化工原理课程设计 筛板塔的设计 讲解

[工学]化工原理筛板精馏塔课程设计[工学]化工原理筛板精馏塔课程设计吉林化工学院化工原理课程设计I 吉吉林林化化工工学学院院化化工工原原理理课课程程设设计计题目题目筛板精馏塔分离苯筛板精馏塔分离苯——甲苯工艺设计甲苯工艺设计教教学学院院化工与材料工程学院化工与材料工程学院专业班级专业班级学生姓名学生姓名学生学号学生学号指导教师指导教师20102010 年年6 6 月月1414 日日吉林化工学院化工原理课程设计II 目录摘要一绪论二第一章流程及流程说明1 第二章精馏塔工艺的设计2 2.1 产品浓度的计算.2 2.1.1 原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率.2 2.1.2 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量2 2.2 最小回流比的确定.3 2.3 物料衡算 3 2.4 精馏段和提馏段操作线方程.3 2.4.1 求精馏塔的气液相负荷3 2.4.2 求操作线方程 3 2.5 精馏塔理论塔板数及理论加料位置3 2.6 实际板数的计算3 2.7 实际塔板数及实际加料位置. 3 第三章精馏塔主要工艺尺寸的设计计算5 3.1 物性数据计算.5 3.2 精馏塔主要工艺尺寸的计算.9 3.3 筛板流体力学验算13 3.4 塔板负荷性能图16 第四章热量衡算21 4.1 塔顶气体上升的焓.21 V Q 4.2 回流液的焓.21 R Q 4.3 塔顶馏出液的焓.21 D Q 4.4 冷凝器消耗焓.21 C Q 4.5 进料的焓.21 F Q 4.6 塔底残液的焓.21 W Q 4.7 再沸器的焓.22 B Q 第五章塔的附属设备的计算23 5.1 塔顶冷凝器设计计算23 5.2 泵的选型24 5.4 塔总体高度的设计25 结论27 致谢28 参考文献.29 主要符号说明30 吉林化工学院化工原理课程设计I 摘要在此筛板精馏塔分离苯-甲苯的设计中，给定的条件为：进料量为F=85kmol/h 塔顶组成为：进料馏出液组成为：塔釜组成: W x =0.03 加料热状态:q=1 塔顶操作压强:(表压首先根据精馏塔的物料衡算，求得D 和W，通过图解法确定最小回流比；再根据操作线方程，运用图解法求得精馏塔理论板数，确定温度奥康奈尔公式求的板效率，继而求得实际板数，确定加料位置。

实验一 筛板塔精馏实验一、实验目的了解筛板式精馏塔的结构，掌握其操作方法，观察气液两相接触状况的变化。

测定在全回流时精馏塔总板效率，分析气液接触状况对总板效率的影响。

二、实验装置1—原料液罐 2—进料泵 3—塔身 4—塔釜加热器 5—高位槽 6—转子流量计 7—冷凝器 8—回流比分配器 9—塔顶储液罐 10—冷却器 11—塔釜储液罐精馏装置流程示意图三、实验原理将双组分溶液加热，使其部分气化，则气相中的易挥发组分的浓度高于原物系的浓度。

对于沸点相近的双组分溶液，可以将液相再次部分气化，气相部分液化。

在板式塔内进行多级的上述过程，易挥发组分在气相中不断提浓，并在塔顶馏出；难挥发组分在液相中不断提浓，并在塔底采出，从而使两组分得到纯化。

精馏的必要条件是建立气-液两相的逆流接触（上升蒸气和回流液）。

总板效率E T 的测定：达到一定分离要求所理论板数和实际板数之比称为塔的总板效率 E T 。

即：T T P N E N1. 全回流操作时理论板数可通过逐板计算或利用汽液平衡数据通过图解法求出。

（1）逐板计算法求理论板数 根据芬斯克方程式min1lg 11lg W D D W mx x x x N α⎡⎤-⋅⎢⎥-⎣⎦=- （不包括再沸器） 式中：αm ——塔内平均相对挥发度，可取塔顶与塔釜间的几何平均值。

m α=（2）图解法求理论板数利用相平衡数据作出平衡线，根据测出的x D 、x W ，在对角线和平衡线间交替作梯级，即可求出全回流时的理论板数。

2. 部分回流操作时可通过图解法求出理论板数（参考化工原理教材）四、实验方法(一) 实验前准备、检查工作1. 将与阿贝折光仪配套的恒温水浴调整运行到所需的温度,并记下这个温度(例如30℃)。

