甲醇—水混合液筛板精馏塔设计.docx

课程设计任务书

专业 高分子材料与工程 班级 01 学生姓名
发题时间： 2012 年 6 月 6 日
一、 课题名称
甲醇——水混合液筛板精馏塔设计
二、 课题条件（原始数据）
原料：甲醇、水
年处理量： 20000t
原料组成（甲醇的质量分率）：0.4
料液初温： 25℃
冷却水温度：30℃
塔顶产品组成（质量分数）：0.997
塔底废水中甲醇含量不高于0.5%（质量分率）
塔顶易挥发组分回收率：99.4%
操作压力：4kpa（塔顶常压）
回流比：最小回流比的2倍
单板压降：≤0.7kpa
进料状态：饱和液体进料
塔顶采用全凝器，泡点回流
塔釜：饱和蒸汽间接加热
塔板形式：筛板
生产时间：330天/年，每天24h运行
全塔效率：ET=0.6
设备形式：筛板塔
厂址：武汉地区
三、参考文献
[1]陈敏恒等.化工原理.第二版化.学工业出版社.1999
[2]谭天恩,麦本熙,丁惠华.化工原理(上、下册) .第二版.北京：化学工业出版
社,1998
[3]姚玉英.化工原理例题与习题.第三版.北京：化学工业出版社,1998
[4]贾绍义,柴诚敬主编.化工原理课程设计.天津:天津大学出版社,2002
[5]李功样,陈兰英,崔英德主编.常用化工单元设备设计.广州:华南理工大学出
版社,2003
[6]涂伟萍,陈佩珍,程达芬主编.化工工程及设备设计.北京:化学工业出版
社,2000
[7]钱颂文主编.换热器设计手册.北京: 化学工业出版社,2002
[8]《化工过程及设备设计》.广州：华南工学院出版社，1986
[9]《化工设计手册》编辑委员会.化学工程手册，第1篇化工基础数据；第
8篇传热设备及工业生产.北京：化学工业出版社，1986
[10]阮奇，叶长，黄诗煌.化工原理优化设计与解题指南.北京：化学工业出
版社，2001
四、设计内容（包括设计、计算、论述、实验、应绘图纸等根据目录
列出大标题即可）
1 设计方案的选定
2精馏塔的物料衡算
3塔板数的确定
4精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算（加热物料进出口温度、密度、粘度、比热、导热系数）
5精馏塔塔体工艺尺寸的计算
6塔板主要工艺尺寸的计算
7塔板的流体力学验算
8塔板负荷性能图（只做精馏段）

9换热器设计
10馏塔接管尺寸计算
11制生产工艺流程图（带控制点、机绘，A2图纸）
12绘制板式精馏塔的总装置图（包括部分构件）（手绘，A1图纸）
13撰写课程设计说明书一份
设计说明书注意事项：
写出详细计算步骤，并注明选用数据的来源；
每项设计结束后列出计算结果明细表；
设计最终需装订成册上交。
五、进度计划（列出完成项目设计内容、绘图等具体起始日期）
1.下达设计任务书收集资料，阅读教材，拟定设计进度 2天
2.初步确定设计方案及设计计算内容 5-6天
3.绘制总装置图、工艺流程图 2-3天
4.整理设计资料，撰写设计说明书 2天
5.答辩 1天
指导教师（签名）： 年 月 日
学科部（教研室）主任（签名）： 年 月 日
说明：
1．学生进行课程设计前，指导教师应事先填好此任务书，并正式打印、签名，经学科部（教研室）主任审核签字后，正式发给学生。设计装订时应将此任务书订在设计说明书首页。
2．如果设计技术参数量大，可在任务书后另设附表列出。
3．所有签名均要求手签，以示负责。
（共3页）

