板式精馏塔设计计算70页PPT

化工原理
2012年12月25日8时51分
3.2.6.1 逐板计算法
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计算过程： 第一层塔板上升的蒸 气（组成为y1 ），经 全凝器全部冷凝为饱 和温度下的液体，因 此蒸气与馏出液、回 流液的组成相同，即 y1=xD。
化工原理
2012年12月25日8时51分
3.2.6.1 逐板计算法
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计算过程： 根据理论塔板的概念， 自第一层板下降的液 体组成x1与y1互成平 衡，则由平衡方程可 知：
化工原理
x1 x2 x3
xn xF
xn 1
xm xW
2012年12月25日8时51分
3.2.6.2 图解法（McCabe-Thiele法）
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用图解法求理论板数与逐板计算法原理相同，只是用
图线代替方程，以图线的形式求取理论塔板数。 图解法的基本步骤 梯级的含义
化工原理
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1.5 x 0.033
（5）由上而下逐板计算所需要的理论塔板数
y1 xD 0.9
x1 y1 0.9 0.79 1 y1 2.47 2.47 1 0.9
y2 0.67 x1 0.3 0.67 0.79 0.3 0.82
3.2.6 精馏设计计算
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田文德 青岛科技大学化工原理教研室 TEL: 84022026 Email: tianwd@
化工原理
2012年12月25日8时51分
本节主要内容
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精馏设计计算类型 逐板计算法 图解法 Aspen DISTIL软件介绍
化工原理
2012年12月25日8时51分
精馏计算的两种类型

塔釜釜残液组成：环己醇1%，苯酚99% 5. 塔顶压强：101kPa（绝压） 6. 公用工程：循环冷却水：进口温度32℃，出口温度38℃
导热油：进口温度260℃，出口温度250℃
筛板精馏塔设计
总体要求： 绘制带控制点工艺流程图，完成精馏塔工艺设计以及有关附
属设备的计算与选型。绘制塔板结构简图，编制设计说明书。 1. 精馏塔工艺设计内容：全塔物料恒算、确定回流比；确定塔
2. 确定操作回流比R 由Fenske方程计算最小理论板数Nmin
Nminlg1xlD xgDm 1xwxw13.9(不包括)塔釜
筛板精馏塔设计
利用吉利兰关联图，计算NT ~ R如下：
R 0.863 0.988 1.140 1.292 1.444 1.520
NT 14.7 11.8 10.7 9.9 9.3 9.0
筛板精馏塔设计
3.3 全塔物料衡算
料液平均分子量：Mm = 0.3×100 + 0.7×94 = 95.8 进料流量：F = 50000×103 /8000×95.8 = 65.24 kmol/h
F=D+W
D=19.5 kmol/h
Fxf = DxD + Wxw
W=45.74 kmol/h
表1 物料衡算表
绘制NT ~ R关系图，找出最佳回流比。
说明：R取(1.0、1.2、1.4、1.6、 1.8、2.0)Rmin 6 个点
筛板精馏塔设计
3. 图解法求理论板数及加料板位置 图解法求得NT =5.5（不包括塔釜） 加料板位置nT = 3.0
4.实际板数及加料板位置的确定 全塔效率由O’connell关联式计算：
筛板精馏塔设计
苯酚组成 74% 77%

工作原理
基于物质间沸点的不同，通过加 热和冷凝的方式实现物质的分离。
板式精馏塔的分类及特点
分类
浮阀塔、泡罩塔、筛板塔等。
特点
板式精馏塔具有较高的分离效率，同时操作弹性大，能够适应不同的操作条件。
板式精馏塔的主要性能参数
01
02
03
板效率
衡量塔板分离能力的指标。
板压降
衡量气体通过塔板的难易 程度的指标。
板式精馏塔简介
板式精馏塔是一种广泛应用于化工、石油、食品等行业的蒸 馏设备。
它主要由塔体、塔板和再沸器等组成，具有操作弹性大、分 离效率高等特点。
板式精馏塔的操作
操作前准 备
检查设备是否完好，确认原料液和 蒸汽的来源和质量。
进料
将原料液加入塔内，控制流量和温度。
蒸汽加 热
开启蒸汽加热器，使原料液在塔内 受热汽化。
优化回流比
通过调整回流比，实现物料的最佳分离效果和最小的能耗。
板式精馏塔的应用及发展
板式精馏塔在工业中的应用实例
石油化工领域
用于分离和提纯石油化工 产品，如汽油、柴油、煤 油等。
食品工业领域
用于分离和提纯食品添加 剂、香料和色素等。
医药工业领域
用于分离和提纯药品、中 间体和原料药等。
新型高效板式精馏塔的开发与研制
提高途径包括
优化进料组成和流量、适当提高操作压力和温度、合理选择板间距和板效率高的 板等。此外，定期清洗和维护设备、加强操作管理等也是提高全塔效率的有效途 径。
板式精馏塔的优化设计
板式精馏塔的工艺流程设计优化
减少物料的停留时间
通过缩短流程路径、优化物流时间等方式，降低物料的停留时间， 提高分离效率。
液泛气速

