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精馏塔的设计详解

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精馏塔的设计详解 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN 目录 一. 前言 ……………………………………………………………………………3 二. 塔设备任务书 ……………………………………………………………4 三. 塔设备已知条件 …………………………………………………………5 四. 塔设备设计计算 …………………………………………………………6 1、选择塔体和裙座的材料 ………………………………………………6

2、塔体和封头壁厚的计算 ……………………………………………6

3、设备质量载荷计算………………………………………………………7 4、风载荷与风弯距计算……………………………………………………9 5、地震载荷与地震弯距计算 …………………………………………12

6、偏心载荷与偏心弯距计算 ……………………………………………13 7、最大弯距计算 ………………………………………………………14 8、塔体危险截面强度和稳定性校核……………………………………14

9、裙座强度和稳定性校核 ……………………………………………16 10、塔设备压力试验时的应力校核 ……………………………………18

11、基础环设计 …………………………………………………………18

12、地脚螺栓设计 …………………………………………………………19

五. 塔设备结构设计 …………………………………………………… 20 六. 参考文献 ………………………………………………………………21 七. 结束语 ………………………………………………………………… 21 前言 苯(C6H6)在常温下为一种无色、有甜味的透明液体，并具有强烈的芳香气味。苯可燃，有毒，也是一种致癌物质。它难溶于水，易溶于有机溶剂，本身也可作为有机溶剂。苯具有的环系叫苯环，是最简单的芳环。苯分子去掉一个氢以后的结构叫苯基，用Ph表示。因此苯也可表示为PhH。苯是一种石油化工基本原料。苯的产量和生产的技术水平是一个国家石油化工发展水平的标志之一。 甲苯是有机化合物，属芳香烃，分子式为C6H5CH3。在常温下呈液体状，无色、易燃。它的沸点为110．8℃，凝固点为－95℃，密度为0．866克／厘米3。甲苯不溶于水，但溶于乙醇和苯的溶剂中。甲苯容易发生氯化，生成苯—氯甲烷或苯三氯甲烷，它们都是工业上很好的溶剂；它还容易硝化，生成对硝基甲苯或邻硝基甲苯，它们都是染料的原料；它还容易磺化，生成邻甲苯磺酸或对甲苯磺酸，它们是做染料或制糖精的原料。甲苯的蒸汽与空气混合形成爆炸性物质，因此它可以制造梯思梯炸药。甲苯与苯的性质很相似，是工业上应用很广的原料。但其蒸汽有毒，可以通过呼吸道对人体造成危害，使用和生产时要防止它进入呼吸器官。 苯和甲苯都是重要的基本有机化工原料。工业上常用精馏方法将他们分离。精馏是分离液体混合物最早实现工业化的典型单元操作，广泛应用于化工，石油，医药，冶金及环境保护等领域。它是通过加热造成汽液两相体系，利用混合物中各组分挥发度的差别实现组分的分离与提纯的目的。 实现精馏操作的主要设备是精馏塔。精馏塔主要有板式塔和填料塔。板式塔的核心部件为塔板，其功能是使气液两相保持密切而又充分的接触。塔板的结构主要由气体通道、溢流堰和降液管。本设计主要是对板式塔的设计。 一． 塔设备任务书 简图与说明 比例 设计参数与要求 工作压力MPa 腐蚀速率mm/a 设计压力MPa 设计寿命 a 20

工作温度 ºC 120 浮阀个数

设计温度 ºC 150 浮阀间距

介质名称 苯、甲苯 保温材料厚度/mm 100

介质密度 kg/m3 保温材料密度kg/m3 300

基本风压 Pa 300 存留介质高度 mm 49 地震烈度 9 壳体材料 Q235-A 场地类别 Ⅱ 内件材料 塔形 筛板塔 裙座材料 Q235-A 塔板数目 21 偏心质量 kg 2000 塔板间距 mm 500 偏心距 mm 1000 接管表

