化工设备机械基础课程设计
——浮阀塔设计
学院名称：化学与环境工程学院
专业：化学工程与工艺
班级：08化工2W
姓名：陈慧媛
2011 年12月
目录
第1章绪论 (1)
1.1 课程设计的性质和任务 (1)
1.2 课程设计的要求 (1)
1.3 课程设计的内容 (1)
1.4 课程设计的步骤 (2)
1.4.1 准备阶段 (2)
1.4.2 机械设计阶段 (2)
1.4.3 设计计算说明书 (2)
1.4.4 课程设计答辩 (2)
第2章设计参数及要求 (3)
2.1 设计参数 (3)
2.2 已知设计条件 (3)
第3章塔体机械设计 (5)
3.1按计算压力计算塔体及封头厚度 (5)
3.1.1塔体厚度计算 (5)
3.1.2封头厚度计算 (5)
3.2塔设备质量载荷计算 (5)
3.2.1筒体、圆筒、封头、裙座的质量 (6)
3.2.2塔内构件的质量 (6)
3.2.3保温层的质量 (7)
3.2.4平台、扶梯的质量 (7)
3.2.5操作时物料的质量 (8)
3.2.6附件的质量 (8)
3.2.7充水的质量 (8)
3.2.8偏心质量 (9)
3.3风载荷与风弯矩的计算 (10)
3.3.1风载荷的计算 (10)
3.3.2风弯矩的计算 (12)
3.4地震弯矩的计算 (12)
3.4.1地震载荷的计算 (12)
3.4.2地震弯矩的计算 (14)
3.5偏心弯矩的计算 (15)
3.6各种载荷引起的轴向应力 (16)
3.6.1计算压力引起的轴向应力 (16)
3.6.2操作质量引起的轴向应力 (16)
3.6.3最大弯矩引起的轴向应力 (17)
3.7塔体和裙座危险截面强度与稳定性校核 (17)
3.7.1截面的最大组合轴向拉应力校核 (17)
3.7.2塔体与裙座稳定性校核 (18)
3.8塔体水压试验和吊装时的应力校核 (19)
3.8.1水压试验时各种载荷引起的应力 (19)
3.8.2水压试验时应力校核 (19)
3.9基础环设计 (20)
3.9.1基础环尺寸 (20)
3.9.2基础环的动力校核 (20)
3.9.3基础环的厚度 (21)
3.10地脚螺栓设计 (21)
3.10.1地脚螺栓的最大拉应力 (21)
3.10.2地脚螺栓的螺纹小径 (22)
第4章塔结构的设计 (23)
4.1塔盘结构 (23)
4.2塔盘的支撑 (24)
参考文献 (25)
设计结果及总结 (26)
附录一主要符号说明 (27)
第1章绪论
1.1课程设计的性质和任务
（1）通过学习培养学生综合运用《化工设备基础》及有关先修课程的基本知识，进行典型中、低压化工设备设计。
（2）培养学生熟悉、查阅并综合运用各种有关的设计手册、规范、标准、图册等设计技术资料。使学生树立正确的设计思想，掌握设计的基本方法和步骤以及处理工程实际问题的能力。
1.2课程设计的要求
（1）根据专业特点和要求进行选题（换热器、塔式容器、反应器等）。工艺参数由《化工原理》课程设计完成，化工设备设计要求完成强度设计计算、总体结构设计、绘制设备装配图，编制设计计算说明书。
（2）通过学习，掌握化工设备设计的基本方法和步骤，提高设计、计算、绘图的能力，加强计算机应用能力以及处理工程实际问题的能力。
1.3课程设计的内容
根据教学大纲要求，完成一种典型设备的机械设计，工作量包括：设备总装配图1张，零件图1—2张，设计计算说明书1份。
成绩评定：总成绩=工作态度（30%）+设计计算（30%）+图文表达（20%）+独立工作能力（10%）+答辩（10%）
1.4课程设计的步骤
1.4.1准备阶段
（1）设计前应预先准备好设计资料、手册、图册、计算和绘图工具、图纸及报告纸等；
（2）认真研究设计任务书，分析设计题目的原始数据和工业条件，明确设计要求和设计内容；
（3）设计前应认真复习有关教科书、熟悉有关资料和设计步骤；
（4）有条件应结合现场参观，熟悉典型设备的结构，比较其优点，以便择出较适当的结构为己用。
1.4.2机械设计阶段
（1）全面考虑按压力大小、温度高低和腐蚀性大小等因素来选材。
（2）选用零部件。
（3）计算外载荷，常用列表法、分相统计的方法来进行。
（4）强度、刚度、稳定性设计和校核计算。
（5）传动设备的选型、计算。
（6）绘制设备总装图。
（7）绘制零部件图。
（8）提出技术要求。
1.4.3设计计算说明书
（1）目录；
（2）设计任务书；
（3）设计方案的分析和拟定；
（4）各部分尺寸的确定和设计计算；
（5）设计小结；
（6）参考资料；
1.4.4课程设计答辩
第2章设计参数及要求
2.1设计参数
表2-1 浮阀塔设备设计参数
设计参数及要求
工作压力/MPa 0.8 塔体内径/mm 2900 设计压力/ MPa 0.85 塔高/mm 26320 工作温度/℃45 设计寿命/a 10
设计温度/℃70 浮阀（泡罩）规格/个数—
介质名称VC,H2O,EDC 浮阀（泡罩）间距mm —
介质密度/（kg/m3）800 保温材料厚度/mm 100
设计基本地震加速度0.3g 保温材料密度/（kg/m3）300
基本风压/（N/m2）400 塔盘上存留介质层高度/mm 100 抗震设防烈度8 壳体材料Q345R 场地类别Ⅱ内件材料06Cr19Ni10 塔形裙座材料Q235-B 塔板数目/个40 偏心质量/kg 4000
塔板间距/mm 400 偏心距/mm 2000 2.2已知设计条件
已知设计条件
第3章 塔体机械设计
3.1按计算压力计算塔体及封头厚度
3.1.1塔体厚度计算
塔内液柱高度：h=1000+2100+765-600=3265mm=3.265m
液柱静压力：6610108009.8 3.2650.02559H p gh ρ--==???=<0.05p （可忽略） 计算压力：0.85c p p M Pa == 2C m m = []170t
M Pa σ=(参考《化工设备机械基础》第六版，大连理工大学出版社，第311页,附表9-1)
2900i D mm
=，0.85φ=
圆筒的计算厚度：[]
0.8529008.55521700.850.85
2c i
t
c
p D m m p δσ
φ?=
=
=??--
名义厚度：8.55210.555n C mm δδ=+=+=
圆整后取名义厚度：12n m m δ=(参考《化工设备机械基础》第六版，大连理工大学出版社，第99页,表4-13) 有效厚度：12210e n C m m δδ=-=-=
3.1.2封头厚度计算
计算压力：0.85c p M Pa = 2C m m = []170t
M Pa σ= 2900i D mm = 0.85φ= 封头的计算厚度：[]
0.852900
8.54221700.850.50.85
20.5c i
t
c
p D m m p δσ
φ?=
=
=??-?-
名义厚度：8.542210.542n C mm δδ=+=+= 圆整后取名义厚度：12n m m δ= 有效厚度：12210e n C m m δδ=-=-=
3.2塔设备质量载荷计算
计算前先对塔进行分段，以地面为0-0截面，裙座人孔为1-1截面，塔低封头焊缝为2-2截面，塔板间第一个人孔为3-3截面，塔板间第二个人孔为4-4截面，塔板间第三个人孔为5-5截面，塔顶为6-6截面。
表3-1 塔体分段长度
0-1 1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 950
2870
600
7800
6400
8030
3.2.1筒体、圆筒、封头、裙座的质量
筒体质量：由2900i D mm = 12n m m δ=，
查得单位筒体质量1861.71/m m kg m =(参考《化工设备机械基础课程设计书》，第二版，化学工业出版社，第11页,表D-1) 筒体高度：1345676521800H l l l l m m =+++-=
3
1112180010
861.7118785.278m m H m kg
-=?=??=
封头质量：由2900i D mm = 12n m m δ=，查得封头质量2872.7m m kg =（参考中华人民共和国行业标准JB/T4746-2002，附录B EHA 椭圆形封头型式参数）
22872.71745.4m kg
=?=
裙座质量：由裙座高度为31295028703820H l l m m =+=+=
331 3.82861.713291.73m m H m kg
=?=?=
塔体总质量：0112318785.2781745.43291.7323822.4102m m m m kg =++=++=
表3-2塔体分段质量
0-1 1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 818.62
3345.81
517.026
6721.338
5514.944
6904.67
3.2.2塔内构件的质量
筛板塔塔盘单位质量275/N q kg m =(参考《化工设备机械基础》第六版，大连理工大学出版社，第237页,表8-1) 塔内构件的质量：2
2
020.785 2.9407519805.554
i m D N q kg
π
N ==???=
0-1 1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 0
6436.8
6436.8
6931.94
3.2.3保温层的质量
由2900D N m m =，即2000D N m m >则取直边240h m m =(参考《化工设备机械基础课程设计指导书》第二版，化学工业出版社，第113页,表D-2) 查得封头容积33100 4.2015V m = 32900 3.4567V m =（同上）
03310029002'()(4.2015 3.4567)300223.44m v v kg
ρ=-=-?=
()()22'
030203
22224i n s i n m D D H m πδδδρ??=
++-++?
