负荷性能图

板式精馏塔设计任务书设计者：班级学号：指导老师：日期：一、设计题目：苯―甲苯精馏分离板式塔设计设计一座苯―氯苯连续精馏塔，要求年产纯度为99.8%的氯苯28000吨，塔顶馏出液中含氯苯不高于2%，原料液中含氯苯30%（以上均为质量分数）二、设计任务及操作条件1、设计任务：生产能力（氯苯）20000吨/年塔顶馏出液含氯苯≤2%塔顶馏出液含苯%≥98塔底釜残液含氯苯%≥998.塔底釜残液含苯%≤2.0产品纯度99.8%操作周期7200小时/年进料组成50%塔效率60%2、操作条件操作压力常压（表压）进料热状态泡点进料回流比 2塔底加热蒸气压力0.5MP（表压）单板压降：≤0.7 kPa3、塔板类型筛板4、工作日每年300天每天24小时连续运行5、厂址三、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、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（可根据实际情况选作）；12、对设计过程的评述和有关问题的讨论。

四、设计基础数据其他物性数据可查相关手册目录1.精馏塔的概述 (4)1.1塔设备的类型 (4)1.2塔设备的性能指标 (4)1.3 板式塔与填料塔的比较 (5)1.4精馏原理 (5)2．设计标准 (6)3.设计方案的分析和拟订 (6)4.各部分结构尺寸的确定和设计计算 (6)4.1.设计方案的确定 (6)4.2.精馏塔的物料衡算 (8)4.2.1原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数 (9)4.2.2原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 (9)4.2.3物料衡算 (9)4.3.塔板数的确定 (10)4.3.1理论板层数NT的求解 (10)4.3.2实际板层数的求取 (12)4.4.精馏段的工艺条件及有关物性数据的计算 (12)4.4.1 精馏段操作压力计算 (12)4.4.2提馏段操作压力的计算 (12)4.4.3操作温度计算 (13)4.4.4平均摩尔质量计算 (13)4.4.5平均密度的计算 (14)4.4.6液体平均表面张力计算 (15)4.4.7液体平均黏度的计算 (16)4.5.精馏塔的塔体工艺尺寸的计算 (16)4.5.1.塔径的计算 (16)4.5.2精馏塔有效高度的计算 (18)4.6.塔板主要工艺尺寸的计算 (18)4.6.1溢流装置计算 (18)4.6.2塔板布置 (19)4.7.筛板的流体力学验算 (21)4.7.1塔板压降 (21)4.7.2液面落差 (22)4.7.3液沫夹带 (22)4.7.4液漏 (22)4.7.5.液泛 (23)4.8.塔板负荷性能图 (23)4.8.1漏液线 (23)4.8.2液沫夹带线 (24)4.8.3液相负荷下限线 (25)4.8.4液相负荷上限线 (25)4.8.5液泛线 (25)五、设计小结 (28)六、参考资料 (29)设计说明书一、精馏塔的概述1.1塔设备的类型设备塔是化工、石油化工、生物化工、制药等生产过程中广泛采用的汽液传质设备。

对于每个塔板结构参数已设计好的塔,处理固定的物系时，要维持其正常操作,必须把气、液负荷限制在一定范围内。

通常在直角坐标系中,标绘各种极限条件下的V-L关系曲线，从而得到塔板适宜的气、液流量范围图形，该图形称为塔板的负荷性能图，如图1—23所示,一般由下列五条曲线组成。

⑴ 漏液线线1为漏液线，又称为气相负荷下限线。

气相负荷低于此线将发生严重的漏液现象，气、液不能充分接触，使塔板效率下降。

筛板塔的漏液线由式（1—47）或式（1-48）作出，浮阀塔的漏液线由式(1-49）作出.⑵ 雾沫夹带线线2为雾沫夹带线。

当气相负荷超过此线时，雾沫夹带量过大，使塔板效率大为降低。

对于精馏，一般控制eV≤0.1kg液/kg气。

筛板的雾沫夹带线按式（1—50）作出。

浮阀塔的雾沫夹带线按式（1—51）或式(1-52)作出。

⑶ 液相负荷下限线线3为液相负荷下限线.液相负荷低于此线，就不能保证塔板上液流的均匀分布，将导致塔板效率下降.一般取how=6mm作为下限，按式（1—33）～式（1—37）中一式作出液相负荷下限线。