符号 公称 尺寸 连接面形式 用途 符号 公称尺寸 连接面形式 用途

a1,2 450mm － 人孔 g 45 mm 突面 回流

口

b1,2 － 突面 温度计 h1-3 25 mm 突面 取样

口

c － 突面 进气口 i1,2 － 突面 液面

计

d1,2 38mm 突面 加料口 j 38 mm 突面 出料

口

e1,2 － 突面 压力计 k1-3 450 mm 突面 人孔

f 127 mm 突面 排气口

条件内容修改 修改标记 修改内容 签字 日期 塔径（原设计算错） 备注 甲苯-苯精馏塔设计 单位名称 化工系2班刘丽娟 工程名称 提出人 刘丽娟 日期 08.7.25

三 . 塔设备已知条件 塔体内径 mmDi/ 1200 场土地类别 Ⅱ 塔体高度 mmH/ 10550 偏心品质kgme/ 2000 设计压力 MPap/ 偏心距 mme/ 1000 设计温度 t/ºC 150 塔保温层厚度 mms/ 100

塔 体

材料 Q-235A 保温材料密度32//mkg 300 许用 应力 MPa/][ 113 裙 座 材料 Q-235B MPat/][ 113 许用应力MPats/][ 113 设计温度下弹性模量 MPaE/ 2×10-5 常温屈服点MPas/ 235

常温屈服点MPas/ 235 设计温度下弹性模量 MPaEs/ 2×10-5 厚度附加量mmC/ 2 厚度附加量mmCs/ 2 塔体焊接头系数 人孔、平台数 5 介质密度3//mkg 1000 地脚螺线 材料 Q-235A 塔盘数 N 48 许用应力MPabt/][ 147 每块塔盘存留介质层高度 mmhw/ 50 腐蚀裕量 mmC/2 3

基本分压值 Paqo/ 300 个数 n 4 地震设防烈度 9 表二：已知条件列表

四． 塔设备设计计算 1、 选择塔体和裙座的材料 设计压力是指设定的容器顶部的最高压力，由“工艺部分”的工艺条件可知塔顶表压为＝'p4kPa；通常情况下将容器在正常操作情况下容器顶部可能出现的最高工作压力称为容器的最大工作压力用wp表示，即wp＝＝'p；取设计压力wpp1.1。 设计温度是指容器在正常操作情况下，在相应设计压力下，设定的受压组件的金属温度，其值不得低于容器工作是器壁金属达到的最高温度。本设计塔内最高温度塔底取得max120tºC，设计温度可以取为150tºC。 从上可知，设计压力和设计温度都属于低压、低温状态，塔体和裙座的材料可用： Q235-A，GB912，热轧，厚度为3~4mm，常温下强度指标b375MPa、

s235MPa，设计温度下的许用应力t][113MPa。

2、 塔体和封头壁厚的计算 塔体壁厚的计算 塔体的壁厚是值塔体计算出来的有效厚度，有效厚度可以用下式计算

21CCne（式中为理论计算厚度，mm；为除去负偏差以后

的圆整值，mm；n为名义厚度，mm；1C为钢板厚度负偏差，mm；2C为腐蚀裕量，mm。） 2.1.1理论计算厚度

ppDti][2，其中iD指塔体的内径，由工艺部分计算可知iD=1.2m；

为焊接头系数，本设计采用双面焊、局部无损探伤，=。 ppDti][2=0044.085.0113212000044.00.03mm 对于碳素钢和低合金钢制容器，mm3min，而mm97.2min1C（钢板厚度按8~25mm计）。假设腐蚀裕量2C=2mm。

n=min+2C=5mm

21CCne=5－－2=2.5mm 封头壁厚的确定 根据塔径iD=1200mm，取用标准椭圆形封头，可选用EHA的标准椭圆形封头（JB/T 4746-2002），公称直径DN=1200mm，曲面高度300mm，直边高度25mm，内表面积1.665m2，容积0.255m3，厚度6mm，质量49kg。

3、设备质量载荷计算 塔设备的操作质量kgmo/： eammmmmmmm05040302010 塔设备的最大质量kgm/max：eawmmmmmmmm04030201max 塔设备的最小质量kgm/min：eammmmmmm04030201min2.0 塔体质量1om 单位长度筒体的质量： ]1200)101200[(1085.7785.0])2[(4226221inimDDsm =148.5kg/m 由工艺部分计算可知塔高H=10.55m，取裙座高度h=1.55m； 筒体质量：1110.55148.5mmHm=1566.7kg 裙座质量：311.5148.5mmhm222.75kg 由前面可知一个封头质量G=77kg，则有封头质量：2m77×2=98kg 1om=1231566.7222.7598mmm

