第2讲 筛板塔设计示例(讲2)-2020.6.5

吉林化工学院化工原理课程设计题目 ____________ 筛板精馏塔分离苯一甲苯工艺设计教学院化工与材料工程学院专业班级材化0801 ____________ 学生姓名______________________学生学号08150108____________指导教师张福胜___________________ 2010年6月14日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)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 32.4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2.4.2求操作线方程 32.5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 32.7实际塔板数及实际加料位置第三章精馏塔主要工艺尺寸的设计计算 ..............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 ........................4.1塔顶气体上升的焓。

(21)4.2回流液的焓 ° . 214.3塔顶馏出液的焓^厲 (21)4.4冷凝器消耗焓Q (21)4.5进料的焓 Q (21)4.6塔底残液的焓 (21)4.7再沸器的焓Q (22)21 第五章塔的附属设备的计算 ....................23结论 (27)致谢 (28)参考文献 (29)主要符号说明30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：X D 0.98进料馏出液组成为：X F 0.5塔釜组成：X W =0.03加料热状态:q=1塔顶操作压强：P 101.3kPa（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。

4、液相负荷上限线
5、液泛线
在负荷性能图上，作出操作点，连接OA， 即作出操作线。由图可看出，该筛板的 操作上限为液泛控制，下限为漏液控制。 由图5-20查得
〔二〕精馏塔的物料衡算 1、原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率
2、原料液及塔顶、塔底产品的平均 摩尔质量
3、物料衡算
〔三〕塔板数确实定
1、理论板层数NT的求取
2、实际板层数的求取
〔四〕精馏塔的工艺条件及有关物性数据 的计算
以精馏段为例进展计算。
1、操作压力计算
2、操作温度计算
依据操作压力，由泡点方程通过试差法计 算出泡点温度，其中苯、甲苯的饱和蒸 气压由安托尼方程计算，计算过程略。 计算结果如下：
2、塔板布置
〔七〕筛板的流体力学验算 1、塔板压降 〔1)干板阻力hC计算
2、液面落差
对于筛板塔，液面落差很小，且本例的塔 径和液流量均不大，故可漏液
5．液泛
〔八〕塔板负荷性能图 1、漏液线
2、液沫夹带线
由上表数据即可作出液沫夹带线2。 3、液相负荷下限线
3、平均摩尔质量计算 塔顶平均摩尔质量计算
4、平均密度计算
5、液体平均外表张力计算
6、液体平均粘度计算
〔五〕精馏塔的塔体工艺尺寸计算 1、塔径的计算
2、精馏塔有效高度的计
〔六〕塔板主要工艺尺寸的计算
1、溢流装置计算 因塔径D=1.0 m，可选用单溢流弓形降液管，
采用凹形受液盘。各项计算如下：
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中期筛板塔
现代筛板塔在设计和制造方面更加注重高效、环保和节能，如采用新型填料、优化塔内件结构等措施。
现代筛板塔
02
CHAPTER
筛板塔设计原理
筛板塔是一种基于筛孔分散原理的塔式分离设备，通过液体在筛板上的分散和回流，实现气液两相的传质和分离。
筛板塔的筛板上有许多小孔，当气体通过这些小孔时，液体会被分散成小液滴，形成气液混合物。在塔内，气液混合物经过多次回流和传质，最终实现气液的分离。
筛板塔的特点
用于各种化学反应和分离过程，如蒸馏、吸收、解吸等。
化工领域
石油领域
环保领域
用于石油和天然气的分离、提纯和精制过程。
用于废气和废水的处理，如脱硫、脱硝、除尘等。
03
02
01
早期的筛板塔结构较为简单，主要采用木制或钢制筛板，传质效率较低。
早期筛板塔
随着材料科学和制造技术的发展，中期出现了金属丝网、烧结金属等新型筛板材料，提高了传质效率。
优化热力系统
合理利用热能，降低热量损失，提高能源利用率。
降低材料成本
选用优质材料和合理的结构设计，降低制造成本。
06
CHAPTER
筛板塔设计案例分析
筛板塔应用场景
根据废水处理的要求，选择具有耐磨、耐腐蚀性能的筛板材料，优化塔内件的结构，提高处理效率和可靠性。
设计特点
应用效果
筛板塔在工业废水处理中表现出色，有效去除了悬浮物和杂质，提高了水质，为环保事业做出了贡献。
某环保企业需要处理工业废水中的悬浮物和杂质。
THANKS
感谢您的观看。
密封结构设计
进行合理的密封结构设计，确保密封性能可靠、持久，同时方便维护和更换。
04
CHAPTER

