精餾塔課程設(shè)計(jì)(乙醇、水-苯、甲苯(氯苯))(2013).第一頁(yè)，共65頁(yè)。1、課程設(shè)計(jì)的目的樹立和培養(yǎng)工程意識(shí)；查閱資料，搜集、處理數(shù)據(jù)和選用公式的能力；工程計(jì)算能力（包括使用計(jì)算工具的能力）用規(guī)范的工程語言（文字、圖、表格）表達(dá)設(shè)計(jì)意圖的能力；實(shí)事求是、科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)。概述2、本次課程設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容

設(shè)計(jì)任務(wù)書.doc第二頁(yè)，共65頁(yè)。3、課程設(shè)計(jì)安排及要求時(shí)間：11月22日~11月26日 上午：指導(dǎo)：必須在設(shè)計(jì)室 下午：設(shè)計(jì)地點(diǎn)： 周一：綜A622（下午） 周二：綜A325（1-6節(jié)）綜A622（7.8節(jié)） 周三：綜A520 周四：綜A535 周五：綜A325（上午）綜A422（下午）完成時(shí)間：11月26日下午3:00前每天上午檢查進(jìn)度成績(jī)考核：五級(jí)分制第三頁(yè)，共65頁(yè)。4、推薦的參考資料P50賈紹義、柴誠(chéng)敬.《化工原理課程設(shè)計(jì)》——天津大學(xué)出版社2002.8陳敏恒等編.《化工原理》上、下冊(cè)（第二版）——化學(xué)工業(yè)出版社1999.6吳俊生、邵惠鶴編.《精餾設(shè)計(jì)、操作和控制》——中國(guó)石化出版社1997.12《化工原理課程設(shè)計(jì)》——大連理工大學(xué)出版社2006.8《浮閥式精餾塔設(shè)計(jì)》——大連工業(yè)大學(xué)化工原理教研室編第四頁(yè)，共65頁(yè)。目錄：第一章設(shè)計(jì)方案的確定和說明

一確定工藝流程的原則二設(shè)計(jì)方案及參數(shù)三工藝流程圖（示意圖）第二章工藝計(jì)算

一回流比的選擇二理論板數(shù)NT的確定三 實(shí)際板數(shù)Np的計(jì)算四物料衡算第五頁(yè)，共65頁(yè)。第三章塔和塔板的工藝設(shè)計(jì)

一塔徑計(jì)算

二塔板布置三浮閥數(shù)目及排列 四溢流裝置 第四章流體力學(xué)驗(yàn)算

一流體各參數(shù)的驗(yàn)算二負(fù)荷性能圖第六頁(yè)，共65頁(yè)。第五章塔的輔助設(shè)備設(shè)計(jì)

一塔頂冷凝器的選型二塔釜的設(shè)計(jì)三加熱蒸汽管的設(shè)計(jì)計(jì)算–乙醇、水（塔底再沸器的選型–苯、甲苯(氯苯)）四接管尺寸設(shè)計(jì)第六章塔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

一塔盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)二塔體設(shè)計(jì)三設(shè)備裝置圖第七頁(yè)，共65頁(yè)。第七章設(shè)計(jì)結(jié)果總匯及設(shè)計(jì)評(píng)述

一設(shè)計(jì)結(jié)果匯總表二設(shè)計(jì)評(píng)述參考文獻(xiàn)

第八頁(yè)，共65頁(yè)。第一章設(shè)計(jì)方案的確定和說明一、設(shè)計(jì)方案?裝置流程的確定（精餾過程–連續(xù)還是間接、塔的類型和塔板形式、供料方式–泵?高位槽?）?操作壓力（寫明原因）?進(jìn)料狀態(tài)（是汽相還是液相進(jìn)塔–寫明原因）?塔底加熱方式及加熱介質(zhì)（寫明原因）?熱能的綜合利用：如何充分利用塔頂和塔底的熱量（說明）設(shè)計(jì)要有獨(dú)到之處第九頁(yè)，共65頁(yè)。二、設(shè)計(jì)參數(shù)