计算塔底温度（TW）
否
是
TW＝（TW）？
计算结束
19
九、部分物性数据 表 1 分子量、沸点及临界数据
物质名 乙醇
M tb(℃) tc(℃) pc(atm)
水
表2 饱和蒸气压 表3 液体的密度 表4 液体的表面张力
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表4 液体的表面张力
温度与表面张力的关系：
2 1


Tc Tc
T2 T1
早完成早自由
6
四、课程设计过程注意问题
❖ 认真阅读教材，草拟进度表，拟定设计的方法和步骤。 ❖ 计算过程中要随时复核计算结果的正确性，做到有错即改，
避免大的返工。 ❖ 要求来教室进行设计，每天签到与检查进度。
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五、参考资料
No
题名
1 冷换设备工艺计算手册
2 石油加工单元过程原理．上
3 石油加工单元过程原理．下
二、塔径的计算
塔径公式计算 ： D 4Vs
u
计算空塔气气速(u) 应注意以下事项：
❖ 空塔气速的经验计算公式很多，可根据经验公式的使用条 件进行选择。
❖ 推荐使用比较普遍的史密斯和波津方法，取两法计算的较 大直径。
❖ 精馏段与提馏段应分别计算,如两段塔径相差不多,可采用同 一塔径.
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五、标准塔板的选取 当已知塔径和开孔率，可以从附表十《单溢流浮
八、塔底温度、压力、理论板数的迭代计算
求得各组份的饱和蒸气压再求 相对挥发度。
已经确定塔顶温度TD 假定塔底温度TW
加压塔：先由塔底温度求得塔 底压力，再求平均塔压。由塔 平均压力和温度求Ki，再求相 对挥发度。
计算各组分相对挥发度
计算理论塔板数

板式精馏塔设计
计算方式及数据参考:化工热力学，分离工程，化工原理，板式塔指导书 感谢谢佩佩和项杨同学对公式推导的帮助
2020/1/25
组员: 倪笑泉 赵世杰 赵云 朱博也
指导老师：祝铃钰 朱菊香
1 ASPEN导出数据
ห้องสมุดไป่ตู้筛板塔板流体力学计算 2
3 浮阀塔板流体力学计算
2020/1/25
待解决问题 4
流 程 优 化 后 的 塔 板 关 键 数 据
2020/1/25
ASPEN导出数据
1 ASPEN导出数据
筛板塔板流体力学计算 2
3 浮阀塔板流体力学计算
2020/1/25
待解决问题 4
筛板塔板流体力学计算
预 塔 精 馏 段 第 一 块 板
2020/1/25
1 ASPEN导出数据
筛板塔板流体力学计算 2
3 浮阀塔板流体力学计算
2020/1/25
待解决问题 4
浮阀塔板流体力学计算
双 流 型 浮 阀 板 常 压 塔 计 算 结 果
2020/1/25
浮阀塔板流体力学计算
双 流 型 浮 阀 板 加 压 塔 计 算 结 果
2020/1/25
1 ASPEN导出数据
筛板塔板流体力学计算 2
3 浮阀塔板流体力学计算
2020/1/25
待解决问题 4
①提馏段和精馏段塔径相差较大 ②塔径校核Lv和F很难同时达到标准 ③负荷性能图与书上不相似 ④侧线出料的塔负荷性能图线不符合
2020/1/25
2020/1/25