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%

力和消耗定额，以及三废处理和环境保护等各个方面都有重大的影响．据有关资
料报道，塔设备的投资费用占整个工艺设备投资费用的较大比例．因此，塔设备
的设计和研究，受到化工
炼油等行业的极大重视。
精馏设计包括设计方案的选取，主要设备的工艺设计计算——物料衡算、实
际塔板数、工艺参数的选定泡点进料、泡点回流、设备的结构设计和工艺尺寸的
它的主要优点是：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；在相同条件下，生产能力比泡罩塔大20%～40%；塔板效率较高，
比泡罩塔高15%左右，但稍低于浮阀塔；气体压力降较小，每板降比泡罩塔约低
30%左右。缺点是：小孔筛板易堵塞，不适宜处理脏的、粘性大的和带固体粒子
的料液；操作弹性较小（约2～3）。
1.2.5相对挥发度.......................................................................9
1.3精馏塔理论塔板及有关数据计算........................................9
1.3.1精馏段操作数据计算.....................................................10
根据设计任务书，此设计的塔型为筛板塔．筛板塔是很早出现的一种板式
2.1漏液线.........................................18
2.1.1精馏段漏液线方程.............................18
2.1.2提留段漏液线方程.............................18
2.2液沫夹带线.....................................19

3600 Vm
LS
LM Lm
3600 Lm
V—塔内气体摩尔流量 kmol/h
Vs—塔内气体体积流量 m 3 s
MVm 、 MLm —分别为精馏段气相平均分子量、液相平均分子量
Vm 、 Lm —分别为精馏段气相平均密度、液相平均密度 kg m3
(2)、提馏段气液负荷计算(同上)
5、热量衡算
总热量衡算 QV QW Q L QB QF QR
板间距 HT= 0.30~0.45m b4.最小回流比 Rmin b5.精馏塔理论塔板数 N
采用逐板计算法在计算机上求得。
b6.精馏塔实际塔板数 Ne 全塔效率采用 O'connell 关联式计算。
(c).总费用和适宜回流比 总费用 CT=CD+CS+CW 元/年 总费用最低所对应的回流比作为最佳回流比，然
4.编写设计说明书 设计说明书应根据设计指导思想阐明设计特点，列出设
计主要技术数据，对有关工艺流程和设备选型作出技术上和 经济上的论证和评价。应按设计程序列出计算公式和计算结 果；对所选用的物性数据和使用的经验公式图表应注明来 历。
设计说明书应附有带控制点工艺流程图，塔板结构简图 和计算机程序框图和原程序。
三. 设计任务 完成精馏塔工艺设计，精馏设备设计，有关附
属设备的设计和选用，绘制带控制点工艺流程图， 塔板结构简图，编制设计说明书。
四. 设计内容 1. 工艺设计 （1） 选择工艺流程和工艺条件 a． 加料方式 b. 加料状态 c. 塔顶蒸汽冷凝方式 d. 塔釜加热方式 e. 塔顶塔底产品的出料状态 塔顶产品由塔顶产品冷却器冷却至常温。
分别画出精馏段和提馏段的负荷性能图。 (4) 有关具体机械结构和塔体附件的选定 ① 接管规格：

目录1 设计条件 (3)二设计方案简介 (4)三工艺流程 (6)四筛板塔工艺设计 (7)4.1 物料衡算 (7)4.1.1 物料衡算 (7)4.1.2 乙醇和水的有关物理性计算 (7)4.2 热量衡算 (11)4.3 塔板数 (12)4.3.1 回流比 (12)4.3.2 理论塔板数 (12)4.3.3 实际塔板数 (13)4.4 塔径计算 (14)4.4.1气液相体积流量 (14)4.4.2 塔径及塔高的计算 (15)4.4.3精馏塔的有效高度 (16)4.5 溢流装置 (17)4.5.1 溢流堰 (17)4.5.2 降液管的宽度与降液管的面积 (17)4.6 塔盘设计 (18)4.7 流体力学计算 (18)4.7.1 修正气速数值及液泛分率数值 (18)4.7.2 液沫夹带分率 (19)4.7.3塔板压降 (19)4.7.4 液面落差 (19)4.7.5 漏液点 (19)4.8 负荷性能图 (20)4.8.1 漏液线 (20)4.8.2 液体流率下限线 (20)4.8.3 液体流率上限线 (21)4.8.4 液泛线 (21)4.8.5 雾沫夹带上限线 (21)5 筛板塔设计计算结果 (22)6精馏塔接管尺寸的计算 (23)6.1 塔顶蒸汽管 (23)6.2 回流管 (23)7 主要符号说明 (24)8 参考文献 (25)1 设计条件1.1 工艺条件与数据原料液量1500t/a，含乙醇30%（质量分数，下同），水70%；馏出液含乙醇93%，残液含乙醇1%，回收率99%；泡点进料；加料方式：贮槽加料泵高位槽精馏塔。

