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简单板式精馏塔设计

简单板式精馏塔设计
简单板式精馏塔设计

简单板式精馏塔设计

双组分溶液直接蒸汽加热板式精馏塔设计

设计任务:规定F 、xF 、xD 、xW ,设计出能完成分离任务的板式精馏塔 1. 回流比

● 最小回流比

设夹紧点在精馏段,其坐标为(xe,ye)则

min D e

e e

x y R y x -=

-

(1)

设夹紧点在提馏段,其坐标为(xe,ye)

min min 0(1)(1)e

e W

y R D qF L

V R D q F x x -+==+--- (2) 所需基础数据:气液相平衡数据 丙酮-水

xi = [0 0.01 0.02 0.05 0.10 0.15 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 0.95 1.0]; % 液相丙酮平衡浓度

yi = [0 0.253 0.425 0.624 0.755 0.793 0.815 0.830 0.839 0.849 0.859 0.874 0.898 0.935 0.963 1.0]; % 汽相丙酮平衡浓度

ti=[ 100 92.7 86.5 75.8 66.5 63.4 62.1 61.0 60.4 60.0 59.7 59.0 58.2 57.5 57.0 56.13 ];%平衡温度 甲醇-水

xi = [0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.15 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 0.95 1.0]; % 液相甲醇平衡浓度

yi = [0 0.134 0.234 0.304 0.365 0.418 0.517 0.579 0.665 0.729 0.779 0.825 0.870 0.915 0.958 0.979 1.00]; % 汽相甲醇平衡浓度

ti=[ 100 96.4 93.5 91.2 89.3 87.7 84.4 81.7 78.0 75.3 73.1 71.2 69.3 67.6 66.0 65.0 64.5 ];%平衡温度 来源:王志魁.化工原理(第三版),北京:化学工业出版社,2004 ● 确定操作回流比

min (1.1~2.0)R R =

用Matlab 或Excel 工具求出N 与R 间的关系以确定适宜的回流比。(课堂讲解)

设计条件与任务:

已知F 、xF 、xD 、xw 或F 、xF 、xD 和η,塔顶设全凝器,泡点回流,塔底间接(直接)蒸汽加热。

1 全塔物料衡算求产品流量与组成

(1)间接蒸汽加热

F D W =+ (1)

F D W Fx Dx Wx =+ (2)

① 若规定F 、x F 、x D 、x w 则直接联立求解方程(1)与(2) ② 若规定F 、x F 、x D 和η D

F

Dx Fx η=

(3) 先由式(3)求出x D ,再联立求解方程(1)与(2)。 (2)直接蒸汽加热

F S D W +=+ (1)

F D W Fx Dx Wx =+ (2)

(1)(1)S V R D q F ==+-- W L RD qF ==+

2 计算最小回流比

设夹紧点在精馏段,其坐标为(xe,ye)则 min D e

e e

x y R y x -=

-

设夹紧点在提馏段,其坐标为(xe,ye)

min min (1)(1)e W e W

y x R D qF L

V R D q F x x -+==+--- 基础数据:气液相平衡数据

3 确定操作回流比 min (1.1~2.0)R R =

4 计算精馏段、提馏段理论板数

① 理想溶液 图解法或求出相对挥发度用逐板计算法求取。

② 非理想溶液 相平衡数据为离散数据,用图解法或数值积分法求取 精馏段 1

1 R

D

f

N x R x n n

dx

N dN x x +=

=-?

?

因 111

D n n x R

y x R R +=

+++

所以 ()/D

f

x R x n n D n dx

N y x x y R =

---?

(4)

提馏段 1

1 S

f

W

N x S x n n

dx

N dN x x +=

=-?

?

因 11

W n n x R y x R R +'+=

-''

蒸汽回流比(1)(1)(1)(1)V R D q F D F R R q W W W W

+--'=

==+-- 所以 ()/(1)

f

w

x S x n n n w dx

N y x y x R =

'---+?

(5)

式(4)、(5)中塔板由下往上计数。

5 冷凝器和再沸器热负荷

冷凝器的热负荷 ()C DV DL Q V I I =-

再沸器的热负荷

B C D W F Q Q DI WI FI =++-

待求量:进料温度t F 、塔顶上升蒸汽温度t DV (与x D 对应的露点温度)、回流温度t DL (与x D 对应的泡点温度)、再沸器温度tw (与x W 对应的泡点温度)。

物性数据:

① 各组分在平均温度下的液相热容、气相热容或汽化热。 ② 各组分的热容方程常数

如 2

3

p c A BT CT DT =+++

③ 由沃森公式计算汽化热 21

0.38211(

)1r V V r T H H T -?=?-

6 计算实际塔板数

全塔效率:0.245 0.49()T L E αμ-=——O'Connel 公式 式中:α——塔顶与塔底平均温度下的相对挥发度; μL ——塔顶与塔底平均温度下的液相粘度, mPa.s ① 精馏段

0.245 0.49()T L E αμ-=

式中:α——精馏段平均温度下的相对挥发度;μL ——精馏段平均温度下的液相粘度, mPa.s p (N )R

T

N E =精 注意:要圆整塔板数 ② 提馏段

0.245

0.49()

T L E αμ-=

式中:α——提馏段平均温度下的相对挥发度;μL ——提馏段平均温度下的液相粘度, mPa.s p 1

(N )S T

N E -=

提 注意:要圆整塔板数 全塔所需塔板数:()()p p p N N N =+精提 全塔效率: (1)/T T p E N N =-

提醒:全塔效率的工业测定值通常在0.3~0.7之间

7 估算塔径

初高板间距,估算塔径。

D =max (0.6~0.8) u u = 0.5

m a x (

)L G G

u C ρρρ-= 0.220=(

)20

L

C C σ 0.5

20L =f (,-h ) ( )

G

L T

G L

W

C H W ρψψρ= 式中:C ——操作物系的负荷因子; σL ——操作物系的液体表面张力,mN/m ;HT ——板间距;hL ——板上液层高度。

注意:(1) 板上液层高度由设计者选定。对常压塔一般取为0.05~0.08m ,对减压塔一般取为0.025~0.03m 。(2) 一定要按压力容器标准圆整塔径。常用的标准塔径为400、500、600、700、800、1000、1200、1400、1600、2000、2200mm 等。(3)以上计算的塔径只是初估值,要根据流体力学原则进行验算。(3) 因精馏段与提馏段的气液负荷及物性数据不同,故设计中两段的塔径应分别计算,若二者相差不大,应取较大者作为塔径,若二者相差较大,应采用变塔径。

所需物性数据

物性数据:气体混合物的密度、液体混合物的密度、液体混合物的表面张力 计算式:

气体混合物 G pM

RT

ρ= 液体混合物:

1

i

L

i

w ρρ=∑

wi ——组分i 的质量分数

含水溶液的表面张力:

1/41/41m S W W S O O

σ?σ?σ=+ 式中:/ / SW SW W S SO SO O S x V V x V V ??== 计算精馏段塔径时物性数据的处理:

a. 以上方程所用物性数据近似按塔顶第一板处理. 如

1

1

G pM RT ρ=

b. 以上方程中所用物性数据均取塔顶第一板与加料板物性数据的平均值 计算提馏段塔径时物性数据的处理:

a. 以上方程所用物性数据近似按加料板处理.

b. 以上方程中所用物性数据均取加料板与塔釜物性数据的平均值

8 板式塔的塔板工艺尺寸计算

I. 溢流装置的设计

为维持塔板上有一定高度的流动液层,必须设置溢流装置。板式塔的溢流装置包括溢流堰、降液管和受液盘等几部分,其结构与尺寸对塔的性能有重要的影响。

① 降液管的类型与溢流方式

降液管的类型:圆形降液管一般用于小直径塔;对于直径较大的塔,常用弓形降液管。

溢流方式: U 形流、单溢流、双溢流及阶梯式双溢流。根据塔径大小和液体流量选取合适的溢流方式。

② 溢流装置的设计计算

溢流装置的设计包括堰长l W 、堰高h W 、弓形降液管的宽度W d 、截面积A f ,降液管底隙高度h 0,进口

堰的高度W

h '与降液管间的水平距离h l 等。 a. 溢流堰(出口堰):堰长和堰高

溢流堰有平直型与齿形两种,设计中一般采用平直型溢流堰。 1)堰长 弓形降液管的弦长。其值据经验定。

单溢流: (0.6~0.8)W l D = 双溢流:(0.5~0.6)W l D =

2)堰高 降液管端面高出塔板板面的距离hw

堰上液层高度太小→液体在堰上分布不均匀,影响传质效果,设计时应使h OW ≥6mm ,低于此值应采用齿形堰。

堰上液层高度太大→增大塔板压降及液沫夹带量,h OW ≥60~70mm 时改用双溢流堰。

L W oW h h h =+

式中:h L ——板上清液层高度, m ;h OW ——堰上液层高度,m

W L oW h h h =-

对平直堰:32/32.8410(/)OW h W h E L l -=? 式中:E ——液流收缩系数,根据设计经验可取1。 hw 的确定:0.050.1OW W OW h h h -≤≤-