?
()()22
030.785 2.90.0240.2 2.90.02421.83002223.446656.845m kg
??=++-+??+?=??
表3-4温层分段质量
0-1 1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 0
223.44
170.916
2221.91
1823.11
2217.47
3.2.4平台、扶梯的质量
查得平台单位质量2150/P q kg m = 笼式扶梯单位质量40/F q kg m =(参考《化工设备机械基础》第六版，大连理工大学出版社，第237页,表8-1) 其中平台数4n =，平台宽带为900m m ，笼式扶梯高度为24.82m 平台、扶梯的质量：
()()22
0412222242
i n s i n s P F F m D B D nq q H πδδδδ??=
+++-++?+?
?
()()22
040.785 2.90.0240.2 1.8 2.90.0240.20.541504024.824404.35m kg
??=+++-++???+?=??
0-1 1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 38
114.8
876.8868
1164.8868
1108.8868
1100.8868
3.2.5操作时物料的质量
取板上液层高度100w h m m =，塔低液高度0 2.47h m =，封头容积33.4567V m = 操作时物料质量：()2
050114
i
w m D h N h V π
ρρ=
++
()2
050.785 2.9
0.140 2.47800 3.456780037094.98m kg =??+?+?=
表3-6操作物料分段质量
0-1 1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 0
2765.36
3168.888
16900.736
6865.924
7394.072
3.2.6附件的质量
依照经验取010.250.2523822.41025955.603a m m kg ==?=
表3-7附件分段质量
0-1 1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 204.655
836.4525
129.2565
1680.3345
1378.736
1726.1675
3.2.7充水的质量
22
020.785 2.921.810002 3.45671000150833.734
w i w f w m D H V kg
π
ρρ=+=???+??=
表3-8充水分段质量
0-1 1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 0
3456.7
3961.11
51494.43
42251.84
49669.65
3.2.8偏心质量
操作质量：00102030405101739.74a e m m m m m m m m kg =++++++= 偏心质量：4000e m kg =
表3-9偏心分段质量
0-1 1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 0
1400
2600
表3-10质量汇总表
0-1 1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 塔体分段质量 818.62 3345.81 517.026 6721.338 5514.944 6904.67 塔内构件分段质量 0 0 0 6436.8 6436.8 6931.94 温层分段质量 0 223.44 170.916 2221.91
1823.11
2217.47 平台、扶梯分段质量 38 114.8 876.8868 1164.8868 1108.8868 1100.8868 操作物料分段质量 0 2765.36
3168.888
16900.736 6865.924 7394.072 附件分段质量 204.655 836.4525 129.2565 1680.3345 1378.736 1726.1675 充水分段质量 0
3456.7
3961.11
51494.43 42251.84 49669.65 操作时分段质量 1061.275 8685.863 7462.973
35126.01
23128.4 26275.21
偏心分段质量 0
1400
2600
最大质量 max 01020304215478.4882w a e m m m m m m m m kg =++++++= 最小质量
min 010203040.248800.3182a e m m m m m m m kg =+++++=
3.3风载荷与风弯矩的计算
3.3.1风载荷的计算
塔体外径：022*********i n D D mm δ=+=+=，笼式扶梯宽度：3400K m m =， 塔顶管线外径：0d m m =，温层厚度：100s m m δ= 塔体各段长度i l ：
0-1 1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 950
2870
600
7800
6400
8030
各段平台数n ：
0-1 1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 0
1
1
1
1
平台构件投影区面积：529001000910A mm =?=?∑
0 0 1
1
1
1
5
910?
5
910?
5
910?
5
910?
操作平台当量宽度：40
2A K l =
∑
0-1 1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 0
3000
230.769
281.25
224.159
各段有效直径/mm ：04022ei i si pi D D K d δδ=++++
0-1 1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 3724
3724
6724
3954.769
4005.25
3948.159
各截面到地面高度it h /m ：
0-1 1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 0.95
3.82
4.42
12.22
18.62
26.65
风压高度变化系数i f ：由场地为B 类(参考《化工设备机械基础课程设计指导书》第二版，化学工业出版社，第86页,表5-23)，查得
0-1 1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 1.0
1.0
1.0
1.062
1.164
1.26
体系系数：10.7K = 基本风压值：20400/q N m =
塔设备的自振周期：3
190.3310
0.5823T H
s -==
塔设备自震周期：2222014000.5823135.63/q T N s m =?=
脉动增大系数ξ：由22201135.63/q T N s m =，查得 1.937ξ=(参考《化工设备机械基础》第六版，大连理工大学出版社，第242页,表8-6)
脉动影响系数i v ：(参考《化工设备机械基础》第六版，大连理工大学出版社，第242页,表8-7)
0-1 1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 0.72
0.72
0.72
0.736
0.78
0.82
由it h H 得：
0-1 1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 0.0356
0.1433
0.1659
0.4585
0.6987
1
再由it h H ，1u =查得(参考《化工设备机械基础》第六版，大连理工大学出版社，第242页,表8-8)
各段振型系数zi φ：
0-1 1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 0.00712
0.03372
0.04636
0.294
0.5883
1
各段风振系数Z i K ：1i zi
Zi i
v K f ξφ=+
0-1 1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 1.147
1.591
1.684
1.935
2.2989
2.419
各段风载荷:61010i Zi i i ei P K K q f l D -=?
0-1 1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 215.878
3637.585
1681.31
15526.388
19206.167
27056.687
3.3.2风弯矩的计算
00
9
6121
21612345 1.0510222w
l l l M P P l P l l l l l N m m -????=+++??????++++++=?? ? ????
?
11
8
362232623459.89610222w l l l M P P l P l l l l N m m -????=+++??????+++++=?? ? ????
?
22
8
3
643
4363458.02210222w
l l l M P P l P l l l N m m -????=+++??????++++=?? ? ????
?
0—0截面
1—1截面
2—2截面
9
1.0510
? 8
9.89610
? 8
8.02210
?
3.4地震弯矩的计算
3.4.1地震载荷的计算
各段操作质量i m /kg:
0-1 1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 1061.275
8685.863
7462.973
35126.01
23128.4
26275.21
各点距地面高度i h /mm:
0-1 1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 475
2385
4120
8320
15420
22635
1.5
i
h /mm ：
0-1
1-2
2-3
3-4
4-5
5-6
4
1.0410
?
5
1.1610? 5
2.6410? 5
7.5910? 6
1.91510? 6
3.40510?
1.5
i i
m h ?：
0-1
1-2
2-3
3-4
4-5
5-6
7
1.10410
? 91.007610?
9
1.9710?
10
2.6710?