目 录

摘 要 I
Abstract II
第一章 绪论 1
1.1 化工原理课程设计的目的和要求 1
1.2 化工原理课程设计的内容和步骤 1
1.3 精馏操作对塔设备的要求 2
1.4 板式塔概述 3
1.5精馏塔的设计步骤 3
第二章 总体设计方案的确定 5
2.1操作条件的确定 5
2.2确定设计方案的原则 6
3.2塔板数的确定 9
3.3精馏塔工艺条件及有关物性数据的计算 11
3.4精馏塔的塔体工艺尺寸的计算 15
3.5塔板主要工艺尺寸的计算 18
第四章 塔板的流体力学的验算 22
4.1 塔板压降 22
4.2 液面落差 23
4.3 液沫夹带 23
4.4 漏液 24
4.5 液泛 24
4.6塔板负荷性能图 25
第五章 塔附件设计 33
5.1换热器设计 33
5.2馏塔接管尺寸的计算 34
5.3 塔的总体高度设计 38
总 结 39
致 谢 40
参考文献 41
附 录 42

摘 要

精馏是化工生产、石油化工炼油生产过程中进行液体混合分离的一个重要操作，在提高生产过程的经济效益和产品质量中起着举足轻重的作用。
本设计的任务是分离甲醇-水溶液的混合物，提纯甲醇达到一定的纯度。采用的分离设备是筛板式精馏塔。设计根据给定任务书首先对精馏装置的流程、操作条件、主要设备选型进行讨论，然后通过计算确定精馏塔的实际塔板数是19块，塔高为12080mm，塔径800mm，最后计算塔板的主要工艺尺寸，进行流体学验证，看结果是否符合设计要求，绘制精馏过程的工艺流程图和筛板精馏塔的装配图。
关键词：精馏塔；筛板式；甲醇

Abstract

Rectification is chemical industry, petrochemical, refining process to separate liquid mixtures. Rectification is an important action. In improving the economic efficiency of production processes and product quality plays an important role.
This design task is to separate a mixture of methanol in aqueous solution , purification of methanol up to a certain purity. Separation equipment is used sieve-type rectifying tower. Designed according to the given tasks are first on the process of rectification equipment, operating conditions, equipment selection for the main paper, and then determine the rectifying tower by calculating the board of 19 pieces and the height of 12.08 meters,0.8meters diameter tower, the final calculation of the main tray Process size, check for fluid dynamics, to see whether the results meet the design requirements, process maps drawn rectification unit.
Keywords:rectifying tower；sieve-type；methanol

