筛板萃取塔设计计算

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。

液－液萃取实验一、实验目的1．了解液-液萃取设备的结构和特点； 2．掌握液-液萃取塔的操作；3．掌握传质单元高度的测量方法，并分析外加能量对液－液萃取塔传质单元高度和通量的影响。

二、实验原理液液相传质和气液相传质均属于相间传质过程。

因此这两类传质过程具有相似之处，但也有相当差别。

在液液系统中，两相间的重量差较小，界面张力也不大，所以从过程进行的流体力学条件看，在液液相的接触过程中，能用于强化过程的惯性力不大，同时已分散的两相，分层分离能力也不高。

因此，对于气液接触效率较高的设备，用于液液接触就显的效率不高。

为了提高液液相传质设备的效率，常常补给能量，如搅拌、脉动、振动等。

为使两相逆流和两相分离，需要分层段，以保证有足够的停留时间，让分散的液相凝聚，实现两相的分离。

在液－液萃取塔的操作过程中，首先要确定哪一相作为分散相，本装置选用煤油（苯甲酸）－水系统，以水作为萃取剂，萃取煤油中的苯甲酸，根据分散相选择的原则选煤油作为分散相为宜，液液的分散借助往复振动的筛板，液滴尺寸的大小不仅关系到相际接触面积，而且影响传质系数和塔的流通量，较小的液滴，其内循环消失，液滴的行为趋势于固体球，传质系数下降，对传质不利。

所以，液滴尺寸对传质的影响必须同时考虑这两方面的因素。

此外，萃取塔内连续相所允许的极限速度（泛点速度）与液滴的运动速度有关，而液滴的运动速度与液滴的尺寸有关，一般较大的液滴，其泛点速度较高。

那么塔的通量较大。

反之则通量较低。

萃取过程一般采用传质单元数和传质单元高度来处理，用传质单元数来表示过程分离程度的难易，用传质单元高度来表示设备传质性能的好坏。

H=H OR ·N ORN OR ：萃取相为基准的总传质单元数。

H OR ：萃余相为基准的总传质单元高度。

H ：萃取塔的有效接触高度。

)(*-∙∙=X X X dX X N R f ORX ：萃余相中溶解溶质的浓度，以质量分数来表示：X*：与相应萃余相浓度成平衡的萃取相中的溶质的浓度质量分率。

（六）塔板主要工艺尺寸的计算1.溢流装置的计算因塔径D=1.0m ，可选用单溢流弓形降液管，采用凹形受液盘。

各项计算如下：（1） 堰长wl取l w =0.66D =0.66×1.6=1.056m(2)溢流堰高度 w h由w h =L h -owh选用平直堰，堰上高度ow h 由式ow h =3/2)(100084.2wh l L E 计算，近似取E=1，则ow h =3/2)(100084.2wh l L E =3/2)056.136000097.0(1100084.2⨯⨯⨯=0.029m取板上清液层高度 L h =60mm故w h =0.06-0.029=0.031m(3)弓形降液管宽度d W 和截面积fA由Dl w=0.66查图“弓形降液管的参数”，得tf A A =0.0722DW d=0.124故f A =0.0722⨯2.011=0.1452md W =0.124D=0.124⨯1.6=0.198m依式θ=33600≥hTf L H A ~5验算液体在降液管中停留时间，即θ=hTf L H A 3600=36000097.06.0145.03600⨯⨯⨯=8.97>5s故降液管设计合理。

（4）降液管底隙高度0h0h ='3600u l L w h取'u =0.02D m /s则0h =25.0056.1360036000097.0⨯⨯⨯=0.037m由于w h <0h ，所以应取'w h >0h 以保证液体由降液管流出时不受到很大阻力。

选用凹形受液盘，深度'w h =50mm .2.塔板布置（1）塔板的分块 因D ≥800mm ，故塔板采用分块式。

查表“塔板分块数”，塔板分块为4块。

（2） 边缘区宽度确定取a W =s W =0.065m ，c W =0.035m（3） 开孔区面积计算开孔区面积按式a A =)sin 180(21222rxr x r x -+-π其中mW D r m W W D x c s d 465.0035.026.12537.0)065.0198.0(26.1)(2=-=-==+-=+-=故a A =21222496.1765.0537.0sin 180765.0537.0765.0537.0(2m =⨯+--π（4） 筛孔计算及其排列本例所处理的物系无腐蚀性，可选用mm 3=δ碳钢板，取筛孔直径mm d 50=。

