化工原理课程设计——板式精馏塔设计.

板式精馏塔的设计指导书一、设计内容1.设计方案的确定（设计方案简介：对给定或选定的工艺流程、主要设备的形式进行简要的论述。

）(1)操作压力 (2)进料状态 (3)加热方式 (4)热能利用2.主要设备的工艺设计计算(1)物料衡算; (2)热量衡;(3)回流比的确定;(4)工艺参数的选定;(5)理论塔板数的确定3.塔板及塔的主要尺寸的设计(设备的结构设计和工艺尺寸的设计计算。

)(1)塔板间距的确定(2) 塔径的确定(3) 塔板布置及板上流体流程的确定4. 流体力学的计算及有关水力性质的校核5. 板式精馏塔辅助设备的选型:典型辅助设备主要工艺尺寸的计算，设备的规格、型号的选定。

6.绘制流程图及精馏塔的装配图: 工艺流程图：以单线图的形式绘制，标出主体设备与辅助设备的物料方向，物流量、能流量，主要测量点。

主要设备的工艺条件图：主体设备工艺条件图是将设备的结构设计和工艺尺寸的计算结果用一张总图表示出来。

图面上应包括如下内容:①设备图形：指主要尺寸(外形尺寸、结构尺寸、连接尺寸)、接管、人孔等；②.技术特性：指装置的用途、生产能力、最大允许压强、最高介质温度、介质的毒性和爆炸危险性；③.设备组成一览表：注明组成设备的各部件的名称等。

应予以指出，以上设计全过程统称为设备的工艺设计。

完整的设备设计，应在上述工艺设计基础上再进行机械强度设计，最后提供可供加工制造的施工图7.编写设计说明书：设计说明书的内容：①目录；②设计题目及原始数据(任务书)；③简述酒精精馏过程的生产方法及特点(设计方案简介)，④论述精馏总体结构(塔型、主要结构)的选择和材料选择；⑤精馏过程有关计算(物料衡算、热量衡算、理论塔板数、回流比、塔高、塔径塔板设计、进出管径等) (工艺计算及主要设备设计);⑥设计结果概要(设计结果汇总):主要设备尺寸、衡算结果等;⑦主体设备设计计算及说明；⑧主要零件的强度计算（选做）；⑨附属设备的选择(辅助设备的计算和选型,选做）；⑩参考文献；(11)设计评述(后记)及其它．整个设计由论述，计算和图表三个部分组成，论述应该条理清晰，观点明确；计算要求方法正确，误差小于设计要求，计算公式和所有数据必需注明出处；图表应能简要表达计算的结果。

Rmi n xyD e xyee0 0..6 9 8 8 0.07 6.380 7 0.76
2. 确定操作回流比R 由Fenske方程计算最小理论板数Nmin
lg
xD
1xw
Nmin
1xD xw
lgm
4.9
利用吉利兰关联图(化原P200) ，计算NT ~ R如下表3：
R 0.863 0.988 1.140 1.292 1.444 1.520
化工原理课程设计
-板式精馏塔设计-
塔顶气相
进料
回流液
塔底液相
-常州大学石油化工学院-基础化工部-
常压分离环己醇–苯酚连续操作
筛板精馏塔工艺设计任务书
基础设计数据： 1. 处理能力：50000 t/a（年工作按8000小时计） 2. 进料组成：环己醇30%，苯酚70%（mol%，下同） 3. 进料状态：泡点进料 4. 产品要求：塔顶馏出液组成：环己醇98%，苯酚2%
ET0.49m 'L0.2450.495.320.30.2450.44
L xfi Li
ET
NT (不包括再沸器） N实
NF,实
N精 ET
1
.
表4 塔板数求取小结
回流比R 理论板数 板效率 实际板数 理论加料位置 实际加料位置
4. 塔板结构设计
包括板间距的初估，塔径的计算，塔板溢流 形式的确定，板上清液高度、堰长、堰高的初 估与计算，降液管的选型及系列参数的计算， 塔板布置和筛板的筛孔和开孔率，最后是水力 学校核和负荷性能图。
➢注意事项: 写出详细计算步骤,并注明选用数据的来源 每项设计结束后,列出计算结果明细表 设计说明书要求字迹工整,装订成册上交
计算说明书目录
1. 设计任务书 2. 带控制点工艺流程图与工艺说明 3. 精馏塔工艺计算 4. 塔板结构设计 5. 精馏塔工艺条件图 6. 换热器的选型 7. 符号说明 8. 结束语 9. 参考文献 10.附录