检查擦镜头纸是否准备好。

2. 检查实验装置上的各个旋塞、阀门，均应处于关闭状态。

3. 配制一定浓度(质量浓度 20％左右)的乙醇-正丙醇混合液(总容量6000毫升左右),然后倒入原料液罐。

化工原理课程设计--苯-甲苯连续精馏筛板塔的设计湖南科技大学化工原理课程设计——苯-甲苯连续精馏筛板塔的设计专业班级：应用化学二班姓名：李钰冰学号： 1006020221指导老师：杨明平、仇明华、刘和秀2012年12月24日~2013年1月4日10级应用化学专业板式精馏塔设计任务书一、设计题目：苯——甲苯连续精馏塔的设计二、设计任务及操作条件1 、进精馏塔料液含苯38% （质量），其余为甲苯2 、产品中苯含量不得少于96% （质量）3 、釜液中苯含量不得高于4% （质量）4 、生产能力：5.5 吨/ 小时5 、操作条件：(1) 精馏塔顶压强：4.5kPa （表压）(2) 进料热状态：自选(3) 加热蒸气：600kPa （表压）的饱和蒸气(4) 回流比：自选(5) 单板压降：≯0.7kPa三、设备型式：筛板塔四、厂址：湘潭地区（年平均水温20 ℃）五、设计内容（设计基础数据参见设计指导书）1 、设计方案的确定及流程说明2 、塔的工艺计算3 、塔和塔板主要工艺尺寸的计算⑴塔板、塔径及塔板结构尺寸的确定⑵塔板的流体力学验算⑶塔板的负荷性能图4 、设计结果概要或设计一览表5 、换热器的选型与计算6 、生产工艺流程图及精馏塔的工艺条件图及筛板布置图7 、对本设计的评述或有关问题的分析讨论六、按要求编制相应的设计说明书七、主要参考资料化工原理、化工原理课程设计指导书、化工工艺设计手册、物理化学手册八、指导老师组织人：刘和秀指导老师：杨明平、仇明华、刘和秀九、时间2012.12.24----2013.1.4前言化工生产中所处理的原料、中间产物、粗产品几乎都是有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纯态的物质。

芳香族化合物是化工生产中的重要的材料，可用来制备染料、树脂、农药、合成药物、合成橡胶，合成纤维和洗涤等等；苯与甲苯都是重要的化工原料，苯- 甲苯混合溶液的分离技术一直是一个重要的课题。

化工原理课程设计任务书班级：生工081姓名：丁尚************陈国钰************设计题目：乙醇水溶液筛板精馏塔的工艺设计一.基础数据1.原料液量：8000kg·h-12.原料液组成：乙醇：22.6% ，水：77.4%3.原料液温度：25℃4.馏出液组成：乙醇含量大于：93.2%釜液组成：乙醇含量小于：1.1%(以上浓度均指质量分率)5.操作压力：常压二.设计范围1.精馏系统工艺流程设计，绘流程图一张2.筛板精馏塔的工艺计算3.筛板精馏塔塔板结构的工艺设计，绘制塔板负荷性能图，塔板结构图和整体设备结构图4.附属设备选型计算2011.7.8目录第一章：概述 (2)第二章：精馏工艺流程确定 (4)第三章：精馏塔的物料衡算 (5)第四章：塔板数的确定 (10)第五章：塔板结构的工艺设计 (19)第六章：塔板流体力学校核 (29)第七章：塔板负荷性能图 (33)第八章：塔的总体结构的确定 (39)第九章：馏塔附属设备选型计算 (46)参考文献 (51)附录 (52)第一章概述塔设备是化工，石油化工和炼油等生产中最重要的设备之一。