1887.5kg

塔段内件质量2om 查数据可知筛板塔质量 2/65mkgqN；由工艺部分计算可知塔盘数为N=21块 2220.785211.2654oiNmNDq1542 kg

保温层质量3om

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化工设计精馏塔

化工设计精馏塔

前言化工原理课程设计是对化工原理课程内容的应用性训练环节，是理论与实践的桥梁，是学生体察工程实际问题复杂性的初次尝试。

通过化工原理课程设计，要求学生能综合运用本课程和前修课程的基本知识，进行融会贯通的独立思考，在规定的时间内完成指定的设计任务，从而得到以化工单元操作为主的化工设计的初步训练。

通过课程设计，要求学生了解工程设计的基本内容，掌握典型单元操作设计的主要程序和方法，培养学生综合运用理论知识分析和解决工程实际问题的能力。

精馏是分离液体混合物（含可液化的气体混合物）最常用的一种单元操作，在化工，炼油，石油化工等工业中得到广泛应用。

精馏过程在能量剂驱动下（有时加质量剂），使气液两相多次直接接触和分离，利用液相混合物中各组分的挥发度的不同，使易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，实现原料混合液中各组分的分离。

根据生产上的不同要求，精馏操作可以是连续的或间歇的，有些特殊的物系还可采用衡沸精馏或萃取精馏等特殊方法进行分离。

本设计的题目是苯-甲苯连续精馏筛板塔的设计，即需设计一个精馏塔用来分离易挥发的苯和不易挥发的甲苯，采用连续操作方式，需设计一板式塔将其分离。

第一章 物与操作线方程1.1间接蒸汽加热方式下的物料恒算总物料衡算 W D F +=易挥发组分的物料衡算 W D F Wx Dx Fx +=式中：F ，D ,W —进料、馏出液和釜残液的流量，/kmol hF x —进料中易挥发组分的组成，摩尔分率 D x —馏出液中易挥发组分的组成，摩尔分率 W x —釜残液中易挥发组分的组成，摩尔分率苯的摩尔质量为78，甲苯的摩尔质量为92. 进料组成 35/35/65/AF A BM x M M =+ 35/7835/7865/92=+ =0.3884 釜残液组成 2/2/98/AW A B M x M M =+ 2/782/7898/92=+ 0.0235=馏出液组成 99.8/99.8/0.2/AD A BM x M M =+99.8/7899.8/780.2/92=+0.9983=塔顶馏出液的平均摩尔质量0.9983780.00179278.0238/D M kmol h=⨯+⨯=塔底馏出液的流量 73.81067.64/3002478.0238D kmol h ⨯==⨯⨯ 全塔物料衡算 F D W =+ F D W Fx Dx Wx =+代入相关数据得：180.69/F kmol h =，113.05/W kmol h =1.2精馏段操作线方程1.2.1最小回流比的确定查《化工原理（上册）》第十页 苯-甲苯的温度-组成塔的平均相对挥发度取： 2.54 2.51 2.46 2.41 2.372.465m α++++==由公式2.461(1)1 1.46ax xy a x x==+-+选择泡点下的饱和液体进料，此时0.3884q F x x == 代入上式，所以6097.0=q y 得 min R =0.99830.60971.7560.60970.3884D q q qx y y x --==--1.2.2适宜回流比的确定根据设计经验，一般物系的适宜回流比为min R 1.2-1.1R ）（=min1log 11lo g w D D w mx x x x N α⎡⎤⎛⎫⎛⎫-⎢⎥⎪ ⎪-⎝⎭⎝⎭⎣⎦=- 将数据代入得 22.10min =N查《化工原理（下册）》第32页吉利兰图得下表：然后由上数据得出图1.1，由图1.1得适宜回流比取min 1.8 1.8 1.756 3.1608R R ==⨯=1.2.3操作线方程 精馏段操作线方程10.760.2411D n n n x Ry x x R R +=+=+++ 提馏段操作线方程''''1''m m w m w L W L qF Wy x x x x L W L W L qF W L qF W++=-=---+-+- 3.160867.64213.7965L RD ==⨯=kmol/h ''1 1.40170.0094m m y x +=-第二章 理论塔板数的确定本次设计采用逐板计算法 由相平衡方程，得 (1) 2.46(1)n nn n n n n y y x y y y y α==+-+-精馏段方程 10.760.2411D n n n R xy x x R R +=+=+++ 9983.01==D x y则有 9958.01=x ，9968.02=y ， 2992.02=x ，4199.03=y6985.03=x ，9198.04=y ， 3697.04=x ，9997.05=y 5209.05=x ，3496.06=y ， 1479.06=x ，3529.07=y 5448.07=x ，8928.08=y ， 6567.08=x ，2198.09=y 5236.09=x ，3577.010=y ， 0.530810=x ，4346.011=y.4231011=x ，6165.012=y.3425012=x ＜3884.0=F x 则理论进料板为第12层，由于进料为饱和液体进料，则精馏段所需理论板层数为层111-12=（不包括再沸器），同理然后令'121x x ='''''''(1) 2.46(1)m mmm m m m y y x y y y y α==+-+- ''1 1.40170.0094m m y x +=- 计算直到 'm w x x ≤此处得n=7 所以提馏段6层 所以共需17层理论板（不包括再沸器），第三章 实际板层数的确定3.1 塔板总效率的估计在求出理论塔板数后，要先确定塔板总效率才可求出实际板数。