⑷ 液相负荷上限线线4为液相负荷上限线，该线又称降液管超负荷线。

液体流量超过此线,表明液体流量过大，液体在降液管内停留时间过短，进入降液管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，降低塔板效率。

通常根据液相在降液管内的停留时间应大于3s，按式（1-24）作出此线。

⑸ 液泛线线5为液泛线。

操作线若在此线上方,将会引起液泛。

根据降液管内的液层高度，按式(1-46）作出此线.由上述各条曲线所包围的区域，就是塔的稳定操作区。

操作点必须落在稳定操作区内,否则塔就无法正常操作。

必须指出，物系一定，塔板负荷性能图的形状因塔板结构尺寸的不同而异.在设计塔板时,可根据操作点在负荷性能图中的位置，适当调整塔板结构参数来满足所需的弹性范围.操作时的气相流量与液相流量在负荷性能图上的坐标点称为操作点。

在连续精馏塔中，回流比一定，板上的气液比V/L也为定值。

塔板负荷性能图精馏段塔板负荷性能图（一）雾沫夹带线（I ） 由e v =σ6107.5-⨯(fT ah H u -)2.3式中a u =f T s A A V -==-1677.00106.2sV 0.543 s V （a ）f h =2.5（h W ⨯h OW ）=2.5［h W +2.84310-⨯E(Ws l L 3600)3/2］ 近似取E=1.0 h W =0.044m W l =1.12m 故f h =2.5［0.044+2.84310-⨯(12.13600s L )3/2］=0.110+1.546sL 3/2 （b ）取雾沫夹带极限值e v 为0.1kg 液/kg 气，已知31062.20-⨯=σN/m T H =0.4m将（a ）、（b ）式代入式4-410.1=361062.20107.5--⨯⨯（)1.546L (0.110-0.4 0.543V 2/3ss +）2.3 整理得： s V =3.37-17.942/3sL （1）在操作范围内，任取几个s L 值，依（1）式算出相应得s V 值列于附表1中。

以表中数据作出雾沫夹带线（1），如附图2中线（1）所示。

附表1（二）液泛线（2）Φ（H T +h w ）=h p +h w +h ow +h d 取E=1.0 l w =1.12m h ow =3/2w s )l 3600L (E 100084.2= 3/2s )1.123600L (E 100084.2=0.6185L 3/2S (C)因为 h p =h c +h l +h σh c = 0.051（o O c u ）2（L V ρρ）= 0.051（0o S A c V ）2LV ρρ = 0.051（1445.00.84V S ⨯）276.80594.2=0.0126V 2Sh l =0ε(h w +h ow )=（0.044+0.6185L 3/2S ）×0.6=0.0264+0.3711L 3/2Sh σ =0.00209m所以 h p =h c +h l +h σ=0.0126V 2S +0.0264+0.3711L 3/2S +0.00209 =0.0285+0.0126V 2S +0.37L 3/2S （d ）h d =0.153(OW h l Ls ⋅)2=0.153(045.012.1L s ⨯)2=60.23L 2S (e)将H T =0.4m ，h w 为0.044，Φ=0.5及（c ）（d ）（e ）代入Φ（H T +h w ）=h p +h w +h ow +h d0.5（0.4+0.044）=0.0285+0.0126V 2S +0.37L 3/2S +0.044+0.6185L 3/2S +60.23L 2S 所以 V 2S =11.87-78.45L 3/2S -4780.2L 2S （2）在操作范围内取若干L S 值，以式（2）计算V S 值，列于附表2中，以表中数据作出液泛线（2），如附图2中线（2）所示。