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生产能力：10吨每小时（料液）年工作日：自定原料组成：34%的二硫化碳和66%的四氯化碳（摩尔分率，下同）产品组成：馏出液 97%的二硫化碳，釜液5%的二硫化碳操作压力：塔顶压强为常压进料温度：58℃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。

塔
高
加料口板间距加大，设测试
口；
塔釜空间=1-3m，设人孔、测试口；
裙座=2m，设人孔两个。
绘图
➢物料流程图： 只标设备名称，物料构成、流量。
➢塔板构造图： 塔板分块、孔旳排列、降液管旳尺寸；
➢塔体工艺图： 总高、管口位置、板间距、管口方位、 管口表、技术特征表。
河北科技大学
设计 制图 审核 批准
D圆整 初选塔径 1米下列100
进制
构造参数旳设计
hw , ho ,Ws ,Ws' ,Wc ,do , t
how
hn
溢流强度 i= Lh < 3.5 ~ 4.5
hw
LW
计算hOW
hw 20 ~ 50mm
hw hL - how
ho 20 ~ 25mm hw
hL = 60mm
降液管、受液盘旳构造及尺寸
进料管：泵加料 u= 1-3m/s；高位槽进料u= 0.5-1m/s
回流液管：泵回流 u= 1.5-3m/s；重力回流u= 0.5-1m/s
（3）冷却剂、加热剂用量
Qc Vrc WcC p t2 t1
QB VrB W蒸汽 r蒸汽
t2 400C ~ 450C
冷却剂用量 加热剂用量
将工艺计算成果列表
用途
塔顶蒸汽管 排空管 回流管 进料管
塔底蒸进口管 热电阻接口 压力计接口 液位计接口
塔底液体出口管 人孔
河北科技大学
设计 制图 审核 批准
浮阀精馏塔 工艺条件图
图号
材料 比例
1:50
数量 第 1 页共
重量 1页
5、设计阐明书内容
每项单独一页 正文
每项单独一页

④ 降液管的宽度Wd和截面积Af： 可根据堰长lw与塔径D的比值，由图中查取Wd/D和Af/AT的值,。求得的降液 管的宽度和截面积，应按照下式进行验算液体在降液管内的停留时间，并
确保停留时间大于或等于3～5s，这样使得溢流中的泡沫有足够的时间在降
液管中分离。
（27）
⑤ 降液管底隙高度hb：
（28）
• 采用合适的回流比； • 蒸馏系统的合理设置，如采用中间再沸器和中间 冷凝器的流程，可以提高精馏塔的热力学效率。
3.板式精馏塔的工艺计算
釜。 （1） （2）
得出：
3.1物料衡算及操作线方程
• 常规塔：一处进料和塔顶、塔底各有一个产品，塔釜间接蒸汽加热的精馏
（3）
（4）
式中：F、D、W——分别为原料液、馏出液和釜残液流量，kmol/h；
2.2进料状态的选择
• • • • • • •
进料状态以进料热状态参数q表示，有五种进料状态； q>1.0时，为低于泡点温度的冷液进料； q＝1.0时，为泡点下饱和液体； q＝0时，为露点下的饱和蒸气； 1>q>0时，为介于泡点和露点间的气液混合物； q<0时，为高于露点的过热蒸气进料。 为使塔的操作稳定，免受季节气温影响，精、提馏段采 用相同塔径以便于制造，则采用饱和液体（泡点）进料， 但需增设原料预热器。
• 4、塔的负荷性能图（放在说明书的流体力学验算后、用 标准坐标纸绘制）
2.设计方案的确定
2.1操作压力
精馏操作可以在常压、减压和加压下进行。
除热敏性物料外，凡通过常压精馏即可实现分离要 求，并能用江河水或循环水将馏出物冷凝下来的 系统，都采用常压精馏；
对热敏性物料或混合物沸点过高的系统，宜采用减 压精馏； 常压下成气态的物料必须采用加压精馏。

化工原理课程设计
三. 设计任务 （一）精馏塔工艺设计 1.物料衡算 2.精馏塔的工艺尺寸的确定 3.塔板结构设计 4.热量衡算 （二）附属设备选型计算
化工原理课程设计
第三部分：板式精馏塔的设计方法
一. 流程和方案的确定
二. 工艺计算
三. 设备计算
四. 辅助设备计算
化工原理课程设计
一.
流程和方案的选择
3~5 秒
u ( )3.2 HT h f
校核三： ev
校核四： K
5.7 10 3
K 1.5 ~ 2
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三．设备计算
（一）塔径的初步计算
（二）溢流装置的设计 P139 2.水力学性能计算 （三）塔板布置 （略） （四）筛板塔操作失常条件的校核
参见课本138-141例题 阅读例题，找出例题中“筛板塔操作失常条 件的校核” 所在的位置。