乙醇-水物系平衡曲线按下式计算：y=αx/[1+(α-1)x]其中：α=0.8938x-1.0632x≥0.3α=1.1213(x+0.2)-1.5236x＜0.31.2 操作条件常压操作；回流液温度为塔顶蒸汽的露点，回流比自选；间接蒸汽加热，加热蒸汽压力为5kgf/cm²（绝对压力）；冷却水进口温度30℃，出口温度为45℃；设备热损失为加热蒸汽供热量的5%。

1.进料F=6kmol/h q=0 X f=0.452.压力：p顶=4KPa 单板压降≤0.7KPa3.采用电加热，塔顶冷凝水采用12℃深井水4.要求：X d=0.88 X w=0.015.选定R/R m i n=1.6目录一、总体设计计算------------------------------------------1.1气液平衡数据----------------------------------------1.2物料衡算--------------------------------------------1.3操作线及塔板计算-----------------------------------1.4全塔E t%和N p的计算-------------------------------二、混合参数计算------------------------------------------2.1混合参数计算----------------------------------------2.2塔径计算--------------------------------------------2.3塔板详细计算----------------------------------------2.4校核-------------------------------------------------2.5负荷性能图------------------------------------------三、筛板塔数据汇总----------------------------------------3.1全塔数据--------------------------------------------3.2精馏段和提馏段的数据-------------------------------四、讨论与优化--------------------------------------------4.1讨论-------------------------------------------------4.2优化-------------------------------------------------五、辅助设备选型------------------------------------------5.1全凝器----------------------------------------------5.2泵---------------------------------------------------一、总体设计计算1.1汽液平衡数据（760mm Hg）乙醇%（mol) 温度液相X 气相Y ℃0.00 0.00 1001.90 17.00 95.57.21 38.91 89.09.66 43.75 86.712.38 47.04 85.316.61 50.89 84.123.37 54.45 82.726.08 55.80 82.332.73 58.26 81.539.65 61.22 80.750.79 65.64 79.851.98 65.99 79.757.32 68.41 79.367.63 73.85 78.7474.72 78.15 78.4189.43 89.43 78.151.2 物料衡算1.1-1已知：1.进料：F=6 kmol/h q=0 X f=0.452.压力：p顶=4KPa 单板压降≤0.7KPa3.采用电加热，塔顶冷凝水采用12℃深井水4.要求：X d=0.88 X w=0.015.选定：R/R m i n=1.6D=(X f-X w)/(X d-X w)×F=(0.45-0.01)/(0.88-0.01)×6=3.03 kmol/hW=F-D=6-3.03=2.97 kmol/h查y-x图得X d/(R m i n+1)=0.218∴R m i n=3.037 ∴R=1.6R m i n=4.859∵饱和蒸汽进料∴q=0L=RD=4.859×3.03=14.723 kmol/hV=(R+1)D=(4.859+1)×3.03=17.753 kmol/hL'=L+qF=14.723+0×6=14.723 kmol/hV'=V-(1-q)F=17.753-(1-0)×6=11.753 kmol/h 1.3操作线及塔板计算1.精馏段操作线：Y=R×X/(R+1)+X d/(R+1)∴Y=0.829X+0.1502.提馏段操作线：Y=(L'/V')×X-(W/V')×X w∴Y=1.253X-0.000253.理论塔板的计算利用计算机制图取得理论板数N t=29.33块, 其中精馏段塔板N t1=26.85块,第27块为加料板,提馏段N t2=2.48块。