第一章 绪论
1.1 化工原理课程设计的目的和要求
课程设计是《化工原理》课程的一个总结性教学环节，是培养学生综合运用本门课程及有关选修课程的基本知识去解决某一设计任务的一次训练。在整个教学计划中，它也起着培养学生独立工作能力的重要作用。
课程设计不同于平时的作业，在设计中需要学生自己做出决策，即自己确定方案，选择流程，查取资料，进行过程和设备计算，并要对自己的选择做出论证和核算，经过反复的分析比较，择优选定最理想的方案和合理的设计。所以，课程设计是培养学生独立工作能力的有益实践。
通过课程设计,学生应该注重以下几个能力的训练和培养：
1. 查阅资料，选用公式和搜集数据(包括从已发表的文献中和从生产现场中搜集)的能力；
2. 树立既考虑技术上的先进性与可行性，又考虑经济上的合理性，并注意到操作时的劳动条件和环境保护的正确设计思想，在这种设计思想的指导下去分析和解决实际问题的能力；
3. 迅速准确的进行工程计算的能力；
4. 用简洁的文字，清晰的图表来表达自己设计思想的能力。
1.2 化工原理课程设计的内容和步骤
（一）课程设计的基本内容
1. 设计方案简介 对给定或选定的工艺流程，主要的设备型式进行简要的论述；
2. 主要设备的工艺设计计算 包括工艺参数的选定、物料衡算、热量衡算、设备的工艺尺寸计算及结构设计；
3. 典型辅助设备的选型和计算 包括典型辅助设备的主要工艺尺寸计算和设备型号规格的选定；
4. 带控制点的工艺流程简图 以单线图的形式绘制，标出主体设备和辅助设备的物料流向、物流量、能流量和主要化工参数测量点；
5. 主体设备工艺条件图 图面上应包括设备的主要工艺尺寸，技术特性表和接管表；
完整的课程设计由说明书和图纸两部分组成。说明书是设计的书面总结，也是后续设计工作的主要依据，应包括以下主要内容：
（1）封面（课程设计题目、班级、姓名、指导教师、时间 ）；
（2）设计任务书；
（3）目录；
（4）设计方案简介；
（5）设计条件及主要物性参数表；
（6）工艺设计计算；
（7）辅助设备的计算及选型；
（8）设计结果汇总表；
（9）设计评述及设计者对本设计有关问题的讨论；
（10）工艺流程图及设备工艺条件图；
（11）参考资料。
1.3 精馏操作对塔设备的要求
精馏所进行的是气(汽)、液两相之间的传质，而作为气(汽)、液两相传质所用的塔设备，首先必须要能使气(汽)、液两相得到充分的接触，以达到较高的传质效率。但是，为了满足工业生产和需要，塔设备还得具备下列各种基本要求：
(1) 气(汽)、液处理量大，即生产能力大时，仍不致发生大量的雾沫夹带、拦液或液泛等破坏操作的现象。
(2) 操作稳定，弹性大，即当塔设备的气(汽)、液负荷有较大范围的变动时，仍能在较高的传质效率下进行稳定的操作并应保证长期连续操作所必须具有的可靠性。
(3) 流体流动的阻力小，即流体流经塔设备的压力降小，这将大大节省动力消耗，从而降低操作费用。对于减压精馏操作，过大的压力降还将使整个系统无法维持必要的真空度，最终破坏物系的操作。
(4) 结构简单，材料耗用量小，制造和安装容易。
(5) 耐腐蚀和不易堵塞，方便操作、调节和检修。
(6) 塔内的滞留量要小。
实际上，任何塔设备都难以满足上述所有要求，不同的塔型各有某些独特的优点，设计时应根据物系性质和具体要求，抓住主要矛盾，进行选型。
1.4 板式塔概述
板式塔是一种应用极为广泛的气液传质设备，它由一个通常呈圆柱形的壳体及其中的按一定间距水平设置的若干块塔板所组成。板式塔正常工作时，液体在重力作用下自上而下通过各层塔板后由塔底排出；气体在压差推动下，经均布在塔板上的开孔由下而上穿过各层塔板后由塔顶排除，在每块塔板上皆贮有一定的液体，气体穿过板上液层时，两相接触进行传质。
板式塔的主要构件是塔板。本设计采用筛孔塔板，塔板的主要构造如下部分。
（1）塔板上的气体通道——筛孔。为保证气液两相在塔板上能够充分接触并在总体上实现两相逆流，塔板上均匀地开有一定数量的供气体自下而上流动的通道。气体通道的形式很多，对塔板性能的影响极大，各种塔板的主要区别就在于气体通道的形式的不同。
（2）溢流堰。为保证气液两相在塔板上有足够的接触表面，塔板上必须贮有一定量的液体。为此，在塔板的出口端设有溢流堰。塔板上的液层高度或溢液量在很大程度上由堰高决定。最常见的溢流堰，其上缘是平直的。
（3）降液管。作为液体自上层塔板流至下层塔板的通道，每块塔板通常富有一个降液管。板式塔在正常工作时，液体从上层塔板的降液管流出，横向流过开有筛孔的塔板，翻越溢流堰，进入该层塔板的降液管，流向下层塔板。
1.5精馏塔的设计步骤
本设计按以下几个阶段进行：
（1） 设计方案确定和说明。根据给定任务，对精馏装置的流程、操作条件、主要设备型式及其材质的选取等进行论述。
（2）蒸馏塔的工艺计算，确定塔高和塔径。
（3）塔板设计：计算塔板各主要工艺尺寸，进行流体力学校核计算。接管尺寸等，并画出塔的操作性能图。
（4）管路及附属设备的计算与选型，如再沸器、冷凝器。
(5) 抄写说明书。
(6) 绘制精馏装置工艺流程图和精馏塔的设备图。

