提馏段负荷性能图

塔板负荷性能图精馏段塔板负荷性能图（一）雾沫夹带线（I ） 由e v =σ6107.5-⨯(fT ah H u -)2.3式中a u =f T s A A V -==-1677.00106.2sV 0.543 s V （a ）f h =2.5（h W ⨯h OW ）=2.5［h W +2.84310-⨯E(Ws l L 3600)3/2］ 近似取E=1.0 h W =0.044m W l =1.12m 故f h =2.5［0.044+2.84310-⨯(12.13600s L )3/2］=0.110+1.546sL 3/2 （b ）取雾沫夹带极限值e v 为0.1kg 液/kg 气，已知31062.20-⨯=σN/m T H =0.4m将（a ）、（b ）式代入式4-410.1=361062.20107.5--⨯⨯（)1.546L (0.110-0.4 0.543V 2/3ss +）2.3 整理得： s V =3.37-17.942/3sL （1）在操作范围内，任取几个s L 值，依（1）式算出相应得s V 值列于附表1中。

以表中数据作出雾沫夹带线（1），如附图2中线（1）所示。

附表1（二）液泛线（2）Φ（H T +h w ）=h p +h w +h ow +h d 取E=1.0 l w =1.12m h ow =3/2w s )l 3600L (E 100084.2= 3/2s )1.123600L (E 100084.2=0.6185L 3/2S (C)因为 h p =h c +h l +h σh c = 0.051（o O c u ）2（L V ρρ）= 0.051（0o S A c V ）2LV ρρ = 0.051（1445.00.84V S ⨯）276.80594.2=0.0126V 2Sh l =0ε(h w +h ow )=（0.044+0.6185L 3/2S ）×0.6=0.0264+0.3711L 3/2Sh σ =0.00209m所以 h p =h c +h l +h σ=0.0126V 2S +0.0264+0.3711L 3/2S +0.00209 =0.0285+0.0126V 2S +0.37L 3/2S （d ）h d =0.153(OW h l Ls ⋅)2=0.153(045.012.1L s ⨯)2=60.23L 2S (e)将H T =0.4m ，h w 为0.044，Φ=0.5及（c ）（d ）（e ）代入Φ（H T +h w ）=h p +h w +h ow +h d0.5（0.4+0.044）=0.0285+0.0126V 2S +0.37L 3/2S +0.044+0.6185L 3/2S +60.23L 2S 所以 V 2S =11.87-78.45L 3/2S -4780.2L 2S （2）在操作范围内取若干L S 值，以式（2）计算V S 值，列于附表2中，以表中数据作出液泛线（2），如附图2中线（2）所示。

苯-甲苯连续板式精馏塔的设计方案1.1精馏塔精馏塔是一圆形筒体，塔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，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。

1.2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。

1.3冷凝器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。

1.4精馏设计方案的制定及说明1.5基础数据的搜集表1 苯和甲苯的物理性质L表8常压下苯——甲苯的气液平衡数据2.工艺计算2.1生产要求:原料液组成：苯34.5%（wt%）。