在工业塔中,hw 一般为0.04~0.05m ;减压塔为0.015~0.025m ;加压塔为0.04~0.08m ,一般不宜超过0.1m 。

b. 降液管(以弓形降液管为例进行讨论) 1)降液管的宽度W d 及截面积A f

f /(/) /(/) A d W d f T W W D f l D W A A f l D =?=? 2

0.785

T A D =校核:

原因:为使液体中夹带的气泡得以分离,液体在降液管内应有足够的停留时间,实践证明,液本在降液管内的停留时间不应小于3~5s ,对于高压下操作的塔及易起泡物系,停留时间应更长一些。

方法:

5~3max

≥L A H f T

式中:L max —液体流量上限,m 3/s ;H T —板间距,m ;A f —降液管截面积,m 2。

注意:液相负荷上限与气相液量无;若校核不能满足要求,应调整降液管尺寸或板间距,直至满足要求为止。

2) 降液管底隙高度h 0 降液管底隙高度是指降液管下端与塔板间的距离。必须满足W h O h ≤,才能保证降液管底端有良好的液封,一般不应低于6mm ,即

W =h -0.006 O h

h O 也可按下式计算:

/()O s w o

h L l u '= 式中:o

u '——液体通过底隙时的流速,m/s 。 根据经验,一般取o

u '=0.07~0.25m/s 。 降液管底隙高度一般不宜小于20~25mm ,否则易于堵塞,或因安装偏差而使液流不畅,造成液泛。

c. 受液盘

受液盘有平受液盘和凹受形液盘两种形式。

平受液盘:一般需在塔板上设进口堰,但进口堰既占用板面,又易使沉淀物淤积此处造成阻塞。 凹形受液盘:既可在低液量时形成良好的液封,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φ600mm 以上的塔,多采用凹形受液盘。凹形受液盘的深度一般在50mm 以上,有侧线采出时宜取深些。凹形受液盘不适于易聚合及有悬浮固体的情况,因易造成死角而堵塞。

II. 塔板设计(以筛板为例) ① 塔板布置

塔板板面根据所起作用不同分为四个区域:开孔区、鼓泡区、安定区、边缘区(无效区)。

? 开孔区 上图虚线以内的区域为布置筛孔的有效传质区,亦称鼓泡区。开孔区面积以Aa 表示。对单溢流型塔板,开孔区面积按下式计算: 2

1

2(sin )180

a R x A R

π-=+ 式中:()2d s D x W W =

-+,m ;2C D R W =-,m ;1sin x

R

-为以角度表示的反正弦函数。 ? 溢流区 溢流区为降液管及受液盘所占的区域,其中降液管所占面积以Af 表示,受液盘所占面积

以Af'表示。

? 安定区 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。 溢流堰前安定区(出口安定区):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液管。

进口堰后的安定区(入口安定区):其宽度为Ws',其作用是在液体入口处,由于板上液面落差,液层较厚,有一段不开孔的安全地带,可减少漏液量。

进口堰后的安定区(入口安定区)宽度 50~100 m m

s W '=

溢流堰前安定区(出口安定区)宽度 70~100 m m

s W = 对小直径的塔(D<1m),因塔板面积小,安定区要相应减小。

? 无效区 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,也称边缘区。 无效区宽度为Wc ,其值视塔板的支承需要而定。 小塔 30~50mm 大塔 50~70mm

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档板。 提醒:为便于设计和加工,塔板的结构参数已逐渐系列化。设计时可参考塔板结构参数的系列化标准。

② 筛孔的计算及其排列

? 筛孔直径 筛孔直径的选取与塔的操作性能要求、物系性质、塔板厚度、加工要求等有关,是影响气相分散和气液接触的重要工艺尺寸。

表面张力为正系统的物系 do=3~8mm(常用4~5mm) 小孔径 表面张力为负系统的物系 do=10~25mm(常用4~5mm) 大孔径 ? 筛板厚度

碳钢塔板: 厚度δ=3~4mm 且do ≥δ

不锈钢塔板:厚度δ=2~2.5mm 且do ≥(1.5~2)δ

? 孔中心距 相邻两筛孔中心的距离称为孔中心距,以t 表示。一般t=(2.5~5)do 。

t/do 过小易使气流相互干扰,过大则鼓泡不均匀,都会影响传质效率。推荐 t=(3~4)do 。

? 筛孔的排列与筛孔数 筛孔按正三角形排列。按正三角形排列时,筛孔数目的计算式为:

21.155/n Aa t =

式中:Aa ——鼓泡区面积,m 2;t ——筛孔的中心距,m 。 ? 开孔率

100%o

a

A A φ=

? 当按正三角形排列时

2100%0.907()

o

o a

A d A t

φ=

?=

提醒:按上述方法求筛孔直径do 、筛孔数目n 后,还需通过流体力学性能验算,检验是否合理,若不合理需进行调整。

9 筛板的流体力学性能验算

塔板流体体力学验算的目的在于检验初步设计的塔板计算是否合理,塔板能束正常操作。验算内容有:塔板压力降、液面落差、液沫夹带、漏液及液泛等。 (1)塔板压降

气体通过筛板时,需克服筛板本身的干板阻力、板上充气液层的阻力及液体表面张力造成的阻力,这些阻力即形成了筛板的压降。

P L P p gh ρ?= P C l h h h h σ=++

式中:C h ——与气体通过筛板的干板压降相当的液柱高度,m 液柱;

l h ——与气体通过板上液层的压降相当的液柱高度,m 液柱;

h σ——与克服液体表面张力的压降相当的液柱高度,m 液柱;

(I) 干板阻力 按经验公式估算:

220.051(

)()[1()]o G o C o L a

u A h C A ρρ=- 式中:uo ——气体通过筛孔的速度,m/s ;Co ——流量系数,Co=f(do/δ)。

(II)气体通过液层的阻力

()l L W OW h h h h ββ==+

β——充气系数,反映板上液层的充气程度。β=f(F 0),通常可取0.5~0.6

()S

o a T f

V F u u A A ==

-单溢流板

(III) 液体表面张力的阻力

4L

L o

h gd σσρ=

检验:P p ?应小于设计允许值

(2) 液面落差

流体横向流过塔板时,克服板上的摩擦阻力和板上部件(如泡罩、浮阀等)的局部阻力,需要一定的液位差,在板上形成由液体进入板面到离开板面的液面落差。

筛板上由于没有突起的气液接触构件,故液面落差较小。在正常的液体流量范围内,对于D ≤1600mm 的筛板,液面落差可忽略不计。对于液体流量很大及D ≥2000mm 的筛板,需要考虑液面落差的影响。

(III) 液沫夹带

液沫夹带造成液相在塔板间的返混,严重的液沫夹带会使塔板效率急剧下降,为保证塔板效率的基本稳定,通常将液沫夹带量限制在一定范围内,设计中规定液沫夹带量e V =0.1kg 液/kg 气。

确定方法:亨特关联图或亨特关联式

6

3.25.710(

)a

v L

T f

u e H h σ-?=

-

))/(1084.2(5.2)(5.25.23/23w h w ow w L f l L E h h h h h -?+=+==

式中:a u —按气体实际通过面积计算的气速()/(f T s n A A V u -=);H T —板间距;h f —泡沫层高度. (IV) 漏液

当气体通过筛孔的流速较小,气体的动能不足以阻止液体向下流动时,便会发生漏液现象。根据经验,当漏液量小于塔内液流量的10%时对塔板效率影响不大。故漏液量等于塔内液流量的 10%时的气速称为漏液点气速,它是塔板操作气速的下限,以uo,min 表示。

uo,min 的计算方法:

