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1、化工原理课程设计化工原理课程设计筛板筛板筛板筛板(浮浮浮浮 阀阀阀阀)式精馏塔设计式精馏塔设计式精馏塔设计式精馏塔设计 常 州 大 学 2011年1月 第一部分：化工原理课程设计任务书第一部分：化工原理课程设计任务书一一.设计题目：苯设计题目：苯甲苯混合液筛板甲苯混合液筛板(浮阀浮阀)精馏塔设计精馏塔设计 二二.原始数据原始数据年处理量：年处理量：25000 30000 35000 40000 45000 5000025000 30000 35000 40000 45000 50000吨吨料液初温：料液初温：3535料液浓度：料液浓度：40%45%50%55%60%40%45%50%55%60
2、%（苯质量分率）（苯质量分率）塔顶产品浓度：塔顶产品浓度：98.5%98.5%（苯质量分率）（苯质量分率）塔底釜液含甲苯量不低于塔底釜液含甲苯量不低于 98%(98%(以质量计以质量计)每年实际生产天数：每年实际生产天数：330330天（一年中有一个月检修）天（一年中有一个月检修）精馏塔塔顶压强：精馏塔塔顶压强：4 4 kpakpa（表压）（表压）冷却水温度：冷却水温度：1010饱和水蒸汽压力：饱和水蒸汽压力：0.25Mpa(0.25Mpa(表压表压)设备型式：筛板设备型式：筛板(浮阀浮阀)塔塔厂址：江苏地区厂址：江苏地区 三三三三.设计任务设计任务设计任务设计任务完成精馏塔工艺设计，精馏设备
3、设计，有关附属设备的设计和完成精馏塔工艺设计，精馏设备设计，有关附属设备的设计和完成精馏塔工艺设计，精馏设备设计，有关附属设备的设计和完成精馏塔工艺设计，精馏设备设计，有关附属设备的设计和选用，绘制带控制点工艺流程图，塔板结构简图，编制设计说明书。选用，绘制带控制点工艺流程图，塔板结构简图，编制设计说明书。选用，绘制带控制点工艺流程图，塔板结构简图，编制设计说明书。选用，绘制带控制点工艺流程图，塔板结构简图，编制设计说明书。四四.设计内容设计内容 1.1.工艺设计工艺设计（1 1 1 1）选择工艺流程和工艺条件）选择工艺流程和工艺条件）选择工艺流程和工艺条件）选择工艺流程和工艺条件 a a a
4、 a加料方式加料方式加料方式加料方式 b.b.b.b.加料状态加料状态加料状态加料状态 c.c.c.c.塔顶蒸汽冷凝方式塔顶蒸汽冷凝方式塔顶蒸汽冷凝方式塔顶蒸汽冷凝方式 d.d.d.d.塔釜加热方式塔釜加热方式塔釜加热方式塔釜加热方式 e.e.e.e.塔顶塔底产品的出料状态塔顶塔底产品的出料状态塔顶塔底产品的出料状态塔顶塔底产品的出料状态 塔顶产品由塔顶产品冷却器冷却至常温。塔顶产品由塔顶产品冷却器冷却至常温。塔顶产品由塔顶产品冷却器冷却至常温。塔顶产品由塔顶产品冷却器冷却至常温。（2 2 2 2）精馏工艺计算：）精馏工艺计算：）精馏工艺计算：）精馏工艺计算：a.a.a.a.物料衡算确定各物料
5、流量和组成。物料衡算确定各物料流量和组成。物料衡算确定各物料流量和组成。物料衡算确定各物料流量和组成。b.b.b.b.经济核算确定适宜的回流比经济核算确定适宜的回流比经济核算确定适宜的回流比经济核算确定适宜的回流比 根根根根据据据据生生生生产产产产经经经经常常常常费费费费和和和和设设设设备备备备投投投投资资资资费费费费综综综综合合合合核核核核算算算算最最最最经经经经济济济济原原原原则则则则，尽尽尽尽量量量量使使使使用用用用计算机进行最优化计算，确定适宜回流比。计算机进行最优化计算，确定适宜回流比。计算机进行最优化计算，确定适宜回流比。计算机进行最优化计算，确定适宜回流比。c.c.c.c.精馏塔