第二章 总体设计方案的确定
确定设计方案是指确定整个精馏装置的流程、各种设备的结构型式和某些操作指标。本设计任务为分离甲醇-水混合物。对于二元混合物的分离，应采用连续精馏流程。设计中采用泡点进料，将原料液通过预加热器至泡点后送入精馏塔内。塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，其余部分经产品冷却器冷却后送至储罐。该物系属易分离系，最小回流比较小，故操作回流比取最小回流比的2倍。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。
下面结合课程设计的需要，对某些问题作些阐述。
2.1操作条件的确定
2.1.1操作压力
蒸馏操作通常可在常压、加压和减压下进行。确定操作压力时，必须根据所处理物料的性质，兼顾技术上的可行性和经济上的合理性进行考虑。例如，采用减压操作有利于分离相对挥发度较大组分及热敏性的物料，但压力降低将导致塔径增加，同时还需要使用抽真空的设备。对于沸点低、在常压下为气态的物料，则应在加压下进行蒸馏。当物性无特殊要求时，一般是在稍高于大气压下操作。但在塔径相同的情况下，适当地提高操作压力可以提高塔的处理能力。有时应用加压蒸馏的原因，则在于提高平衡温度后，便于利用蒸汽冷凝时的热量，或可用较低品位的冷却剂使蒸汽冷凝，从而减少蒸馏的能量消耗。
2.1.2 进料状态
进料状态与塔板数、塔径、回流量及塔的热负荷都有密切的联系。在实际的生产中进料状态有多种，本设计选择的进料方式是泡点进料。但一般都将料液预热到泡点或接近泡点才送入塔中，这主要是由于此时塔的操作比较容易控制，不致受季节气温的影响。此外，在泡点进料时，精馏段与提馏段的塔径相同，为设计和制造上提供了方便。
2.1.3 加热方式
蒸馏釜的加热方式通常采用间接蒸汽加热，设置再沸器。一般蒸馏塔釜残液中的主要组分是水，且在低浓度下轻组分的相对挥发度较大时宜用直接蒸汽加热，其优点是可以利用压力较低的加热蒸汽以节省操作费用，但是由于直接蒸汽加热的加入，对釜内溶液起一定的稀释作用，在进料条件和产品纯度、轻组分收率一定的前提下，釜液浓度相应降低，要在精馏段增加塔板以达到生产要求。根据任务书的要求，对于本次任务采用间接蒸汽加热更为简单，方便。
2.2确定设计方案的原则
确定设计方案总的原则是在可能的条件下，尽量使生产达到技术上最先进、经济上最合理的要求，符合优质、高产、安全、低消耗的原则。为此，必须具体考虑如下几点：
(1) 满足工艺和操作的要求
所设计出来的流程和设备，首先必须保证产品达到任务规定的要求，而且质量要稳定，这就要求各流体流量和压头稳定，入塔料液的温度和状态稳定，从而需要采取相应的措施。其次所定的设计方案需要有一定的操作弹性，各处流量应能在一定范围内进行调节，必要时传热量也可进行调整。因此，在必要的位置上要装置调节阀门，在管路中安装备用支线。计算传热面积和选取操作指标时，也应考虑到生产上的可能波动。再其次，要考虑必需装置的仪表(如温度计、压强计，流量计等)及其装置的位置，以便能通过这些仪表来观测生产过程是否正常，从而帮助找出不正常的原因，以便采取相应措施。
(2) 满足经济上的要求
要节省热能和电能的消耗，减少设备及基建费用。如前所述在蒸馏过程中如能适当地利用塔顶、塔底的废热，就能节约很多生蒸汽和冷却水，也能减少电能消耗。又如冷却水出口温度的高低，一方面影响到冷却水用量，另方面也影响到所需传热面积的大小，即对操作费和设备费都有影响。同样，回流比的大小对操作费和设备费也有很大影响。
降低生产成本是各部门的经常性任务，因此在设计时，是否合理利用热能，采用哪种加热方式，以及回流比和其他操作参数是否选得合适等，均要作全面考虑，力求总费用尽可能低一些。而且，应结合具体条件，选择最佳方案。例如，在缺水地区，冷却水的节省就很重要；在水源充足及电力充沛、价廉地区，冷却水出口温度就可选低一些，以节省传热面积。
(3) 保证安全生产
例如酒精属易燃物料，不能让其蒸汽弥漫车间，也不能使用容易发生火花的设备。又如，塔是指定在常压下操作的，塔内压力过大或塔骤冷而产生真空，都会使塔受到破坏，因而需要安全装置。
以上三项原则在生产中都是同样重要的。但在化工原理课程设计中，对第一个原则应作较多的考虑，对第二个原则只作定性的考虑，而对第三个原则只要求作一般的考虑。