進(jìn)料量、進(jìn)料組成、產(chǎn)品組成、殘液組成、冷卻劑溫度（進(jìn)口15℃，出口40℃）、加熱熱源三、工藝流程圖

（示意圖）在設(shè)計(jì)說明書中畫示意圖（畫出設(shè)備、閥門、物料流向）第十頁(yè)，共65頁(yè)。第二部分工藝計(jì)算一、回流比的選擇1、組成的換算：

所給組成均是質(zhì)量分率，需換算成摩爾分率 （寫出計(jì)算過程）2、最小回流比Rmin

（乙醇-水）在已給x—y平衡曲線上作切線第十一頁(yè)，共65頁(yè)。3、操作時(shí)的適宜回流比R R=（1.2~2.1)Rmin 經(jīng)驗(yàn)值R=（3~5）（苯-甲苯(氯苯)） 找到q線與平衡線的交點(diǎn)坐標(biāo)（xe,ye）第十二頁(yè)，共65頁(yè)。二、理論板數(shù)NT的確定作圖法：（乙醇）提餾段操作線方程：由于直接蒸汽加熱，不同于以前間接加熱NT=階梯數(shù)-1第十三頁(yè)，共65頁(yè)。

（苯-甲苯(氯苯)

）第十四頁(yè)，共65頁(yè)。三、實(shí)際板數(shù)Np的計(jì)算1、全塔效率E0 E0=50~55%2、實(shí)際塔板數(shù)NP：

要分別算出精餾段、提餾段的實(shí)際板數(shù)，以及加料位置

第十五頁(yè)，共65頁(yè)。

四、物料衡算（乙醇-水）直接蒸汽加熱時(shí)：對(duì)于泡點(diǎn)進(jìn)料：（以摩爾為單位）先將F換成摩爾流量

以上的單位是摩爾（mol/s），要換成質(zhì)量（kg/s）和體積（m3/s）的單位。 第十六頁(yè)，共65頁(yè)。分子量：精餾段氣、液均按塔頂混合物分子量計(jì)： M=MAxD+MB(1-xD)提餾段氣、液均按塔底（近似為純水）分子量計(jì)。密度：、

汽相密度：可按理想氣體計(jì)算：精餾段按塔頂常壓提餾段按加熱熱源即飽和水蒸汽的壓強(qiáng)第十七頁(yè)，共65頁(yè)。（℃）液相密度：ρB即水的密度由溫度查表（可近似取1000）精餾段L密度：取進(jìn)料密度和塔頂密度平均值提餾段L密度：取進(jìn)料密度和塔釜密度平均值 （1）純酒精： （2）混合液：確定塔頂和塔底的溫度進(jìn)料、塔頂：由給定的質(zhì)量分?jǐn)?shù)查汽液平衡數(shù)據(jù)表 ———附錄一：

塔底：105~107℃第十八頁(yè)，共65頁(yè)。

四、物料衡算（苯-甲苯(氯苯)）總物料衡算： D+W=F易揮發(fā)組分物料衡算：DxD+WxW=FxF聯(lián)立可解得D、W 以上的單位是摩爾（mol/s），要換成質(zhì)量（kg/s）和體積（m3/s）的單位。對(duì)于泡點(diǎn)進(jìn)料：（以摩爾為單位）先將F換成摩爾流量第十九頁(yè)，共65頁(yè)。分子量：精餾段氣、液均按塔頂混合物分子量計(jì)： M=MAxD+MB(1-xD)提餾段氣、液均按塔底混合物分子量計(jì)。 M=MAxW+MB(1-xW)密度：（苯-甲苯）

進(jìn)料：ρF=790kg/m3 塔頂：ρD=813kg/m3 塔釜：ρW=780kg/m3 精餾段上升氣體：ρV=2.7kg/m3 提餾段上升氣體：ρV=3.4kg/m3