6、实际塔板数精馏塔实际塔板数精馏塔实际塔板数精馏塔实际塔板数 用用用用近近近近似似似似后后后后的的的的适适适适宜宜宜宜回回回回流流流流比比比比在在在在计计计计算算算算机机机机上上上上通通通通过过过过逐逐逐逐板板板板计计计计算算算算得得得得到到到到全全全全塔塔塔塔理理理理论塔板数以及精馏段和提馏段各自的理论塔板数。论塔板数以及精馏段和提馏段各自的理论塔板数。论塔板数以及精馏段和提馏段各自的理论塔板数。论塔板数以及精馏段和提馏段各自的理论塔板数。然后根据全塔效率然后根据全塔效率然后根据全塔效率然后根据全塔效率E E E ET T T T，求得全塔、精馏段、提馏段的实际塔，求得全塔、精馏段、提馏段的实
7、际塔，求得全塔、精馏段、提馏段的实际塔，求得全塔、精馏段、提馏段的实际塔板数，确定加料板位置。板数，确定加料板位置。板数，确定加料板位置。板数，确定加料板位置。2.2.2.2.精馏塔设备设计精馏塔设备设计精馏塔设备设计精馏塔设备设计 (1)(1)(1)(1)选择塔型和板型选择塔型和板型选择塔型和板型选择塔型和板型 采用板式塔，板型为筛板采用板式塔，板型为筛板采用板式塔，板型为筛板采用板式塔，板型为筛板(浮阀浮阀浮阀浮阀)塔。塔。塔。塔。(2)(2)(2)(2)塔板结构设计和流体力学计算塔板结构设计和流体力学计算塔板结构设计和流体力学计算塔板结构设计和流体力学计算 (3)(3)(3)(3)绘制塔
8、板负荷性能图绘制塔板负荷性能图绘制塔板负荷性能图绘制塔板负荷性能图 画出精馏段或提馏段某块的负荷性能图。画出精馏段或提馏段某块的负荷性能图。画出精馏段或提馏段某块的负荷性能图。画出精馏段或提馏段某块的负荷性能图。(4)(4)(4)(4)有关具体机械结构和塔体附件的选定有关具体机械结构和塔体附件的选定有关具体机械结构和塔体附件的选定有关具体机械结构和塔体附件的选定 *接管规格接管规格接管规格接管规格：根据流量和流体的性质，选取经验流速，选择标准管道。根据流量和流体的性质，选取经验流速，选择标准管道。根据流量和流体的性质，选取经验流速，选择标准管道。根据流量和流体的性质，选取经验流速，选择标准管道
9、。*全塔高度全塔高度全塔高度全塔高度：包括上、下封头，裙座高度。包括上、下封头，裙座高度。包括上、下封头，裙座高度。包括上、下封头，裙座高度。3.3.3.3.附属设备设计和选用附属设备设计和选用附属设备设计和选用附属设备设计和选用 (1)(1)(1)(1)加料泵选型，加料管规格选型加料泵选型，加料管规格选型加料泵选型，加料管规格选型加料泵选型，加料管规格选型 加料泵以每天工作加料泵以每天工作加料泵以每天工作加料泵以每天工作3 3 3 3小时计（每班打小时计（每班打小时计（每班打小时计（每班打1 1 1 1小时）。小时）。小时）。小时）。大致估计一下加料管路上的管件和阀门。大致估计一下加料管路上