第三章 塔板的工艺计算
3.1 精馏塔的物料衡算
3.1.1原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率
表3-1甲醇-水相关物性参数表
项目
分子式
摩尔质量M
沸点 /℃
临界温度
临界压强Pc/Kpa
甲醇A
CH3OH
32.04
64.5
288.5
6833.4
水B
H2O
18.02
100
318.57
4107.7
甲醇的摩尔质量 M甲醇=32.04kg/ kmol
水的摩尔质量 M水=18.02kg/kmol
进料板产品的摩尔分率：=
塔顶产品的摩尔分率： =
塔顶产品的摩尔分率： =
3.1.2原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量
进料板产品的平均摩尔质量：=0.273×32.04+（1-0.273）×18.02=21.85kg/kmol
塔顶产品的平均摩尔质量： =0.9947×32.04+(1-0.9947）×18.02=31.96kg/kmol
塔釜产品的平均摩尔质量： =0.002818×32.04+(1-0.002818)×18.02=18.06kg/kmol
3.1.3 物料衡算
原料处理量： =kmol/h
总物料衡算：
甲醇物料衡算:

联立解得
3.2塔板数的确定
3.2.1理论板数的求取
①由 y=及甲醇—水在不同温度下的汽—液平衡组成
表 3-2 甲醇-水的气液平衡组成
温度
液相
气相
α
温度
液相
气相
α
92.9
0.0531
0.2834
7.05
81.6
0.2083
0.6273
6.4
90.3
0.0767
0.4001
8.03
80.2
0.2319
0.6485
6.11
88.9
0.0926
0.4353
7.55
78
0.2818
0.6775
5.35
86.6
0.1257
0.4831
6.5
77.8
0.2909
0.6801
5.18
85
0.1315
0.5455
7.93
76.7
0.3333
0.6918
4.49
83.2
0.1674
0.5586
6.29
76.2
0.3513
0.7347
5.11
82.3
0.1818
0.5775
6.15
73.8
0.462
0.7756
4.02
72.7
0.5292
0.7971
3.49
68
0.7701
0.8962
2.57
71.3
0.5937
0.8183
3.08
66.9
0.8741
0.9194
1.64
70
0.6849
0.8492
2.59