10
4.42910?
10
8.94710?
6
1.51
i
i
i A m h
==
=∑7
1.10410
?+91.007610?+91.9710?+102.6710?+104.42910?+
10
8.94710?=11
1.63410
?
3
:i h
0-1
1-2
2-3
3-4
4-5
5-6
8
1.07210
?
10
1.35710?
10
6.99310?
11
5.75910?
12
3.66710?
13
1.159710?
3
:i i m h
0-1
1-2
2-3
3-4
4-5
5-6
11
1.13810
?
14
1.17910?
14
5.21910?
16
2.20310?
16
8.48110?
17
3.04710?
6
317
1
4.103910
i
i
i B m h
==
=?∑
7
/ 3.98210
A B -=?
基本振型参与系数 1.5
1i
A k h
B η=
:
3
4.14110
-?
2
4.61910
-?
0.105
0.3022
0.76255
1.35587
阻尼比i ξ=0.02 衰减指数0.050.050.020.90.90.950.5+50.5+50.02i i
ξγξ--=+
=+
=?
阻尼调整系数20.050.050.0211 1.319
0.06 1.70.06 1.70.02
i i
ξηξ--=+=+
=++?
3.4.2地震弯矩的计算
地震综合影响系数：0.5Z C =
地震影响系数最大值max 0.24α=(参考《化工设备机械基础》第六版，大连理工大学出版社，第239页,表8-2)
场地土的特征周期值0.35g T =(参考《化工设备机械基础》第六版，大连理工大学出版社，第239页,表8-3)
地震影响系数1α：0.95
0.95
12max
10.35 1.3190.240.1927
0.5823g T T αηα??
??=?=??= ?
???
??
水平地震力1k /N F ：111k k k F m g η=?
0-1 1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 8.308
758.423
1483.09
20068.6
33340.06
67346.49
垂直地震影响系数max max 0.650.650.240.156v ?=?=?= 当量质量00.750.75101739.738276304.8()eq m m kg ==?=
底面垂直地震力00max 0.15676304.89.81116773.82()v v eq F m g N -=???=??=
i i m h ：
0-1
1-2
2-3
3-4
4-5
5-6
5
5.0410?
7
2.0710? 7
3.0710?
8
2.9210?
8
3.5710?
8
5.9510?
6
91
1.29610
i
i
i m h
==?∑
任意质量i 处垂直地震力/vi F N ：
6
9
1
116773.821.29610
i i
vi i i k
k
k m h F m h m
h ==
=??∑
45.41
1865.07
2766.07
26309.2
32165.7
53609.5
任意计算截面i 处垂直地震力1
n
I I
v
vi
k F F -==
∑
0-0截面 1-1截面 2-2截面 3-3截面 4-4截面 5-5截面 116773.82
116728.41
114863.34
112097.27
85788.07
53622.37
由2665029009.1915H D ==<，则
底截面处地震弯矩00
1
/E M N m m -?：00
9
1
1016160.1927101739.73829.8126650 2.3431035
35
E M
m gH N m m
α-=
=
????=??
截面处1—1地震弯矩11
1
E M -：()11
3.5
2.5
3.5
9
101
2.5
810144 2.22610
175E m g M
H
H
h h
N m m
H
α-=
-?+=??
截面处2—2地震弯矩22
1
E M -： ()22
3.5
2.5
3.5
9
101
2.5
810144 1.87410
175E m g M
H
H
h h
N m m
H
α-=
-?+=??
3.5偏心弯矩的计算
偏心质量4000e m kg = 偏心距2000l m m =
偏心弯矩740009.8120007.84810e e M m gl N m m ==??=?? 最大弯矩： 计算内容
0—0截面
1—1截面
2—2截面
i i
W e M M -+ 91.12810
? 91.06810? 8
8.806810?
0.25i i i i
E W e M
M M --++
92.68410
? 92.55210? 92.15310? m ax /i i
M N m m
-?最大弯矩
9
2.68410
?
9
2.55210
?
9
2.15310
?
最大弯矩取较大者，所以地震弯矩为最大弯矩。
3.6.1计算压力引起的轴向应力
设计压力引起的轴向应力10.85290061.6254410
i ei
PD M Pa σδ?=
=
=?
0—0截面
1—1截面
2—2截面
61.625
3.6.2操作质量引起的轴向应力
计算截面以上的操作质量0/i i m kg -： 0—0截面 1—1截面 2—2截面 检查孔加强管长度160m l m m =
检查孔加强管水平方向的最大宽度500m b mm = 检查孔加强管厚度12m mm δ=
22160123840m m m A l δ==??=
1-1截面处裙座筒体的截面积sm A ：
()[]
3.142 3.142900102(500212)103840sm im es m m m m A D b A δδδ=-+-=??-?+??-????∑ 288260mm =
00
000
2
101739.73829.8110.9613.14290010
i ei
m g
M Pa
D σ
πδ--?=
=
=??
11
1102
100678.46329.81
11.1988260
sm m g M pa
A σ--?=== 22220
2
91992.60029.819.913.14290010
i ei
m g
M Pa
D σ
πδ--?=
=
=??
0—0截面 1—1截面 2—2截面 10.961 11.19
9.91
11-截面处裙座筒体的截面系数m
Z ：
63
2210 4.570510m es m
Z l m m δ==??=?
h h
-截面处的裙座壳的截面系数sm Z ：
226100.7850.78529001025002900 4.57051022es sm im es m im m Z D b D Z δδ????
=--=??-??-? ?
?????
∑ 736.06610mm =?
00
9
00
m ax
3
2
2
44 2.68410
40.65533.14290010
i ei
M M P a
D σπδ--??=
=
=??
11
911m ax 3
7
2.5521042.076.06610sm
M Z σ
--?==
=?M Pa
22
9
22m ax
3
22
44 2.15310
32.6123.14290010
i ei
M M Pa
D σ
πδ--??=
=
=??
0—0截面 1—1截面 2—2截面 40.6553 42.07
32.612
3.7塔体和裙座危险截面强度与稳定性校核
3.7.1截面的最大组合轴向拉应力校核
载荷组合系数： 1.2K = 系数A ：3
0.0940.09410 6.48310
1450
e
i
A R δ-?=
=
=?