它可使气液或液液两相之间进行紧密接触，达到相际传质及传热的目的。

它是实现精馏，吸收，解吸和萃取等化工单元操作的主要设备。

塔设备在化工过程中有时也用来实现工业气体的冷却与回收，气体的湿法净制和干燥，以及兼有气液两相传质和传热的增湿，减湿等。

在板式塔中，塔内装有一定数量的塔盘，气体以鼓泡或喷射的形式穿过塔板上的液层使两相密切接触，进行传质，两相的组分浓度沿塔高呈阶梯式变化。

在填料塔中，塔内装填一定段数和一定高度的填料层，液体沿填料表面成膜状向下流动，作为连续相的液体自下向上流动，与液体逆流传质。

两相的组分浓度沿塔高呈阶梯式变化。

不管是何种塔型，除了首先要能使气（汽）液两相充分接触，获得较高的传热效率外，还希望能综合满足下列要求：(1)生产能力大。

在较大的气（汽）液流速下，仍不致发生大量的物沫夹带及液泛等破坏正常操作的现象。

目录摘要 (3)第一章．化工原理课程设计任务书 (4)第二章．设计方案的确定 (4)第三章.精馏塔的工艺计算 (5)3.1.全塔物料衡算 (5)3.1.1原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数 (5)3.12.原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 (5)3.13物料衡算进行处理 (5)3.2 实际回流比 ............................................................................... 错误！未定义书签。

3.2.1泡点温度，露点温度的计算.......................................... 错误！未定义书签。

3.2.3操作线方程...................................................................... 错误！未定义书签。

3.3逐板计算法求理论塔板数 ........................................................ 错误！未定义书签。

3.4实际板层数的求取 .................................................................... 错误！未定义书签。

3.5热量衡算的计算 ........................................................................ 错误！未定义书签。

3.6精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算............................. 错误！未定义书签。

3.6.1操作压力的计算.............................................................. 错误！未定义书签。

3.6.2平均摩尔质量的计算...................................................... 错误！未定义书签。

化工原理课程设计筛板塔一、课程目标知识目标：1. 理解并掌握化工原理中筛板塔的基本概念、工作原理及结构特点；2. 掌握筛板塔在精馏、吸收等单元操作中的应用及操作条件对分离效果的影响；3. 了解筛板塔在化工生产过程中的重要性和实际工程案例。

技能目标：1. 能够运用所学知识，分析并解决筛板塔在操作过程中可能遇到的问题；2. 学会使用相关软件或工具，对筛板塔进行设计和计算，提高工程实践能力；3. 能够通过团队合作，完成筛板塔课程设计任务，并进行有效的展示和沟通。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对化工原理课程的兴趣，激发学习热情，形成积极的学习态度；2. 增强学生的环保意识，认识到化工生产过程中节能减排的重要性；3. 培养学生的团队合作精神，提高沟通与协作能力，为未来职业生涯奠定基础。

本课程针对高中年级学生，结合化工原理课程特点，以筛板塔为载体，旨在提高学生理论联系实际的能力。

课程目标具体、可衡量，有利于学生和教师在教学过程中明确课程预期成果，并为后续的教学设计和评估提供依据。

二、教学内容1. 理论知识：- 筛板塔的基本概念、分类及结构特点；- 筛板塔的工作原理及在精馏、吸收等单元操作中的应用；- 筛板塔操作条件对分离效果的影响因素；- 筛板塔在化工生产中的重要性及实际工程案例。

2. 实践操作：- 使用相关软件或工具进行筛板塔的设计和计算；- 分析筛板塔操作过程中可能遇到的问题及解决方案；- 团队合作完成筛板塔课程设计，并进行展示和沟通。

