1、化工原理課程設(shè)計(jì) 板式精餾塔設(shè)計(jì) 李萍,化工原理課程設(shè)計(jì),2020/7/30,篩板式精餾塔設(shè)計(jì),第一部分：化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 第二部分：設(shè)計(jì)方法 第三部分：化工塔器CAD設(shè)計(jì)軟件介紹 第四部分：設(shè)計(jì)示例,第一部分：化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書,一. 設(shè)計(jì)題目：*-*溶液連續(xù)板式精餾塔設(shè)計(jì),二.課題條件 （一）設(shè)計(jì)任務(wù) (1) 處理能力： T/h。 (2) 原料*-*溶液：組成(質(zhì)量分?jǐn)?shù)): (3) 產(chǎn)品要求：塔頂組成(質(zhì)量分?jǐn)?shù)): 塔底組成(質(zhì)量分?jǐn)?shù)): 。（二）操作條件： （1）生產(chǎn)方式：連續(xù)操作，中間加料，泡點(diǎn)回流 （2）生間時(shí)間：每年以300天計(jì)算，每天24小時(shí)

2、（3）操作壓力：塔頂壓強(qiáng)為1.03atm,單板壓降：不高于75mm液柱 （4）進(jìn)料狀況： （5）回流比：自選 （6）塔釜加熱方式： （7）塔頂冷凝用冷卻水，冷卻水進(jìn)口溫度：* （8）設(shè)備型式：篩板(浮閥)塔 試設(shè)計(jì)一板式精餾塔，完成該生產(chǎn)任務(wù)。,三. 設(shè)計(jì)任務(wù) 1 確定設(shè)計(jì)方案，繪制帶控制點(diǎn)工藝流程圖。 2精餾塔工藝設(shè)計(jì) 3精餾設(shè)備設(shè)計(jì) 4有關(guān)附屬設(shè)備的設(shè)計(jì)和選用； 5繪制塔板結(jié)構(gòu)簡圖 6繪制精餾塔裝配圖 7編制設(shè)計(jì)說明書,四. 設(shè)計(jì)內(nèi)容 1. 工藝設(shè)計(jì) （2）精餾工藝計(jì)算： a.物料衡算確定各物料流量和組成。 b.經(jīng)濟(jì)核算確定適宜的回流比 根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)常費(fèi)和設(shè)備投資費(fèi)綜合核算最經(jīng)濟(jì)原則，盡量使

3、用計(jì)算機(jī)進(jìn)行最優(yōu)化計(jì)算，確定適宜回流比。 c.精餾塔實(shí)際塔板數(shù) 用近似后的適宜回流比在計(jì)算機(jī)上通過逐板計(jì)算得到全塔理論塔板數(shù)以及精餾段和提餾段各自的理論塔板數(shù)。 然后根據(jù)全塔效率ET，求得全塔、精餾段、提餾段的實(shí)際塔板數(shù)，確定加料板位置。,2. 精餾塔設(shè)備設(shè)計(jì) (1)選擇塔型和板型 采用板式塔，板型為篩板(浮閥)塔。 (2)塔板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和流體力學(xué)計(jì)算 (3)繪制塔板負(fù)荷性能圖 畫出精餾段或提餾段某塊的負(fù)荷性能圖。 (4)有關(guān)具體機(jī)械結(jié)構(gòu)和塔體附件的選定 *接管規(guī)格： 根據(jù)流量和流體的性質(zhì)，選取經(jīng)驗(yàn)流速，選擇標(biāo)準(zhǔn)管道。 *全塔高度： 包括上、下封頭，裙座高度。,3.附屬設(shè)備設(shè)計(jì)和選用 (1)加料