D2
u (0.6 0.85)uF
化工原理课程设计
（二）溢流装置的设计 1.液流程数
当塔径大于2～2.4米或 液流量大于110米3/小时 时，可考虑采用双流型。
化工原理课程设计
hl
2.降液管尺寸 ①堰长lW 单溢流： 双溢流： ②溢流堰高hW
Δ how hw
具体大小根据Ad/A在图5 （课本139图11-16）中确定， 顺便可以确定wd的大小
蒸馏装置包括：精馏塔、原料预热器、再沸器、冷凝 器、泵等设备，要安排好流程结构。
操作条件的确定
（1）操作压力的选择 （2）进料状态的选择 （3）回流温度 (塔顶、塔顶温度、进料板温度) （4）塔釜的加热方式及加热介质的选择 （5）塔顶冷凝器的冷凝方式和冷凝介质的选择
在论文中，选择过程和依据可以不写，但必须 把结果表述出来，并画好流程示意图。

《化工原理》课程设计报告设计题目: 苯-氯苯分离过程板式精馏塔2014-09-14（一）设计任务书: 苯—氯苯精馏塔设计（二）设计题目（三）要求: 试设计一座苯-氯苯连续精馏塔, 要求产量纯度为99.8%的氯苯3.0吨/小时, 塔顶流出液中含氯苯不得高于2%, 原料液中含氯苯38%（均为质量分数）, 其他条件见下面（二）至（五）。

（四）另外, 在确定一些自选操作参数或结构参数时（如进料状况、回流比、冷却水出口温度、板间距等）, 应选取两个不同数值（产生两种局部或整体方案）, 进行适当比较分析, 确定优选方案, 以便建立经济、节能、环保等设计意识。

主要内容见下页（六）。

（五）操作条件（1）塔顶压力4kPa（表压）（2）进料热状况自选（3）回流比R=1.6Rmin（4）塔底加热蒸汽压强 0.5MPa（表压）（5）单板压降≤0.7kPa（六）塔板类型塔设备型式为板式塔（错流筛板塔）（七）设备工作日（八）每年300天, 每天24小时连续运行（九）厂址选在天津地区（十）设计内容1 设计方案简介2 精馏塔的物料衡算3 精馏塔塔板数确定4 精馏塔工艺条件及有关物性数据计算5 精馏塔主要工艺尺寸（塔高、塔径及塔板结构尺寸）计算6 精馏塔的流体力学验算7 精馏塔塔板的负荷性能图8 精馏塔辅助设备选型与计算9 设计结果一览表10 带控制点的生产工艺流程及精馏塔的主体设备条件图11设计总结和评述一、 设计方案简介本次设计的内容是分离苯-氯苯的板式精馏塔, 基本流程是原料由管道运送到原料罐之后, 由泵打入精馏塔, 其间要经过一个原料预热器, 从塔顶出来的组分由管道通过冷凝器之后, 一部分作为产品输送到产品罐, 一部分回流作为塔内的下降液体；塔底的部分液体在经过再沸器气化之后成为塔内上升蒸汽, 部分液体存在塔底, 一部分液体由管道流出作为氯苯的产品, 并由泵输送至氯苯储罐。

其中冷凝器的冷却水可以采用自来水, 原料可以使用塔底液体进行预热, 再沸器的加热蒸汽来自锅炉房。

△Pp= hPρLg=0.0693×809.30×9.81=550.189Pa＜0.9KPa（设计允许值） （2）液面落差
• 对于筛板塔，液面落差很小，由于塔径和液流量均不大，所以可忽 略液面落差的影响。
（3）液沫夹带
• 液沫夹带量，采用公式
•
ev=5.7×10-6/σL×[ ua/(HT－hf)]3.2
直径do=5mm 筛孔按正三角形排列，取孔中心距t为
t=3do=15mm 筛孔的数目n为
n1.15A051.1505.537 2756
t2
0.012 5
开孔率为φ=0.907（do/t）2=0.907×(0.05/0.015)2=10.1%
气体通过阀孔的气速为 u0V As00.10.08 01 .65431 7.9 5m 3/s
• 验证结果为降液管设计符合要求。
• 4）降液管底隙高度ho • ho= Lh/（3600×lw×uo′）取uo'=0.07m/s • 则ho=0.00055×3600/(3600×0.60×0.07) =0.0406 m﹥ 0.006m • 故降液管底隙高度设计合理。
• 选用凹形受液盘，深度 hW'' 50mm
二、工艺过程及相关计算
工艺过程 及
相关计算
塔板数 的计算
工艺条件及 有关物性数 据的计算
塔体工艺 尺寸计算
塔板主要 工艺尺寸
的计算
塔板数的计算
• 物料衡算
F14 .51 9 km 8/holxF 0.324 D=48.462kmol/h xD 0.914 W=93.136kmol/h xW 0.017
84.7
110.05KPa
塔体工艺尺寸计算