设计温度下的许用应力[]t
σ：16M nR []170t
M Pa σ=
235Q B - []105t
M Pa σ=
系数B ：16M nR 118B M P a = 235Q B - 93B M P a =
(参考《化工设备机械基础》第六版，大连理工大学出版社，第311页,附表9-1)
浮阀塔设计示例 设计条件 拟建一浮阀塔用以分离某种液体混合物，决定采用F1型浮阀（重阀），试按下述条件进行浮阀塔的设计计算。 气相流量V s = 1.27m3/s；液相流量L s = 0.01m3/s； 气相密度ρV = 3.62kg/m3；液相密度ρL = 734kg/m3； 混合液表面张力σ= 16.3mN/m，平均操作压强p = 1.013×105Pa。 设计计算过程 （一）塔径 欲求出塔径应先计算出适宜空塔速度。适宜空塔速度u一般为最大允许气速u F的0.6～0.8倍 即： u＝（0.6～0.8）u F 式中C可由史密斯关联图查得，液气动能参数为： 取板间距H T =0.6m，板上液层高度h L =0.083m，图中的参变量值H T-h L=0.6-0.083 =0.517m。根据以上数值由图可得液相表面张力为20mN/m时的负荷系数C20=0.1。由所给出的工艺条件校正得： 最大允许气速： 取安全系数为0.7，则适宜空塔速度为：
由下式计算塔径： 按标准塔径尺寸圆整，取D = 1.4m； 实际塔截面积： 实际空塔速度： 安全系数：在0.6～0.8范围间，合适。 （二）溢流装置 选用单流型降液管，不设进口堰。 1）降液管尺寸 取溢流堰长l w=0.7D，即l w/D=0.7，由弓形降液管的结构参数图查得：A f/A T=0.09,W d/D=0.15 因此：弓形降液管所占面积:A f=0.09×1.54=0.139(m2) 弓形降液管宽度:W d=0.15×1.4=0.21(m2) 验算液体在降液管的停留时间θ， 由于停留时间θ＞5s，合适。 2）溢流堰尺寸 由以上设计数据可求出： 溢流堰长 l w=0.7×1.4=0.98m 采用平直堰，堰上液层高度可依下式计算，式中E近似取1，即
设计任务书 设计题目： 苯－甲苯连续精馏浮阀塔设计 设计条件： 常压： 1p atm = 处理量： 100Kmol h 进料组成： 0.45f x = 馏出液组成： 98.0=d x 釜液组成： 02.0=w x （以上均为摩尔分率） 塔顶全凝器： 泡点回流 回流比： min (1.1 2.0)R R =- 加料状态： 0.96q = 单板压降： 0.7a kp ≤ 设 计 要 求 ： (1) 完成该精馏塔的工艺设计（包括物料衡算、热量衡算、筛板塔的设计算）。 (2) 画出带控制点的工艺流程图、塔板负荷性能图、精馏塔工艺条件图。 (3) 写出该精馏塔的设计说明书，包括设计结果汇总和设计评价。
目录 摘要 ........................................................................................................................................................................... I 绪论 (1) 设计方案的选择和论证 (3) 第一章塔板的工艺计算 (5) 1.1基础物性数据 (5) 1.2精馏塔全塔物料衡算 (5) 1.2.1已知条件 (5) 1.2.2物料衡算 (5) 1.2.3平衡线方程的确定 (6) 1.2.4求精馏塔的气液相负荷 (7) 1.2.5操作线方程 (7) 1.2.6用逐板法算理论板数 (7) 1.2.7实际板数的求取 (8) 1.3精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (9) 1.3.1进料温度的计算 (9) 1.3.2操作压力的计算 ................................................................................................ 错误!未定义书签。 1.3.3平均摩尔质量的计算 (9) 1.3.4平均密度计算 (10) 1.3.5液体平均表面力计算 (11) 1.3.6液体平均粘度计算 (12) 1.4 精馏塔工艺尺寸的计算 (12) 1.4.1塔径的计算 (12) 1.4.2精馏塔有效高度的计算 (14) 1.5 塔板主要工艺尺寸的计算 (14) 1.5.1溢流装置计算 (14) 1.6浮阀数目、浮阀排列及塔板布置 (15) 1.7塔板流体力学验算 (16) 1.7.1计算气相通过浮阀塔板的静压头降h f (16) 1.7.2计算降液管中清夜层高度Hd (17) 1.7.3计算雾沫夹带量e V (18) 1.8塔板负荷性能图 (19) 1.8.1雾沫夹带线 (19) 1.8.2液泛线 (19) 1.8.3 液相负荷上限线 (21) 1.8.4漏液线 (21) 1.8.5液相负荷下限线 (21) 1.9小结 (22) 第二章热量衡算 (23) 2.1相关介质的选择 (23) 2.1.1加热介质的选择 (23) 2.1.2冷凝剂 (23) 2.2热量衡算 (23) 第三章辅助设备 (28)
-- - 目录 设计任务书 (4) 第一章前言 (5) 第二章精馏塔过程的确定 (6) 第三章精馏塔设计物料计算 (7) 3.1水和乙醇有关物性数据 (7) 3.2 塔的物料衡算 (8) 3.2.1料液及塔顶、塔底产品及含乙醇摩尔分率 (8) 3.2.2平均分子量 (8) 3.2.3物料衡算 (8) 3.3塔板数的确定 (8) 3.3.1理论塔板数N T的求取 (8) 3.3.2求理论塔板数N T (9) 3.4塔的工艺条件及物性数据计算 (11) 3.4.1操作压强P m (12) 3.4.2温度t m (12) 3.4.3平均分子量M精 (12) 3.4.4平均密度ρM (13) 3.4.5液体表面X力σm (13) 3.4.6液体粘度μm L， (14) 3.4.7精馏段气液负荷计算 (14) 第四章精馏塔设计工艺计算 (15) 4.1塔径 (15) 4.2精馏塔的有效高度计算 (16) 4.3溢流装置 (16) 4.3.1堰长l W (16) 4.3.2出口堰高h W (16)
4.3.3降液管的宽度W d与降液管的面积A f (16) 4.3.4降液管底隙高度h o (17) 4.4塔板布置及浮阀数目排列 (17) 4.5塔板流体力学校核 (18) 4.5.1气相通过浮塔板的压力降 (18) 4.5.2淹塔 (18) 4.6雾沫夹带 (18) 4.7塔板负荷性能图 (19) 4.7.1雾沫夹带线 (19) 4.7.2液泛线 (20) 4.7.3液相负荷上限线 (20) 4.7.4漏液线（气相负荷下限线） (20) 4.7.5液相负荷下限线 (21) 4.8塔板负荷性能图 (22) 设计计算结果总表 (23) 符号说明 (24) 关键词 (25) 参考文献 (25) 课程设计心得 (26) 附录 (27) 附录一、水在不同温度下的黏度 (27) 附录二、饱和水蒸气表 (27) 附录三、乙醇在不同温度下的密度 (27)
化工原理课程设计乙醇-水连续精馏塔的设计 姓名 学号 年级 专业化学工程与工艺 系（院）化学化工学院 指导教师张杰 2013年 6月
目录 第一章绪论 (1) 第二章塔板的工艺设计 (3) 2.1 精馏塔全塔物料衡算 (3) 2.2 常压下乙醇-水气液平衡组成（摩尔）与温度关系 (3) 2.3 理论塔板的计算 (8) 2．4 塔径的初步计算 (10) 2.5 溢流装置 (11) 2.6 塔板布置及浮阀数目与排列 (12) 第三章塔板的流体力学计算 (14) 3.1 气相通过浮阀塔板的压降 (14) 3.2 淹塔 (15) 3.3 液沫夹带 (15) 3.4 塔板负荷性能图 (16) 第四章附件设计 (20) 4.1 接管 (21) 4.2 筒体与封头 (22) 4.3 除沫器 (22) 4.4 裙座 (22) 4.5 吊柱 (22) 4.6 人孔 (23) 第五章塔总体高度的设计 (23) 第六章塔附属设备设计 (23) Q (23) 6.1确定冷凝器的热负荷 c 6.2 冷凝器的选择 (24) 参考书目 (24) 主要符号说明 (25) 结束语 (26)