0,m i n 4.4

/

u C =② hL<30mm 或d0<3mm 时

0,m i n 4.4

/u C =

0min ,0min ,A u V s =

3/23)/(1084.2w h w ow w L l L E h h h h -?+=+=

③ 动能因子法

,min o F u =

式中:F0,min ——漏液点动能因子,F0,min 的适宜范围为8~10。 稳定系数K

,min

o o u K u =

K 的适宜范围为1.5~2。 (V)液泛

液泛分为降液管液泛和液沫夹带液泛两种情况。设计中已对液沫夹带液泛进行了验算,故在筛板塔的流体力学验算中通常只对降液管液泛进行验算。

为使液体能由上层塔板稳定地流入下层塔板,降液管内须维持一定的液层高度 Hd 。降液管内液层高度用来克服相邻两层板间的压降、板上清液层的阻力和液体流过降液管的阻力。

d p L d H h h h =++

式中 Hd ——降液管中清液层高度,m 液柱; hp ——与塔板压降相当的液柱高度,m 液柱;hd ——与液体流过降液管的压降相当的液柱高度,m 液柱。hL ——板上清液层高度,m 。

hd 的计算方法为: ① 塔板上设置进口堰

3

20

0.2(

)0.2()s d w o

L h u l h '== ② 塔板上不设置进口堰

3

20

0.153(

)0.153()s d w o

L h u l h '== 检验:为防止液泛,应保证降液管中泡沫层液体总高度不能超过上层塔塔板的出口堰,即

()d T w H H h ?≤+

?——安全系数。对易发泡物系,?=0.3~0.5;不易发泡物系,?=0.6~0.7

10 塔板的负荷性能图

负荷性能图:对于一定的物系和塔结构,将其适宜的气液负荷范围在直角坐标中,以液相负荷L 为横坐标,气相负荷V 为纵坐标进行绘制,所得图形称为塔板的负荷性能图。

下面讨论适宜气液负荷范围的确定。

I.气相负荷下限线——漏液线

确定依据:漏液线由不同流量下的漏液点组成,其位置漏液点气速确定。

确定方法:①在操作范围内任取几个液相流量下,计算相应的漏液点气速,气相负荷0min ,0A u V s =;

② 由公式计算(以筛板塔为例)

V L L h h C u ρρσ/)12.00056.0(4.40min ,0-+= 0min ,0min ,A u V s =

3/23)/(1084.2w h w ow w L l L E h h h h -?+=+=

式中:h w —堰高;h ow —堰上液高;l w —溢流堰长度;h L —以清液高表示的液层阻力;h σ—液体表面张力的阻力。整理后得到)(s s L f V = (a)。在操作范围内任取几个液相流量下,依式(a)计算出Vs 。

意义:当操作的气相负荷低于此线时,将发生严重的漏液现象。此时的漏液量大于液体流量的10%。塔板的适宜操作区应在该线以上。

II.气相负荷上限线——过量液沫夹带线

确定依据:该线通常以e V =0.1kg 液/kg 气为依据确定的。 确定方法:亨特关联图或亨特关联式

6

3.25.710(

)a

v L

T f

u e H h σ-?=

-

))/(1084.2(5.2)(5.25.23/23w h w ow w L f l L E h h h h h -?+=+==

式中:a u —按气体实际通过面积计算的气速(/()a s T f u V A A =-);H T —板间距;h f —泡沫层高度.

整理后得到)(s s L f V = (b)在操作范围内任取几个液相流量下,依式(b)计算出Vs 。 意义:若气液负荷点位于此线上方,表明液沫夹带现象严重,已不宜采用。

III. 液相负荷下限线

确定依据:对于平直堰,其位置可根据h ow =6mm 确定。

3/23)/(1084.2w h ow l L E h -?=

液相负荷下限与气相液量无关。

意义:若操作的液相负荷低于此下限时,表明液体流量过低,板上液体流动不能均匀分布,气液接触不良,易产生干吹、偏流等现象,导致塔板效率急剧下降。塔板的适宜操作区应在该线以右。

IV . 液相负荷上限线

确定依据:液体在降液管内的停留时间为3~5s

5~3max

≥L A H f T

式中:L max —液体流量上限,m 2/s ;H T —板间距,m ;A f —降液管截面积,m 2。液相负荷上限与气相液量无关。

意义:液量超过此上限,液体在降液管内停留时间过短,进入降液管内的气泡来不及与液相分离而被带入下层塔板,造成气相返混,使塔板效率下降,以致出现溢流液泛。塔板的适宜操作区应在该线以左。

V . 溢流液泛线

确定依据:溢流液泛条件)(w T d h H H +=φ

式中H d —降液管内清液层高度;H T —板间距;h w —堰高。依上式得到)(s s L f V = (c)

意义:若操作的气液负荷超过此线时,塔内将发生液泛现象,使塔不能正常操作。塔板的适宜操作区在该线以下。

VI. 负荷性能图

V (m 3/h )

L (m 3/h)

塔板负荷性能图

V V

提醒:要分别求出精馏段和提馏段的塔板负荷性能图

11 板式塔的结构

I. 塔体结构 ① 塔顶空间

塔顶空间指塔内最上层塔板与塔顶的间距。

作用:使出塔气体夹带的液滴因沉降作用而与气流分离。

高度:为利用出塔气体夹带的液滴沉降,其高度应大于板间距为(1.5~2.0)H T 。若要安装除沫器时,需要根据除沫器的安装要求确定塔顶间距。

② 塔底空间

塔底空间指塔内最下层塔板到塔底距离。其值由如下因素决定:

a. 塔底储液空间依据储存液量停留3~8min(易结焦物料可缩短停留时间)而定;

b. 再沸器的安装方式及安装高度;

c. 塔底液面至最下层塔板之间要留有1~2m 的间距。

③ 人孔

对于D ≥1000mm 的板式塔,为安装、检修的需要,一般每隔6~8层塔板设一人孔。人孔直径一般为450mm~600mm ,其伸出塔体的筒体长为200~250mm ,人孔中心距操作平台约800~1200mm 。设人孔处的板间距应等于或大于600mm 。

④ 塔高

计算式为:12(1)F p T F F p p D B H n n n H n H n h H H H H =---++++++

式中:H ——塔高,m ;n ——实际塔板数;n F ——进料板数;H F ——进料板处板间距,m ;n p ——人孔数;H p ——设人孔处板间距,m ;H B ——塔底空间高度,m ;H D ——塔顶空间高度,m ;H 1——封头高度,m ;H 2—

—裙座高度。

II. 塔板结构

塔板按结构特点,大致可分为整形块式和分块式两类塔板.

塔径小于800mm 时,一般采用整块式;塔径超过800mm 时,由于刚度、安装、检修等要求,多将塔板分成数块通过人孔送入塔内。塔板分块方法参见文献。

12 附属设备

精馏塔的附属设备包括蒸汽冷凝器、产品冷却器、再沸器(蒸馏釜)、原料预热器、原料罐、回流罐、产品罐、输送物料的泵等,可根据有关教材或化工手册进行选型与设计。

I. 冷凝器

冷凝器常采用管壳式换热器,一般为卧式过程冷凝较好。

冷凝器:根据当地气候条件确定冷却水的温度,选择冷却水的出口温度→计算对数平均推动力→根据冷热流体的流动通道和种类选择总传热系数→/C m A Q K t =?

II. 再沸器(蒸馏釜)

该装置的作用是加加热塔底料液使之部分汽化,以提供精馏塔内的上升气流。工业上常用的再沸器(蒸馏釜)有以下几种:

a. 内置式再沸器(蒸馏釜) 将加热装置直接设备于塔的底部,称为内置式再沸器。加热装置可采用夹套、蛇管或列管式加热器等不同形式,其装料系数依物系起泡倾向取为60%~80%。内置式再沸器(蒸馏釜)的优点是安装方便、可减少占地面积,通常用于直径小于600mm 的蒸馏塔中。

釜液所占高度的计算:依据釜液流量、釜液的停留时间、塔径计算。 例:釜液体积流量为Ls m 3/s, 塔径为D m, 停留时间为t min

料液在釜内的停留时间15min ,装填系数取0.5,塔釜高h/塔径D=2:1

塔釜液量 1560W s L L =?? 塔釜体积 /0.5W W V L = 2

2

3

24

4

2

W d d d V h d πππ=

=

?=

釜液所占高度 2h d = m

液面上方的气液分离高度要求:满足安装塔底气相接管所需空间高度和气液分离所需空间高度。釜中液面距底层塔板高度至少要在0.5m 以上。

b.

选择蒸汽压力(温度)→计算对数平均推动力(m s W t T t ?=-)→根据冷热流体的流动通道和种类选择总传热系数→/B m A Q K t =?