化工课程设计负荷性能图一、教学目标本课程的目标是让学生理解并掌握化工课程中的负荷性能图的相关知识，能够运用负荷性能图分析化工过程的性能。

在知识目标上，学生需要了解负荷性能图的基本概念、绘制方法和应用范围。

在技能目标上，学生需要能够独立绘制简单的负荷性能图，并运用负荷性能图解决实际问题。

在情感态度价值观目标上，学生应该培养对化工行业的兴趣和责任感，认识到负荷性能图在化工设计中的重要性。

二、教学内容本课程的教学内容主要包括负荷性能图的基本概念、绘制方法和应用。

具体包括：负荷性能图的定义、分类和作用；负荷性能图的绘制方法，包括数据收集、曲线绘制和图示表示；负荷性能图在化工过程中的应用，如优化操作条件、分析设备性能等。

三、教学方法为了激发学生的学习兴趣和主动性，本课程将采用多种教学方法。

包括：讲授法，用于讲解负荷性能图的基本概念和理论知识；案例分析法，通过分析实际案例，让学生学会运用负荷性能图解决实际问题；实验法，通过实验操作，让学生掌握负荷性能图的绘制方法。

四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，丰富学生的学习体验，我们将选择和准备以下教学资源：教材，用于提供负荷性能图的基本理论和绘制方法；参考书，用于拓展学生的知识视野；多媒体资料，如教学PPT、视频等，用于直观展示负荷性能图的绘制和应用；实验设备，如计算机、绘图仪等，用于学生实际操作和绘制负荷性能图。

五、教学评估本课程的评估方式包括平时表现、作业和考试三个部分。

平时表现主要评估学生在课堂上的参与程度和表现，包括提问、讨论等。

作业主要评估学生的理解和应用能力，要求学生完成相关的练习题和案例分析。

考试则是评估学生对课程知识的掌握程度，包括选择题、填空题和计算题等。

评估方式应客观、公正，能够全面反映学生的学习成果。

六、教学安排本课程的教学安排将在每周的一、三、五下午进行，共计12周，共计36个学时。

教学地点将设在教室101。

教学安排应合理、紧凑，确保在有限的时间内完成教学任务。

第三蒸馏和吸收塔设备（下册）塔设备可分为板式塔与填料塔两大类。

评价塔设备的基本性能指标主要包括以下几项：生产能力，分离效率，适应能力及操作弹性，流体阻力。

第一节板式塔一塔板结构类型及特点1泡罩塔其传质元件为泡罩，泡罩分圆形和条形两种，多数选用圆形泡罩，其尺寸一般为①80，100，150 （mm三种直径，泡罩边缘开有纵向齿缝，中心装升气管。

升气管直接与塔板连接固定。

塔板下方的气相进入升气管，然后从齿缝吹出与塔板上液相接触进行传质。

不易发生漏液现象，有较好的操作弹性，塔板不易堵塞，对于各种物料的适应性强；结构复杂，金属耗量大，造价高；板上液层厚，气体流径曲折，塔板压降大，兼因雾沫夹带现象较严重，限制了气速的提高，生产能力不大。

液面落差大，气体分布不均，使得板效率不高。

抱罩塔2浮阀塔板浮阀是20世纪二战后开始研究，50年代开始启用的一种新型塔板，后来又逐渐出现各种型式的浮阀，其型式有圆形、方形、条形及伞形等。

较多使用圆形浮阀，而圆形浮阀又分为多种型式，如图所示。

浮阀取消了泡罩塔的泡罩与升气管，改在塔上开孔，阀片上装有限位的三条腿，浮阀可随气速的变化上、下自由浮动，提高了塔板的操作弹性、降低塔板的压降及液面落差，同时具有较高塔板效率，生产能力大。