（一）设计题目 乙醇-水连续精馏塔的设计 （二）设计任务及操作条件 1) 进精馏塔的料液含乙醇30%（质量分数，下同），其余为水； 2) 产品的乙醇含量不得低于93%； 3) 残液中乙醇含量不得高于0.5%； 4) 每年实际生产时间：7200小时/年，处理量：80000吨/年； 5) 操作条件 a) 塔顶压力：常压 b) 进料热状态：饱和液体进料 (或自选) c) 回流比： R=1.55Rmin d) 加热方式：直接蒸汽 e) 单板压降：≤0.7kPa （三）板类型 浮阀塔 （四）厂址 临沂地区 （五）设计内容 1、设计说明书的内容 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物性数据的计算； 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）设计结果汇总 10) 对设计过程的评述和有关问题的讨论。 2、设计图纸要求 绘制生产工艺流程图（选作）； 注:常压下乙醇-水气液平衡组成与温度的关系见课程设计教材附录(105页)
滨州学院 课程设计任务书 一、课题名称 甲醇——水分离过程板式精馏塔设计 二、课题条件（原始数据） 原料：甲醇、水溶液 处理量：3200Kg/h 原料组成：33%（甲醇的质量分率） 料液初温：20℃ 操作压力、回流比、单板压降：自选 进料状态：冷液体进料 塔顶产品浓度：98%（质量分率） 塔底釜液含甲醇含量不高于1%（质量分率） 塔顶：全凝器 塔釜：饱和蒸汽间接加热 塔板形式：筛板 生产时间：300天/年，每天24h运行 冷却水温度：20℃ 设备形式：筛板塔 厂址：滨州市 三、设计内容 1、设计方案的选定 2、精馏塔的物料衡算 3、塔板数的确定 4、精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算（加热物料进出口温度、密度、粘度、比热、导热系数） 5、精馏塔塔体工艺尺寸的计算 6、塔板主要工艺尺寸的计算
滨州学院化工原理课程设计说明书 7、塔板的流体力学验算 8、塔板负荷性能图（精馏段） 9、换热器设计 10、馏塔接管尺寸计算 11、制生产工艺流程图（带控制点、机绘，A2图纸） 12、绘制板式精馏塔的总装置图（包括部分构件）（手绘，A1图纸） 13、撰写课程设计说明书一份 设计说明书的基本内容 ⑴课程设计任务书 ⑵课程设计成绩评定表 ⑶中英文摘要 ⑷目录 ⑸设计计算与说明 ⑹设计结果汇总 ⑺小结 ⑻参考文献 14、有关物性数据可查相关手册 15、注意事项 ⑴写出详细计算步骤，并注明选用数据的来源 ⑵每项设计结束后列出计算结果明细表 ⑶设计最终需装订成册上交 四、进度计划（列出完成项目设计内容、绘图等具体起始日期） 1、设计动员，下达设计任务书0.5天 2、收集资料，阅读教材，拟定设计进度1-2天 3、初步确定设计方案及设计计算内容5-6天 4、绘制总装置图2-3天 5、整理设计资料，撰写设计说明书2天 6、设计小结及答辩1天
精馏塔设计 苯-甲苯连续精馏浮阀塔设计 1．课程设计的目的 课程设计是“化工原理”课程的一个总结性教学环节，是培养学生综合运用本门课程及有关先修课程的基本知识去解决某一设计任务的一次训练，在整个教学计划中它也起着培养学生独立工作能力的重要作用，通过课程设计就以下几个方面要求学生加强训练 1．查阅资料选用公式和搜集数据的能力 2．树立既考虑技术上的先进性与可行性，又考虑经济上的合理性，并注意到操作时的劳动条件和环境保护的正确设计思想，在这种设计思想的指导下去分析和解决实际问题的能力。3．迅速准确的进行工程计算（包括电算）的能力。 4．用简洁文字清晰表达自己设计思想的能力。 2 课程设计题目描述和要求 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-甲苯连续精馏浮阀塔的设计，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，板空上安装浮阀，具体工艺参数如下： 原料苯含量：质量分率= (30+0.5*学号)% 原料处理量：质量流量=（10-0.1*学号）t/h [单号] （10+0.1*学号）t/h [双号] 产品要求：质量分率：xd=98%，xw=2% [单号] xd=96%，xw=1% [双号] 2 工艺操作条件如下： 常压精馏，塔顶全凝，塔底间接加热，泡点进料，泡点回流，R=（1.2～2）Rmin。 3．课程设计报告内容 3.1 流程示意图 冷凝器→塔顶产品冷却器→苯的储罐→苯 ↑↓回流 原料→原料罐→原料预热器→精馏塔 ↑回流↓ 再沸器←→塔底产品冷却器→甲苯的储罐→甲苯 3.2 流程和方案的说明及论证 3.2.1 流程的说明 首先，苯和甲苯的原料混合物进入原料罐，在里面停留一定的时间之后，通过泵进入原料预热器，在原料预热器中加热到泡点温度，然后，原料从进料口进入到精馏塔中。因为被加热到泡点，混合物中既有气相混合物，又有液相混合物，这时候原料混合物就分开了，气相混合物在精馏塔中上升，而液相混合物在精馏塔中下降。气相混合物上升到塔顶上方的冷凝器
浮阀塔课程设计说明书
题目： 拟建一浮阀塔用以分离苯-氯苯混合物（不易气泡），决定采用F1型浮阀，试根据以下条件做出浮阀塔（精馏段）的设计计算。 （1）进行塔板工艺设计计算及验算 （2）绘制负荷性能图 （3）绘制塔板结构图 （4）给出设计结果列表 （5）进行分析和讨论 设计计算及验算 1.塔板工艺尺寸计算 （1）塔径 欲求塔径应先给出空塔气速u ，而 max u )(?=安全系数u v v l c u ρρρ-=max 式中c 可由史密斯关联图查出，横标的数值为 0625.0)996 .29.841(61.1006.0)(5 .05.0==v l h h V L ρρ 取板间距m H T 45.0=，板上液层高度m h L 05.0=，则图中 参数值为 m h H L T 4.005.045.0=-=-
由图53-查得0825 .020 =c ，表面张力./9.20m mN =σ 0832 .0)20 ( 2.020=?=σ c c s m u /399.1996 .2996 .29.8410832.0max =-? = 取安全系数为0.6，则空塔气速为 m /s 84.0399.16.0u max =?=?=安全系数u 塔径m u V D s 562.184 .014.361 .144=??== π 按标准塔径圆整m D 6.1=，则 塔截面积 22201.2)6.1(4 14 .34 m D A T =?= = π 实际空塔气速 s m A V u T s /801.001 .261.1=== （2）溢流装置 选用单溢流弓形降液管，不设进口堰。各项计算如下： ①堰长W l ：取堰长D l W 66.0=，即 m l W 056.16.166.0=?= ②出口堰高W h ：OW L W h h h -= 采用平直堰，堰上液层高度OW h 可依下式计算： 3 2 )(100084.2W h OW l L E h = 近似取1=E ，则可由列线图查出OW h 值。 m 021.0h 056.1,/6.213600006.0OW 3===?=，查得m l h m L W h m h h h OW L W 029.0021.005.0=-=-=则
年产2.9万吨丙烯精馏浮阀塔结构设计的设计方案 第一部分工艺计算 设计方案 本设计任务为分离丙烯混合物，在常压操作的连续精馏塔分离丙-丙烯混合液：已知塔底的生产能力为丙烯3.6万吨/年，进料组成为0.50（苯的质量分率），要求塔顶馏出液的组成为0.98，塔底釜液的组成为0.02。 对于二元混合物分离采用连续精馏流程，设计中进料为冷夜进料，将原料液通过泵送入精馏塔，塔顶上升蒸汽采用全冷凝器冷凝，冷凝液一部分回流至塔，其余部分经产品冷却器冷却送至储罐。该物系属易分离物系，最小回流比小，故操作回流比取最小回流比的1.2倍。塔釜采用间接加热，塔底产品冷却后送至储罐。 1.1原始数据 年产量：2.9万吨丙烯 料液初温：25~35℃ 料液浓度： 50%（丙质量分率） 塔底产品浓度： 98%（丙烯质量分率） 塔顶苯质量分率不低于 97% 每年实际生产天数：330天（一年中有一个月检修） 精馏塔塔顶压强：4 kpa（表压） 冷却水温度：30℃ 饱和水蒸汽压力：2.5kgf/cm2(表压) 设备型式：浮阀塔 =45㎏/㎡，地质：地震烈度7级，土质为Ⅱ类场地土，气厂址：地区（基本风压：q 温：-20~40℃）
1.2选取塔基本参数 40.0=苯F x 60.0x F =甲苯 98.0y D =苯 02.0y F =甲苯 03.0x W =苯 97.0x W =甲苯 1.3确定最小回流比 1.3.1 汽液平衡关系及平衡数据 表1-1 常压下苯—甲苯的汽液平衡组成 1.3.2 求回流比 （1）M 苯=78.11 kg/mol, M 甲苯=92.13kg/mol 苯摩尔分率：XF=(50/78.11)/(50/78.11+50/92.13)=0.5412 XD=（97/78.11）/（97/78.11+3/92.13）=0.9744 XW=(2/78.11)/(2/78.11+98/92.13)=0.0235 表1-1 常压下丙烯的汽液平衡组成