10、的管件和阀门。大致估计一下加料管路上的管件和阀门。大致估计一下加料管路上的管件和阀门。(2)(2)(2)(2)高位槽、贮槽容量和位置高位槽、贮槽容量和位置高位槽、贮槽容量和位置高位槽、贮槽容量和位置 高位槽以一次加满再加一定裕量来确定其容积。高位槽以一次加满再加一定裕量来确定其容积。高位槽以一次加满再加一定裕量来确定其容积。高位槽以一次加满再加一定裕量来确定其容积。贮槽容积按加满一次可生产贮槽容积按加满一次可生产贮槽容积按加满一次可生产贮槽容积按加满一次可生产10101010天计算确定。天计算确定。天计算确定。天计算确定。(3)(3)(3)(3)换热器选型换热器选型换热器选型换热器选型 对原料
11、预热器，塔底再沸器，塔顶产品冷却器等进行选型。对原料预热器，塔底再沸器，塔顶产品冷却器等进行选型。对原料预热器，塔底再沸器，塔顶产品冷却器等进行选型。对原料预热器，塔底再沸器，塔顶产品冷却器等进行选型。(4)(4)(4)(4)塔顶冷凝器设计选型塔顶冷凝器设计选型塔顶冷凝器设计选型塔顶冷凝器设计选型 根据换热量，回流管内流速，冷凝器高度，对塔顶冷凝器进根据换热量，回流管内流速，冷凝器高度，对塔顶冷凝器进根据换热量，回流管内流速，冷凝器高度，对塔顶冷凝器进根据换热量，回流管内流速，冷凝器高度，对塔顶冷凝器进行选型设计。行选型设计。行选型设计。行选型设计。4 4.编写设计说明书编写设计说明书编写设计
12、说明书编写设计说明书 设设设设计计计计说说说说明明明明书书书书应应应应根根根根据据据据设设设设计计计计指指指指导导导导思思思思想想想想阐阐阐阐明明明明设设设设计计计计特特特特点点点点，列列列列出出出出设设设设计计计计主主主主要要要要技技技技术术术术数数数数据据据据，对对对对有有有有关关关关工工工工艺艺艺艺流流流流程程程程和和和和设设设设备备备备选选选选型型型型作作作作出出出出技技技技术术术术上上上上和和和和经经经经济济济济上上上上的的的的论论论论证证证证和和和和评评评评价价价价。应应应应按按按按设设设设计计计计程程程程序序序序列列列列出出出出计计计计算算算算公公公公式式式式和和和和计计计计算算
13、算算结结结结果果果果；对对对对所所所所选选选选用用用用的物性数据和使用的经验公式图表应注明来历。的物性数据和使用的经验公式图表应注明来历。的物性数据和使用的经验公式图表应注明来历。的物性数据和使用的经验公式图表应注明来历。设设设设计计计计说说说说明明明明书书书书应应应应附附附附有有有有带带带带控控控控制制制制点点点点工工工工艺艺艺艺流流流流程程程程图图图图，塔塔塔塔板板板板结结结结构构构构简简简简图图图图和和和和计计计计算算算算机程序框图和原程序。机程序框图和原程序。机程序框图和原程序。机程序框图和原程序。5.5.5.5.注意事项注意事项注意事项注意事项:写出详细计算步骤写出详细计算步骤写出详
14、细计算步骤写出详细计算步骤,并注明选用数据的来源并注明选用数据的来源并注明选用数据的来源并注明选用数据的来源;每项设计结束后每项设计结束后每项设计结束后每项设计结束后,列出计算结果明细表列出计算结果明细表列出计算结果明细表列出计算结果明细表;设计说明书要求字迹工整设计说明书要求字迹工整设计说明书要求字迹工整设计说明书要求字迹工整,装订成册上交。装订成册上交。装订成册上交。装订成册上交。板式塔：板式塔：逐级接触式，内装塔板，气逐级接触式，内装塔板，气液传质在板上液层空间内进行液传质在板上液层空间内进行第二部分：第二部分：板板 式式 塔塔板式塔溶剂气体一一.塔板结构塔板结构l筛板塔筛板塔l泡罩塔板