乙醇精馏塔设计手册

乙醇精馏塔设计手册

乙醇精馏塔设计手册乙醇精馏塔设计手册1. 引言乙醇精馏塔是工业生产中常见的设备，用于乙醇的提纯和分离。

本文将探讨乙醇精馏塔的设计原理和操作指南，并提供一些有关乙醇精馏的实用建议。

2. 基本原理乙醇精馏是利用乙醇和水之间的沸点差异进行分离的过程。

在乙醇精馏塔中，乙醇和水混合物首先进入塔顶，经过加热，液体汽化为气体，然后向下运行到塔底。

在这个过程中，乙醇和水以及其他杂质逐渐分离，纯度更高的乙醇会向塔顶方向移动，而水和杂质则会向塔底方向移动。

3. 设计要点乙醇精馏塔的设计需要考虑以下几个要点：3.1 塔板设计塔板是乙醇精馏塔中实现液体和气体传质的关键结构。

塔板的数量和间距将直接影响乙醇的分馏效果。

一般情况下，塔板数目越多，分离效果越好。

然而，添加过多的塔板会增加系统的压降，从而影响塔的性能。

在设计中需要进行合理的平衡。

3.2 温度控制乙醇精馏塔中的温度控制对于分馏效果非常关键。

过高的温度会导致醇汽过量，降低乙醇纯度；过低的温度则会造成不完全汽化，减少塔的分离效果。

需要通过控制塔底和塔顶的温度来达到最佳的分馏效果。

3.3 精馏剂的选择精馏剂在乙醇精馏中发挥重要的作用，它不仅可以提高系统的分馏效率，还可以降低系统的能耗。

常用的精馏剂包括乙醇、水和乙二醇等。

选择适当的精馏剂需要考虑乙醇和精馏剂之间的相容性以及经济性。

4. 操作指南在操作乙醇精馏塔时，需要注意以下几个方面：4.1 塔顶和塔底压力控制塔顶和塔底的压力控制是确保乙醇精馏正常运行的关键。

过高的塔顶压力会导致乙醇冷凝回流，降低乙醇的纯度；而过低的塔顶压力则会影响分馏效果。

塔底压力的控制对于去除水和杂质也是至关重要的。

4.2 进料流量控制进料流量的控制也会直接影响乙醇精馏的效果。

过大的进料流量可能导致过度充填塔板，而过小的进料流量可能会导致塔板间的不连续汽液流动。

需要根据实际情况选择合适的进料流量。

4.3 塔板温度和液位监控塔板温度和液位的监控对于乙醇精馏的稳定运行非常重要。

精馏塔课件

精馏塔课件


精馏塔的能耗降低
节能型再沸器
采用高效换热器，如板式换热器、翅 片管式换热器等，降低再沸器的能耗 。
优化操作压力
能量回收
利用冷凝器、再沸器的余热进行回收 利用，减少额外能耗。
适当降低操作压力，减小气体压缩机 的能耗。
精馏塔的环保改进
减少挥发性有机物排放
采用高效密封技术，减少精馏过程中的挥发性有机物泄漏。
THANKS
感谢观看
供决策支持。
在线监测与故障诊断
03
开发在线监测系统和故障诊断技术，实时监测精馏塔运行状态
，预测和预防故障发生。
绿色环保的精馏塔发展
1 2
节能减排技术
研究节能减排技术，降低精馏过程的能耗和物耗 ，减少污染物排放。
环保型填料和溶剂
开发环保型填料和溶剂，减少对环境的污染和破 坏。
3
资源回收利用
研究精馏塔副产物的回收利用技术，实现资源的 高效利用。