板式连续精馏塔设计任务书 一、设计题目：分离苯一甲苯系统的板式精馏塔设计 试设计一座分离苯一甲苯系统的板式连续精馏塔，要求原料液的年处理量 为 50000 吨，原料液中苯的含量为 35 %，分离后苯的纯度达到 98 %, 塔底馏出液中苯含量不得高于1% （以上均为质量百分数） 二、操作条件 厂址拟定于天津地区。 设计内容 1. 设计方案的确定及流程说明 2. 塔的工艺条件及有关物性数据的计算 3. 精馏塔的物料衡算 4. 塔板数的确定 5. 塔体工艺尺寸的计算 6. 塔板主要工艺尺寸的设计计算 7. 塔板流体力学验算 8. 绘制塔板负荷性能图 9. 塔顶冷凝器的初算与选型 10. 设备主要连接管直径的确定 11. 全塔工艺设计计算结果总表 12. 绘制生产工艺流程图及主体设备简图 13. 对本设计的评述及相关问题的分析讨论 1. 塔顶压强： 2. 进料热状态： 3. 回流比： 加热蒸气压强: 单板压降： 4 kPa （表压）； 101.3 kPa （表压）; 塔板类型 浮阀塔板 四、 生产工作日 每年300天，每天 24小时运行。 五、 厂址
一、绪 论 二、设计方案的确定及工艺流程的说明 2.1 设计流程 2.2 设计要求 2.3 设计思路 2.4 设计方案的确定 三、全塔物料衡算 3.2 物料衡算 四、塔板数的确定 4.1 理论板数的求取 4.2 全塔效率实际板层数的求取 五、精馏与 提馏段物性数据及气液负荷的计算 5.1 进料板与塔顶、塔底平均摩尔质量的计算 5.4 液相液体表面张力的计算 目录 5.5 塔内各段操作条件和物性数据表 11 六、塔径及塔板结构工艺尺寸的计算 14 6.1塔径的计算 14 6.2塔板主要工艺尺寸计算 15 6.3 塔板布置及浮阀数目与排列 17 5.2 气相平均密度和气相负荷计算 10 5.3 液相平均密度和液相负荷计算 10 11
目录 1 课程设计的目的 (3) 2 课程设计题目描述和要求 (3) 3 课程设计报告内容 (4) 4 对设计的评述和有关问题的讨论 (22) 5 参考书目 (22) 1苯-甲苯连续精馏浮阀塔设计 1．课程设计的目的 2 课程设计题目描述和要求 本设计的题目是苯-甲苯连续精馏浮阀塔的设计，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，板空上安装浮阀，具体工艺参数如下： 原料苯含量：质量分率= (30+0.5*学号)% 原料处理量：质量流量=（10-0.1*学号）t/h [单号] （10+0.1*学号）t/h [双号] 产品要求：质量分率：xd=98%，xw=2% [单号] xd=96%，xw=1% [双号] 工艺操作条件如下： 常压精馏，塔顶全凝，塔底间接加热，泡点进料，泡点回流，R=（1.2～2）Rmin。 3．课程设计报告内容 3.1 流程示意图 冷凝器→塔顶产品冷却器→苯的储罐→苯 ↑↓回流 原料→原料罐→原料预热器→精馏塔 ↑回流↓ 再沸器← → 塔底产品冷却器→甲苯的储罐→甲苯 3.2 流程和方案的说明及论证 3.2.1 流程的说明 首先，苯和甲苯的原料混合物进入原料罐，在里面停留一定的时间之后，通过泵进入原料预热器，在原料预热器中加热到泡点温度，然后，原料从进料口进入到精馏塔中。因为被加热到泡点，混合物中既有气相混合物，又有液相混合物，这时候原料混合物就分开了，气相混合物在精馏塔中上升，而液相混合物在精馏塔中下降。气相混合物上升到塔顶上方的冷凝器中，这些气相混合物被降温到泡点，其中的液态部分进入到塔顶产品冷却器中，停留一定的时间然后进入苯的储罐，而其中的气态部分重新回到精馏塔中，这个过程就叫做回流。液相混合物就从塔底一部分进入到塔底产品冷却器中，一部分进入再沸器，在再沸器中被加热到泡点温度重新回到精馏塔。塔里的混合物不断重复前面所说的过程，而进料口不断有新鲜原料的加入。最终，完成苯与甲苯的分离。 3.2.2 方案的说明和论证 本方案主要是采用浮阀塔。 精馏设备所用的设备及其相互联系，总称为精馏装置，其核心为精馏塔。常用的精馏塔有板式塔和填料塔两类，通称塔设备，和其他传质过程一样，精馏塔对塔设备的要求大致如下：3 一：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。
化工原理课程设计 浮阀塔的设计 专业：化学工程与工艺 班级：化工1003 ：皓升 学号：1001010310 成绩： 指导教师：王晓宁
目录 设计任务书 (1) 一、塔板工艺尺寸计算 (2) （1）塔径 (2) （2）溢流装置 (3) （3）塔板布置及浮阀数目与排列 (4) 二、塔板部结构图 (6) 三、塔板流体力学验算 (7) （1）气相通过浮阀塔板的压强降 (7) （2）夜泛 (7) （3）雾沫夹带 (8) 四、塔板负荷性能图 (9) (1)雾沫夹带线 (9) ⑵液泛线 (10) ⑶液相负荷上限线 (10) ⑷漏液线 (11) ⑸液相负荷下限线 (11) 五、汇总表 (13)
设计任务书 拟建一浮阀塔用以分离甲醇——水混合物，决定采用F1型浮阀（重阀），试根据以下条件做出浮阀塔的设计计算。 已知条件： 其中：n为学号 要求： 1.进行塔的工艺计算和验算 2.绘制负荷性能图 3.绘制塔板的结构图 4.将结果列成汇总表 5.分析并讨论
一 、塔板工艺尺寸计算 （1）塔径 欲求塔径应先给出空塔气速u ，而 max u )(?=安全系数u v v l C u ρρρ-=m ax 式中C 可由史密斯关联图查出，横标的数值为 0963.0)01 .1819(89.10064.0)(5 .05.0==v l h h V L ρρ 取板间距m H T 5.0=，板上液层高度m h l 07.0= ，则图中参数值为 m h H L T 38.007.045.0=-=- 由图53-查得085.020=c ，表面力./38m mN =σ 0.2 0.2 2038() 0.085=0.096 20 20c c σ ?? =?=? ??? max 0.096 2.73/u m s =?= 取安全系数为0.6，则空塔气速为 max u=0.6u =0.6 2.73=1.63m/s ? 则塔径D 为： 1.22D m = == 按标准塔径圆整D=1.4m ，则 塔截面积： 2 22 54.1)4.1(4 14.34m D A T =?==π
化工原理课程设计Ⅱ ——浮阀塔的选型设计 专业班级: 姓名： 学号： 指导教师： 成绩：
目录 前言--------------------------------------------------------1设计任务书------------------------------------------------2 设计计算及验算------------------------------------------3 塔板工艺尺寸计算---------------------------------------------3 塔的流体力学验算---------------------------------------------7 塔板负荷性能图------------------------------------------------9 分析与讨论-----------------------------------------------13 结果列表--------------------------------------------------14
化工原理课程设计任务书 拟建一浮阀塔用以分离甲醇—水混合物，决定采用F1型浮阀（重阀），是根据以下条件做出浮阀塔的设计计算。已知条件： 要求： 1.进行塔的工艺计算和验算 2.绘制负荷性能图 3.绘制塔板的结构图 4.将结果列成汇总表