III. 泵

泵的选择步骤:

a. 计算管路系统的总阻力损失;

b. 计算外加压头;

c. 根据输送介质的物性及操作条件选择泵的类型,根据流量与扬程确定泵的型号。

注意:要对计算出的流量与扬程加10%~20%不可预计(如计算误差、漏耗等)的安全量。

13 接管尺寸的确定

包括进料管、回流管、塔顶蒸汽接管、塔釜出料管。

设计依据: 初设u→d=

u

I. 蒸汽接管

u——上升蒸汽流束速,m/s。常压操作时,可取12~20m/s;绝对压力为0.06~0.14MPa时,可取为30~50m/s;绝对压力小于0.06MPa时,可取为50~70m/s。

II. 液流管

液流管指的是回流液管、进料管、塔釜出料管。

回流管内液体的适宜流速为:重力回流取0.2~0.5m/s;强制回流(泵送)取1.5~2m/s;

进料管内液体的适宜流速为:料液由高位槽流入塔内时,取0.4~0.8m/s;由泵送时,取1.5~2m/s;

釜液出料管内液体的适宜流速一般取0.5~1m/s。

14 绘制精馏塔的装配图

15 撰写设计说明书

板式精馏塔项目设计方案

板式精馏塔设计方案 第三节精馏方案简介 (1) 精馏塔的物料衡算; (2) 塔板数的确定: (3) 精馏塔的工艺条件及有关物件数据的计算; (4) 精馏塔的塔体工艺尺寸计算; (5) 塔板主要工艺尺寸的计算; (6) 塔板的流体力学验算: (7) 塔板负荷性能图; (8) 精馏塔接管尺寸计算; (9) 绘制生产工艺流程图; (10) 绘制精馏塔设计条件图; (11) 对设计过程的评述和有关问题的讨论。 设计方案的确定及工艺流程的说明 原料液由泵从原料储罐中引岀,在预热器中预热至84 C后送入连续板式精馏塔(筛板塔),塔顶上升蒸汽 流采用强制循环式列管全凝器冷凝后一部分作为回流液,其余作为产品经冷却至25 C后送至产品槽;塔釜采用热虹吸立式再沸器提供气相流,塔釜残液送至废热锅炉。 第四节:精馏工艺流程草图及说明

、流程方案的选择

1. 生产流程方案的确定: 原料主要有三个组分:C2°、C3二、C3°,生产方案有两种:(见下图A , B )如 任务书规定: 图(A ) 为按挥发度递减顺序采出,图(B )为按挥发度递增顺序采出。在基本有机化工 生产过程中,按挥发度递减的顺序依次采出馏分的流程较常见。 因各组分采出之 前只需一次汽化和冷凝,即可得到产品。而图(B )所示方法中,除最难挥发组 分外。其它组分在采出前需经过多次汽化和冷凝才能得到产品, 能量(热量和冷 量)消耗大。并且,由于物料的循环增多,使物料处理量加大,塔径也相应加大, 再沸器、冷凝器的传热面积相应加大,设备投资费用大,公用工程消耗增多,故 应选用图(A )所示的是生产方案。 2. 工艺流程分离法的选择: 在工艺流程方面,主要有深冷分离和常温加压分离法。 脱乙烷塔,丙烯精制 塔采用常温加压分离法。因为 C2, C3在常压下沸点较低呈气态采用加压精馏沸 点可提高,这样就无须冷冻设备,可使用一般水为冷却介质,操作比较方便工艺 简单,而且就精馏过程而言,获得高压比获得低温在设备和能量消耗方面更为经 济一些,但高压会使釜温增加,引起重组分的聚合,使烃的相对挥发度降低,分 离难度加大。可是深冷分离法需采用制冷剂来得到低温, 采用闭式热泵流程,将 精馏塔和制冷循环结合起来,工艺流程复杂。综合考滤故选用常温加压分离法流 程。 1、 脱乙烷塔:根据原料组成及计算:精馏段只设四块浮伐 塔板,塔顶采用分 凝器、全回流操作 2、 丙烯精制塔:混合物借精馏法进行分离时它的难易程度取决 于混合 物的沸点差即取决于他们的相对挥发度丙烷一丙烯的 C2 C3 = C3 ° iC4 W% 5.00 73.20 20.80 0.52 0.48 100 工艺特点: 原料 C 工 C 。 (A ) (B )

板式精馏塔的设计

化工原理课程设计 –––––板式精馏塔的设计 姓名单素民 班级 1114071 学号 111407102 指导老师刘丽华 河南城建学院

序言 化工原理课程设计是综合运用《化工原理》课程和有关先修课程(《物理化学》,《化工制图》等)所学知识,完成一个单元设备设计为主的一次性实践教学,是理论联系实际的桥梁,在整个教学中起着培养学生能力的重要作用。通过课程设计,要求更加熟悉工程设计的基本内容,掌握化工单元操作设计的主要程序及方法,锻炼和提高学生综合运用理论知识和技能的能力,问题分析能力,思考问题能力,计算能力等。 精馏是分离液体混合物(含可液化的气体混合物)最常用的一种单元操作,在化工,炼油,石油化工等工业中得到广泛应用。精馏过程在能量剂驱动下(有时加质量剂),使气液两相多次直接接触和分离,利用液相混合物中各组分的挥发度的不同,使易挥发组分由液相向气相转移,难挥发组分由气相向液相转移,实现原料混合液中各组分的分离。根据生产上的不同要求,精馏操作可以是连续的或间歇的,有些特殊的物系还可采用衡沸精馏或萃取精馏等特殊方法进行分离。本设计的题目是苯-甲苯连续精馏筛板塔的设计,即需设计一个精馏塔用来分离易挥发的苯和不易挥发的甲苯,采用连续操作方式,需设计一板式塔将其分离。

目录 一、化工原理课程设计任书 (3) 二、设计计算 (3) 1.设计方案的确定 (3) 2.精馏塔的物料衡算 (3) 3.塔板数的确定 (4) 4.精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (8) 5.精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (10) 6.塔板主要工艺尺寸的计算 (11) 7.筛板的流体力学验算 (13) 8.塔板负荷性能图 (15) 9.接管尺寸确定 (30) 二、个人总结 (32) 三、参考书目 (33)

精馏塔设计流程

在一常压操作的连续精馏塔内分离水—乙醇混合物。已知原料的处理量为2000吨、组成为36%(乙醇的质量分率,下同),要求塔顶馏出液的组成为82%,塔底釜液的组成为6%。设计条件如下: 操作压力 5kPa(塔顶表压); 进料热状况自选; 回流比自选; 单板压降≤0.7kPa; 根据上述工艺条件作出筛板塔的设计计算。 【设计计算】 (一)设计方案的确定 本设计任务为分离水—乙醇混合物。对于二元混合物的分离,应采用连续精馏流程。 设计中采用泡点进料,将原料液通过预料器加热至泡点后送入精馏塔内。塔顶上升蒸气采用全凝器冷凝,冷凝液在泡点下一部分回流至塔内其余部分经产品冷却器冷却后送至储罐。该物系属易分离物系,最小回流比较小,故操作回流比取最小回流比的1.5倍。塔釜采用间接蒸汽加热,塔底产品经冷却后送至储罐。 (二)精馏塔的物料衡算 1.原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 M=46.07kg/kmol 乙醇的摩尔质量 A M=18.02kg/kmol 水的摩尔质量 B

F x =18.002 .1864.007.4636.007.4636.0=+= D x =64.002 .1818.007.4682.007.4682.0=+= W x =024.002.1894.007.4606.007.4606.0=+= 2.原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 F M =0.18×46.07+(1-0.18)×18.02=23.07kg/kmol D M =0.64×46.07+(1-0.64)×18.02=35.97kg/kmol W M =0.024×46.07+(1-0.024)×18.02=18.69kg/kmol 3.物料衡算 以每年工作250天,每天工作12小时计算 原料处理量 F = 90.2812 25007.2310002000=???kmol/h 总物料衡算 28.90=W D + 水物料衡算 28.90×0.18=0.64D+0.024W 联立解得 D =7.32kmol/h W =21.58kmol/h (三)塔板数的确定 1. 理论板层数T N 的求取水—乙醇属理想物系,可采用图解法求理论板层数。 ①由手册查得水—乙醇物系的气液平衡数据,绘出x —y 图,如图。 ②求最小回流比及操作回流比。 采用作图法求最小回流比。在图中对角线上,自点e(0.18 , 0.18)作垂线ef 即为进料线(q 线),该线与平衡线的交点坐标为 q y =0.52 q x =0.18 故最小回流比为 min R =q q q D x y y x --=35.018 .0-52.052.0-64.0=3 取操作回流比为 R =min R =1.5×0.353=0.53 ③求精馏塔的气、液相负荷 L =RD =17.532.753.0=?=kmol/h V =D R )1(+=(0.53+1)20.1132.7=?kmol/h