==4.83
得到相平衡方程 y=
因为泡点进料，所以=1
且点过相平衡线 则=
==0.94 取操作回流比
3.2.2 精馏塔的气液相负荷
精馏段的液相流量：
精馏段的气相流量：
提馏段的液相流量：
提馏段的气相流量：
3.2.3操作线方程
精馏段操作线方程 ==0.6528+0.3454
提馏段操作线方程 -
3.2.4逐板计算法求理论板数
因为塔顶为全凝器
通过相平衡方程求 =
再通过精馏段操作线方程 ，如此反复得气相组成 y 及液相组成x如下：
=0.9947 =0.9749
=0.9818 =0.9179
=0.9446 =0.7793
=0.8541 =0.5482
=0.7032 =0.3291
=0.5603 =0.2087<0.273
=0.3995 =0.1211
=0.2308 =0.0585
=0.1101 =0.025
=0.0455 =0.1474
=0.02578 =5.45×10-3
=7.88×10-3 =1.64×10-3<0.002818
当后，改用相平衡方程与提馏段操作方程计算.如此反复得
可得到进料板位置 =6
总理论板数 =12 <包括再沸器>
3.2.5实际板层数的求取
精馏段实际板层数：==8.3≈9
提馏段实际板层数：=≈10（不包括再沸器）
3.3精馏塔工艺条件及有关物性数据的计算
3.3.1操作压力计算
塔顶操作压力
每层塔板压力降 DP=0.7
进料板压力 =105.3+0.7×9=111.6
塔底压力
精馏段平均压力 =
提馏段平均压力 =
3.3.2 操作温度计算（内插法得）
根据甲醇-水的气-液平衡组成表，再通过内插法得：
塔顶温度 =64.79℃
进料板温度 =78.3℃
塔釜温度 =99.6℃
精馏段平均温度 =℃
提馏段平均温度 ′=℃
3.3.3平均摩尔质量的计算
塔顶平均摩尔质量计算
由==0.9947 通过相平衡方程求得 =0.9749

进料板平均摩尔质量计算
通过逐板计算得进料板=0.5603，再通过相平衡方程得=0.2087

塔釜平均摩尔质量的计算
由=0.002818 查平衡曲线得 =0.01346
精馏段平均摩尔质量
=
=
提馏段平均摩尔质量
=
=
3.3.4 平均密度计算
（1）气相平均密度计算
由理想气体状态方程计算 即
精馏段 =
提馏段 =
（2）液相平均密度计算
表3-3不同温度下甲醇-水的物理性质