5.分析并讨论 前言 浮阀塔结构简单，有两种结构型式，即条状浮阀和盘式浮阀，它们的操作和性能基本是一致的，只是结构上有区别，其中以盘式浮阀应用最为普遍。盘式浮阀塔板结构，是在带降液装置的塔板上开有许多升气孔，每个孔的上方装有可浮动的盘式阀片。为了控制阀片的浮动范围，在阀片的上方有一个十字型或依靠阀片的三条支腿。前者称十字架型，后者称V型。目前因V型结构简单，因而被广泛使用，当上升蒸汽量变化时，阀片随之升降，使阀片的开度不同，所以塔的工作弹性较大。 浮阀塔总的原则是尽可能多地采用先进的技术，使生产达到技术先进、经济合理的要求，符合优质、高产、安全、低能耗的原则，具体考虑以下几点。 ⑴满足工艺和操作的要求所设计出来的流程和设备能保证得到质量稳定的产品。设计的流程与设备需要一定的操作弹性，可方便地进行流量和传热量的调节。设置必需的仪表并安装在适宜部位，以便能通过这些仪表来观测和控制生产过程。 ⑵满足经济上的要求要节省热能和电能的消耗，减少设备与基建的费用，回流比对操作费用和设备费用均有很大的影响，因此必须选择合适的回流比。设计时应全面考虑，力求总费用尽可能低一些。 ⑶保证生产安全生产中应防止物料的泄露，生产和使用易燃物料车间的电器均应为防爆产品。塔体大都安装在室外，为能抵抗大自然的破坏，塔设备应具有一定刚度和强度。
化工原理课程设计—浮阀塔塔板设计 专业:化学工程与工艺 班级:化工0701 姓名:曾超 学号：0701010101 成绩: 指导教师：张克铮
题目: 拟建一浮阀塔用以分离苯—氯苯混合物（不易气泡），决定采用F1型浮阀，试根据以下条件做出浮阀塔（精馏段）的设计计算。 已知条件见下表： （1）进行塔板工艺设计计算及验算 （2）绘制负荷性能图 （3）绘制塔板结构图 （4）给出设计结果列表 进行分析和讨论 设计计算及验算 1.塔板工艺尺寸计算 塔径欲求塔径应先给出空塔气速u ，而 max u )(?=安全系数u v v l c u ρρρ-=max 式中c 可由史密斯关联图查出，横标的数值为 0625.0)996 .29.841(61.1006.0)(5.05.0==v l h h V L ρρ取板间距m H T 45.0=，板上液层高度m h L 05.0=,则图中参数值为 m h H L T 4.005.045.0=-=-由图53-查得0825.020=c ，表面张力./9.20m mN =σ
0832.0)20(2.020=?=σ c c s m u /399.1996 .2996.29.8410832.0max =-?= 取安全系数为0。6，则空塔气速为
m /s 84.0399.16.0u max =?=?=安全系数u 塔径m u V D s 562.184 .014.361.144=??==π 按标准塔径圆整m D 6.1=，则 塔截面积22201.2)6.1(4 14.34m D A T =?==π （1）实际空塔气速s m A V u T s /801.001.261.1=== 溢流装置选用单溢流弓形降液管,不设进口堰。各项计算如下： ①堰长W l :取堰长D l W 66.0=,即 m l W 056.16.166.0=?=②出口堰高W h ：OW L W h h h -= 采用平直堰，堰上液层高度OW h 可依下式计算： 32 )(100084.2W h OW l L E h =近似取1=E ，则可由列线图查出OW h 值。 m 021.0h 056.1,/6.213600006.0OW 3===?=，查得m l h m L W h m h h h OW L W 029.0021.005.0=-=-=则 ③弓形降液管宽度d W 和面积f A : 66.0=D l W 由图103-查得：124.0,0721.0==D W A A d T f ,则 2145.001.20721.0m A f =?=m W d 199.06.1124.0=?= 停留时间s L H A L H A s T f h T f 88.10006 .045.0145.03600=?===θ
前言 精馏按其操作方式可分为简单蒸馏、闪蒸和精馏等。前两者是仅进行一次部分汽化和部分冷凝的过程，故只能部分的分离液体混合物；后者是进行多次部分汽化和部分冷凝的过程，可使混合液得到近乎完全的分离。 将单级分离加以组合变成多级分离。若将第一级中溶液的部分汽化所得气相产品在冷凝器中加以冷凝，然后再将冷凝液在第二级中进行部分汽化，此时所得 气相组成为y 2，且y 2 必大于y 1 (第一级气相产品组成)，若部分汽化的次数越多， 所得蒸气的组成也越高，最后所得到几乎纯态的易挥发组分。同理，若将从各分离器中所得到的液相产品进行多次的部分汽化和分离，那么这种级数越多，所得液相产品的组成越低，最后可得几乎纯态的难挥发组分。因此，汽化和部分冷凝是使得混合液得以完全分离的必要条件。 不同温度且互不平衡的气液两相接触时，必然会同时产生传热和传质的双重作用，所以使上级液相回流与下一级气相直接接触，就可以省去中间加热器和冷凝器，因此，回流和溶液的部分汽化而产生上升蒸气是保证精馏过程连续操作的两个必不可少的条件。 总之，精馏是将由不同挥发度的组分所组成的混合液在精馏塔中同时多次地部分汽化和冷凝，使其分离成几乎纯态组分的过程。 实现精馏操作的塔设备有板式塔和填料塔两大类，本次设计容为板式塔中的浮阀塔。
1流程的选择 乙醇——水混合液经预热器加热到指定温度后，送入精馏塔的进料板，在进料板上与自塔上部释放的回流液体汇合后，逐板溢流，最后流入塔底再沸器中。在每层板上，回流液体与上升蒸汽互相接触，进行热和质的传递过程。操作时，连续地从再沸器取出部分液体作为塔底产品（釜残液），部分液体汽化，产生上升蒸汽，依次通过各层塔板。塔顶蒸汽进入冷凝器中被全部冷凝，并将部分冷凝液用泵送回塔顶作为回流液体，其余部分经冷却器后被送出作为塔顶产品（馏出液）。
1 引言 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精馏塔，实现苯—甲苯的分离。化工厂中精馏操作是在直立圆形的精馏塔内进行的，塔内装有若干层塔板或充填一定高度的填料。为实现精馏分离操作，除精馏塔外，还必须从塔底引入上升蒸汽流和从塔顶引入下降液。可知，单有精馏塔还不能完成精馏操作，还必须有塔底再沸器和塔顶冷凝器，有时还要配原料液预热器、回流液泵等附属设备，才能实现整个操作。 浮阀塔与20世纪50年代初期在工业上开始推广使用，由于它兼有泡罩塔和筛板塔的优点，已成为国内应用最广泛的塔型，特别是在石油、化学工业中使用最普遍。浮阀有很多种形式，但最常用的形式是F1型和V-4型。F1型浮阀的结果简单、制造方便、节省材料、性能良好，广泛应用在化工及炼油生产中。 1.1 精馏塔对塔设备的要求 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。 2.效率高：气液两相在塔内保持充分的密切接触，具有较高的塔板效率或传质效率。 3.流体阻力小：流体通过塔设备时阻力降小，可以节省动力费用，在减压操作是时，易于达到所要求的真空度。 4.有一定的操作弹性：当气液相流率有一定波动时，两相均能维持正常的流动，而且不会使效率发生较大的变化。 5.结构简单，造价低，安装检修方便。 6.能满足某些工艺的特性：腐蚀性，热敏性，起泡性等。 1.2 浮阀塔的优点 1．生产能力大，由于塔板上浮阀安排比较紧凑，其开孔面积大于泡罩塔板，生产能力比泡罩塔板大 20%～40%，与筛板塔接近。 2．操作弹性大，由于阀片可以自由升降以适应气量的变化，因此维持正常操作而允许的负荷波动范围比筛板塔，泡罩塔都大。 3．塔板效率高，由于上升气体从水平方向吹入液层，故气液接触时间较长，而雾沫夹带量小，塔板效率高。 4．气体压降及液面落差小，因气液流过浮阀塔板时阻力较小，使气体压降及液面落差比泡罩塔小。 5．塔的造价较低，浮阀塔的造价是同等生产能力的泡罩塔的 50%～80%，但是比筛板塔高 20%～30。 但是，浮阀塔的抗腐蚀性较高（防止浮阀锈死在塔板上），所以一般采用不锈钢作成，致使浮阀造价昂贵，推广受到一定限制。随着科学技术的不断发展，各种新型填料，高效率塔板的不断被研制出来，浮阀塔的推广并不是越来越广。
浮阀塔课程设计说 明书
题目： 拟建一浮阀塔用以分离苯-氯苯混合物（不易气泡），决定采用F1型浮阀，试根据以下条件做出浮阀塔（精馏段）的设计计算。 已知条件见下表： 要求： （1）进行塔板工艺设计计算及验算 （2）绘制负荷性能图 （3）绘制塔板结构图 （4）给出设计结果列表 （5）进行分析和讨论 设计计算及验算 1.塔板工艺尺寸计算 （1）塔径 欲求塔径应先给出空塔气速u ，而 max u )(?=安全系数u v v l c u ρρρ-=max