3. 教学大纲安排：- 第一周：筛板塔基本概念、分类及结构特点；- 第二周：筛板塔工作原理及在单元操作中的应用；- 第三周：筛板塔操作条件对分离效果的影响；- 第四周：筛板塔设计及计算方法；- 第五周：课程设计实践，问题分析及解决方案；- 第六周：课程设计成果展示与评价。

教学内容参考教材相关章节，结合课程目标，保证科学性和系统性。

在教学过程中，注重理论与实践相结合，提高学生的工程实践能力。

中州大学化工原理课程设计设计题目：筛板式精馏塔设计学院：化工食物学院班级： 11级精化普招1班姓名：赵地学号： 0134小组成员：杨霞 0133王海静 0131穆文华 0132肖振然 0135指导教师：孙浩然2021年6月15日目录概述（前言）一、工艺计算二、塔高及塔径计算三、溢流装置设计四、塔板布置五、塔板校核六、塔板负荷性能图七、塔结构图八、计算结果列表参考文献跋文（小结）设计任务书体系：苯-甲苯学号：31-35年处置量：12万吨动工天数：300天塔顶组成质量比：塔底组成质量比：进料组成质量比：进料状况：泡点进料操作压力：常压概述一、筛板精馏塔的结构特点：筛板塔是扎板塔的一种，内装假设干层水平塔板，板上有许多小孔，形状如筛；并装有溢流管或没有溢流管。

塔内气体在压差作用下由下而上，液体在自身重力作用下由上而下整体呈逆流流动。

筛板精馏塔的结构特点有：1.结构简单，易于加工，造价为泡罩塔的60%左右，为浮阀塔的80%左右。

2.在相同条件下，生产能力比泡罩塔大20%~40%。

3.塔板效率较高，比泡罩塔高15%左右，但低于浮阀塔。

4.气体压力较小，每板压力比泡罩塔约低30%左右。

二、操作要点：操作时，液体由塔顶进入，经溢流管（一部份经筛孔）逐板下降，并在板上积存液层。

气体（或蒸气）由塔底进入，经筛孔上升穿过液层，鼓泡而出，因此两相能够充分接触.三、应用中的优缺点：优势:气液接触部件是引导气流进入液层，并保证气液充分，均匀而良好的接触，形成大量的又是不断更新的气液传质界面，而且要使气液间最后能够较易分离。

通过筛孔的局部阻力和板上液层的重力使气体由下而上维持必然的压差以克服板间流动阻力。

缺点:1.小孔筛板以堵塞，不适宜处置脏的、黏性大的和带固体粒子的料液。

2.操作弹性较小（约2~3）。

四、精馏装置流程图1-原料液贮槽；2-加料泵；3-原料预热器；4-精馏塔；5-冷凝器；6-冷凝液贮槽；7-冷却器；8-观测罩；9-馏出液贮槽；10-残液贮槽；11-再沸器操作流程如下：如下图，用泵2将原料液从贮槽1送至原料预热器3中，加热至必然温度后进入精馏塔4的中部。

化工原理课程设计说明书随着合成纤维、合成树脂、合成橡胶、医药、农药、染料等工业的迅速发展，对各种化工产品的需要量不断增加。

但是在化学回收过程所获得的有机液体产品是一种复杂的混合物, 只有将其分离成较纯组分, 才能在工业上获得更合理和广泛的应用。

在分离加工过程中往往采用初次蒸馏及精馏操作,即根据组成该液体混合物的各组分的挥发度不同在蒸馏设备中经多次的部分汽化和部分冷凝, 使液体混合物分离成较纯组分而获得各种产品。