50
60
70
80
90
100

760
751
743
734
725
716

988.1
983.2
977.8
971.8
965.3
958.4

0.350
0.362
0.277
0.251
0.225

0.479
0.414
0.362
0.321
0.288

18.76
17.82
16.91
15.82
14.89

66.2
64.3
62.6
60.7
58.8
液相平均密度按下式计算 即
塔顶液相平均密度的计算 由=64.79℃ 查表3-3，由内插法得

=
进料板液相平均密度计算 由=78.3℃ 查表3-3，由内插法得

进料板液相的质量分率

提馏段液相平均密度计算 由tw=99.6℃ 查表3-3，由内插法得
=716.36

精馏段液相平均密度为
提馏段液相平均密度
3.3.5液体平均表面张力的计算
液相平均表面张力依下式计算 即
塔顶液相平均表面张力的计算 由查表3-3，由内插法得

进料板液相平均表面张力的计算 由查表3-3，由内插法得

塔釜液相平均表面张力的计算 由查表3-3，由内插法得

精馏段液相平均表面张力为
提馏段液相平均表面张力为
3.3.6液体平均粘度计算
液相平均粘度以下式计算，即
塔顶液相平均粘度计算 由查表3-3，由内插法得

进料板液相平均粘度计算 由查表3-3，由内插法得
s

塔釜液相平均粘度计算 由查表3-3，由内插法得

精馏段液相平均黏度为:
提馏段液相平均黏度为:
3.4精馏塔的塔体工艺尺寸的计算
3.4.1塔径的计算
精馏段的气液相体积流率为

提馏段的气液相体积流率为

精馏段 式中C由求取，可通过图3.1查得，功能参数

图3.1筛板塔的泛点关联图
取板间距=0.35m
得到

最大空塔气速
取安全系数为0.8，则空塔气速

按标准塔径圆整后
塔截面积为=m²
表3-4 不同塔径的板间距参考数据
塔径D/mm
800~1200
1400~2400
2600~6600
板间距/mm
300、350、400、
450、500
400、450、550、
600、650、700
450、500、550、600、
650、700、750、800
实际空塔气速 =
(安全系数在允许范围内，符合设计要求)
提馏段同理查阅筛板塔泛点关联图
= =0.05161
取板间距=0.35m 查图3.1得=0.07
==0.07=0.08602
==0.08602=2.84m/s
同上取安全系数0.8 =0.8 =0.8×2.84=2.272m/s
D′===0.6076m
圆整取D′=0.8m 同上=0.5024㎡
实际空塔气速=
（符合安全系数范围，设计合理）
3.4.2精馏塔有效高度的计算
精馏段有效高度为
提馏段有效高度为
设计两个人孔，设置人孔的两块板的间距为0.7m。
塔的有效高度=2.8+3.15+1.4=7.35m
3.5塔板主要工艺尺寸的计算
3.5.1溢流装置计算
因塔径D=0.8，可选用单溢流弓形降液管，采用凹形受液盘
⑴堰长 取
⑵溢流堰高度 由
选用平直堰，堰上液层高度=

图3.2液体收缩系数计算图
取E=1.03 查图3.2得计算得
=

取板上清液高度为

⑶弓形降液管宽度和截面积
由 查图3.3

图3.3弓形降液管的宽度与面积图
得
所以=0.052=0.052×0.5024=0.02612㎡
=0.1D=0.1×0.8=0.08m
所以依式计算液体在降液管中的停留时间
精馏段：q= > 3~5s（故设计合理）
提馏段：q′= >3~5s(故设计合理)
⑷降液管底隙高度
= =0.08m/s
精馏段：
提馏段：
故降液管设计合理，选用凹形受液盘=52.65mm =48.69mm
3.5.2 塔板布置
(1)塔板的分块
因D≥800mm,故塔板采用分块式，
表3-5 塔板分块数
塔径/mm
800~1200
1400~1600
1800~2000
2200~2400
塔板分块数
3
4
5
6
塔板查表3-5可知分为3块
(2)边缘区宽度确定
取=0.04m =0.03m
(3)开孔区面积计算
=2（）

故=2（0.28）=0.3703㎡
(4)筛孔计算及其排列
选用d=3mm碳钢板，取筛孔直径=4.5mm
筛孔按正三角形排列，取孔中心距t为 t=3.1 =3.1×4.5=13.95mm
筛孔数目n为
开孔率 f=0.907=0.907×=9.44%
气体通过阀孔的气速
精馏段 =
提馏段 =

第四章 塔板的流体力学的验算
4.1 塔板压降
⑴干板阻力计算：（由查图4.1有=0.82）

图4.1 干筛孔的流量系数
①=液柱
②=液柱
⑵气体通过液层的阻力及
①ua=
= ==1.4619/
查图4.2，由=1.4619 得b=0.59

图4.2 充气系数e。与Fa的关联图
=0.59×（0.05265+0.00735）=0.0354m液柱
②ua=
==/
查图4.2，由=1.258得b′=0.62

