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1、精品学习资源目 录1.概述 - 3 -1.1 前言 - 3 -1.2 设计内容 - 3 -1.2.1 确定精馏装置流程： - 3 -2 精馏塔的工艺运算 - 6 -2.1 塔的物料衡算 - 6 -2.2 塔板数的确定 - 7 -2.3 塔工艺条件及物性数据运算- 9 -2.4 精馏塔气液负荷运算- 13 -2.5塔和塔板的主要工艺尺寸的运算- 13 -3 筛板的流体力学验算- 18 -3.1 气体通过筛板压降相当的液柱高度3.2 精馏段雾沫夹带量的验算- 20 - 18 -3.3精馏段漏液的验算 - 20 -3.4精馏段液泛验算 - 20 -4. 塔板负荷性能图- 21 -4.1 精馏段- 2
2、1 -4.1.1雾沫夹带线 - 21 -4.1.2液泛线 - 22 -4.1.3液相负荷上限线- 23 -4.1.4 漏液线 气相负荷下限线） - 24 -4.1.5 液相负荷下限线 - 24 -5. 精馏塔的的附属设备及接管尺寸- 25 -5.1 塔体结构 - 25 -5.1.1 塔高 - 25 -6. 工艺设计运算结果汇总- 26 -总结 - 27 -参考文献 - 28 -主要符号说明 - 29 -1. 概述欢迎下载精品学习资源1.1 前言化工生产中所处理的原料，中间产物，粗产品几乎都是由如干组分组成的混合物，而且其中大部分都是均相物质；生产中为了满意储存，运 输，加工和使用的需求，经常需
3、要将这些混合物分别为较纯洁或几乎纯态的物质；精馏是分别液体混合物最常用的一种单元操作，在化工，炼油，石油化工等工业得到广泛应用；精馏过程在能量计的驱动下，使气，液两相多次直接接触和分别，利用液相混合物中各相分挥发度的不同，使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；实现原料混合物中各组成分别该过程是同时进行传质传热的过程；本次设计任务为设计肯定处理量的精馏塔；筛板是在塔板上钻有均布的筛孔，上升气流经筛孔分散、鼓泡通过板上夜层，形成气夜亲密接触的泡沫层；筛板塔的优点是结构简洁，制造修理便利，造价低，相同条件下生产才能高于浮阀塔，塔板效率接近于浮阀塔，其缺点是稳固操作范畴窄，小孔径筛板
4、易堵塞，不相宜粘性大的、脏的和带固体粒子的料液；但设计良好的筛板塔仍具有足够的操作弹性，对易引起堵塞的物系可采纳大孔径的筛板；本课程设计的主要内容是过程的物料衡算，热量衡算，工艺运算，结构设计和校核；1.2 设计内容1.2.1 确定精馏装置流程：精馏装置包括精馏塔，原料预热器，蒸馏釜，冷凝器；釜液冷却器和产品冷凝器等设备；热量自塔釜输入，物料在塔内经多次部分汽化与与部分冷凝器进行精馏分别，由冷凝器和冷却器中的冷却介质将余热带走；在此过程中，热能利用率很低，为此，在确定流程装置时应考虑余热的利用， 留意节能；另外，为保持塔的操作稳固性，流程中除用泵直接送入塔原料外，也可以采纳高位槽送料以免受泵操
5、作波动的影响；塔顶冷凝装置依据生产状况以打算采纳分凝器或全凝器；一般，塔顶， 分凝器对上升蒸汽虽有肯定增浓作用，但在石油等工业中猎取产品时往往采纳全凝器，以便于精确地掌握回流比；如后继装置使用气态物料，就宜用全分凝器；总而言之确定流程时要较全面，合理的兼顾设备，操作费用操作掌握及安全因素；1.2.2 工艺参数的确定操作条件精馏操作可在常压，减压和加压下进行，操作压强常取决于冷凝温度；一般，性物以外，凡通过常压蒸馏不难实现分别要求，并能用江河或循环欢迎下载精品学习资源水将冷凝下来的系统，都应采纳常压蒸馏，对热敏性物料或混合液沸点的系统就宜采纳减压蒸馏；对常压下的馏出物的冷凝温度过低的系统，需要高
