板筛式精馏塔设计-化工原理课程设计--本科毕业设计.doc

化工原理课程设计

设计题目：筛板式精馏塔设计

目录
概述（前言）

一、工艺计算

二、塔高及塔径计算

三、溢流装置设计

四、塔板布置

五、塔板校核

六、塔板负荷性能图

七、塔结构图

八、计算结果列表

参考文献

后记（小结）
设 计 任 务 书

体系：苯-甲苯

学号：31-35

年处理量：12万吨

开工天数：300天

塔顶组成质量比：0.98

塔底组成质量比：0.05

进料组成质量比：0.50

进料状况：泡点进料

操作压力：常压

概述
一、筛板精馏塔的结构特点：
筛板塔是扎板塔的一种，内装若干层水平塔板，板上有许多小孔，形状如筛；并装有溢流管或没有溢流管。塔内气体在压差作用下由下而上，液体在自身重力作用下由上而下总体呈逆流流动。
筛板精馏塔的结构特点有：
1.结构简单，易于加工，造价为泡罩塔的60%左右，为浮阀塔的80%左右。
2.在相同条件下，生产能力比泡罩塔大20%~40%。
3.塔板效率较高，比泡罩塔高15%左右，但低于浮阀塔。
4.气体压力较小，每板压力比泡罩塔约低30%左右。
二、操作要点：
操作时，液体由塔顶进入，经溢流管（一部分经筛孔）逐板下降，并在板上积存液层。气体（或蒸气）由塔底进入，经筛孔上升穿过液层，鼓泡而出，因而两相可以充分接触.
三、应用中的优缺点：
优点:气液接触部件是引导气流进入液层，并保证气液充分，均匀而良好的接触，形成大量的又是不断更新的气液传质界面，而且要使气液间最后能够较易分离。通过筛孔的局部阻力和板上液层的重力使气体由下而上保持一定的压差以克服板间流动阻力。
缺点:1.小孔筛板以堵塞，不适宜处理脏的、黏性大的和带固体粒子的料液。2.操作弹性较小（约2~3）。
四、精馏装置流程图

1-原料液贮槽；2-加料泵；3-原料预热器；4-精馏塔；5-冷凝器；6-冷凝液贮槽；7-冷却器；8-观测罩；9-馏出液贮槽；10-残液贮槽；11-再沸器
操作流程如下：
如图所示，用泵2将原料液从贮槽1送至原料预热器3中，加热至一定温度后进入精馏塔4的中部。料液在进料板上与自塔上部下流的回流液体汇合，逐板溢流，最后流入塔底再沸器11中在再沸器内液体被加热至一定温度，使之部分汽化，残液作为塔底产品，而将汽化产生的蒸气引回塔内作为塔底气相回流。气相回流依次上升通过塔内各层塔板，在塔板上液体接触进行热值交换。从塔顶上升的蒸气进入冷凝器5中被全部冷凝，并将一部分冷凝液作用塔顶回流液体，其余部分经冷却器7送入馏出液贮槽9中作为塔顶产品。
工艺计算
一、物料衡算

，
混合溶液平均摩尔质量

综上由：

二、作T-x(y)、x-y图

80.1
85
90
95
100
105
110.6
x
1.000
0.780
0.581
0.411
0.258
0.130
0
y
1.000
0.900
0.777
0.632
0.456
0.261
0

T-x(y)图 x-y图
三、计算Rmin
苯-甲苯饱和蒸汽压数据

80.2
88
96
104
110.4

101.33
127.39
160.52
199.33
233.05

39.99
50.6
65
83.33
101.33

因为进料方式为：
泡点进料

四、操作线方程
当所取最小回流比：

1． 精馏段方程

2．提馏段方程
对于泡点进料，提馏段下降的液体摩尔流量为

W=F-D=0.0548-0.0286=0.0262

3．q线方程
对于泡点进料，q=1，q线方程
4．相平衡方程

五、理论塔板数

同理：

已知

已知

则径流塔内理论塔板数为14-1=13块，其中精馏段7块，提馏段6块，第8块为进料板
2．图解法

如图可查得所需理论塔板数为14块。其中精馏段7块，提馏段7块，第8块为进料板。
3．简捷法（吉利兰关联图）
因全回流操作所需的理论塔板数最少，故可用芬斯克方程求解：

六、实际塔板数
内插法计算温度

塔顶和塔底的平均温度为：

综上：

塔高及塔径计算
一、塔径计算
1、以精馏段塔顶估算塔径
温度 密度
80℃
90℃
100℃
110℃
苯
815.0
803.9
792.5
780.8
甲苯
810.0
800.2
790.3
780.3
已知在泡点进料，则进料温度等于泡点温度