板式精馏塔设计方案

板式精馏塔设计方案 一、设计方案确定 1.1 精馏流程 精馏装置包括精馏塔,原料预热器,再沸器,冷凝器,釜液冷却器和产品冷却器等,为保持塔的操作稳定性,流程中用泵直接送入塔原料,乙醇、水混合原料液经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经分配器一部分回流,一部分经过冷却器后送入产品储槽,塔釜采用间接蒸汽再沸器供热,塔底产品经冷却后为冷却水循环利用。 塔板是板式塔的主要构件,分为错流式塔板和逆流式塔板两类,工业中以错流式为主,常用的错流式塔板有:泡罩塔板,筛孔塔板,浮阀塔板。泡罩塔板是工业上应用最早的塔板,其主要的优点是操作弹性较大,液气比围较大,不易堵塞;但由于生产能力及板效率底,已逐渐被筛孔塔板和浮阀塔板所替代。筛孔塔板优点是结构简单,造价低,板上液面落差小,气体压强底,生产能力大;其缺点是筛孔易堵塞,易产生漏液,导致操作弹性减小,传质效率下降。而浮阀塔板是在泡罩塔板和筛孔塔板的基础上发展起来的,它吸收了前述两种塔板的优点。浮阀塔板结构简单,制造方便,造价底;塔板开孔率大,故生产能力大;由于阀片可随气量变化自由升降,故操作弹性大;因上升气流水平吹入液层,气液接触时间长,故塔板效率较高。但浮阀塔板也有缺点,即不易处理易结焦、高粘度的物料,而设计的原料是乙醇-水溶液,不属于此类。故总结上述,设计时选择的是浮阀塔板。 1.2设计方案论证及确定 1.2.1 生产时日及处理量的选择:设计要求塔年处理11.5万吨乙醇—水溶液系统,年工作日300d,每天工作24h。 1.2.2 选择用板式塔不用填料塔的原因:因为精馏塔精馏塔对塔设备的要求大致如下: (1)生产能力大:即单位塔截面大的气液相流率,不会产生液泛等不正常流动。

精馏塔工艺工艺设计方案计算

第三章 精馏塔工艺设计计算 塔设备是化工、石油化工、生物化工、制药等生产过程中广泛采用的气液传质设备。根据塔内气液接触构件的结构形式,可分为板式塔和填料塔两大类。 板式塔内设置一定数量的塔板,气体以鼓泡或喷射形势穿过板上的液层,进行传质与传热,在正常操作下,气象为分散相,液相为连续相,气相组成呈阶梯变化,属逐级接触逆流操作过程。 本次设计的萃取剂回收塔为精馏塔,综合考虑生产能力、分离效率、塔压降、操作弹性、结构造价等因素将该精馏塔设计为筛板塔。 3.1 设计依据[6] 3.1.1 板式塔的塔体工艺尺寸计算公式 (1) 塔的有效高度 T T T H E N Z )1( -= (3-1) 式中 Z –––––板式塔的有效高度,m ; N T –––––塔内所需要的理论板层数; E T –––––总板效率; H T –––––塔板间距,m 。 (2) 塔径的计算 u V D S π4= (3-2) 式中 D –––––塔径,m ; V S –––––气体体积流量,m 3/s u –––––空塔气速,m/s u =(0.6~0.8)u max (3-3) V V L C u ρρρ-=max (3-4) 式中 L ρ–––––液相密度,kg/m 3

V ρ–––––气相密度,kg/m 3 C –––––负荷因子,m/s 2 .02020?? ? ??=L C C σ (3-5) 式中 C –––––操作物系的负荷因子,m/s L σ–––––操作物系的液体表面张力,mN/m 3.1.2 板式塔的塔板工艺尺寸计算公式 (1) 溢流装置设计 W OW L h h h += (3-6) 式中 L h –––––板上清液层高度,m ; OW h –––––堰上液层高度,m 。 3 2100084.2??? ? ??=W h OW l L E h (3-7) 式中 h L –––––塔内液体流量,m ; E –––––液流收缩系数,取E=1。 h T f L H A 3600= θ≥3~5 (3-8) 006.00-=W h h (3-9) ' 360000u l L h W h = (3-10) 式中 u 0ˊ–––––液体通过底隙时的流速,m/s 。 (2) 踏板设计 开孔区面积a A : ??? ? ??+-=-r x r x r x A a 1222sin 1802π (3-11)

板式精馏塔设计任务书

板式精馏塔设计任务书 1、概述 1.1 精馏单元操作的简介 精馏是分离液体混合物(含可液化的气体混合物)最常用的一种单元操作,精馏过程在能量剂驱动下,使气液两相多次直接接触和分离,利用液相混合物中各组分的挥发度的不同,使易挥发组分由液相向气相转移,难挥发组分由气相向液相转移,实现原料混合液中各组分的分离。根据生产上的不同要求,精馏操作可以是连续的或间歇的,有些特殊的物系还可采用衡沸精馏或萃取精馏等特殊方法进行分离。本设计的题目是苯-甲苯连续精馏筛板塔的设计,即需设计一个精馏塔用来分离易挥发的苯和不易挥发的甲苯,采用连续操作方式,需设计一板式塔将其分离。分离苯和甲苯,可以利用二者沸点的不同,采用塔式设备改变其温度,使其分离并分别进行回收和储存。 1.2 精馏塔简介 精馏塔是一圆形筒体,塔装有多层塔板或填料,塔中部适宜位置设有进料板。两相在塔板上相互接触时,液相被加热,液相中易挥发组分向气相中转移;气相被部分冷凝,气相中难挥发组分向液相中转移,从而使混合物中的组分得到高程度的分离。 简单精馏中,只有一股进料,进料位置将塔分为精馏段和提馏段,而在塔顶和塔底分别引出一股产品。精馏塔,气、液两相的温度和压力自上而下逐渐增加,塔顶最低,塔底最高。 1.3 苯-甲苯混合物简介 化工生产中所处理的原料,中间产物,粗产品几乎都是由若干组分组成的混合物,而且其部分都是均相物质。生产中为了满足储存,运输,加工和使用的需求,时常需要将这些混合物分离为较纯净或几乎纯态的物质. 芳香族化合物是化工生产中的重要的原材料,而苯和甲苯是各有其重要作用。苯是化工工业和医药工业的重要基本原料,可用来制备染料,树脂,农药,合成药物,合成橡胶,合成纤维和洗涤剂等等;甲苯不仅是有机化工合成的优良溶剂,而且可以合成异氰酸酯,甲酚等化工产品,同时也可以用来制造三硝基甲苯,苯甲酸,对苯二甲酸,防腐剂,染料,泡沫塑料,合成纤维等。 1.4设计依据 本设计依据《化工原理课程设计》的设计实例,对所提出的题目进行分析并做出理论计算。 1.5 技术来源

板式精馏塔课程设计

《化工原理》课程设计报告 苯-氯苯分离过程板式精馏塔设计 学院 专业 班级 学号 姓名 合作者 指导教师

化工原理设计任务书 一、设计题目: 苯-氯苯分离过程板式精馏塔设计 二、设计任务 1)进精馏塔的原料液中含氯苯为38%(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300天,每天24小时连续运行。(设计任务量为3.5吨/小时) 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0.5MPa; 5.单板压降不大于0.7kPa; 6. 设备型式:自选 7.厂址天津地区 四、设计内容 1.精馏塔的物料衡算; 2.塔板数的确定; 3.精馏塔的工艺条件及有关五行数据的计算; 4.精馏塔的塔体工艺尺寸计算; 5.塔板的主要工艺尺寸计算; 6.塔板的流体力学计算; 7.塔板负荷性能图; 8.精馏塔接管尺寸计算; 9.绘制生产工艺流程图; 10.绘制精馏塔设计条件图; 11.绘制塔板施工图; 12.对设计过程的评述和有关问题的讨论

五、基础数据 1.组分的饱和蒸汽压 i p (mmHg ) 2.组分的液相密度ρ(kg/m 3) 纯组分在任何温度下的密度可由下式计算 苯 t A 187.1912-=ρ 氯苯 t B 111.11127-= ρ 式中的t 为温度,℃。 3.组分的表面张力σ(mN/m ) 双组分混合液体的表面张力m σ可按下式计算: A B B A B A m x x σσσσσ+= (B A x x 、为A 、B 组分的摩尔分率) 4.氯苯的汽化潜热 常压沸点下的汽化潜热为35.3×103kJ/kmol 。 纯组分的汽化潜热与温度的关系可用下式表示: 38 .01212??? ? ??--=t t t t r r c c (氯苯的临界温度:C ?=2.359c t ) 5.其他物性数据可查化工原理附录。

