiDA。3最大弯矩引起的轴向应力3截面 0-0 )(35.2782000785.01087.642800max00max003MPaDMZMesisb其中，)(1042.280000maxmmNMMW)(1087.61042. 225.010265.625.0888000000maxmmNMMMWE精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 33 页，共 41 页个
67、人资料整理仅限学习使用取二者中较大值，)(1087.6800maxmmNMesissbDZ24截面 1-1 )(66.22107677.210273. 67811max113MPaZMsm其中，)(10931.181111maxmmNMMW)(10273. 610931.125.01079. 525. 0888111111maxmmNMMMWE取二者中较大值，)(10273.6811maxmmNM截面 2-2 )(04.2182000785.010285.5428222max22max223MPaDMZMei其中，)(10739. 182222maxmmNMMW)(10285.510739.1
68、25. 01085.425.0888222222maxmmNMMMWE取二者中较大值，)(10285.5822maxmmNM六塔体和裙座危险截面的强度与稳定校核1塔体的最大组合轴向拉应力校核截面 2-2 塔体的最大组合轴向拉应力发生在正常操作时的2-2截面。其中MPat170；85.0；K=1.2；)(4 .17385. 01702 .1MPaKt；)(4.173)(042.25)(042.2504.21248.425.822max223222122maxMPaKMPaMPat满足要求。2塔体与裙座的稳定校核截面 2-2 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - -
69、- - - - -第 34 页，共 41 页个人资料整理仅限学习使用塔体 2-2截面上的最大组合轴向压应力)(29.2504.21248.422322222maxMPaMPaKKBMPatcr114 6 .135,114min,min29.2522max满足要求。00075.08/1000094.0/094.0eiRA查图： MnR16，150）MPat170；B=95MPa；K=1.2。截面 1-1 塔体 1-1截面上的最大组合轴向压应力MPa54.2666.2288.311311211maxMPaKKBmimMPatcr6.123204, 6.123min,54.2611max满足要求。其
70、中，00075.08/1000094.0/094.0eiRA查图： Q235-B，150）MPat113；B=103MPa；K=1.2。截面 0-0 塔体 0-0截面上的最大组合轴向压应力MPa008.3235.27658.400300200maxMPaKKBMPatcr6 .1236 .135,6 .123min,min008.3200max满足要求。其中，MPat113；B=103MPa；K=1.2。各危险截面强度与稳定校核汇总工程计算危险截面00 11 22 塔体与裙座有效厚度e，mmes/8 8 8 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - -
71、 -第 35 页，共 41 页个人资料整理仅限学习使用截面以上的操作质量kgmii/023856.15 23196.15 21755.4 计算截面积 A2/ mmii50240 58630 50240 计算截面的抗弯截面系数 Z3/ mmii710512.27107677.2710512.2最大弯矩)/(maxmmNMii81087.6810273.6810285.5最大允许轴向拉应力，MPaKt/173.4 最大允许轴向压应力/MPa 114 114 123.6 t135.6 135.6 204 计算压力引起的轴向拉应力MPa/10 0 8.25 操作质量引起的轴向压应力MPaii/24.6
72、58 3.88 4.248 最大弯矩引起的轴向应力MPaii/323.75 22.66 21.04 最大组合轴向拉应力MPaii/max_ _ 25.042 最大组合轴向压应力MPaii/max32.008 26.54 25.29 强度与稳定校核强度t22max满足要求稳定性,min00maxtcr满足要求,min11maxtcr满足要求,min22maxtcr满足要求精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 36 页，共 41 页个人资料整理仅限学习使用七塔体水压实验和吊装时的应力校核一）水压实验时各种载荷引起的应力1.实验压力和液柱静压力
73、引起的环向应力MPaPPMPaDtTeieiiTT164.010170170132. 025.125.18.4382)82000)(185.0164. 0(2)(3）（液柱静压力液柱静压力 =MParH185. 05.18100002 实验压力引起的轴向拉应力)(25.10842000164.04221MPaDPeiT3最大质量引起的轴向压应力)(6.138200014. 381.915.6963722max222MPaDgmei4弯矩引起的轴向应力MPaDMeiW08.282000410739.13.043.028222223MPaAgmZMbbWB207.01084.1881. 9224.
74、2201910376.81042.2588min00(2bbEWBAgmZMM0000025.058881084.1881.915.2385610376.810265.61042.225.0=0.696Mpa 取二者中较大值MPaB696.02地脚螺栓的螺纹小径0B，选取地脚螺栓个数 n=20,MPabt147；mmC32。mmCnAdbtbB8 .2631472014.31084.18696.044521由表查得 M30 螺栓的螺纹小径8.261dmm,故选用 20个 M30 的地脚螺栓，满足要求。课程设计心得体会三周的化工课程设计结束了，作为一名化学工程与工艺专业大三的学生，我觉得能做这样
75、的课程设计是十分有意义。在已度过的两年半大学生活里我们大多数接触的是专业基础课。我们在课堂上掌握的仅仅是专业基础课的理论面，如何去面对现实中的各种设计？如何把我们所学到的专业基础理论知识精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 39 页，共 41 页个人资料整理仅限学习使用用到实践中去呢？我想做类似的大作业就为我们提供了良好的实践平台。在做本次课程设计的过程中，我感触最深的当属查阅了很多次设计书和指导书。为了让自己的设计更加完善，更加符合工程标准，一次次翻阅化工设计及机械设备书是十分必要的，同时也是必不可少的。在课程设计中遇到问题是很正常的，
76、但我们应该将每次遇到的问题记录下来，分析清楚以免以后遇到同样的错误。因为课堂上我们学到的知识有限，所以设计时必须边学边用，时刻巩固所学知识，所以课程设计还扩展了我们的知识面。这次课程设计对我来说，学到的不仅是知识，更多的是团队的合作，现在想来学校安排课程设计有着深远的意义，它不仅让我们综合那些理论知识来运用到设计与创新，还让我们知道了一个团队凝聚在一起时所能发挥的巨大潜能！这是一次理论与实践的结合，通过这次课程设计可以提高我们的动手能力和独立思考的能力。这次设计要完成板式塔的绘制，这就要求我们要掌握CAD制图，虽然之前没有接触，但是这对于我们专业的学生来说也是很重要的一门课程，所以查阅了大量资
77、料之后，在我们的团队合作之下终于把图完成，在以后我们还要继续熟练CAD 制图，为毕业设计以及以后工作打基础。通过这次设计我了解了理论知识与实践相结合的重要意义，学会了坚持耐心和努力，这将为今后的学习和工作作出了最好的榜样。设计参考文献1. 柴诚敬等，化工原理课程设计，天津科学技术出版社2. 潘国昌等，化工设备设计，清华大学出版社3. 化学工业部化工设计公司主编，化工工艺算图第一册 常用物料物性数据，化学工业出版社， 1982 4. 顾芳珍，化工设备设计基础，天津大学出版社，1997 5. 化工设备设计中心站，材料与零部件，上海科学技术出版社，1982 6. 机械设计手册，化学工业出版社，1982 7. 刁玉玮，化工设备机械基础，大连理工大学出版社8. 贺匡国，简明化工设备设计手册，化工出版社精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 40 页，共 41 页个人资料整理仅限学习使用9. GB150-89 钢制容器设备 全国压力容器标准委员会），学苑出版社精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 41 页，共 41 页