进料
将原料送入进料口，控制 流量和温度等参数。
加热
通过加热器将原料加热至 所需温度，使液体汽化。
精馏塔的操作流程
分馏
蒸汽在塔内上升过程中与液体 进行多次逆流接触，实现组分
分离。
冷凝
蒸汽在塔顶冷凝器中冷凝成液 体，收集产品。
回流
部分液体回流至塔内，增加分 离效果。
采出
将合格产品从塔底采出，并控 制流量和温度等参数。
精馏塔课件
目录
• 精馏塔简介 • 精馏塔的设计与操作 • 精馏塔的优化与改进 • 精馏塔的应用与案例分析 • 精馏塔的发展趋势与展望
01
CATALOGUE
精馏塔简介
精馏塔的定义
01
精馏塔是一种用于分离液体混合 物的塔式设备，通过加热和冷凝 的方式实现不同成分的分离。
化工原理课程设计精馏塔详细版

化工原理课程设计精馏塔详细版

广西大学化学化工学院化工原理课程设计任务书专业：班级：姓名：学号：设计时间：设计题目：乙醇——水筛板精馏塔工艺设计（取至南京某厂药用酒精生产现场）设计条件： 1. 常压操作，P=1 atm（绝压）。

2. 原料来至上游的粗馏塔，为95——96℃的饱和蒸汽。

因沿程热损失，进精馏塔时原料液温度降为90℃。

3. 塔顶产品为浓度92.41%（质量分率）的药用乙醇，产量为40吨/日。

4．塔釜排出的残液中要求乙醇的浓度不大于0.03%（质量分率）。

5．塔釜采用饱和水蒸汽加热（加热方式自选）；塔顶采用全凝器，泡点回流。

6．操作回流比R=（1.1——2.0）R min。

设计任务： 1. 完成该精馏塔工艺设计，包括辅助设备及进出口接管的计算和选型。

2．画出带控制点的工艺流程图，t-x-y相平衡图，塔板负荷性能图，筛孔布置图以及塔的工艺条件图。

3．写出该精流塔的设计说明书，包括设计结果汇总和对自己设计的评价。

指导教师：时间1设计任务1.1 任务1.1.1 设计题目乙醇—水筛板精馏塔工艺设计（取至南京某厂药用酒精生产现场）1.1.2 设计条件 1.常压操作，P＝1 atm（绝压）。

2．原料来至上游的粗馏塔，为95－96℃的饱和蒸气。

因沿程热损失，进精馏塔时原料液温度降为90℃。

3．塔顶产品为浓度92.41%（质量分率）的药用乙醇，产量为40吨/日。

4．塔釜排出的残液中要求乙醇的浓度不大于0.03％(质量分率)。

5．塔釜采用饱和水蒸气加热（加热方式自选）；塔顶采用全凝器，泡点回流。

R。

6．操作回流比R=(1.1—2.0)min1.1.3 设计任务1.完成该精馏塔工艺设计，包括辅助设备及进出口接管的计算和选型。

2．画出带控制点的工艺流程示意图，t-x-y相平衡图，塔板负荷性能图，筛孔布置图以及塔的工艺条件图。

3．写出该精馏塔的设计说明书，包括设计结果汇总和对自己设计的评价。

1.2 设计方案论证及确定1.2.1 生产时日设计要求塔日产40吨92.41%乙醇，工厂实行三班制，每班工作8小时，每天24小时连续正常工作。