《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。

2013-6-24
6、塔板负荷性能图；
7、辅助设备计算与选型（泵、再沸器及冷 凝器） 8、筛板塔的工艺设计计算结果总表 ； 9、筛板塔接管尺寸一览表 10、设计讨论 11、参考文献 12、附属图纸（理论板图解图、塔板负荷 性能图、塔板结构示意图及工艺流程图）
2013-6-24
四、精馏塔工艺设计
计算前先查出物性数据。
2013-6-24
4、塔板工艺尺寸计算
安定区
开孔区
受 液 区
降 液 管
溢流堰
2013-6-24
2013-6-24
2013-6-24
（1）溢流装置的设计
2013-6-24
液相负荷、塔径与液流型式的关系
液体流量L，m3/h 塔径D，mm U形流 单溢流 双溢流
1000 1400 2000 3000 4000 5000
7以下 9以下 11以下 11以下 11以下 11以下
45以下 70以下 90以下 110以下 110以下 110以下
90～160 110～200 110～230 110～250
2013-6-24
1) 出口堰（溢流堰）
(0.6 ~ 0.8) D
堰长
，单溢流
lW
(0.5 ~ 0.6) D
，双溢流
塔径标准化以后，应重新验算液沫夹带量，必要时在此先进 行塔径的调整，然后再决定塔板结构的参数，并进行其它各 项计算。
2013-6-24
塔有效高度：
H HD ( N p 2 S ) HT S H HF HB
' T
式中 HD——塔顶空间，m；
HB——塔底空间，m；
HT——塔板间距，m； HT’——开有人孔的塔板间距，m； HF——进料段高度，m； Np——实际塔板数； S——人孔数目（不包括塔顶空间和塔底空间的人孔）。

化工原理课程设计题目乙苯-苯乙烯板式精馏塔的工艺设计年级专业学号学生姓名2009年12月21日目录第一节 化工原理课程设计（精馏装置） (4)1.1设计题目 .......................................................................................................................... 4 1.2操作条件 .......................................................................................................................... 4 1.3设计内容 .......................................................................................................................... 4 1.4基础数据 .......................................................................................................................... 4 第二节 设计方案的确定及工艺流程的说明 . (5)2.1 设计方案的确定及工艺流程的说明 ............................................................................. 5 2.2 流程图 .. (6)第三节 精馏塔（精馏段）计算 (6)3.1塔的工艺计算 (6)3.1.1全塔物料衡算 ....................................................................................................... 7 3.1.2 塔板数的确定 ...................................................................................................... 7 3.1.3操作工艺条件及相关物性数据计算 ................................................................... 9 3.1.4汽液负荷计算 ..................................................................................................... 11 3.2塔与塔板工艺结构计算 (12)3.2.1塔径确定 ............................................................................................................. 12 3.2.2塔板工艺结构尺寸设计计算 ............................................................................. 12 3.3塔板上流体力学及性能计算 . (14)3.3.1气体通过筛板压降p h 和p p Δ的验算 .............................................14 3.3.2 雾沫夹带量v e 的验算 ..................................................................16 3.3.3漏液的验算 (16)3.3.4液泛的验算 (16)3.4塔板负荷性能图 (17)3.5精馏塔精馏段的设计计算结果汇总一览表 (21)第四节精馏塔（提馏段）计算 (22)4.1 提馏段的物性及状态参数 (22)4.2 提馏段的汽液负荷计算 (23)4.3塔和塔板主要工艺结构尺寸的计算 (24)4.4 塔板上的流体力学验算 (26)4.5塔的负荷性能图 (28)4.6精馏塔提馏段的设计计算结果汇总一览表 (32)第五节精馏塔的设计计算结果汇总一览 (33)第六节精馏装置的附属设备 (34)6.1塔高 (34)6.2裙座的相关尺寸计算 (34)6.3 精馏塔的管口直径 (34)6.4塔顶全凝器 (35)6.4塔釜再沸器.................................................................. (40)附图 (46)参考文献 (47)第一节化工原理课程设计（精馏装置）的内容1.1设计题目课程设计题目——乙苯-苯乙烯板式精馏塔的工艺设计：设计一座乙苯-苯乙烯连续精馏塔，要求年处理原料液（40%乙苯）30000t/a，塔底馏出液中含乙苯不高于2%。

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）。