产品中：苯含量98.5% 残夜中：苯含量1%2.2塔的物料衡算：料液及塔顶.塔底产品含苯摩尔分数:011.013.92/9911.111.781987.013.925.111.785.9811.785.98383.013.925.6511.785.3411.785.34=+==+==+=w D f x x x平均摩尔质量:Mf=0.383⨯78.11+(1-0.383)⨯92.13=86.767kg/mol Md=0.987⨯78.11+(1-0.987)⨯92.13=78.29kg/mol Mw=0.011⨯78.11+(1-0.011) ⨯92.13=91.98kg/mol 物料衡算:总物料衡算 : D+W=F易挥发组分物料衡算 : D ×Xd+W ×Xw=F ×XfF=33.3*1038.03386.767=kmol/h D=14.497kmol/h W=23.536kmol/h设计成泡点进料后: min 0.6080.9871.680.3830.608F D F F y x R x y --===-- (查得Xf=0.383时Yf=0.608)2.3理论板层数NT 的求取min R =1.68由逐板计算法借助EXCEL 算出各个回流比下理论塔板数：y=0.686x+0.310 1.5100.00561 y'=1.510x-0.00561 y=0.702x+0.294 1.484 0.00533 y'=1.484x-0.00533 y=0.716x+0.280 1.461 0.00507 y'=1.461x-0.00507 y=0.729x+0.267 1.440 0.00484 y'=1.440x-0.00484 y=0.759x+0.238 1.392 0.00431 y'=1.392x-0.00431 y=0.751x+0.245 1.403 0.00444 y'=1.403x-0.00444 y=0.761x+0.235 1.387 0.00426 y'=1.387x-0.00426 y=0.771x+0.2261.372 0.00410 y'=1.372x-0.00410相平衡方程为: 2.47 1.47nn ny x y =-R NTR NT*(R+1) 1.2Rmin 21 2.016 63.3360 1.3Rmin 21 2.184 66.8640 1.4Rmin 19 2.352 63.6880 1.5Rmin 18 2.520 63.3600 1.6Rmin 17 2.688 62.6960 1.7Rmin 16 3.142 66.2656 1.8Rmin 16 3.024 64.3840 1.9Rmin 16 3.192 67.0720 2.0Rmin 16 3.360 69.7600图1 最优回流比的选择由图可得最优回流比R=1.6Rmin=2.688 由图得NT ＝17（包括再沸器）。