6、塔压或采纳深井水，冷冻盐水作为冷却剂；常压下出现气态的物料必需采纳加压蒸馏；进料液状态的挑选进料热状态以进料热状态参数q 表达，即q= 每摩尔进料变成饱和蒸汽所需热量/每摩尔进料的汽化潜热有五种进料状态，当q 1 时为低于泡点温度的冷凝进料；q=1 时为泡点下的饱和液体； q=0 为露点下的饱和蒸汽；1q 0 为介于泡点与露点间的汽液混合物； q0 为高于露点的过热整齐进料；原就上，在供热量肯定情形下，热量应尽可能的由塔底输入，使产生的气相回流在全塔发挥作用，即宜冷进料；但为使塔的操作稳固，免受季节气温影响，精，提留段采纳相同的塔径以便于制造，就采纳饱和液体 Rmin其中 R- 操作回流比，
7、Rmin-最小回流比 对特别物系和与场合，就应依据实际需要选定回流比；在进行课程设计时，也可以参同类生产的R 体会值选定；必要时选如干个R 值，利用吉利兰图求出对应理论板数N ，作出 N-R 曲线或 NR+1-R 曲线，从中找出相宜操作的回流比R；也可以做出 R 对精馏塔操作费用的关系线，从中确定相宜回流比R1.2.3 主要设备的工艺尺寸运算板间距，塔径，塔高，溢流装置，塔盘布置等；1.2.4 流体力学运算欢迎下载精品学习资源流体力学验算，操作负荷性能图及操作弹性；1.2.5 主要附属设备设计运算及选型塔顶全凝器设计运算：热负荷，载热体用量，选型及流体力学运算；料液泵设计运算：流程运算及选型；
8、1.2.6 已知参数主要基础数据 :工程分子式分子量沸点 临 界 温 度临界压苯 A甲苯 B1）苯和甲苯的物理性质tc,强Pc,kPa78.1180.1288.56833.4-92.13110.6318.574107.7 苯和甲苯的 t 关系1000100 08090100110120815803.9792.5780.3768.9810800.2790.3780.3770.04 液体表面张力809010011012021.2720.0618.8517.6616.4921.6920.5919.9418.4117.315 液体的粘度80901001101200.3080.2790.2550.233
9、0.2150.3110.2860.2640.2540.228温度 t3苯 kg/m甲苯 kg/m3温度 t 苯, mN/m甲苯 ,mN/m温度 t苯 ，mPa.s 甲苯， mPa.s2 精馏塔的工艺运算2.1塔的物料衡算2.1.1料液及塔顶、塔底产品含苯的摩尔分率2.1.2 平均分子量欢迎下载精品学习资源2.1.3 物料衡算总物料衡算易挥发组分物料衡算其中联立以上二式可得：2.2 塔板数的确定2.2.1 理论板 NT 的求法用图解法求理论板2.2.1.1 根 据 苯 和 甲 苯 的 气 液 平 衡 数 据 作 出y-x图 及图欢迎下载精品学习资源2.2.1.2 求最小回流比及操作回流比 R，因
10、泡点进料，在图中对角线上自点 e0.28,0.28 作垂线即为进料线 上作图解得：层不包括塔釜），其中精馏段为5 层，提馏段6.3层不包括塔釜）第 6 层为加料版；2.2.2 全塔效率依据塔顶、塔底组成查图，求得平均温度为94.88，该温度下的液相平均粘度为：=故：2.2.3 实际板数 N精馏段 :提馏段 :2.2.4 精馏塔有效高度的运算精馏段的有效高度为：Z=0.4=3.6提馏段得有效高度为：Z=N 1） HT=13 1） 0.4=4.8 m精馏塔的有效高度为：Z= Z+ Z=3.6+4.8=8.4 m2.3 塔工艺条件及物性数据运算2.3.1 操作压强的运算 Pm塔顶压强 PD=101.