式中c 可由史密斯关联图查出，横标的数值为 0625.0)996 .29.841(61.1006.0)(5 .05.0==v l h h V L ρρ 取板间距m H T 45.0=，板上液层高度m h L 05.0=，则图中参数值为 m h H L T 4.005.045.0=-=- 由图53-查得0825.020=c ，表面张力./9.20m mN =σ 0832.0)20 ( 2.020=?=σ c c s m u /399.1996 .2996 .29.8410832.0max =-? = 取安全系数为0.6，则空塔气速为 m /s 84.0399.16.0u max =?=?=安全系数u 塔径m u V D s 562.184 .014.361 .144=??== π 按标准塔径圆整m D 6.1=，则 塔截面积 22201.2)6.1(4 14 .34m D A T =?= = π 实际空塔气速 s m A V u T s /801.001 .261.1=== （2）溢流装置 选用单溢流弓形降液管，不设进口堰。各项计算如 下： ①堰长W l ：取堰长D l W 66.0=，即 m l W 056.16.166.0=?= ②出口堰高W h ：OW L W h h h -= 采用平直堰，堰上液层高度OW h 可依下式计算：
浮阀塔机械设计 北京理工大学珠海学院 课程设计任务书 2012～2013学年第2 学期 学生姓名：专业班级： 指导教师：工作部门： 一、课程设计题目 浮阀塔的机械设计 二、课程设计内容 1．塔设备的结构设计 包括：塔盘结构，塔底、塔顶空间，人孔数量及位置，仪表接管选择、工艺接管管径计算等。 2. 塔体及封头壁厚计算及其强度、稳定性校核 （1）根据设计压力初定壁厚； （2）计算危险截面的重量载荷、风载荷、地震载荷及偏心载荷； （3）计算危险截面的由各种载荷作用下的轴向应力； （4）计算危险截面的组合轴向拉应力和组合轴向压应力，并进行强度和稳定性校核。 3. 筒体和裙座水压试验应力校核 4. 裙座结构设计及强度校核 包括：裙座体、基础环、地脚螺栓 5. 编写设计说明书一份 6. 手工绘制2号装配图一张，Auto CAD绘3号图一张（换热器）。 三、设计条件 1. 设备类型：自支承式塔设备（塔顶无偏心载荷）； 2. 设置地区环境： 基本风压：q o=400N/㎡; 设计地震烈度：7度（或8度）； 场地土：Ⅱ类。地震加速度0.15g（或者0.3g），地震系数根据自己的需要任取一组；
3. 塔体及裙座的机械设计条件： （1）塔体内径Di=2200mm，塔高近似取H=45000mm； （2）计算压力Pc=1.0MPa（每组中各人的计算压力根据安排表中数据）,设计温度t=250℃； （3）塔体装有N=75层浮阀塔盘，每块塔盘上存留介质层高度为hw=100mm，介质密度为 ρ1=800kg/m3； （4）沿塔高每5m左右开设一个人孔，人数为8个，相应在人孔处安装半圆形平台8-10个，平台宽度为B=900mm，高度为1000mm。 （5）塔外保温层厚度为δs=120mm，保温材料密度为ρ2=300kg/m3； （6）塔体与裙座间悬挂一台再沸器，其操作质量为me=4000kg,偏心距e=2000mm； （7）塔体与封头材料在低合金高强度刚中间选用，并查出其参数。 （8）裙座统一采用Q235-A （9）塔体与裙座对接焊接，塔体焊接接头系数Φ=0.85； （10）塔体与封头厚度附加量C=2mm，裙座厚度附加量C=2mm； （11）参考图为书中图8-25，尺寸及数据根据自己组的具体情况设计、标注。四、进度安排 制图地点：暂定HE402，HE404
浮阀塔课程设计 1 2020年4月19日
化工原理课程设计 浮阀塔的设计 专业：化学工程与工艺 班级：化工1003 姓名：孙皓升 学号： 成绩： 指导教师：王晓宁
目录 设计任务书............................................................ 错误!未定义书签。 一、塔板工艺尺寸计算 ....................................... 错误!未定义书签。 （1）塔径.................................................... 错误!未定义书签。 （2）溢流装置............................................... 错误!未定义书签。 （3）塔板布置及浮阀数目与排列 ............... 错误!未定义书签。 二、塔板内部结构图 ............................................ 错误!未定义书签。 三、塔板流体力学验算 ....................................... 错误!未定义书签。 （1）气相经过浮阀塔板的压强降............. 错误!未定义书签。 （2）夜泛................................................... 错误!未定义书签。 （3）雾沫夹带.............................................. 错误!未定义书签。 四、塔板负荷性能图 ........................................... 错误!未定义书签。 (1)雾沫夹带线................................................ 错误!未定义书签。 ⑵液泛线 ........................................................ 错误!未定义书签。 ⑶液相负荷上限线......................................... 错误!未定义书签。 ⑷漏液线 ........................................................ 错误!未定义书签。 ⑸液相负荷下限线......................................... 错误!未定义书签。 五、汇总表 ........................................................... 错误!未定义书签。
题目： 拟建一浮阀塔用以分离苯-氯苯混合物（不易气泡），决定采用F1型浮阀，试根据以下条件做出浮阀塔（精馏段）的设计计算。 已知条件见下表： 物系 液相密度ρL 3-?m kg 气相密度ρV 3-?m kg 液相流量L S 13-?s m 气相流量V S 13-?s m 表面张力σ 1-?m N 苯-氯苯 841.9 2.996 0.006 1.61 0.0209 要求： （1）进行塔板工艺设计计算及验算 （2）绘制负荷性能图 （3）绘制塔板结构图 （4）给出设计结果列表 （5）进行分析和讨论 设计计算及验算 1.塔板工艺尺寸计算 （1）塔径 欲求塔径应先给出空塔气速u ，而 m a x u )(?=安全系数u v v l c u ρρρ-=max 式中c 可由史密斯关联图查出，横标的数值为 0625.0)996 .29.841(61.1006.0)(5 .05.0==v l h h V L ρρ 取板间距m H T 45.0=，板上液层高度m h L 05.0=，则图中参数值为 m h H L T 4.005.045.0=-=- 由图53-查得0825.020=c ，表面张力./9.20m mN =σ 0832.0)20 ( 2.020=?=σ c c
s m u /399.1996 .2996 .29.8410832.0max =-? = 取安全系数为0.6，则空塔气速为 m/s 84.0399.16.0u max =?=?=安全系数u 塔径m u V D s 562.184 .014.361 .144=??== π 按标准塔径圆整m D 6.1=，则 塔截面积 22201.2)6.1(4 14 .34 m D A T =?= = π 实际空塔气速 s m A V u T s /801.001 .261.1=== （2）溢流装置 选用单溢流弓形降液管，不设进口堰。各项计算如下： ①堰长W l ：取堰长D l W 66.0=，即 m l W 056.16.166.0=?= ②出口堰高W h ：OW L W h h h -= 采用平直堰，堰上液层高度OW h 可依下式计算： 3 2 )(100084.2W h OW l L E h = 近似取1=E ，则可由列线图查出OW h 值。 m 021.0h 056.1,/6.213600006.0O W 3===?=，查得m l h m L W h m h h h O W L W 029.0021.005.0=-=-=则 ③弓形降液管宽度d W 和面积f A ： 66.0=D l W 由图103-查得： 124.0, 0721.0==D W A A d T f ，则 2145.001.20721.0m A f =?= m W d 199.06.1124.0=?=