萃取塔主要尺寸计算（1）萃取设备类型及构造1.混合澄清器（单级萃取器）2.脉冲筛板萃板塔P2473.转盘萃取塔（2）萃取塔主要尺寸计算Ⅰ塔径——根据操作速度——单位时间内通过单位传质面积的体积流量m3/m2·h来确定。

塔高依塔型不同而异，与塔板数有关。

塔径计算举例。

用重苯萃取含酚废水。

废水流量Q=8m3/h含酚浓度Cs=3000mg/L；萃余液Cs′=3000mg/L重苯流量q=7.5m3/h 废水密度ρs =1T/m3Cc=900mg/L 重苯密度ρc=0.9T/m3液相在分离室停留时间20分钟。

Ⅱ塔身（1）直径单位传质总面积A＝F＋f|u|=|u1|+|u2|绝对值表示速度永远是正，不管是逆流与顺流。

F——连续相过水断面面积（废水）m2f——分散相过水断面面积（萃取剂）m2u1·Q——连续相设计流速与流量u2 ——分散相设计流速（m/h）q ——分散相设计流速(m3/h )u ——液泛流速废水相与分散相流速之和。

计算步聚当Q≈q，由u=u1+u2 u1=u-u2设u1＝au（代入上式中）可得：当a＝即为最小塔身直径（此时D最小）这时将给定参数代入上式，即可求出D＝0.92（m），取D＝0.9（m）（2）塔身高H1萃取段高度H1H1＝（n－1）h＋500（mm）h——筛板间距，n——筛板块数；500——安装布水器的空间高度，mm根据实验研究h采用200（mm），n 采用前面计算：20＋6（保险系数）∴H1＝（26－1）×200＋500＝5500（mm）。

2.塔底和塔顶分离室的计算此处V—萃取流速＝5（m/h）（1.4mm/S＝5m/h）H2＝Vt×＝1.67（m）取≈1.5（m）t＝20——液相在分离式停留20分H2计算V＝1.4（mm/S）＝5（m/h）(m) H2＝Vt（流量×时间＝容积）分离塔容积＝废水水量与前面求得H2＝1.67相近。

但不如上面精确∴塔总高H＝H1＋2H2＝5.5＋2×1.5＝8.5（m）。

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。

脉冲筛板萃取塔设计计算
脉冲筛板萃取塔（Packed Column Extractor）是一种常用的化工设备，主要用于分离和萃取不同组分的混合物。

在设计脉冲筛板萃取塔时，需要考虑多个因素，包括操作温度、压力、组分比例以及传质和传热效率等。

一般而言，设计脉冲筛板萃取塔需要进行以下步骤：
1. 确定工艺参数：根据具体产品的要求，确定工艺参数，比如操作温度、操作压力、混合物的组分比例等。

2. 选择填料类型：填料是脉冲筛板萃取塔中起到分离物料的关键物质，因此应根据具体情况进行选择，比如选择具有高比表面积和良好传质和传热性能的填料。

3. 计算填料量：根据塔的尺寸、填料密度以及质量平衡原理，计算所需填料量，并将填料放入塔内。

4. 计算操作条件：根据传质和传热原理，计算出所需的操作条件，包括塔顶液相浓度、塔底浓相浓度以及外部加热和冷却的温度。

5. 设计塔底液流量和塔顶气流量：根据塔的结构，设计合适的液流和气流，以确保填料表面的湿润和物料的分离效果。

6. 进行性能测试和优化：进行实际运行测试，并根据测试结果进行优化，确保脉冲筛板萃取塔的性能和效率达到预期要求。

以上是脉冲筛板萃取塔设计的基本计算步骤，需要根据具体情况进行调整和优化。

设计前应仔细了解相关的工艺和物理化学原理，确保设计方案的科学合理性和可行性。