板式精馏塔设计书.doc

板式精馏塔设计任务书4-3 一、设计题目: 苯―甲苯精馏分离板式塔设计 二、设计任务及操作条件 1、设计任务:生产能力(进料量) 6万吨/年 操作周期 7200 小时/年 进料组成 48.0%(质量分率,下同) 塔顶产品组成 98.0% 塔底产品组成 3.0% 2、操作条件 操作压力常压 进料热状态泡点进料 冷却水 20℃ 加热蒸汽 0.19MPa 3、设备型式筛板塔 4、厂址安徽省合肥市 三、设计内容: 1、概述 2、设计方案的选择及流程说明 3、塔板数的计算(板式塔) ( 1 ) 物料衡算; ( 2 ) 平衡数据和物料数据的计算或查阅; ( 3 ) 回流比的选择; ( 4 ) 理论板数和实际板数的计算; 4、主要设备工艺尺寸设计 ( 1 ) 塔内气液负荷的计算; ( 2 ) 塔径的计算; ( 3 ) 塔板结构图设计和计算; ( 4 )流体力学校核; ( 5 )塔板负荷性能计算; ( 6 )塔接管尺寸计算; ( 7 )总塔高、总压降及接管尺寸的确定。 5、辅助设备选型与计算 6、设计结果汇总 7、工艺流程图及精馏塔装配图 8、设计评述

目录 1、概述 (3) 1.1 精馏单元操作的简介 (3) 1.2 精馏塔简介 (3) 1.3 苯-甲苯混合物简介 (3) 1.4设计依据 (3) 1.5 技术来源 (3) 1.6 设计任务和要求 (4) 2、设计计算 (4) 2.1确定设计方案的原则 (4) 2.2操作条件的确定 (4) 2.2.1操作压力 (4) 2.2.2进料状态 (5) 2.2.3加热方式的选择 (5) 2.3设计方案的选定及基础数据的搜集 (5) 2.4板式精馏塔的简图 (6) 2.5常用数据表: (6) 3、计算过程 (8) 3.1 相关工艺的计算 (9) 3.1.1 原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 (9) 3.1.2原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 (9) 3.1.3 物料衡算 (9) 3.1.4 最小回流比及操作回流比的确定 (9) 3.1.5精馏塔的气、液相负荷和操作线方程 (10) 3.1.6逐板法求理论塔板数 (10) 3.1.7精馏塔效率的估算 (12) 3.1.8实际板数的求取 (12) 3.2精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (12) 3.2.1操作压力计算 (12) 3.2.2操作温度计算 (13) 3.2.3平均摩尔质量计算 (13) 3.2.4平均密度计算 (14) 3.2.5液体平均表面张力计算 (15) 3.2.6液体平均粘度计算 (16) 3.3 精馏塔的主要工艺尺寸的计算 (17) 3.3.1 塔内气液负荷的计算 (17) 3.3.2 塔径的计算 (17) 3.3.3 精馏塔有效高度的计算 (19) 3.4 塔板结构尺寸的计算 (19) 3.4.1 溢流装置计算- (19) 3.4.2塔板布置 (21) 3.5筛板的流体力学验算 (23) 3.5.1 塔板压降相当的液柱高度计算 (23) 3.5.2液面落差 (24)

苯氯苯板式精馏塔的工艺设计工艺计算书

苯氯苯板式精馏塔的工艺设计工艺计 算书 1

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苯-氯苯板式精馏塔的工艺设计工艺计算书(精馏段部分) 化学与环境工程学院 化工与材料系 5月27日

课程设计题目一——苯-氯苯板式精馏塔的工艺设计 一、设计题目 设计一座苯-氯苯连续精馏塔,要求年产纯度为99.8%的氯苯50000t/a,塔顶馏出液中含氯苯不高于2%。原料液中含氯苯为35%(以上均为质量%)。 二、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.年工作日330天,每天24小时连续运行。 三、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.塔和塔板主要工艺结构的设计计算; 4.塔内流体力学性能的设计计算; 5.塔板负荷性能图的绘制; 1 2020年5月29日

2 2020年5月29日 6.塔的工艺计算结果汇总一览表; 7.辅助设备的选型与计算; 8.生产工艺流程图及精馏塔工艺条件图的绘制; 9.对本设计的评述或对有关问题的分析与讨论。 四、基础数据 1.组分的饱和蒸汽压οi p (mmHg) 2.组分的液相密度ρ(kg/m 3) 纯组分在任何温度下的密度可由下式计算 苯 t A 187.1912-=ρ 推荐:t A 1886.113.912-=ρ 氯苯 t B 111.11127-=ρ 推荐:t B 0657.14. 1124-=ρ 式中的t 为温度,℃。 3.组分的表面张力σ(mN/m)

3 2020年5月29日 双组分混合液体的表面张力m σ可按下式计算: A B B A B A m x x σσσσσ+= (B A x x 、为A 、B 组分的摩尔分率) 4.氯苯的汽化潜热 常压沸点下的汽化潜热为35.3×103kJ/kmol 。纯组分的汽化潜热与温度的关系可用下式表示: 38 .01 238 .012??? ? ??--=t t t t r r c c (氯苯的临界温度:C ?=2.359c t ) 5.其它物性数据可查化工原理附录。 附参考答案:苯-氯苯板式精馏塔的工艺计算书(精馏段部分) 苯-氯苯板式精馏塔的工艺计算书(精馏段部分) 一、设计方案的确定及工艺流程的说明 原料液经卧式列管式预热器预热至泡点后送入连续板式精馏塔(筛板塔),塔顶上升蒸汽流采用强制循环式列管全凝器冷凝后一部分作为回流液,其余作为产品经冷却后送至苯液贮罐;塔釜采用热虹吸立式再沸器提供汽相流,塔釜产品经卧式列管式冷却器冷却后送入氯苯贮罐。流程图略。

化工原理课程设计——板式精馏塔设计.

化工原理课程设计 设计题目: 班级: 姓名: 学号: 指导教师: 完成日期:年月日 化工系

设计内容及要求 一、设计内容 1.设计方案的选定 对给定或选定的工艺流程、主要设备的型式进行简要的论述; 2.主要设备的工艺设计计算 选定工艺参数,物料衡算,热量衡算,单元操作的工艺计算并绘制相应的工艺流程图,标出物流量及主要测量点; 3.设备设计 设备的结构设计和工艺尺寸的设计计算,并绘制设备的工艺条件图。图面应包括设备的主要工艺尺寸、技术特性和接管表; 4.辅助设备选型 典型辅助设备主要工艺尺寸的计算,设备规格、型号的选定; 二、设计说明书编写 (1)封面课程设计题目、班级、姓名、指导教师、时间 (2)设计任务书 (3)目录 (4)设计方案简介 (5)设计条件及主要物性参数表 (6)工艺计算及主体设备设计 (7)辅助设备的计算及选型 (8)设计结果汇总表 (9)设计评述,设计者对本设计的评述及通过设计的收获体会 (10)附图(带控制点的工艺流程简图、主题设备设计条件图) (11)参考文献 (12)主要符号说明 图纸要求:工艺流程图采用4号图纸,设备装置图采用3号图纸,要求布局美观,图面整洁,图表清楚,尺寸标识准确,各部分线形精细符合国家化工制图标准。 报告内容必须齐全,打印或手写。打印用A4纸,字号为宋体、小四,标题加黑。 三、参考资料 1.化工原理课程设计(天大教材) 2.《化学工程手册1-3》化学工业出版社 3.《化工设备设计基础》化学工业出版社 4.《化工设备机械基础》化学工业出版社 5.化工设备技术全书编辑委员会.化工设备全书—塔设备设计.上海:上海科学技术出版1988 6.石油化学工业规划设计院.塔的工艺计算.北京:石油化学工业出版社,1997

化工原理课程设计说明书板式精馏塔设计1

河南科技学院化工原理(下)课程设计 处理量为7万吨/年二硫化碳和四氯化碳体系精馏分离板式塔设计 学院:化学化工学院 专业:化学工程与工艺 班级:化工094班 姓名:吕庆宝 指导教师:杨胜凯

【精馏塔设计任务书】 一设计题目 精馏塔及其主要附属设备设计 二工艺条件 生产能力:7万吨每年(料液) 年工作日:7200小时 原料组成:32%的二硫化碳和68%的四氯化碳(摩尔分率,下同) 产品组成:馏出液 96%的二硫化碳,釜液2.4%的二硫化碳 操作压力:塔顶压强为常压 进料温度:泡点 进料状况:自定 加热方式:直接蒸汽加热 回流比:自选 三设计内容 1 确定精馏装置流程; 2 工艺参数的确定 基础数据的查取及估算,工艺过程的物料衡算及热量衡算,理论塔板数,塔板效率,实际塔板数等。 3主要设备的工艺尺寸计算 板间距,塔径,塔高,溢流装置,塔盘布置等。 4流体力学计算 流体力学验算,操作负荷性能图及操作弹性。 5 主要附属设备设计计算及选型 四设计结果总汇 将精馏塔的工艺设计计算的结果列在精馏塔的工艺设计计算结果总表中。