⑶液体表面张力的阻力及计算
=
=
气体通过每层塔板的液柱高度及计算
=
=
气体通过每层塔板的压降及D计算
=（设计允许值）
=（设计允许值）
4.2 液面落差
对于筛板塔，液面落差很小，且本方案的塔径和液流量均不大，故可忽略页面落差影响。
4.3 液沫夹带
液沫夹带量及计算
按经验，一般=2.5=2.5×0.06=0.15m
故在本设计中液沫夹带量及在允许范围内
4.4 漏液
对筛板塔，漏液气速（）由下式计算
①精馏段实际孔速=19.04m/s>
稳定系数K=
②提馏段实际孔速=18.73>
稳定系数K′=
4.5 液泛
为防止塔内发生液泛，降液管内液层高及应服从下式
≤j（）[j取0.5]； ′≤j（+）
j（）=0.5×（0.35+0.03882）=0.19441m液柱
j（）=0.5×（0.35+0.04869）=0.199 m液柱
而；
板上不设进口堰=
==0.001m液柱
=0.07629+0.06+0.001=0.13729m液柱<0.19441m液柱
=0.0669+0.06+0.001=0.1279 m液柱<0.199m液柱
故在本设计中不会出现液泛现象
4.6塔板负荷性能图
4.6.1 漏液线
由
提馏段漏液气速

板上清液高度
堰上液层高度
得，精馏段最小气相体积流率：
同理可得，提馏段最小气相体积流率：

在操作范围内，任取几个值，依上式计算出值，计算结果列于下表
表4-1 、数据表
（），
0.0005
0.0010
0.0015
0.0020
，
0.340
0.349
0.357
0.364
，
0.334
0.336
0.338
0.340
由上表数字即可作出漏液线1。
4.6.2 液沫夹带线
以=0.1㎏液/㎏气为限，求精馏段Vs-Ls关系如下
由液沫夹带量
气体通过液层的速度
堰上清液层高度
清液高表示的板压降

整理得，精馏段气体体积流量
同理可计算，提馏段液沫夹带量
整理得，提馏段气体体积流量
在操作范围内，任取几个Ls（Ls′）值，依上式计算出值，计算结果列于下表
表4-2 ，值
（），
0.0005
0.0010
0.0015
0.0020
，
0.862
0.825
0.793
0.766
，
0.864
0.822
0.786
0.754
由上表得出液沫夹带线2。
4.6.3 液相负荷下限线
对于平直堰，取堰上液层高度=0.006m，作为最小液体负荷标准，由下式得
堰上液层高度
取E=1，则
精馏段最小的液体体积流率
同理，提馏段最小的液体体积流率
据此作出气体流量无关的垂直液相负荷下限图3。
4.6.4 液相负荷上限线
以=4s作为液体在降液管中停留时间的下线，由下式得

故，精馏段的最大液体体积流率
提馏段的最大液体体积流率
据此可以作出与气体流量无关的垂直液相负荷上限图4。
4.6.5 液泛线
令
由

式中，

故
精馏段的气体体积流率的平方

提馏段的气体体积流率的平方
在操作范围内，任取几个值，依上式计算出值，计算结果列于下表
表4-3，值

0.0005
0.0010
0.0015
0.0020

1.221
1.186
1.145
1.095

1.380
1.332
1.286
1.240
由上表数据即可作出液泛线5。
4.6.6 塔板负荷性能图
根据所求数据作出的负荷性能图如下

图4.3 塔板操作负荷性能图
在负荷性能图4.3上可以看出，该筛板的操作上线为液泛控制，下限为液相负荷下限控制。由图5-1查得
故操作弹性为
4.6.7 筛板塔工艺计算结果汇总
表4-4 筛板塔工艺设计计算结果汇总表
项目
符号
单位
数值/形式
精馏段
提镏段
平均温度

℃
71.54
88.95
平均压强

kPa
108.45
115.10
气相平均流量

m3/s
0.6657
0.6586
液相平均流量

m3/s
0.000531
0.001029
液相平均摩尔质量

kg/kmol
26.32
19.50
气相平均摩尔质量

kg/ kmol
28.92
22.04
气相平均密度

kg/ m3
1.094
0.8427
液相平均密度

kg/ m3
814.8
919.48
液体平均表面张力

mN/m
35.94
56.05
项目
符号
单位
数值/形式
精馏段
提镏段
液体平均粘度

mPa.s
0.3397
0.3194
实际塔板数
N
块
9
10