精餾段下降液體：(ρF+ρD)/2 提餾段下降液體：(ρF+ρW)/2、

第二十頁(yè)，共65頁(yè)。密度：（苯-氯苯）

進(jìn)料、塔頂、塔釜： t的確定：由給定的質(zhì)量分?jǐn)?shù)查汽液平衡數(shù)據(jù)表

精餾段上升氣體：ρV=2.58kg/m3 提餾段上升氣體：ρV=4.08kg/m3

精餾段下降液體：(ρF+ρD)/2 提餾段下降液體：(ρF+ρW)/2第二十一頁(yè)，共65頁(yè)。

（列出物料衡算結(jié)果總匯表）項(xiàng)目mol/sM(kg/kmol)kg/sρ(kg/m3)m3/sFDW*(W)VL由以上計(jì)算出的混合物分子量和密度，可將F、D、W*(W)、V、L、、分別化成kg/s和m3/s的單位，為下一步計(jì)算塔徑、管徑作好準(zhǔn)備。第二十二頁(yè)，共65頁(yè)。第三部分 塔和塔板的工藝尺寸設(shè)計(jì)

一、塔徑的計(jì)算1、板間距：HT=300~600mm

板上清液層高度： hL可取50~100mm

2、塔徑：分別計(jì)算精餾段和提餾段的塔徑。方法如下：（精餾段、提餾段分開算）第二十三頁(yè)，共65頁(yè)。（1）液泛速度：

(5-3)(5-4) 精餾段 提餾段乙醇-水 σ=17.3 45.1

dyn/cm

苯-甲苯 σ=20.4 19.0

dyn/cm苯-氯苯 σ=21.3 20.5

dyn/cm

C—?dú)怏w負(fù)荷參數(shù)

—操作溫度下的表面張力 =20dyn/cm C20可查書上P20（5—1）圖第二十四頁(yè)，共65頁(yè)。圖5—1史密斯關(guān)聯(lián)圖體積流量第二十五頁(yè)，共65頁(yè)。（2）空塔氣速 u=（0.6~0.8）u允許（3）塔徑 計(jì)算出的塔徑D需要圓整，參照P56附錄四。同時(shí)需要重新核算空塔氣速，看其是否在允許范圍內(nèi)。 (5-2)(5-1)第二十六頁(yè)，共65頁(yè)。二、塔板布置塔板面積分為四個(gè)區(qū)域：（1）鼓泡區(qū)（2）溢流區(qū)（3）安定區(qū)： Ws=60~110mm（4）邊緣區(qū)： Wc=30~75mm第二十七頁(yè)，共65頁(yè)。三浮閥數(shù)目及排列1、閥孔氣速

浮閥按（JB1118—68）標(biāo)準(zhǔn)化選型 選F1（V—1）型重閥，Φ39 閥孔氣速

F0—?dú)怏w動(dòng)能因數(shù)，取F0=9~12合適注：ρV為氣相的密度，不是ρ·V(5-5)第二十八頁(yè)，共65頁(yè)。2、閥孔數(shù)由D、N0查書P56附錄四可知：AT、AD、L、H、孔數(shù)N0、孔間距t、開孔率Φ

重新核對(duì)F0是否在（9~12）之間，如果不符合，需要重新計(jì)算。(5-6)第二十九頁(yè)，共65頁(yè)。3、浮閥排列

在塔板有效區(qū)域內(nèi)，排列浮閥，以得到準(zhǔn)確的閥孔數(shù)。75t第三十頁(yè)，共65頁(yè)。四、溢流裝置包括溢流堰、降液管和受液盤等部件。 D<2000時(shí)，采用單溢流 D>2000時(shí)，采用雙溢流（1）堰形式：hOW>6mm時(shí)，采用平直堰，不必采用齒形堰 hOW=2.84×10-3×E×(LS/LW)2/3

hOW

—堰上液層高度 E—液流收縮系數(shù)，一般取E=1

LS—液流量（m3/h） LW—堰長(zhǎng)堰高：hW=hL-hOW（5-10）（5-9）第三十一頁(yè)，共65頁(yè)。（2）降液管： 管內(nèi)停留時(shí)間：（3）受液盤： 采用凹形受液盤，盤深50mm，降液管底部與塔盤平齊，盤上開淚孔，當(dāng)D>1400mm時(shí)開兩個(gè)，否則開一個(gè)?！荩?~5）秒有弓形和圓形兩類。