提馏段（一）操作压强的计算1．由前知p F= 120.73kpa，p w=(120.73+16x0.67)=131.45kpa，提馏段的平均压强为；p m=(131.45+120.73)/2=126.1 kpa2.操作温度：由手册知t F=83.9°C, t W=99.8°C, t m = （83.9+99.8）/2=91.9°C3．平均分子量为：y w=0.0014, x W =0.00012,M V W提=0.00114 x46.07+(1-0.00114)x18.02=18.03 kg/kmolM L W提=0.00012x46.07+(1-0.00012)x18.02=18.00 kg/kmol提馏段的平均分子量为；M V m提=(18.03+31.65)/2=24.83 kg/kmolM L m提=(18.00+22)/2=20.1 kg/kmol4. 平均密度为：（1）由式1/ρLm =αA/ρLA +αB/ρLB （α为质量分数）得，t W=99.8°C, ρLA = 716.2 kg/m3，ρLB = 959.0 kg/m3αA= (0.00012x46.07)/[0.00012x46.07+(1-0.00012)x18.02]=0.0.00031由式知 1/ρLm = 0.00031/716.2+（1-0.00031）/959.0ρLm =958.9 kg/m3提馏段的平均密度为:ρLm提=（886.7+958.9）/2=922.8 kg/m32.气相密度ρmV提=PM Vm精/RT= （126.1x24.83）/8.314x(91.85+273.1)=1.03kg/m33. 液体的表面张力σmσm =∑x iσiσm釜= 0.00012 x0.01521+（1-0.00012）x0.05882=0.05881 N /m则提馏段的平均表面张力为：σm（提）=（0.0.05567+0.05881）/2= 0.05724N /m4，液体黏度μLmμLm =∑x iμiμL顶=0.00012x0.34+(1-0.00012)x0.2839=0.2839 mpa·s则提馏段的平均液相黏度为：μLm提= （0.3513+0.2839）/2=0.3176 mpa·s（二）提馏段气液负荷计算1．V=（R+1）D=（2.76+1）x36.4048=137 kmol/hV S=V M Vm精/3600ρmV精=(137x24.83)/(3600x1.03)=0.917 m3/hL=F+L=100.57+158.6=259.17 kmol/hL S=L M Lm精/3600ρL m精 =(259.17x20.1)/(3600x922.8)=0.00157 m3/hL h =5.65 m3/h2．塔径D塔径初选；H T=0.35 m, 取板上液层高度为h L=0.06m,，则H T -h L =0.35-0.06=0.29m（L S/V S）（ρL/ρV）½=(0.00157/0.917）x(958.9/1.03)½ =0.0522查图10-42得，C20=0.068C= C20（σ/20）0.2= 0.068x(57.24/20) 0.2=0.084u max =C[(ρL -ρV )/ρV ] 0.5=0.084x[(922.8 -1.03)/1.03] 0.5 =2.51m/s取安全系数为0.75，有u f=0.75 u max=0.75x0.2.51=1.88m/s故D=（4 V S/πu）0.5=(4x0.917/3.14x1.88) 0.5=0.79m/s按标准，取与精馏段一样为0.9m，3．采用单溢流，弓形降液管，平形受液盘及平形溢流堰，不设进口堰，各项计算如下：1．溢流堰长l w取堰长为0.65D，即l w=0.6 5x0.9=0.585m2.出口堰高h wh w= h L -h ow初选l w /D=0.585/0.9=0.6L h /( l w 2..5)=5.65/0.5852..5=21.58m查《化工原理》下，P184，图10-48，得E= 1.023所以有h ow=2.84x10-3E(L h / l w)⅔即h ow=2.84x10-3 x1.023x(5.65/0.585)⅔=0.0132mh w=0.06 -0.0132=0.0468m3.降液管的宽度W d与降液管面积A f由l w /D=0.65 ，查图得W d /D=0.14 ， A f /A T =0.065 ,W d =0.11D=0.14x0.9=0.126, A f =0.065x(π/4)D2 =0.065x0.785x(0.9)2=0.0.0413m2计算液体在降液管中停留的时间以检验降液管面积，即τ=A f H T / L S =0.0413x0.3/0.00157=7.89 > 5s (符合条件)降液管底隙高度h o，约取h o=0.04m4．塔颁布置（1）取边缘宽度为W C=0.040m，安定区宽度W S=0.05m，（2）计算开孔区面积，x=D/2 - ( W C +W S)=0.9/2–(0.126+0.05)=0.274R= D/2 - W C =0.9/2–0.04=0.0.410m鼓泡区面积 A a =2[x(R2-X2)½+(πR2/180)sin-1 (x/R)]=2x[0.274x(0.412-0.2742)½+(3.14x0.412/180)sin-1(0.274/0.41)=0.413m2 5.筛板数n与开孔率Ф初取 t/d0=2.7, d0 =5mm, 呈正角形排列，所以， t=2.7x5=13.5mm塔板上的筛孔数n为n=(1158x103/t2 )A a =(1158x103/152)x0.413=2126孔计算塔板上开孔区的开孔率Ф，即Ф=（ A0/ A a ）%= 0.907/( t/d0)2%=0.907/2.72 %=12.4%（在5%-15%范围内）每层塔板上的开孔面积A0为A0=ФA a =12.4 % x0.413=0.0512 m2气体通过筛孔的气数 u o =V S/A0 =0.917/0.0512=17.91m/s6，塔有效高度Z（精馏段）Z=（16-1）x0.3=4.5m(三)，筛板的流体力学验算一，气体通过筛板压降相当的的液柱高度h ph p = h c +h L +h a1．干板压降相当的液柱高度h c孔径和板厚之比 d0/σ=0.6，查《化工原理》下册，P182，图10-45，得，C0=0.77 所以，式 h c =0.051(u0/ C0)2 (ρV/ρL)=0.051x(117.11/0.77) 2(1.03/922.8)=0.0308m2．气流穿过板上液层压降相当的液柱高度h lu a =V S /(A T-A f)= 0.917/(0.636-0.0413)=1.54m/sF a= u aρV½=1.54x1.03½=1.56查图10-45得，板上的液层充气系数为：ß=0.59所以， h l= ß h L = ß (h w+ h ow)=0.59x0.06=0.0354m3.克服液体表面张力压将相当的液柱高度h ph a= 46/（9810ρL d0）=4x0.05724/（922.8x9.81x0.005）=0.00506h p=0.0308+0.0354+0.00506=0.0713m单板压降ΔP=h pρL g=0.0713x922.8x9.81=645pa <0.7kpa(设计允许值) 5．液沫夹带量e V的验算由式 e V=(0.0057/σ)[u a/(H T - h f)]3.2=（0.0057/0.05724)[1.54/(0.35-2.5x0.06)] 3.2=0.068kg液/kg气<0.1 kg液/kg气故在设计负荷下不会发生液沫夹带。