4、泵選型，加料管規(guī)格選型 加料泵以每天工作3小時(shí)計(jì)（每班打1小時(shí)）。 大致估計(jì)一下加料管路上的管件和閥門。 (2)高位槽、貯槽容量和位置 高位槽以一次加滿再加一定裕量來確定其容積。 貯槽容積按加滿一次可生產(chǎn)10天計(jì)算確定。 (3)換熱器選型 對(duì)原料預(yù)熱器，塔底再沸器，塔頂產(chǎn)品冷卻器等進(jìn)行選型。 (4)塔頂冷凝器設(shè)計(jì)選型 根據(jù)換熱量，回流管內(nèi)流速，冷凝器高度，對(duì)塔頂冷凝器進(jìn)行選型設(shè)計(jì)。,4.編寫設(shè)計(jì)說明書 設(shè)計(jì)說明書應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想闡明設(shè)計(jì)特點(diǎn)，列出設(shè)計(jì)主要技術(shù)數(shù)據(jù)，對(duì)有關(guān)工藝流程和設(shè)備選型作出技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上的論證和評(píng)價(jià)。應(yīng)按設(shè)計(jì)程序列出計(jì)算公式和計(jì)算結(jié)果；對(duì)所選用的物性數(shù)據(jù)和使用的經(jīng)驗(yàn)公式圖表

5、應(yīng)注明來歷。 設(shè)計(jì)說明書應(yīng)附有帶控制點(diǎn)工藝流程圖，塔板結(jié)構(gòu)簡圖和計(jì)算機(jī)程序框圖和原程序。 5.注意事項(xiàng): 寫出詳細(xì)計(jì)算步驟,并注明選用數(shù)據(jù)的來源; 每項(xiàng)設(shè)計(jì)結(jié)束后,列出計(jì)算結(jié)果明細(xì)表; 設(shè)計(jì)說明書要求字跡工整,裝訂成冊(cè)上交。,第二部分：篩板式精餾塔設(shè)計(jì)方法,一.確定設(shè)計(jì)方案 二.工藝計(jì)算 三.設(shè)備計(jì)算 四.輔助設(shè)備計(jì)算 五.塔體結(jié)構(gòu) 帶控制點(diǎn)工藝流程圖,a操作方式 連續(xù)、間歇 b.操作壓強(qiáng) 常壓、減壓或加壓。 c.加料狀態(tài)：5種 d.塔頂蒸汽冷凝方式 分凝器或全凝器 e.塔釜加熱方式 間接蒸汽加熱 直接蒸汽加熱 f.畫出流程簡圖。,一確定設(shè)計(jì)方案,主要內(nèi)容是(1)物料衡算 (2)確定回流比 (

6、3)確定理論板數(shù)和實(shí)際板數(shù) (4)塔的氣液負(fù)荷計(jì)算 (5)熱量衡算 塔設(shè)備的生產(chǎn)能力一般以千克/小時(shí)或噸/年表示，但在理論板計(jì)算時(shí)均須轉(zhuǎn)換成kmol/h,在塔板設(shè)計(jì)時(shí)，氣液流量又須用體積流量m3/s表示。因此要注意不同的場(chǎng)合應(yīng)使用不同的流量單位。,二工藝計(jì)算,1.全塔物料衡算： F=D+W FxF=DxD+WxW 任務(wù)已知F、xF、xD、xW，可由方程組解出D、W,利用txy關(guān)系，求得塔頂塔底的溫度，進(jìn)而求取全塔的平均溫度，從而可以根據(jù)全塔平均溫度求取全塔平均相對(duì)揮發(fā)度。,2020/7/30,2020/7/30,2020/7/30,2020/7/30,4、塔的氣液負(fù)荷計(jì)算 (1)、精餾段氣液負(fù)

7、荷計(jì)算,V塔內(nèi)氣體摩爾流量 kmol/h Vs塔內(nèi)氣體體積流量,、,分別為精餾段氣相平均分子量、液相平均分子量,分別為精餾段氣相平均密度、液相平均密度,(2)、提餾段氣液負(fù)荷計(jì)算(同上),平均分子量的計(jì)算,（1）塔頂?shù)钠骄肿恿浚?x1為與y1=XD平衡 的液相組成） MVDM= XDM輕組分+（1XD）M重組分 MLDM= x1M輕組分+（1x1）M重組分 （2）進(jìn)料板的平均分子量 (進(jìn)料板對(duì)應(yīng)的組成Xq 和yq ) MVqM= yqM輕組分+（1yq）M重組分 MLqM= XqM輕組分+（1Xq）M重組分,（3）塔底的平均分子量（yw為與xw平衡的氣相組成） MVWM= ywM輕組分+（1