解得液体密度为

2、塔顶物料平均千摩尔质量为：

因表面张力的差异，气体负荷因子校正为

取空塔速率为最大允许速率的0.8倍，则空塔速率为

综上：根据标准塔径圆整为D=1.5m
由表8-2可知，当塔径为1.5m时，其板间距可取0.4
二、塔高计算
1、塔内气液接触的有效高
-----为实际塔板数
-----为塔间距，对塔径影响较大，可查表取值
Z -----塔的有效高度
由所给条件塔间距取0.4（由所求塔径查表得）
综上：
2、塔顶空间高度
塔顶封头切线与第一块板间的距离，为减少塔顶液体夹带量一般大于板间距，取1.2-1.5m
故：Z′=1.5m
3、塔底空间高度
再沸器在塔外时，塔底封头切线与最末一块板间的距离。塔底空间高度=（液体流量÷截面积）×停留时间
停留时间取10-15min
注意：1、塔径＞1，应开设人孔，
2、进料板与其上一塔板的间距要稍大一些
故：Z″=0.6m
综上：塔总高[Z]=Z+ Z′+ Z″=9.6+1.5+0.6=11.7
溢流装置设计
一、堰高和堰长
选堰长与塔径之比为0.75，则堰长为

塔板布置
当取Ws=0.07m,Wc=0.05m

塔板校核
1、降液管液泛

液体通过降液管的压降

2、气泡夹带
降液管内停留时间

故停留时间足够，不会发生气泡夹带现象
3、液沫夹带
液沫夹带量：

4、漏液
克服液体表面张力的作用引起的压降

漏液点气速

即不会发生严重漏液现象
由塔板校核结果可见，塔板结构参数选择基本合理，所设计的各项尺寸可用。
四、塔板负荷性能图
横坐标：液体流量VL 纵坐标：气体流量Vg
（一）气液流量的流体力学上下限线
1.漏液线
气相负荷下限
第一点：取设计点的液体流量=0.0062143600=22.37
对应的漏液点气速为

根据（22.37，4517）和（10，4238）两点，作直线1即为漏液线。
2.液体流量下限线

3.液体流量上限
取降液管内液体停留时间为3s,则

4.过量液沫夹带线

根据（22.37，17211）和（10，19123）两点，在负荷性能图上作出液沫夹带线4
5.液泛线

（二）塔板工作线
负荷性能图（下图）上作出斜率为，气液比：

与流体力学上下限相交于A,B两点的纵坐标值，即最小最大气体流量

辅助设备
1．冷凝器：使先后经过提馏段和精馏段的上升蒸汽进一步精馏和分凝，提高浓度。
2．再沸器：给塔釜液体提供热量，使回流下来的液体再汽化，提高产量。
3．支座：是用来支承其重量，并使其固定在一定的位置上。在某些场合下支座还要承受操作时的振动或地震载荷，如果设备放置在室外，支座还要承受风载荷。
4．塔顶空间：是安装塔板和除沫装置的需要，起减少雾沫夹带量的作用。
5．塔底空间：具有中间贮槽的作用，塔釜料液最好能在塔底有10-15min的储量，以保证塔底料液不致排完，对于塔底产量大的塔，有时仅取3-5min的储量。
6．塔高：由包括所有塔板数在内的有效段以及塔顶和塔底的空间大小决定。
7．人孔、手孔:作用是为了检查设备的内部空间以及便于安装和拆卸设备的内部构件。
8．液位计：是利用容器内的液位改变时，由液注产生的静压也相应变化的原理而工作的。

9.塔结构图

设计计算结果列表
重要设计参数及计算结果
目录
工艺计算
塔径计算
溢流装置设计
塔板布置
塔板校核

数

据

D=1.5m

hw=39mm
lw=1.125m
hl=0.06m
how=0.021m

n=3478

K=2.49
参考文献
1． 高安全、王迪、催金海主编.化工设备机械基础.化学工业出版社.2007.12
2． 陆美娟、张浩勤主编.化工原理（第二版）上册.北京：化学工业出版社.2006.2
3． 陆美娟、张浩勤主编.化工原理（第二版）下册. 北京：化学工业出版社.2006.2
4． 冷士良主编.化工单元操作. 化学工业出版社.2005.6
5． 厉玉鸣主编.化工仪表及自动化.北京：化学工业出版社.2009.10

后记
本次课程设计的设计过程，让我感到化学工艺设计的严谨性和周密性。同时，我认识到工艺流程在工艺设计中的重要性，化工生产过程的安全性，取决于该工艺设计的严密性和合理性。每一个过程的设计是否合理直接关系到化工生产及安全操作，同时通过课程设计也让我明白了该怎样做好一份完整的设计。
在设计过程中，要耐心、细心，保持严谨、科学的治学态度。同时，提高自己分析、解决问题的能力，主动去查找参考文献，思考设计细节。
第一次做课程设计，还存在一些不足，对设计过程及思路不是很严密，部分内容及想法有待改进。因此，在今后的学习中，应多看一些有关设计方面的知识，增强对设计的熟练度。
同时，我也感谢小组成员对我的帮助、支持，以及指导老师在课前的辅导和点拨。对此，我向你们说声“谢谢”！

2013/6/18