式中F、D、W——分别为原料液、馏出液和釜残液流量，kmol/h；
χF、χD、χW——分别为原料液、馏出液和釜残液中易挥发组分的摩尔分率。
解得：
代入数据可得：D=35.295kmol/h W=44.915kmol/h
3.2
3.2.1
表1常压下苯——甲苯的气液平衡数据
温度t
℃
液相中苯的摩尔分率
x
气相中苯的摩尔分率
关键词：筛板塔；苯-甲苯；精馏；负荷性能图；塔设备；结构
Abstract
Sieve plate tower is the main gas liquid mass transfer in chemical production equipment.To complete the binary system benzene - toluene distillation tower equipment, the use of design, the design tasks for the separation of feed rate of 50000 tons/year, the mass fraction of40% of benzene - toluene solution, make the top products of benzene mass fraction of 96%, the bottom kettle liquid mass fraction of2%.We for the technological design of this tower, according to the theoretical plate number obtained by cascade graphical method calculation for 15, real plate number is 27, and feeding location in13boards.For the design of the plate structure, the tower diameter 1.2m, plate spacingof 0.4mon the plate, are within the scope of the safety operation, determine the operating point, rectifying section elastic operation is5.04, stripping section of the elastic operating at5.30, conform to the requirements of the operation.Finally auxiliary equipment and height calculation.This design including equipment analysis, selection, calculation, accounting, drawing, etc., is a complete distillation process design, the design result satisfies the requirement of design task, reasonable structure, is an ideal design.

T
的初估
板间距的大小与液泛和雾沫夹带有密切的关系。板距取大些，塔 可允许气流以较高的速度通过，对完成一定生产任务，塔径可较小； 反之，所需塔径就要增大些。板间距取得大，还对塔板效率、操作弹 性及安装检修有利。但板间距增大以后，会增加塔身总高度，增加金 属耗量，增加塔基、支座等的负荷，从而又会增加全塔的造价。初选 板间距时可参考下表所列的推荐值。 表 1 塔 径 D, m 板间距与塔径关系

T
0 .4 9
—塔
L

0 .2 4 5
其中：
L
顶与塔底的平均温度下的相对挥发度
—塔顶与塔底的平均温度下的液相粘度,
m pa s
Li
对于多组分的液相粘度：
Li

L


xi
—液态组分 i 的粘度,
m pa s
x
i
— 液相中组分 i 的摩尔分率
实际理论板数
N实
N理 ET
（ 1） 逐 板 法 计 算 理 论 板 数 ， 交 替 使 用 操 作 线 方 程 和 相 平 衡 关 系 。 精馏段操作线方程： 提馏段操作线方程：
y n 1
L L D
xn
D L D
xD
y n1
L qF L qF W
xn
W L qF W
X
w
x n 1 y n
化工原理课程设计
• 设计题目:筛板式精馏塔设计
第一部分：化工原理课程设计任务书
第二部分：设计方法
化工原理课程设计任务书
一． 设计题目：苯——甲苯混合液筛板(浮阀)精馏塔设计 二． 原始数据 年产量：25000 30000 35000 40000 45000 50000 吨 料液初温：25~35℃ 料液浓度：40% 45% 50% 55% 60%（苯质量分率） 塔顶产品浓度：97.5% 98% 98.5%（苯质量分率） 塔底釜液含甲苯量不低于 97% 98%(以质量计) 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：筛板(浮阀)塔 厂址：攀枝花地区（90kPa）

课程设计任务书一、课题名称苯——甲苯分离过程板式精馏塔设计二、课题条件（原始数据）一、设计方案的选定原料：苯、甲苯年处理量：55000t原料组成（甲苯的质量分率）：、0.65料液初温： 30℃操作压力、回流比、单板压降：自选进料状态：饱和液体进料塔顶产品浓度：98.5%塔底釜液含甲苯量不低于97%（质量分率）塔顶采用全凝器，泡点回流塔釜：饱和蒸汽间接/直接加热塔板形式：筛板生产时间：330天/年，每天24h运行冷却水温度：20℃～35℃设备形式：筛板塔三、设计内容（包括设计、计算、论述、实验、应绘图纸等根据目录列出大标题即可）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●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天指导教师（签名）：年月日学科部（教研室）主任（签名）：年月日说明：1．学生进行课程设计前，指导教师应事先填好此任务书，并正式打印、签名，经学科部（教研室）主任审核签字后，正式发给学生。