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。

[1]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。

苯——甲苯体系比较容易分离，待处理料液清洁。

因此用筛板塔。

本课程设计的主要内容是过程的物料衡算，热量衡算，工艺计算，结构设计和校核。

第一部分概述 (3)一、设计题目：筛板塔设计 (3)二、设计任务：苯-甲苯精馏塔设计 (3)三、设计条件： (3)四、设计内容和要求： (3)五、工艺流程图 (4)第二部分工艺设计计算 (5)一、设计方案的确定 (5)二、精馏塔的物料衡算 (5)三、塔板数的确定 (6)四、精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (8)五、精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (11)六、塔板主要工艺尺寸的计算 (12)七、筛板的流体学验算 (14)八、塔板负荷性能图 (16)九、设计一览表 (19)十、热量衡算 (20)十一、管选型 (23)第一部分概述一、设计题目：筛板塔设计二、设计任务：苯-甲苯精馏塔设计三、设计条件：1、年处理含苯41%（质量分数，下同）的苯-甲苯混合液3万吨；2、产品苯含量不低于96%；3、残液中苯含量不高于1%；4、操作条件：精馏塔的塔顶压力：4kPa（表压）进料状态：自选回流比：自选加热蒸汽压力：101.33kPa（表压）单板压降：不大于0.7kPa（表压）全塔效率：E T=52%5、设备型式：筛板塔6、设备工作日：300天/年，24h连续运行四、设计内容和要求：序号设计内容要求1 工艺计算物料衡算、热量衡算、理论塔板数等2 结构设计塔高、塔径、溢流装置及塔板布置、接口管的尺寸等3 流体力学验算塔板负荷性能图4 冷凝器的传热面积和冷却介质的用量计算5 再沸器的传热面积和加热介质的用量计算6 计算机辅助计算将数据输入计算机，绘制负荷性能图7 编写设计说明书目录、设计任务书、设计计算及结果、流程图、参考资料等五、工艺流程图原料液由高位槽经过预热器预热后进入精馏塔内。

第一章概述精馏是分离过程中的重要单元操作之一，所用设备主要包括精馏塔及再沸器和冷凝器。

1．精馏塔精馏塔是一圆形筒体，塔内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。

精馏塔内，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。

本设计为筛板塔，筛板的突出优点是结构简单、造价低、塔板阻力小且效率高。

但易漏液，易堵塞。

然而经长期研究发现其尚能满足生产要求，目前应用较为广泛。

2．再沸器作用：用以将塔底液体部分汽化后送回精馏塔，使塔内气液两相间的接触传质得以进行。

本设计采用立式热虹吸式再沸器，它是一垂直放置的管壳式换热器。

液体在自下而上通过换热器管程时部分汽化，由在壳程内的载热体供热。

立式热虹吸特点：▲循环推动力：釜液和换热器传热管气液混合物的密度差。

▲结构紧凑、占地面积小、传热系数高。

▲壳程不能机械清洗，不适宜高粘度、或脏的传热介质。

▲塔釜提供气液分离空间和缓冲区。

3．冷凝器（设计从略）用以将塔顶蒸气冷凝成液体，部分冷凝液作塔顶产品，其余作回流液返回塔顶，使塔内气液两相间的接触传质得以进行，最常用的冷凝器是管壳式换热器。

第二章方案流程简介1．精馏装置流程精馏就是通过多级蒸馏，使混合气液两相经多次混合接触和分离，并进行质量和热量的传递，使混合物中的组分达到高程度的分离，进而得到高纯度的产品。

流程如下：原料（丙稀和丙烷的混合液体）经进料管由精馏塔中的某一位置（进料板处）流入塔内，开始精馏操作；当釜中的料液建立起适当液位时，再沸器进行加热，使之部分汽化返回塔内。

气相沿塔上升直至塔顶，由塔顶冷凝器将其进行全部或部分冷凝。

将塔顶蒸气凝液部分作为塔顶产品取出，称为馏出物。

筛板塔课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握筛板塔的基本结构和工作原理；2. 使学生了解筛板塔在化工过程中的应用及重要性；3. 帮助学生理解筛板塔内流体流动和传质过程的基本规律。

技能目标：1. 培养学生运用所学知识分析和解决实际工程问题的能力；2. 提高学生设计筛板塔并进行性能优化的技能；3. 培养学生通过实验和数据分析，对筛板塔操作进行故障诊断和调整的能力。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对化学工程学科的兴趣，激发学习热情；2. 培养学生的团队协作意识和沟通能力，提高合作解决问题的能力；3. 引导学生关注环保和可持续发展，树立绿色化工观念。