塔底最后一塊板的受液盤，稱液封受液盤，其深度及面積都應(yīng)大一些，以保證液封，要指明所取的數(shù)據(jù)（盤深）。（5-14）第三十二頁(yè)，共65頁(yè)。第四部分流體力學(xué)驗(yàn)算(只算精餾段)目的： 驗(yàn)算在上述各項(xiàng)工藝參數(shù)已確定的塔內(nèi)，要完成規(guī)定的氣、液負(fù)荷，塔能否正常工作。內(nèi)容：（1）各種參數(shù)的驗(yàn)算： 塔板壓強(qiáng)降、液泛、霧沫夾帶、泄漏和液面落差（2）繪制負(fù)荷性能圖 第三十三頁(yè)，共65頁(yè)。一、各種參數(shù)的驗(yàn)算1、壓降

單板ΔPf=ΔPC+ΔPL+ΔPσ（ΔPσ可略） 或hf=hc+hl（1）干板壓降：計(jì)算閥孔臨界氣速u0C：1.825若u0

<u0C，則用閥全開前公式計(jì)算壓降，即（6-1）（6-4）（6-2）第三十四頁(yè)，共65頁(yè)。若u0

≥u0C，則用閥全開后公式計(jì)算壓降，即（2）汽體通過清液層壓降：

hl=（0.4~0.5）hL每塊板的壓降約在30~70mm水柱范圍內(nèi)

hc的單位為mH2O（6-3）第三十五頁(yè)，共65頁(yè)。2、液泛驗(yàn)算

降液管內(nèi)液層高度Hd應(yīng)為： Hd=hf+hL+hd 流動(dòng)阻力損失 液層厚度產(chǎn)生的壓差 單板總壓降 hL=50~100mm之間，依已定的數(shù)據(jù)計(jì)算其中：液流量堰長(zhǎng)降液管底隙高度，取50mm（6-7）（6-8）第三十六頁(yè)，共65頁(yè)。

若Hd

≤Φ（HT+hW），則不能發(fā)生液泛，否則須修改原來計(jì)算或設(shè)定的數(shù)據(jù)。 一般取Φ=0.5

3、霧沫夾帶驗(yàn)算 霧沫夾帶量eV<0.1kgL/kgV時(shí)才符合要求 當(dāng)大塔泛點(diǎn)率<80%時(shí)， 小塔泛點(diǎn)率<70%時(shí)，可確保eV<0.1

泛點(diǎn)率：操作時(shí)的空塔氣速與發(fā)生液泛時(shí)的空塔氣速 之比。 泛點(diǎn)率可按下式計(jì)算：第三十七頁(yè)，共65頁(yè)。K=1······無沫液體CF——泛點(diǎn)負(fù)荷系數(shù) （查資料P32圖6–1）AT——塔截面積AP——塔盤有效面積 AP=AT-2ADZL——液相流程長(zhǎng) ZL=D-2H

上面兩個(gè)計(jì)算式取其較大者，若能小于70~80%，則eV可小于0.1(6-12)(6-11)第三十八頁(yè)，共65頁(yè)。二、負(fù)荷性能圖1、汽相負(fù)荷下限線（漏液線）

當(dāng)汽相動(dòng)能參數(shù)F=5~6時(shí)，易漏液2、霧沫夾帶線（汽相上限線）

泛點(diǎn)率F>80%時(shí)，將出現(xiàn)霧沫夾帶，取上面計(jì)算的F值較大的公式，將F=80%代入，可得到關(guān)于Vs—Ls間的表達(dá)式，利用該式畫線。

此時(shí)孔速(6-13)(6-14)第三十九頁(yè)，共65頁(yè)。3、液相負(fù)荷下限線

可畫出一條垂直線。4、液相負(fù)荷上限線 計(jì)算出的液相量是常數(shù)，即是一條垂直線。=5秒(6-15)(6-16)第四十頁(yè)，共65頁(yè)。5、液泛線

Hd=0.5(HT+hw)(a) Hd=hf+hL+hd(b) (a)、(b)兩式聯(lián)立并整理可得：其中：N：孔數(shù)φ：取0.5ε0：取0.5h0=0.05m(6-17)第四十一頁(yè)，共65頁(yè)。