化工原理课程设计甲醇和水摘要 (3)Abstract (3)引言 (1)第1章设计条件与任务 (2)1.1设计条件 (2)1.2设计任务 (2)第2章设计方案的确定 (3)2.1操作压力 (3)2.2进料方式 (3)2.3加热方式 (3)2.4热能的利用 (3)第3章精馏塔的工艺设计 (4)3.1全塔物料衡算 (4)3.1.1原料液、塔顶及塔底产品的摩尔分数 (4)3.1.2原料液、塔顶及塔底产品的平均摩尔质量 (4)3.1.3物料衡算进料处理量 (4)3.1.4物料衡算 (4)3.2实际回流比 (5)3.2.1最小回流比及实际回流比确定 (5)3.2.2操作线方程 (6)3.2.3汽、液相热负荷运算 (6)3.3理论塔板数确定 (6)3.4实际塔板数确定 (6)3.5精馏塔的工艺条件及有关物性数据运算 (7)3.5.1操作压力运算 (7)3.5.2操作温度运算 (7)3.5.3平均摩尔质量运算 (7)3.5.4平均密度运算 (8)3.5.5液体平均表面张力运算 (9)3.6精馏塔的塔体工艺尺寸运算 (10)3.6.1塔径运算 (10)3.6.2精馏塔有效高度运算 (12)第4章塔板工艺尺寸的运算 (13)4.1精馏段塔板工艺尺寸的运算 (13)4.1.1溢流装置运算 (13)4.1.2塔板设计 (13)4.2提馏段塔板工艺尺寸设计 (14)4.2.1溢流装置运算 (14)4.2.2塔板设计 (15)4.3塔板的流体力学性能的验算 (15)4.3.1精馏段 (15)4.3.2提馏段 (16)4.4板塔的负荷性能图 (18)4.4.1精馏段 (18)4.4.2提馏段 (19)第5章板式塔的结构 (21)5.1塔体结构 (21)5.1.1塔顶空间 (21)5.1.2塔底空间 (21)5.1.3人孔 (21)5.1.4塔高 (21)5.2塔板结构 (22)第6章附属设备 (22)6.1冷凝器 (22)6.2原料预热器 (22)第7章接管尺寸的确定 (24)7.1蒸汽接管 (24)7.1.1塔顶蒸汽出料管 (24)7.1.2塔釜进气管 (24)7.2液流管 (24)7.2.1进料管 (24)7.2.2回流管 (24)7.2.3塔釜出料管 (24)第8章附属高度确定 (26)8.1筒体 (26)8.2封头 (26)8.3塔顶空间 (26)8.4塔底空间 (26)8.5人孔 (26)8.6支座 (26)8.7塔总体高度 (26)第9章设计结果汇总 (27)设计小结与体会 (29)参考文献 (30)摘要课程设计不同于平常的作业，在设计中需要我们自己做出决策，即自己确定方案、选择流程、查取资料、进行过程和设备运算，并要求自己的选择作出论证和核算，通过反复的分析比较，择优选定最理想的方案和合理的设计。

化工原理一、设计题目板式精馏塔的设计二、设计任务：乙醇-水二元混合液连续操作常压筛板精馏塔的设计三、工艺条件生产负荷（按每年7200小时计算）：6、7、8、9、10、11、12万吨/年进料热状况：自选回流比：自选加热蒸汽：低压蒸汽单板压降：≤0.7Kpa工艺参数组成浓度（乙醇mol%）塔顶78加料板28塔底0.04四、设计内容1.确定精馏装置流程，绘出流程示意图。