分析课程性质、学生特点和教学要求：本课程为化学工程学科的基础课程，旨在帮助学生掌握筛板塔的相关知识。

学生年级为高中二年级，具有一定的化学和物理基础。

课程要求将理论知识与实际应用相结合，注重培养学生的实践能力和创新精神。

课程目标具体、可衡量，以便学生和教师能够清晰地了解课程的预期成果。

课程目标分解为具体学习成果：1. 学生能够描述筛板塔的结构、工作原理和应用场景；2. 学生能够运用流体力学和传质学知识分析筛板塔内流动和传质过程；3. 学生能够设计简单的筛板塔，并进行性能优化；4. 学生能够通过实验和数据分析，对筛板塔操作进行故障诊断和调整；5. 学生能够树立绿色化工观念，关注环保和可持续发展。

二、教学内容1. 筛板塔的基本概念：介绍筛板塔的定义、类型及其在化工生产中的应用。

教材章节：第三章第二节内容：板式塔的分类、结构特点、应用领域。

2. 筛板塔的结构与工作原理：分析筛板塔的构造、流体流动和传质过程。

教材章节：第三章第三节内容：筛板塔的结构设计、流体分布器、筛板性能、传质效率。

3. 筛板塔的流体力学和传质学原理：探讨流体在筛板塔内的流动特性、传质规律。

教材章节：第三章第四节内容：流体力学基础、塔板效率、传质系数、影响传质的因素。

4. 筛板塔的设计与优化：学习筛板塔设计方法，探讨性能优化策略。

第一章绪论1.1 化工原理课程设计的目的和要求课程设计是《化工原理》课程的一个总结性教学环节，是培养综合运用本门课程及有关选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，它也起着培养独立工作能力的重要作用。

1.2 精馏操作对塔设备的要求为了满足工业生产和需要，塔设备还得具备下列各种基本要求：(１) 气(汽)、液处理量大，即生产能力大时，仍不致发生大量的雾沫夹带、拦液或液泛等破坏操作的现象。

(２) 操作稳定，弹性大，即当塔设备的气(汽)、液负荷有较大范围的变动时，仍能在较高的传质效率下进行稳定的操作并应保证长期连续操作所必须具有的可靠性。

(３) 流体流动的阻力小，即流体流经塔设备的压力降小，这将大大节省动力消耗，从而降低操作费用。

对于减压精馏操作，过大的压力降还将使整个系统无法维持必要的真空度，最终破坏物系的操作。

(４) 结构简单，材料耗用量小，制造和安装容易。

(５) 耐腐蚀和不易堵塞，方便操作、调节和检修。

(６) 塔内的滞留量要小。

实际上，任何塔设备都难以满足上述所有要求，不同的塔型各有某些独特的优点，设计时应根据物系性质和具体要求，抓住主要矛盾，进行选型。

1.3板式塔类型在化学工业和石油工业中广泛应用的诸如吸收、解吸、精馏、萃取等单元操作中，气液传质设备必不可少。

塔设备就是使气液成两相通过精密接触达到相际传质和传热目的的气液传质设备之一。

塔设备一般分为级间接触式和连续接触式两大类。

前者的代表是板式塔，后者的代表则为填料塔，在各种塔型中，当前应用最广泛的是筛板塔与浮阀塔。

筛板塔在十九世纪初已应用与工业装置上，但由于对筛板的流体力学研究很少，被认为操作不易掌握，没有被广泛采用。

五十年代来，由于工业生产实践，对筛板塔作了较充分的研究并且经过了大量的工业生产实践，形成了较完善的设计方法。

筛板塔和泡罩塔相比较具有下列特点：生产能力大于10.5%，板效率提高产量15%左右；而压降可降低30%左右；另外筛板塔结构简单，消耗金属少，塔板的造价可减少40%左右；安装容易，也便于清理检修。