在生产中得到广泛的应用。

V-4 型一筛板塔盘去掉泡罩和浮阀，直接在塔板上，按一定尺寸和一定排列方式开圆形筛孔，作为气相通道。

气相穿过筛孔进入塔板上液相，进行接触传质。

结构简单，金属耗量小，造价低廉；气体压降小，板上液面落差也较小，其生产能力及板效率较泡罩塔的高。

操作弹性范围较窄，小孔筛板容易堵塞。

篩扳塔板4其他型式的塔板: 喷射塔板与浮舌塔板：将塔上冲压成斜向舌形孔，张角20°左右，如图6.9.8所示。

气相从斜孔中喷射出来，一方面将液相分散成液滴和雾沫，增大了两相传质面，同时驱动液相减小液面落差。

液相在流动方向上，多次被分散和凝聚，使表面不断更新，传质面湍动加剧，提高了传质效率。

精馏塔设计精馏塔T1的设计计算精馏塔内气液两相流量和有关物性的平均值如下：ρL=960.414kg/m3，ρV=0.932kg/m3，L S=6.36×10−3m3/s，V S=8.48m3/s，σ=25dyne/cm一、塔径初选F LV=L SV S∙(ρLρV)0.5=6.36×10−38.48×(960.4140.932)0.5=0.024参考表4-10，取H T=0.5m（板间距）查图4-9得：C20=0.09液泛气速：u f=C20∙ρL−ρVρV 0.5=0.09×960.414−0.9320.9320.5=2.89m/s取泛点百分率为80%，可求出：设计气速：u n′=0.8×2.89=2.31m/s所需气体流通面积A n′=V Su n′=8.482.31=3.67m2参考表4-9选择单流型塔板，取堰长L W=0.7DA f′A T′=A T′−A n′A T′=0.088 A T′=A n′1−0.088=3.670.912=4.02m2D′=4A Tπ=4×4.023.14=2.26圆整到D=2.3mA T=πD24=4.15m2A f=0.088A T=0.365m2A n=A T−A f=3.785m2u n=V SA n=2.24m/s,L w=0.7D=0.7x2.3=1.61m实际泛点百分率为：u nu f =2.242.89=0.775二．塔板详细设计选择平顶溢流堰，参考表4-11，取堰高 w=0.05m采用垂直弓形降液管和普通平底受液盘，取 0=0.04m取W s=W s’=0.07m,W c=0.05m,又从图4-21求出W d=0.145D=0.3335m 于是，可以算出：x=D2−（W d+W s）=0.7465mr=D2−W c=1.1mA a=2(x r2−x2+r2sin−1xr)=3.01m2取d0=6mm，t/d0=3.0,ϕ=A0A a =0.907(t/d0)2=0.1008A0=ϕA a=0.1008x3.01=0.303m2三．塔板校核(1).板压降的校核取板厚δ=3mm，δ/d0=3/6=0.5，A0/(A T−A f)=0.303/(4.15-2x0.365)=0.0886 查图4-14得，C0=0.74，则：d=12g ρVρL(u0C0)2=0.075m液柱由图4-11查得，E=1.025堰上液高： ow=2.84x10−3E(L HL w)2/3=0.017按面积（A T−2A f）计算的气体速度：u a=V sA T−2A f=1.31m/s 相应的气体动能因子：F a=u aρV0.5=1.26由图4-16查得液层充气系数β=0.63液层阻力： L=β( w+ ow)=0.63x(0.05+0.017)=0.042m液柱于是，板压降： f= d+ L=0.075+0.042=0.117m液柱(2).雾沫夹带量的校核按F LV=0.024和泛点百分率0.775，从图4-22查得：Ψ=0.11e V=Ψ1−ΨL sρLV sρv=0.095<0.1(kg液体kg干气体)(3).溢流液泛条件的校核w=0.05m， ow=0.017m，Δ=0， f=0.117mf=0153x(L sL w L0)2=0.0015m故降液管内的当量清液高度H d=0.05+0.017+0.117+0.0015+0=0.1855取φ=0.6，降液管内泡沫层高度：H fd=H dϕ=0.310<0.55不会发生溢流液泛。