以上計(jì)算的各值代回總式中，可得Vs=?(Ls)間的關(guān)系式，在圖上可做出一條曲線，即為液泛線。6、操作線

依塔物料衡算，計(jì)算出的Vs、Ls得一操作點(diǎn)P，聯(lián)結(jié)原點(diǎn)、操作點(diǎn)的直線即為操作線。操作線與五種線的兩個(gè)交點(diǎn)Vmax和Vmin，得操作彈性K第四十二頁(yè)，共65頁(yè)。將以上五種線作圖1、汽相下限線2、汽相上限線3、液相下限線4、液相上限線5、液泛線汽體負(fù)荷性能圖：VmaxVminVLm3/sm3/s?P第四十三頁(yè)，共65頁(yè)。第五部分塔的附屬設(shè)備設(shè)計(jì)一、塔頂冷凝器的選型1、冷凝器放置方式：立式或臥式 指明原因、所用冷凝器的個(gè)數(shù)2、冷凝器的選型

水平放置時(shí)，取K=600W/m2·℃ 垂直放置時(shí)，取K=500W/m2·℃ 計(jì)算傳熱量Q=V·r、傳熱溫差Δtm、計(jì)算傳熱面積A、實(shí)際傳熱面積（應(yīng)是計(jì)算面積的1.2倍）、選型（寫出相應(yīng)的參數(shù)，如公稱直徑、管程數(shù)、管子數(shù)量、管長(zhǎng)、換熱面積、公稱壓力等）塔頂溫度：由給定的質(zhì)量分?jǐn)?shù)查汽液平衡數(shù)據(jù)表第四十四頁(yè)，共65頁(yè)。二、加熱蒸汽鼓泡管的設(shè)計(jì)計(jì)算（乙醇-水）1、加熱蒸汽用量

近似取提餾段上升蒸汽量2、計(jì)算加熱管直徑及孔數(shù)

蒸汽氣速：u=20~40m/s 加熱管直徑：

計(jì)算出管徑后要進(jìn)行圓整，然后再校核管中氣速塔釜采用直接蒸汽加熱，直管開孔通入蒸汽公稱直徑DN

，規(guī)格φ

×

。第四十五頁(yè)，共65頁(yè)。

3、蒸汽管上的孔數(shù)

孔徑取d0=10mm，孔距t=2d0=20mm，小孔總面積一般是加熱管橫截面積的（1.2~1.5）倍?？讛?shù)：

管在塔內(nèi)有效長(zhǎng)度：塔徑–（0.15~0.3）m第四十六頁(yè)，共65頁(yè)。

列數(shù)n′oooooooooooo

行數(shù)n

孔列數(shù)：孔行數(shù)：第四十七頁(yè)，共65頁(yè)。管實(shí)際能排列的行數(shù)：（1）比較實(shí)際行數(shù)與計(jì)算所需行數(shù)，看是否夠用（2）蒸汽加熱管只在下半圓上開孔，以減少液 滴飛濺到上一塔板，降低分離效率。第四十八頁(yè)，共65頁(yè)。

二、再沸器的選型（苯-甲苯(氯苯)

）

（塔底釜液或查r的溫度：由xw查汽液平衡數(shù)據(jù)表）第四十九頁(yè)，共65頁(yè)。三、接管尺寸1、進(jìn)料管：液速?。海?.4~0.8）或（1.5~2）m/s2、塔頂蒸汽管：氣速?。籾=（12~20）m/s3、回流管：液速?。海?.2~0.5）或（1.5~2）m/s4、塔頂出料管：液速取：（0.2~0.5）5、塔釜出料管：液速?。簎=（0.5~1.0）m/s6、(苯-甲苯(氯苯)

)塔釜排液管： 液速?。簎=（0.5~1.0m/s）7、

(苯-甲苯(氯苯)

)再沸器進(jìn)口管： 液速??；u=（0.5~1.0）m/s8、

(苯-甲苯(氯苯)