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。

目录1 绪论 (4)1.1 设计依据 (4)1.2 技术来源 (4)1.3 设计内容 (4)1.4 工艺流程图 (5)1.5 工艺条件 (5)1.6 塔型选择 (6)2 主要塔设备的工艺计算 (6)2.1 精馏塔物料衡算 (6)2.1.1 全塔物料衡算 (6)2.1.2 塔顶、塔底产品及原料液的平均摩尔质量 (7)2.2 精馏塔工艺条件及有关物性数据计算 (7)2.2.1 压强 (7)2.2.2 温度 (7)2.2.3 密度 (8)2.2.4 混合液体表面张力 (10)2.2.5 混合物黏度 (11)2.2.6 相对挥发度 (11)2.3 精馏塔理论塔板及有关数据计算 (12)2.3.1 最小回流比的确定 (12)2.3.2 理论塔板数的计算(采用简捷法) (12)2.3.3 实际塔板数的确定 (13)2.3.4 精馏段操作数据计算 (14)2.3.5 提馏段操作数据计算 (14)3 塔体主要尺寸的计算及布置 (15)3.1 塔径的计算 (15)3.1.1 精馏段塔径的计算 (15)3.1.2 提馏段塔径的计算 (16)3.2 塔高的计算 (17)3.2.1 塔顶空间高度 (17)3.2.2 塔板间距 (17)3.2.3 进料段空间高度 (17)3.2.4 塔底空间高度 (17)3.2.5 开有手孔的塔板间距 (18)3.2.6 塔体总高度 (18)4 塔板主要工艺尺寸的计算及布置 (18)4.1 溢流装置计算 (18)4.1.1 溢流堰高度的计算 (19)4.1.2 降液管的宽度与降液管的面积 (19)4.1.3降液管底隙高度 (20)4.2 塔板布置 (20)4.2.1 边缘区宽度及安定区宽度 (21)4.2.2 开孔区面积 (21)4.2.3 筛孔数目与开孔率 (21)5 塔板的流体力学验算 (22)5.1 塔板压降 (22)5.1.1 干板压降相当的液柱高度 (22)5.1.2 气体通过液层阻力 (23)5.1.3 克服液体表面张力压降相当的液柱高度 (24)5.1.4 塔板压降 (24)5.2 液面落差 (24)5.3 液面夹带 (24)5.4 漏液 (25)5.5 液泛 (25)6 塔板负荷性能图 (26)6.1 漏液线 (26)6.1.1 精馏段漏液线方程 (26)6.1.2 提馏段漏液线方程 (26)6.2 液沫夹带线 (26)6.2.1 精馏段液沫夹带方程 (26)6.2.2 提馏段液沫夹带方程 (27)6.3 液相负荷下限线 (27)6.4 液相负荷上限线 (27)6.5 液泛线 (28)6.5.1 精馏段液泛线方程 (28)6.5.2 提馏段液泛线方程 (29)6.6 作图校核 (29)6.6.1 精馏段筛板负荷曲线图 (29)6.6.2 提馏段筛板负荷曲线图 (30)7 筛板塔的工艺设计计算结果概览表 (31)8 主要附属设备的设计及热量衡算 (32)8.1 再沸器的选择 (32)8.1.1 热量衡算 (32)8.1.2 再沸器的选择 (33)8.2 冷凝器的选择 (33)8.3 馏出液冷却器的选择 (34)8.4 输送泵的选取 (34)8.4.1 料液输送泵的选型 (34)8.4.2 釜液泵的选型 (35)8.4.3 馏液冷却泵的选型 (35)9 塔体结构及次要附属设备的设计 (35)9.1 接管的尺寸及选择 (35)9.1.1 进料管 (35)9.1.2 塔顶蒸汽出口管 (35)9.1.3 回流管管径 (36)9.1.4 塔釜出料液管 (36)9.1.5 塔底至再沸器的接管管径 (36)9.1.6 再沸器返塔连接管管径 (36)9.1.7 法兰的选择[5] (36)9.2 筒体与封头 (37)9.2.1 筒体 (37)9.2.2 封头[5] (37)9.2.3 支座的设计[5] (37)9.2.4除沫器设计 (37)9.2.5 手孔 (37)10 设计心得 (38)11 参考文献 (39)1 绪论乙醇—水是工业上最常见的溶剂，也是非常重要的化工原料之一，是无色、无毒、无致癌性、污染性和腐蚀性小的液体混合物。

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。

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。
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(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。
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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