11、3kPa 取每层塔板压降P=0.7kPa 就： 进料板压强： PF=101.3+100.7=108.3kPa欢迎下载精品学习资源塔釜压强： Pw=108.3+130.7=117.4kPa精馏段平均操作压强：=104.8kPa提馏段平均操作压强：Pm =112.85kPa.2.3.2 操作温度的运算近似取塔顶温度为 , , 精馏段平均温度提馏段平均温度2.3.3 平均摩尔质量运算塔顶摩尔质量的运算：由； 进料摩尔质量的运算：由平稳曲线查的：yF=0.611、xF=0.401；塔釜摩尔质量的运算：精馏段平均摩尔质量：；提馏段平均摩尔质量：欢迎下载精品学习资源；2.3.4 平均密度运算 ： m2.3
12、.4.1 液相密度：塔顶部分依下式：质量分率）；其中=0.98,=0.02；即：；进料板处：由加料板液相组成：由xF=0.401 得=0.36；塔釜处液相组成：=0.02；故精馏段平均液相密度：；提馏段的平均液相密度：；2.3.4.2 气相密度：精馏段的平均气相密度提馏段的平均气相密度欢迎下载精品学习资源2.3.5 液体平均表面张力的运算液相平均表面张力依下式运算，及塔顶液相平均表面张力的运算：；就：精馏段液相平均表面张力为：提馏段液相平均表面张力为：2.3.6 液体平均粘度的运算液相平均粘度依下式运算，即； 塔顶液相平均粘度的运算：；进料板液相平均粘度的运算：；釜液相平均粘度的运算：；就：精
13、馏段液相平均表面粘度为：欢迎下载精品学习资源提馏段液相平均表面粘度为：2.4 精馏塔气液负荷运算精馏段：提馏段：； ；2.5 塔和塔板的主要工艺尺寸的运算2.5.1 塔径 D初选板间距 HT =0.40m, 取板上液层高度 H L=0.06m故：精馏段： H T-hL =0.40-0.06=0.36m欢迎下载精品学习资源查下图表得：=0.072；依；取安全系数为 0.7，就：故：；按标准，塔径圆整为1.5m,就空塔气速为 0.80；提馏段：欢迎下载精品学习资源；查上图表得：=0.07 ；依公式：；取安全系数为 0.70，就：；为了使得整体的美观及加工工艺的简洁易化,在提馏段与精馏段的塔径相差不
14、大的情形下挑选相同的尺寸；故:D 取 1.6m塔的横截面积 :空塔气速为板间距取 0.4m 合适2.5.2 溢流装置采纳单溢流、弓形降液管、平形受液盘及平形溢流堰，不设进流堰；各运算如下：精馏段：1）、溢流堰长为 0.7D ，即：；2）、出口堰高 hwhw =hL -how由 lw /D=1.06/1.6=0.66,查手册知：欢迎下载精品学习资源E 为 1.02 依下式得堰上液高度：故：=0.06-0.016 错误！未找到索引项；=0.044m降液管底隙高度取液体通过降液管底隙的流速=0.08m/s依式运算降液管底隙高度，即：2.5.3 塔板布置1）、取边缘区宽度=0.035m , 安定区宽度
15、=0.065m精馏段：依下式运算开孔区面积其中2.5.4 筛孔数 n与开孔率取筛孔的孔径 d0 为 5mm 正三角形排列，一般碳钢的板厚为 3mm, 取故孔中心距 t=35.0=15mm依下式运算塔板上筛孔数n , 即依下式运算塔板上开孔区的开孔率，即：欢迎下载精品学习资源3.2 精馏段雾沫夹带量的验算由式=kg 液 /kg气 0.1kg液/kg 气故在设计负荷下不会发生过量雾沫夹带提馏段雾沫夹带量的验算由式=kg 液/kg 气0.1kg 液/kg 气故在设计负荷下不会发生过量雾沫夹带3.3 精馏段漏液的验算=筛板的稳固性系数故在设计负荷下不会产生过量漏液3.4 精馏段液泛验算为 防 止 降