8、yw）M重組分 MLWM= xwM輕組分+（1xw）M重組分 （4）精餾段、提餾段的平均分子量 精餾段平均分子量 MLM=( MLDM+ MLqM)/2 MVM=( MVDM+ MVqM)/2 提餾段平均分子量 MLM=( MLWM+ MLqM)/2 MVM=( MVWM+ MVqM)/2,平均密度的計(jì)算,（1）液相平均密度 查物性數(shù)據(jù)：查tD下易揮發(fā)組分密度1D ，難揮發(fā)組分密度2D 查tq下易揮發(fā)組分密度1q ，難揮發(fā)組分密度2q 查tw下易揮發(fā)組分密度1W ，難揮發(fā)組分密度2W 則精餾段液相平均密度LM=( LD+ Lq)/2 提餾段液相平均密度，LM=( Lq+ LW)/2,LD1/w

9、D/1D+(1-wD) /2D Kg/ m3,Lq1/wq/1q+(1-wq) /2q Kg/ m3,LW1/wW/1W+(1-wW) /2W Kg/ m3,（2）汽相平均密度,根據(jù)塔頂溫度TD、進(jìn)料板溫度Tq及塔底溫度TW分別確定精餾段及提餾段的汽相平均密度 如：精餾段平均溫度TM=（Tq+TD）/2 精餾段汽相平均溫度VMPMVM/RTM,2020/7/30,2020/7/30,1、板間距的初估,選取時(shí)應(yīng)考慮塔高、塔徑、物系性質(zhì)、分離效率、操作彈性及塔的安裝檢修等因素。,塔板間距和塔徑的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系,2020/7/30,2、塔徑D的初估與圓整,2020/7/30,3 溢流裝置設(shè)計(jì) 溢流型式的選

10、擇 依據(jù)：塔徑 、流量； 型式：單流型、U 形流型、雙流型、階梯流型等。,2020/7/30, 溢流堰（出口堰） 作用：維持塔板上一定液層，使液體均勻橫向流過。 型式：平直堰、溢流輔堰、三角形齒堰及柵欄堰。,堰長,雙流型:,單流型：,2020/7/30,降液管形式和底隙,2020/7/30,4 塔板及其布置 塔板的分塊：由塔徑確定分塊數(shù),受液區(qū)和降液區(qū)Wd：一般兩區(qū)面積相等。 安定區(qū)：入口WS=70100mm；出口 WS=50100mm,邊緣區(qū)：,Wb小塔為3075mm，大塔可達(dá)5075mm。,開孔區(qū)：,2020/7/30,單流型弓形降液管塔板：,雙流型弓形降液管塔板：,(,為雙溢流中間降液管

11、的寬度),2020/7/30,5 篩孔的尺寸和排列(或浮閥）,篩孔氣速：,浮閥塔中浮閥數(shù)目與排列,浮閥塔的操作性能以板上所有浮閥處于剛剛?cè)_時(shí)的情況為最好，這時(shí)塔板的壓強(qiáng)降及板上液體的泄漏都比較小而操作彈性較大。 浮閥的開度與閥孔處氣相的動(dòng)壓有關(guān)，動(dòng)壓的大小取決于氣體的速度與密度。 即動(dòng)能因數(shù)：由動(dòng)能因數(shù)作為衡量氣體流動(dòng)時(shí)動(dòng)壓大小的指標(biāo) F0氣體通過閥孔時(shí)的動(dòng)能因數(shù) u氣體通過閥孔時(shí)的速度m/s 氣體密度kg/m3,排孔要求,1、排孔圖（鼓泡區(qū)）：排完之后的總孔數(shù)與算得的N相近，并按實(shí)排數(shù)目重算閥孔氣速，核算閥孔動(dòng)能因數(shù)F0。若F0在912范圍內(nèi)，即可認(rèn)為作圖得出的閥數(shù)能夠滿足要求。否則應(yīng)調(diào)整