五参考文献 列出在本次设计过程中所用到的文献名称、作者、出版社、出版日期。 流程的设计及说明 图1 板式精馏塔的工艺流程简图 工艺流程:如图1所示。原料液由高位槽经过预热器预热后进入精馏塔内。操作时连续的从再沸器中取出部分液体作为塔底产品(釜残液)再沸器中原料液部分汽化,产生上升蒸汽,依次通过各层塔板。塔顶蒸汽进入冷凝器中全部冷凝或部分冷凝,然后进入贮槽再经过冷却器冷却。并将冷凝液借助重力作用送回塔顶作为回流液体,其余部分经过冷凝器后被送出作为塔顶产品。为了使精馏塔连续的稳定的进行,流程中还要考虑设置原料槽。产品槽和相应的泵,有时还要设置高位槽。为了便于了解操作中的情况及时发现问题和采取相应的措施,常在流程中的适当位置设置必要的仪表。比如流量计、温度计和压力表等,以测量物流的各项参数。 【已知参数】:

《化工原理课程设计》板式精馏塔设计报告

《化工原理课程设计》报告 4万吨/年甲醇~水 板式精馏塔设计

目录 一、概述 (4) 1.1 设计依据·································错误!未定义书签。 1.2 技术来源·································错误!未定义书签。 1.3 设计任务及要求 (5) 二:计算过程 (7) 1. 塔型选择 (7) 2. 操作条件的确定 (8) 2.1 操作压力 (8) 2.2 进料状态 (8) 2.3 加热方式 (8) 2.4 热能利用 (8) 3. 有关的工艺计算 (9) 3.1 最小回流比及操作回流比的确定·········错误!未定义书签。 3.2 塔顶产品产量、釜残液量及加热蒸汽量的计算错误!未定义书签。 3.3 全凝器冷凝介质的消耗量 (17) 3.4 热能利用·····························错误!未定义书签。 3.5 理论塔板层数的确定 (17) 3.6 全塔效率的估算·······················错误!未定义书签。 N·······················错误!未定义书签。 3.7 实际塔板数 P 4. 精馏塔主题尺寸的计算······················错误!未定义书签。 4.1 精馏段与提馏段的体积流量·············错误!未定义书签。 4.1.1 精馏段 (20) 4.1.2 提馏段 (22) 4.2 塔径的计算 (24) 4.3 塔高的计算 (33) 5. 塔板结构尺寸的确定 (27) 5.1 塔板尺寸 (27) 5.2 弓形降液管···························错误!未定义书签。 5.2.1 堰高 (29) 5.2.2 降液管底隙高度h0 (30) 5.2.3 进口堰高和受液盘···············错误!未定义书签。 5.3 浮阀数目及排列 (31)

板式精馏塔实验报告

板式精馏塔实验报告 学院:广州大学生命科学学院 班级:生物工程121班 分组:第一组 姓名: 其他组员: 学号:

指导老师:尚小琴吴俊荣 实验时间2014.11.15 摘要:此次实验是对筛板精馏塔的性能进行全面的测试,实验主要对乙醇正丙醇精馏过 程中的研究不同条件下改变参量时的实验结果,根据实验数据计算得出塔釜浓度、回流比、进料位置等与全塔效率的关系,确定该筛板精塔的最优实验操作条件。 关键词:精馏;回流比;全塔效率;塔釜浓度 Abstract:The sieve plate distillation column performance comprehensive testing, mainly on ethanol isopropyl alcohol distillation process in the different experimental conditions were discussed, the reactor concentration, reflux ratio, feed location and the entire towerThe relationship between the efficiency of sieve plate tower, determine the optimal experimental conditions of fine. Key words: Distillation;reflux ratio;the tower efficiency 引言:精馏是利用混合液中两种液体的沸点差异来分离两种液体的过程。精馏装置有精馏塔、原料预热器、再沸器、冷凝器、釜液冷却器和产品冷却器等设备。热量自塔釜输入,物料在塔内经多次部分气化与部分冷凝进行精馏分离,由冷凝器和冷却器中的冷却介质将余热带走。精馏过程的节能措施一直是人们普遍关注的问题。精馏操作是化工生产中应用非常广泛的一种单元操作,也是化工原理课程的重要章节[2]。分析运行中的精馏塔,当某一操作条件改变时的分离效果变化,属于精馏的操作型问题[4]。本研究从塔釜浓度、回流比、进料位置、全回流和部分回流等操作因素对数字型筛板精馏塔进行全面考察[1],得出一系列可靠直观的结果,加深对精馏操作中一些工程概念的理解,对工业生产有一定的指导意义通过本实验我们得出了大量的实验数据,由计算机绘图找出最优一组实验参数,在这组参数下进行提纯将会节约大量能源,同时为今后开出的设计型、综合型、研究型的实验项目,为学生的创新性科研项目具有重要的教改意义[3]。 1.实验部分

精馏塔课程设计

精馏塔课程设计

安徽科技学院食品药品学院 乙醇—水板式精馏塔设计 班级:食品科学与工程101 姓名:蒋大强 学号:2301100112 指导教师:杜传来张继武 时间:2012年1月6日

分离要求:塔底含量不超过0.1%,塔顶含量高于98%. 工艺操作条件:常压精馏,塔顶全凝,q 取1.2,R=1.1 Rmin 。 :水和乙醇的物理性质 (2)常压下乙醇和水的气液平衡数据,见表3—2 表3—2 乙醇—水系统t —x —y 数据 1.2乙醇和水的不同温度下的密度。 表1—1 不同温度下乙醇和水的密度 温度/℃ 乙ρ 水ρ 温度/℃ 乙ρ 水ρ

80 85 90 735 730 724 971.8 968.6 965.3 85 100 720 716 961.85 958.4 1.3乙醇和水的不同温度下的表面张力。 表1—2 乙醇和水不同温度下的表面张力 温度/℃ 70 80 90 100 乙醇表面张力22/10 m N - 18 17.15 16.2 15.2 水表面张力/2 2/10m N - 64.3 62.6 60.7 58.8 1.4乙醇和水的不同温度下的黏度。 表1—3 乙醇和水不同温度下的黏度 温度/℃ 70 80 90 100 乙醇黏度mpa.s 0.48 0.415 0.351 0.305 水的黏度mpa.s 0.400 0.330 0.318 0.284 1.5乙醇—水气、液平衡组成与温度关系 表1—1 乙醇—水气、液平衡组成与温度关系 沸点t/C ? 乙醇分子/% (液相) 乙醇分子/% (气相) 沸点t/C ? 乙醇分子/% (液相) 乙醇分子/% (气相) 100 99.9 99.8 99.7 99.5 99.2 99 98.75 97.64 95.8 95.5 91.3 0 0.004 0.04 0.05 0.12 0.23 0.31 0.39 0.79 1.61 1.90 4.16 0 0.053 0.51 0.77 1.57 2.90 3.725 45 8.76 16.34 17.00 29.92 82 81.5 81.3 80.7 80.6 80.1 79.85 79.8 79.7 79.5 79.3 79.2 27.3 32.73 33.24 39.65 42.09 48.92 52.68 50.79 51.98 61.02 57.32 65.64 56.44 59.26 58.78 61.22 62.22 64.70 66.28 65.64 65.99 70.29 68.41 72.71

精馏塔计算方法

目录 1 设计任务书 (1) 1.1 设计题目……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 1.2 已知条件……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 1.3设计要求………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 2 精馏设计方案选定 (1) 2.1 精馏方式选择………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 2.2 操作压力的选择………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 2.4 加料方式和加热状态的选择…………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 2.3 塔板形式的选择………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 2.5 再沸器、冷凝器等附属设备的安排…………………………………………………………………………………………………………………………………………… 2.6 精馏流程示意图………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 3 精馏塔工艺计算 (2) 3.1 物料衡算………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 3.2 精馏工艺条件计算……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 3.3热量衡算………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 4 塔板工艺尺寸设计 (4) 4.1 设计板参数………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

丙烯—丙烷板式精馏塔设计1讲解

过程工艺与设备课程设计 丙烯——丙烷精馏塔设计 课程名称:化工原理课程设计 班级: 姓名: 学号: 指导老师: 完成时间:

前言 本设计说明书包括概述、流程简介、精馏塔、再沸器、辅助设备、管路设计和控制方案共7章。 说明中对精馏塔的设计计算做了详细的阐述,对于再沸器、辅助设备和管路的设计也做了正确的说明。 鉴于设计者经验有限,本设计中还存在许多错误,希望各位老师给予指正 感谢老师的指导和参阅!