15、：泡罩塔板：l浮阀塔板：浮阀塔板：三种塔板的比较三种塔板的比较:l生产能力：生产能力：筛板筛板 浮阀浮阀 泡罩泡罩l压降：压降：泡罩泡罩 浮阀浮阀 筛板筛板l操作弹性：操作弹性：浮阀浮阀 泡罩泡罩 筛板筛板l造价：造价：泡罩泡罩 浮阀浮阀 筛板筛板l板效率：板效率：浮阀、筛板相当浮阀、筛板相当 泡罩泡罩l喷射型塔板：喷射型塔板：舌形塔板舌形塔板浮舌塔板浮舌塔板 板板 式式 塔塔塔板类型塔板类型气液接触状态气液接触状态二二.塔板上汽液两相的流动现象塔板上汽液两相的流动现象 塔板上汽液两相的流动现象塔板上汽液两相的流动现象塔板上汽液两相的流动现象塔板上汽液两相的流动现象注意注意塔板上汽液两相的流动
16、现象塔板上汽液两相的流动现象l通常希望在泡沫状态、喷射状态或两者的过渡状态下操作通常希望在泡沫状态、喷射状态或两者的过渡状态下操作l液汽比较大时处于泡沫状态，较小时处于喷射状态液汽比较大时处于泡沫状态，较小时处于喷射状态l易挥发组分与难挥发组分的表面张力的相对大小对汽液易挥发组分与难挥发组分的表面张力的相对大小对汽液接触状态有影响接触状态有影响 易易难，难，宜在泡沫状态下操作宜在泡沫状态下操作 这时汽液两相所形成的泡沫层中的气泡稳定，泡这时汽液两相所形成的泡沫层中的气泡稳定，泡沫层较高，汽液两相接触面积大，塔板效率高沫层较高，汽液两相接触面积大，塔板效率高l筛板的筛孔孔径与开孔率较小时易形成泡
17、沫接触状态筛板的筛孔孔径与开孔率较小时易形成泡沫接触状态l雾雾(液液)沫夹带：沫夹带：*分析分析：*产生原因产生原因：*确定原则确定原则：*防范措施：防范措施：适当加大板间距适当加大板间距三三、塔板上汽液两相的非理想流动现象塔板上汽液两相的非理想流动现象l气泡夹带气泡夹带l 气泡夹带气泡夹带l空间不均匀流动空间不均匀流动l 气体流速不均匀气体流速不均匀l 液体流速不均匀液体流速不均匀l液泛液泛(淹塔淹塔)：四四、塔板上汽液两相的不正常流动现象塔板上汽液两相的不正常流动现象*危害性危害性：*产生原因产生原因：*防范措施：防范措施：优化板结构优化板结构,增大板间距增大板间距,可提高液泛气速可提高液
18、泛气速操作被完全破坏操作被完全破坏塔板上汽液两相的流动现象塔板上汽液两相的流动现象l 漏液漏液：塔板上汽液两相的流动现象塔板上汽液两相的流动现象*危害性：危害性：*产生原因：产生原因：*防范措施防范措施：预留安定区预留安定区 塔板上汽液两相的流动现象塔板上汽液两相的流动现象l塔板效率：塔板效率：l表示法：表示法：五五、塔板效率、塔高及塔径计算塔板效率、塔高及塔径计算 塔板效率塔板效率说明说明：不同板的不同板的 通常不相等；通常不相等；总板效率总板效率 ，但但 。l影响因素影响因素：物系性质：物系性质：粘度、密度、表面张力、扩散系数等；塔板结构：塔板结构：塔径、板间距、堰高、开孔率等；操作条件：
19、操作条件：温度、压强、气速、气液量比等。塔板效率塔板效率第三部分：筛板式精馏塔设计方法第三部分：筛板式精馏塔设计方法一一.工艺计算工艺计算二二.设备计算设备计算三三.辅助设备计算辅助设备计算四四.塔体结构塔体结构五五.带控制点工艺流程图带控制点工艺流程图 主主主主要要要要内内内内容容容容是是是是(1)(1)物物物物料料料料衡衡衡衡算算算算(2)(2)确确确确定定定定回回回回流流流流比比比比(3)(3)确确确确定定定定理理理理论论论论板板板板数数数数和和和和实实实实际际际际板数板数板数板数(4)(4)塔的气液塔的气液塔的气液塔的气液负负负负荷荷荷荷计计计计算算算算(5)(5)热热热热量衡算量衡算