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。

3.主要设备的工艺尺寸计算板间距，塔径，塔高，溢流装置，塔盘布置等。

4.流体力学计算流体力学验算，操作负荷性能图及操作弹性。

5.主要附属设备设计计算及选型塔顶全凝器设计计算：热负荷，载热体用量，选型及流体力学计算。

料液泵设计计算：流程计算及选型。

管径计算。

五、设计结果总汇六、主要符号说明七、参考文献八、图纸要求1、工艺流程图一张(A2 图纸)2、主要设备工艺条件图（A2图纸）目录前言 (4)1概述 (5)1.1 设计目的 (5)1.2 塔设备简介 (5)2设计说明书 (7)2.1 流程简介 (7)2.2 工艺参数选择 (8)3 工艺计算 (9)3.1物料衡算 (9)3.2理论塔板数的计算 (9)3.2.1 查找各体系的汽液相平衡数据 (9)如表3-1 (9)3.2.2 q线方程 (9)3.2.3 平衡线 (10)3.2.4 回流比 (11)3.2.5 操作线方程 (11)3.2.6 理论板数的计算 (12)3.3 实际塔板数的计算 (12)3.3.1全塔效率ET (12)3.3.2 实际板数NE (13)4塔的结构计算 (14)4.1混合组分的平均物性参数的计算 (14)4.1.1平均分子量的计算 (14)4.1.2 平均密度的计算 (15)4.2塔高的计算 (16)4.3塔径的计算 (16)4.3.1 初步计算塔径 (17)4.3.2 塔径的圆整 (18)4.4塔板结构参数的确定 (18)4.4.1溢流装置的设计 (18)4.4.2塔盘布置（如图4-4） (18)4.4.3 筛孔数及排列并计算开孔率 (19)4.4.4 筛口气速和筛孔数的计算 (20)5 精馏塔的流体力学性能验算 (21)5.1 分别核算精馏段、提留段是否能通过流体力学验算 (21)5.1.1液沫夹带校核 (21)5.2.2塔板阻力校核 (22)5.2.3溢流液泛条件的校核 (24)5.2.4 液体在降液管内停留时间的校核 (24)5.2.5 漏液限校核 (24)5.2 分别作精馏段、提留段负荷性能图 (25)5.3 塔结构数据汇总 (27)6 塔的总体结构 (29)7 辅助设备的选择 (30)7.1塔顶冷凝器的选择 (30)7.2塔底再沸器的选择 (30)7.3管道设计与选择 (32)7.4 泵的选型 (33)7.5 辅助设备总汇................................................................................................................ .. 33化工生产中所处理的原料中间产品几乎都是由若干组分组成的混合物，其中大部分是均相混合物。