目录 第一节:标题 丙烯—丙烷板式精馏塔设计 第二节:丙烯—丙烷板式精馏塔设计任务书 第三节:精馏方案简介 第四节:精馏工艺流程草图及说明 第五节:精馏工艺计算及主体设备设计 第六节:辅助设备的计算及选型 第七节:设计结果一览表 第八节:对本设计的评述 第九节:工艺流程简图 第十节:参考文献 第一章 任务书 设计条件 1、 工艺条件: 饱和液体进料 进料丙烯含量%65x F (摩尔百分数)。

塔顶丙烯含量% x 98 ≥ D 釜液丙烯含量% ≤ x 2 W 总板效率为0.6 2、操作条件: 塔顶操作压力1.62MPa(表压) 加热剂及加热方法:加热剂——热水 加热方法——间壁换热冷却剂:循环冷却水 回流比系数:R/Rmin=1.2 3、塔板形式:浮阀 4、处理量:F=50kml/h 5、安装地点:烟台 6、塔板设计位置:塔顶 安装地点:烟台。 处理量:64kmol/h 产品质量:进料65% 塔顶产品98% 塔底产品<2% 1、工艺条件:丙烯—丙烷 饱和液体进料 进料丙烯含量65% (摩尔百分数) 塔顶丙烯含量98% 釜液丙烯含量<2% 总板效率为0.6 2、操作条件: 塔顶操作压力1.62MPa(表压)

化工原理课程设计—板式精馏塔的设计

板式精馏塔的设计 1.1 概述 塔设备是炼油、化工、石油化工等生产中广泛应用的气液传质设备。根据塔内气液接触部件的结构型式,可分为板式塔和填料塔。板式塔内设置一定数目的塔板,气体以鼓泡或喷射形式穿过板上液层进行质热传递,气液相组成呈阶梯变化,属逐级接触逆流操作过程。填料塔内装有一定高度的填料层,液体自塔顶沿填料表面下流,气体逆流向上(也有并流向下者)与液相接触进行质热传递,气液相组成沿塔高连续变化,属微分接触操作过程。 工业上对塔设备的主要要求是:(1)生产能力大;(2)传热、传质效率高;(3)气流的摩擦阻力小;(4)操作稳定,适应性强,操作弹性大;(5)结构简单,材料耗用量少;(6)制造安装容易,操作维修方便。此外,还要求不易堵塞、耐腐蚀等。 板式塔大致可分为两类:(1)有降液管的塔板,如泡罩、浮阀、筛板、导向筛板、新型垂直筛板、蛇形、S型、多降液管塔板;(2)无降液管的塔板,如穿流式筛板(栅板)、穿流式波纹板等。工业应用较多的是有降液管的塔板,如浮阀、筛板、泡罩塔板等。 (一)泡罩塔 泡罩塔是最早使用的板式塔,是Celler于1813年提出的,其主要构件是泡罩、升气管及降液管。泡罩的种类很多,国内应用较多的是圆形泡罩。 泡罩塔的主要优点是:因升气管高出液层,不易发生漏液现象,操作弹性较大,液气比范围大,适用多种介质,操作稳定可靠,塔板不易堵塞,适于处理各种物料;但其结构复杂,造价高、安装维修不便,板上液层厚,气体流径曲折,塔板压降大,因雾沫夹带现象较严重,限制了起诉的提高。现虽已为其他新型塔板代替,但鉴于其某些优点,仍有沿用。 (a)(b) 图1 泡罩塔 (二)浮阀塔 浮阀塔广泛用于精馏、吸收和解吸等过程。其主要特点是在塔板的开孔上装有可浮动的浮阀,气流从浮阀周边以稳定的速度水平地进入塔板上液层进行两相接触。浮阀可根据气体流量的大小而上下浮动,自行调节。 浮阀有盘式、条式等多种,国内多用盘式浮阀,此型又分为F-1型(V-1型)、V-4型、十字架型、和A型,其中F-1型浮阀结构较简单、节省材料,制造方便,性能良好,故在化工及炼油生产中普遍应用,已列入部颁标准(JB-1118-81)。其阀孔直径为39mm,重阀质量为33g,轻阀为25g。一般多采用重阀,因其操作稳定性好。 浮阀塔的主要优点是生产能力大,操作弹性较大,塔板效率高,气体压强降及液面落差较小,塔的造价低,塔板结构较泡罩塔简单。

化工原理课程设计说明书板式精馏塔设计

前言 化工生产中所处理的原料,中间产物,粗产品几乎都是由若干组分组成的混合物,而且其中大部分都是均相物质。生产中为了满足储存,运输,加工和使用的需求,时常需要将这些混合物分离为较纯净或几乎纯态的物质。 精馏是分离液体混合物最常用的一种单元操作,在化工,炼油,石油化工等工业得到广泛应用。精馏过程在能量计的驱动下,使气,液两相多次直接接触和分离,利用液相混合物中各相分挥发度的不同,使挥发组分由液相向气相转移,难挥发组分由气相向液相转移。实现原料混合物中各组成分离该过程是同时进行传质传热的过程。本次设计任务为设计一定处理量的分离四氯化碳和二硫化碳混合物精馏塔。 板式精馏塔也是很早出现的一种板式塔,20世纪50年代起对板式精馏塔进行了大量工业规模的研究,逐步掌握了筛板塔的性能,并形成了较完善的设计方法。与泡罩塔相比,板式精馏塔具有下列优点:生产能力(2 0%——40%)塔板效率(10%——50%)而且结构简单,塔盘造价减少40%左右,安装,维修都较容易。 化工原理课程设计是培养学生化工设计能力的重要教学环节,通过课程设计使我们初步掌握化工设计的基础知识、设计原则及方法;学会各种手册的使用方法及物理性质、化学性质的查找方法和技巧;掌握各种结果的校核,能画出工艺流程、塔板结构等图形。在设计过程中不仅要考虑理论上的可行性,还要考虑生产上的安全性、经济合理性。 在设计过程中应考虑到设计的业精馏塔具有较大的生产能力满足工艺要求,另外还要有一定的潜力。节省能源,综合利用余热。经济合理,冷却水进出口温度的高低,一方面影响到冷却水用量。另一方面影响到所需传热面积的大小。即对操作费用和设备费用均有影响,因此设计是否合理的利用热能R等直接关系到生产过程的经济问题。 本课程设计的主要内容是过程的物料衡算,工艺计算,结构设计和校核。 【精馏塔设计任务书】 一设计题目 精馏塔及其主要附属设备设计 二工艺条件

苯--甲苯板式精馏塔塔的设计

《化工原理》课程设计 ------苯--甲苯板式精馏塔塔的设计 专业:化学工程与工艺 班级:1014101 学号:101410122 姓名:陈延超 指导教师:赵海鹏

日期 2013-01-09 序言 化工原理课程设计是综合运用《化工原理》课程和有关先修课程(《物理化学》,《化工制图》等)所学知识,完成一个单元设备设计为主的一次性实践教学,是理论联系实际的桥梁,在整个教学中起着培养学生能力的重要作用。通过课程设计,要求更加熟悉工程设计的基本内容,掌握化工单元操作设计的主要程序及方法,锻炼和提高学生综合运用理论知识和技能的能力,问题分析能力,思考问题能力,计算能力等。 精馏是分离液体混合物(含可液化的气体混合物)最常用的一种单元操作,在化工,炼油,石油化工等工业中得到广泛应用。精馏过程在能量剂驱动下(有时加质量剂),使气液两相多次直接接触和分离,利用液相混合物中各组分的挥发度的不同,使易挥发组分由液相向气相转移,难挥发组分由气相向液相转移,实现原料混合液中各组分的分离。根据生产上的不同要求,精馏操作可以是连续的或间歇的,有些特殊的物系还可采用衡沸精馏或萃取精馏等特殊方法进行分离。本设计的题目是苯-甲苯连续精馏筛板塔的设计,即需设计一个精馏塔用来分离易挥发的苯和不易挥发的甲苯,采用连续操作方式,需设计一板式塔将其分离。

目录 一、化工原理课程设计任书 (3) 二、设计计算 (4) 1.设计方案的确定 (4) 2.精馏塔的物料衡算 (7) 3.塔板数的确定 (7) 4.精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (11) 5.精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (16) 6.塔板主要工艺尺寸的计算 (17) 7.筛板的流体力学验算 (21) 8.塔板负荷性能图 (23) 9.接管尺寸确定 (29) 三、个人总结 (31) 四、参考书目 (31)

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