)再沸器出口管： 氣速?。籾=（15~25）m/s第五十頁(yè)，共65頁(yè)。 接管在塔外部長(zhǎng)度可依是否有保溫層及方便作業(yè)為準(zhǔn)則，一般可取200mmd需按無縫鋼管圓整為標(biāo)準(zhǔn)值，再校正流速u 各種液、氣流量均需用體積數(shù)據(jù)（m3/s）代入計(jì)算管徑。 公稱直徑DN

，規(guī)格φ

×

。第五十一頁(yè)，共65頁(yè)。第六部分塔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一、塔板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1、塔板（精餾段與提餾段可不相同，要分別說明）：

D>800mm時(shí)采用單溢流、分塊式塔板，自身梁式結(jié)構(gòu)。（弓形板2塊、通道板1塊、矩形板1~2塊）第五十二頁(yè)，共65頁(yè)。

（1）通道板（2）矩形板L=D-2H-56400oooooooooooooooooo42043

分塊塔板的寬度定為400mm和420mm的原因，是能使其通過Ф450或Ф500的人孔第五十三頁(yè)，共65頁(yè)。（3）弓形板：帶自身梁

Dg<2000時(shí)，f=20mm Dg>2000時(shí)，f=30mm

n—分塊數(shù)；18—塔板各分塊間的間隙，mmeDgf——塔板與壁面間距弓形板的弧邊直徑D=Dg-2f弓高(8-1)第五十四頁(yè)，共65頁(yè)。2、塔板厚度板厚：Dg=800~1400mm，δ=4mm Dg=1600~2000mm，δ=6mm3、淚孔（凹形受液盤上）

Dg≤1400時(shí)，開一個(gè)淚孔Ф10Dg>1400時(shí)，開兩個(gè)淚孔Ф10，這時(shí)支撐板在中央，兩孔間距600mm，距離堰邊50mm。第五十五頁(yè)，共65頁(yè)。二、塔體設(shè)計(jì)（一）塔頂空間：高度HD=1.0~1.5m（二）塔釜的設(shè)計(jì)2、釜內(nèi)液層高度h2 釜內(nèi)裝填系數(shù)一般在0.6~0.7之間，如取0.65，塔釜高度HB=h1+h2（一般>1.5~2m）1、釜中液面距最底層塔板距離h1：為了避免帶液過多，釜中液面至最底層塔板距離h1至少在0.5~0.7m以上W*h1h2第五十六頁(yè)，共65頁(yè)。（三）人孔 為便于安裝、檢修，一般每隔8～10層塔板設(shè)一人孔。人孔直徑：

Ф450或Ф500人孔處板間距：HT′=600~700mm（四）進(jìn)料板處空間高度

要比正常板間距大一些（五）塔體總有效高度：H=HD+HB+SHT′+(N-2-S)HT+HF S—人孔數(shù)，一般每8~10塊板開一個(gè)人孔（注：S是指H范圍內(nèi)的人孔，不是總?cè)丝祝?8-2)第五十七頁(yè)，共65頁(yè)。第七章設(shè)計(jì)結(jié)果總匯及設(shè)計(jì)評(píng)述一、設(shè)計(jì)結(jié)果匯總表1、工藝計(jì)算參數(shù)2、塔、塔板結(jié)構(gòu)參數(shù)3、流體力學(xué)參數(shù)項(xiàng)目符號(hào)單位數(shù)值第五十八頁(yè)，共65頁(yè)。二、設(shè)計(jì)評(píng)述3.設(shè)計(jì)體會(huì)、意見或建議1.設(shè)計(jì)的創(chuàng)新與特色2.問題的探討節(jié)能措施與效果設(shè)備結(jié)構(gòu)的改進(jìn)精餾操作自動(dòng)控制的改進(jìn)全塔壓降的影響設(shè)計(jì)存在的問題（例近似計(jì)算的誤差等）如何調(diào)整結(jié)構(gòu)參數(shù)或工藝參數(shù)使得操作點(diǎn)更合理第五十九頁(yè)，共65頁(yè)。文后參考文獻(xiàn)表編排格式1.參照標(biāo)準(zhǔn)：2.