课程设计说明书目 录一、苯-氯苯分离过程板式精馏塔的设计任务书..................................................................... - 1 -设计题目 .............................................................................................................................. - 1 - 操作条件 .............................................................................................................................. - 1 - 塔设备型式 .......................................................................................................................... - 1 - 设备工作日 .......................................................................................................................... - 1 - 厂址...................................................................................................................................... - 1 - 主要设计内容 ...................................................................................................................... - 1 - 1.7 基础数据 ....................................................................................................................... - 2 - 二、产品与设计方案简介 .......................................................................................................... - 3 -1.产品性质、质量指标 ....................................................................................................... - 3 - ............................................................................................................................................. - 4 - 三、工艺计算及主体设备设计 .................................................................................................. - 4 -............................................................................................................................................. - 4 -1.1原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 ................................................................ - 4 - ...................................................................................................................................... - 5 - ............................................................................................................................................. - 5 -T N 的确定 .................................................................................................................. - 5 -p N ...................................................................................................................................... - 7 -...................................................................................................................................... - 7 - ...................................................................................................................................... - 8 - ............................................................................................................................................. - 8 -...................................................................................................................................... - 8 - ...................................................................................................................................... - 8 - .................................................................................................................................... - 10 - .................................................................................................................................... - 10 - .................................................................................................................................... - 11 - .................................................................................................................................... - 12 -四、精馏塔的塔体工艺尺寸计算 ............................................................................................ - 13 -........................................................................................................................................... - 13 -1.1精馏段的气、液相体积流率 .............................................................................. - 13 - 1.2提馏段的气、液相体积流率 .............................................................................. - 14 - ........................................................................................................................................... - 15 -.................................................................................................................................... - 15 - .................................................................................................................................... - 15 -五、塔板工艺结构尺寸的设计与计算 .................................................................................... - 15 -........................................................................................................................................... - 16 -1.1溢流堰长（出口堰长）w l ................................................................................. - 16 -ow L w h h h -= ........................................................................................................... - 16 -d W 和降液管的面积f A ........................................................................................... - 16 -.................................................................................................................................... - 16 -o h ............................................................................................................................... - 16 -........................................................................................................................................... - 17 - .................................................................................................................................... - 17 -c W 与安定区宽度s W ................................................................................................ - 17 - a A ............................................................................................................................. - 17 -n 和开孔率 .................................................................................................................... - 17 -六．塔板上的流体力学验算 .................................................................................................... - 18 - ........................................................................................................................................... - 18 -l h ............................................................................................................................... - 18 - σh .............................................................................................................................. - 19 -1.4气体通过每层筛板的压降（单板压降）p h 和p p Δ ........................................ - 19 -v e 的验算 ........................................................................................................................... - 19 -........................................................................................................................................... - 19 - ........................................................................................................................................... - 20 - 七、塔板负荷性能图 ................................................................................................................ - 21 -1.漏液线（气相负荷下限线） ......................................................................................... - 21 - ........................................................................................................................................... - 21 - ........................................................................................................................................... - 23 - ........................................................................................................................................... - 23 - ........................................................................................................................................... - 23 - 八、精馏塔接管尺寸计算 ........................................................................................................ - 26 -........................................................................................................................................... - 26 - ........................................................................................................................................... - 26 - ........................................................................................................................................... - 27 - ........................................................................................................................................... - 27 - ........................................................................................................................................... - 27 - 九、产品冷却器选型 ................................................................................................................ - 28 - 十、筛板塔设计计算结果一览表 ............................................................................................ - 29 - 十一、评述................................................................................................................................ - 31 - 十二、附录................................................................................................................................ - 32 -参考文献 ............................................................................................................................ - 32 - 主要符号说明 .................................................................................................................... - 33 -一、苯-氯苯分离过程板式精馏塔的设计任务书设计题目要求：设计一座苯－氯苯连续精馏塔，要求年产纯度为99.8%的氯苯17280吨/年，塔顶馏出液中含氯苯不得高于2%，原料液中含氯苯38%（以上均为质量分数）。

吉林化工学院化工原理课程设计吉林化工学院化工原理课程设计题目苯-甲苯二元物系浮阀精馏塔设计吉林化工学院化工原理课程设计目录设计任务书 (1)摘要 (2)前言 (3)第一章工艺部分 (I)§1.1精馏塔物料衡算 (4)§1.2有关理论板的设计计算 (6)§1.3有关实际板的设计计算 (7)第二章板式塔主要工艺尺寸的设计计算 (9)§2.1物性及塔的工艺条件的设计 (9)§2.2塔和塔板主要工艺尺寸的计算....................................................错误！未定义书签。

§2.3塔板流体力学计算 (16)§2.4塔板负荷性能图 (18)第三章辅助设备及选型 (23)§3.1接管 (23)§3.2筒体与封头 (24)§3.3除沫器 (24)§3.4裙座 (24)§3.5人孔 (24)§3.6塔总高度的设计 (25)第四章辅助设备计算 ······················································································错误！未定义书签。