16、液 管 液 泛 的 发 生 ， 应 使 降 液 管 中 清 液 层 高 度欢迎下载精品学习资源由运算=0.071+0.06+0.000989=0.132m取=0.5 ，就=0.50.4+0.044 ）=0.222m故，在设计负荷下不会发生液泛4. 塔板负荷性能图4.1 精馏段4.1.1 雾沫夹带线式中a）=近似取 E1.0，=0.044m ，=1.06m故=0.107+0.67b ）取 雾 沫 夹 带 极 限 值为0.1Kg液 /Kg气 ， 已 知欢迎下载精品学习资源=，=0.4m ，并将 a）， b ）式代入得整理得1 ）在操作范畴内，任取n 个值，依 ,d,e 代入得整理得 :此为液泛线的
17、关系式，在操作掌握范畴内去几个值；列表如下附 表 2Ls.Vs.Ls,运算出相应的Vs4.1.3液相负荷上限线以作为液体在降液管中停留时间的下限0.6x1.5x3.0x4.5x3.072.982.852.67欢迎下载精品学习资源就据此可作出与气体流量无关的垂直液相负荷上限4.1.4漏液线 气相负荷下限线）由=4.43=-=得:此为液相负荷上限线的关系式，在操作掌握范畴内去几个相应的 Vs 值；列表如下附表 3Ls.Vs.Ls,运算出4.1.5液相负荷下限线对于平直堰，取堰上液层告知=0.006m ，化为最小液体负荷标准,取 E1.0；由=即:就据此可作出与气体流量无关的垂直液相负荷下限线可知设
18、计供板上限有雾沫夹带线掌握，下限由漏夜线掌握精馏段操作弹性0.6x1.5x3.0x4.5x0.790.810.840.86欢迎下载精品学习资源5. 精馏塔的的附属设备及接管尺寸5.1 塔体结构5.1.1 塔高依据实际的工作体会，及相像条件下的精馏塔的相关参数的挑选；已知全塔板间距，可挑选塔顶空间；塔底空间全塔共有 23 块塔板，考虑清理和修理的需要，挑选全塔的人孔数为个，在进料板上方开一人孔，人孔的直径挑选为动塔体的长度为 220mm；塔高500mm，其伸出劳5.1.2塔板结构出于对劳动塔安装、修理、刚度等方面的考虑，将塔板分成多块；由1 表塔板分块数表查得，塔径为1.6m 时，塔板分为 4
19、块；欢迎下载精品学习资源6. 工艺设计运算结果汇总工程符号单位运算数据精馏段提馏段各段平均压强104.8112.8各段平均温度86.55101.44平均流量气相1.461.41液相0.00390.0045实际塔板数块1013板间距0.40.4塔的有效高度3.64.8塔径1.51.6空塔气速0.80.7塔板溢流形式溢流装置溢流管型式堰长1.06堰高0.044溢流堰宽度0.186管底与受液0.049盘距离板上清液层高度0.06孔径5.0孔间距15孔数个6588开孔面积0.129筛孔气速1.41.塔板压降0.56液体在降液管中停留时间13.02降液管内清液层高度0.132雾沫夹带0.016负荷上限L
20、s,max0.0183负荷下限0.00107气相最大负荷2.94气相最小负荷0.76操作弹性3.84欢迎下载精品学习资源总结两个星期的设计使我对化工原理学问有了更加深刻的熟悉，通过设计，感到有很多要学习，其中包括一些物料的运算，各种参数的选取，查阅各种资料，然后依据自己所处理的量，选取相宜的参数，由于后面显现了压差大于所要求的压差，又回去改了一次，知道了应当从哪里转变参 数；通过设计对精馏塔有了更加深刻的熟悉，丰富了理论学问，提高了对实际问题的处理才能；欢迎下载精品学习资源参考文献1 汪恺机械设计标准应用手册第1 版机械工业出版社 19972 夏清陈常贵化工原理修订版）天津高校出版社20053