（一）全塔物料衡算 1、原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数
求出 xf、 ： xD、 xW
2、原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量
化工原理课程设计
3、物料衡算
FDW FfxDDxWWx
塔顶产品易挥发组分回收率η为： η= DxD/FxF 式中:F、D、W分别为进料、塔顶产品、塔底馏出液
的摩尔流量(kmol/h), xF、xD、xW分别为进料、塔顶产 品、塔底馏出液组成的摩尔分率
蒸馏装置包括：精馏塔、原料预热器、再沸器、冷凝 器、塔釜冷却器和产品冷却器等设备，操作方式
（1）操作压力的选择 （2）进料状态的选择 （3）加料方式的选择（预加热） （4）回流比的选择 （5）加热器的选择
化工原理课程设计
（6）冷凝器的选择 塔顶产品（全凝器）和塔釜产品（冷却器）
（7）加料方式的选择 高位槽或泵
1、操作压力 塔顶操作压力=大气压+表压 每层塔板压力=0.4～0.7KPa（取最大值） 求出进料板、塔底压降、精馏段、提馏段平均压降。
化工原理课程设计
2、操作温度 依据操作压力，由泡点方程通过试差法计算出泡点温度， 苯、甲苯的饱和蒸气压由Antonie方程计算。 依次求出塔顶温度、进料板温度、塔底温度及精馏段、 提馏段平均温度 3、平均摩尔质量 塔顶气、液混合物平均摩尔质量 进料板气、液混合物平均摩尔质量
R1.5Rmin
①求精馏塔的汽、液相负荷
L Lq FR D qF
V V ( q 1 ) F ( R 1 ) D ( q 1 ) F
化工原理课程设计
②求精馏段、提馏段的操作线方程
y R x xD R1 R1
③作图求出理论板数
y LqFx WWx LqF W LqF W

。——华盛顿 17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。——罗素·贝克 18、最大的挑战和突破在于用人，而用人最大的突破在于信任人。——马云 19、自己活着，就是为了使别人过得更美好。——雷锋 20、要掌握书，莫被书掌握；要为生而读，莫为读而生。——布尔沃
化工原理课程设计-板式精馏塔设计
21、没有人陪你走一辈子，所以你要 适应孤 独，没 有人会 帮你一 辈子， 所以你 要奋斗 一生。 22、当眼泪流尽的时候，留下的应该 是坚强 。 23、要改变命运，首先改变自己。
24、勇气很有理由被当作人类德性之 首，因 为这种 德性保 证了所 有其余 的德性 。--温 斯顿． 丘吉尔 。 25、梯子的梯阶从来不是用来搁脚的 ，它只 是让人 们的脚 放上一 段时间 ，以便 让别一 只脚能 够再往 上登。

uf
uf Cf20200.2LVV0.5
式中
—— 气体负荷u因f 子，m/s；可由
查取
C f 20 —— 液相表面张力，mN/m
图3
—— 气、液相密度，kg / m³
注意V：、L是以塔内气体流通Fra bibliotek积，即塔的横截面积减去降
液管面积（uAfT –Af ）为依据计算的。
为深入学习习近平新时代中国特色社 会主义 思想和 党的十 九大精 神,贯彻 全国教 育大会 精神,充 分发挥 中小学 图书室 育人功 能
（1）塔板直径D； （2）板间距HT； （3）溢流堰的型式，长度 lW 和高度 hw； （4）降液管型式、降液管底部与塔板间的距离ho；
（5）液体进、出口安定区的宽度Ws’、Ws ,边缘
区宽度Wc；
（6）筛孔直径do,孔间距t。
为深入学习习近平新时代中国特色社 会主义 思想和 党的十 九大精 神,贯彻 全国教 育大会 精神,充 分发挥 中小学 图书室 育人功 能
(1) 若V、L变化不大，可以精馏段或提馏段的平均值为
代表进行设计.
(2) 若V、L变化较大，应分段处理，各段分别取平均值
进行设计。
为深入学习习近平新时代中国特色社 会主义 思想和 党的十 九大精 神,贯彻 全国教 育大会 精神,充 分发挥 中小学 图书室 育人功 能
4.2塔板的设计参数
筛板塔设计必须确定的主要结构参数有（参阅 图 2 ）：
3.4.2塔板效率的估计
塔板效率与物系性质、塔板结构及操作条件 等众多因素有关，尚无精确的计算方法。
常用的估计方法有： （1）参考生产现场同类型的塔板、物系性质
相同（或相近）的塔板效率数据。 （2） O’connell关联图 （3）朱汝瑾公式 （4）Van Winkle 关联 （5）A·I·Ch·E 法