12、孔矩、閥數(shù)，重新作圖，反復(fù)計(jì)算。 2、也可根據(jù)已算出的閥數(shù)及溢流裝置尺寸等，用作圖法求出所需的塔徑，并與最初估算的塔徑相比較，經(jīng)反復(fù)調(diào)整有關(guān)參數(shù)，直到作圖所得出的塔徑與最初估算的塔徑相符為止。 3、最后核算開孔率是否合適，否則前述過程重算。 開孔率：對(duì)于常壓塔或減壓塔開孔率在1014%之間， 對(duì)于加壓塔開孔率常小于10%。,2020/7/30,（a）干板阻力h0,C0 孔流系數(shù),（b）液層阻力 hl,查圖求充氣系數(shù),說明：若塔板阻力過大，可增加開孔率或 降低堰高。,（c）克服液體表面張力阻力（一般可不計(jì)）,故塔板阻力：,2020/7/30,（2）降液管液泛校核,系數(shù)。易起泡物系，0.30.4；

13、不易起泡物系，0.60.7；一般物系，0.5。,液面落差一般較小，可不計(jì)。當(dāng)不可忽略時(shí)，,2020/7/30,（3）液沫夾帶量校核,要求： ev 0.1 kg 液體 / kg氣體。,ev的計(jì)算方法：,方法1：利用Fair關(guān)聯(lián)圖FLV求，進(jìn)而求出ev。 方法2：用Hunt經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算ev。,Hf ：板上泡沫層高度：,說明：超過允許值，可調(diào)整塔板間距或塔徑。,2020/7/30,（4）嚴(yán)重漏液校核,穩(wěn)定系數(shù)：,要求：,方法 （a）計(jì)算嚴(yán)重漏液時(shí)干板阻力 h0 ,（b）計(jì)算漏液點(diǎn)氣速 u0 ,說明：如果穩(wěn)定系數(shù)k過小，可 減小開孔率 或 降低堰高。,(c)浮閥塔：控制閥孔動(dòng)能因數(shù)在56之間。,（5）

14、液體在降液管中停留時(shí)間校核,停留時(shí)間：,要求：,說明：停留時(shí)間過小，可增加降液管面積 或 增大塔板間距。,2020/7/30,6、塔板的負(fù)荷性能圖,塔板的操作彈性：,2020/7/30, 過量液沫夾帶線（氣相負(fù)荷上限線） 規(guī)定：ev = 0.1（ kg 液體 / kg氣體） 為限制條件。, 降液管液泛線 規(guī)定：,液相上限線,規(guī)定：,嚴(yán)重漏液線（氣相下限線）,液相下限線,一般取堰上液層高度,= 0. 006,2020/7/30,泵的選型,2020/7/30,2020/7/30,（3） 泵的選型,1、進(jìn)料泵 給出：流量F= m3/hr 揚(yáng)程H50m 選擇 型號(hào)的泵 2、回流泵 給出：流量F= m3/hr 揚(yáng)程H30 m 從附錄選擇 型號(hào)的泵,四. 塔體結(jié)構(gòu),2020/7/30,2020/7/30,2020/7/30,五. 工藝流程圖、設(shè)備圖和圖紙說明,工藝流程圖紙（3號(hào)圖紙）,1. 帶控制點(diǎn)工藝流程圖示例,浮閥塔 裝配圖,管口方位圖,塔盤結(jié)構(gòu)圖 （局部放大）,技術(shù)條件,技術(shù)特性,接管表,明細(xì)欄,標(biāo)題欄,標(biāo)明設(shè)備的總體尺寸、主要尺寸及裝配尺寸,2. 設(shè)備圖紙示例,（1號(hào)圖紙594841mm ）,3. 標(biāo)題