21、化工原理课程设计化工原理教研室4 姚玉英化工原理 上册）新版. 天津天津高校出版社 1999.85化工设计设计基础上海科学技术出版社6化工设备设计基础编写组编1987 年 6 月版7换热器设计工设备设计全书编辑委员会上海科学技术出版社化 1988 年 4 月版8材料与零部件 上）上海人民出版社主要符号说明欢迎下载精品学习资源主要符号说明- 塔板开孔 鼓泡）面积，；塔板数；理论板数；塔径，- 筛孔气速，；- 实际塔板数；-降 液 管 面 积 ，；-筛 孔 直 径 ，-溢流堰高度，；- 理论塔板数；-筛 孔 面 积；- 筛板的稳固性系数，无因次；- 液流收缩系数，无因次；- 筛孔数；- 全塔效率
22、总板效率），-塔 截 面 积 ，；- 塔 内 下 降 液 体 的 流 量 ，无因次；- 操作压强，或；- 雾 沫 夹 带 量 ， 液- 运算时的负荷系数，/气）；无因次；- 压强降，或；- 塔内 下 降 液 体 的 流 量，-进 料 流 量 ，；- 进料热状态参数；-气 相 动 能 因 数- 流 量 系 数 ， 无 因 次 ；- 溢流堰长度，；- 回 流 比 ； 开 孔 区 半 径；-塔 顶 馏 出 液 流 量 ，- 重 力 加 速 度 ，-；）；，；欢迎下载精品学习资源- 直接蒸汽量，；- 板间距 ,；塔高 ,；- 筛孔中心距，；- 与干板压降相当的液柱高度，；- 空塔气速，；- 板上鼓泡层
23、高度，；- 漏液点气速，；- 进口堰与降液管间的水平距离；，-塔 内 上 升 蒸 气 流 量 ，；-塔 内 上 升 蒸 气 流 量 ，； - 液体密度校正系数-板 上 液 层 高 度 ，；- 釜残液 塔底产品）流量，；- 降液 管底 隙高 度，；Wd- 弓形降液管宽度，；-堰 上 液 层 高 度 ，；- 无效区宽度，；- 气相中易挥发组分的摩尔分率；- 液相中易挥发组分的摩尔分率；-塔 有 效 高 度 ，； - 开孔率； -液 体 密 度 校 正 系 数 ；- 降液管底隙处液体流速，；- 与克服液体表面张力的压降所当的液柱高度，；- 与液体流经降液管的压降相当的液柱高度 ,；- 按开孔区流通面
24、积运算的气速，；- 与气流穿过板上液层的压降相当的液柱高度，；- 与单板压降相当的液层高度,；-安 定 区 宽 度 ，；- 热阻， m2. /W；-流 通 面 积 ，；- 因数；-厚度 ，；-雷诺准数；-润 湿 周 边 ，；S- 传热面积， m2；欢迎下载精品学习资源- 定压比热容， kJ/kg.；- 冷流体温度，；D-管径，；t-管心距，m；-换 热 器 壳 径 ，；- 热流体温度，；F-摩擦系数；u- 流速，；F-温差校 正系数；W-质量流量， kg/s ；F-系数；G- 重力加速度， m/s2H-挡 板 间 距 ， m ；K- 总传热系数， W/m2.L-长度，m；m- 程数；M-冷 凝
25、 负 荷 ， kg/m.s； - 密度， kg/m3 ；N-指数； -校正系数；N-管数；下标N-程数；c-冷流体；e- 当量；Nu-努 塞 尔 特 准 数 ；h- 热流体；P-压强，Pa i-管内；P-因数；m- 平均；Pr-普 兰德 准 数 ；o- 管外；Q-热通量,W/m2；s- 污垢；Q-传 热 速 率 ， W ；s-饱和；R-半径，m；w- 壁面；R-气 化 潜 热 ， kJ/kg； t-温度差；希腊字母 - 对流传热系数， W/m2.； - 相邻板间的间距， m； - 有限差值； - 导热系数， W/m.； - 粘度， Pa.s ；希腊字母下标 - 相 对 挥 发 度 ， 无 因 次 ；A-易挥发组分； - 干筛孔流量系数的修正系数，无因次；B-难挥发组分；D-馏出液； -筛 板 厚 度 ， mm ； F-原料液； O- 板上液层充气系数，无因次；h-小时； -粘 度 ， mPa.s；i-组分序号； L-液 相 密 度 ,kg/m3；L-液相；-气 相 密 度 ,kg/m3 ；m-平均； -液 体 表 面 张 力 ， N/m 或mN/m；min-最小或最少；-时间，s；欢迎下载精品学习资源Max-最大；n塔板序欢迎下载