20、量衡算量衡算 塔塔塔塔设设设设备备备备的的的的生生生生产产产产能能能能力力力力一一一一般般般般以以以以千千千千克克克克/小小小小时时时时或或或或吨吨吨吨/年年年年表表表表示示示示，但但但但在在在在理理理理论论论论板板板板计计计计算算算算时时时时均均均均须须须须转转转转换换换换成成成成kmol/hkmol/h,在在在在塔塔塔塔板板板板设设设设计计计计时时时时，气气气气液液液液流流流流量量量量又又又又须须须须用用用用体体体体积积积积流量流量流量流量mm3 3/s/s表示。因此要注意不同的表示。因此要注意不同的表示。因此要注意不同的表示。因此要注意不同的场场场场合合合合应应应应使用不同的流量使用不同
21、的流量使用不同的流量使用不同的流量单单单单位。位。位。位。1.1.全塔物料衡算：全塔物料衡算：全塔物料衡算：全塔物料衡算：F=D+WF=D+WF Fx xF F=D Dx xD D+W+Wx xWW塔塔塔塔顶产顶产顶产顶产品易品易品易品易挥发组挥发组挥发组挥发组分回收率分回收率分回收率分回收率 为为为为：=D Dx xD D/F/Fx xF F 式式式式中中中中:F:F、D D、WW分分分分别别别别为为为为进进进进料料料料、塔塔塔塔顶顶顶顶产产产产品品品品、塔塔塔塔底底底底馏馏馏馏出出出出液液液液的的的的摩摩摩摩尔尔尔尔流流流流量量量量(kmol/hkmol/h),),x xF F、x xD
22、D、x xWW分分分分别别别别为为为为进进进进料料料料、塔塔塔塔顶顶顶顶产产产产品品品品、塔塔塔塔底底底底馏馏馏馏出出出出液液液液组组组组成的摩成的摩成的摩成的摩尔尔尔尔分率分率分率分率一工艺计算一工艺计算 2022/12/42022/12/42022/12/42022/12/42022/12/43 液流型式的选择液流型式的选择 2022/12/42022/12/42022/12/42022/12/42022/12/42022/12/42022/12/42022/12/42022/12/42022/12/42022/12/42022/12/42022/12/42022/12/42022/12/
23、42022/12/42022/12/48.塔板的负荷性能图塔板的负荷性能图 在在确确定定了了塔塔板板的的工工艺艺尺尺寸寸，又又按按前前述述各各款款进进行行了了流流体体力力学学验验算算之之后后，便便可可确确认认所所设设计计的的塔塔板板能能在在任任务务规规定定的的气气液液负负荷荷下下正正常常操操作作。此此时时，有有必必要要进进一一步步揭揭示示该该塔塔板板的的操操作作性性能能，即即求求出出维维持持该该塔塔板板正正常常操操作作所所允允许许的的气气、液液负负荷荷波波动动范范围围。这这个个范范围围通通常常以以塔塔板板负负荷荷性性能能图图的的形形式式表示。表示。2022/12/4塔板负荷性能图塔板负荷性能图Vs ,m3/sLs,m3/s(1)(1)雾沫夹带线雾沫夹带线(2)(2)液泛线液泛线(3)(3)液相上限线液相上限线(4)(4)漏夜线漏夜线(5)(5)液液相相负负荷下限线荷下限线A Vs,minP操作点B Vs,maxO2022/12/42022/12/42022/12/42022/12/42022/12/42022/12/4四四.塔体结构塔体结构2022/12/42022/12/42022/12/4五五.带控制点工艺流程图带控制点工艺流程图