精馏塔(板式)设计-(1)..

化工原理课程设计化工原理课程设计——板式精馏塔设计盐城师范学院李万鑫2010年9月化工原理课程设计化工原理课程设计化工原理课程设计2020/5/31——板式精馏塔设计第一部分：化工原理课程设计任务书第二部分：设计方法第三部分：化工塔器CAD设计软件介绍第四部分：设计示例化工原理课程设计第一部分：化工原理课程设计任务书一.设计题目：正戊烷－正己烷混合液板式精馏塔设计二.原始数据年处理量：80000850009000095000100000吨料液初温：35℃料液浓度：35%40%45%50％55%（正戊烷质量分率）塔顶产品浓度：99%（双号）98.5%（单号）（正戊烷质量分率）塔底釜液含正己烷不低于98%(以质量计)每年实际生产天数：330天（一年中有一个月检修）精馏塔塔顶压强：4kpa（表压）冷却水温度：20℃饱和水蒸汽压力：0.25Mpa(表压)设备型式：08（1）：筛板塔；08（2）：浮阀塔化工原理课程设计三.设计任务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。四.设计内容处理量吨/年进料组成35%40%45%50%55%学号80000326491739850009345220429000012380228459500017421032481000002045143651化工原理课程设计1.工艺设计（1）选择工艺流程和工艺条件a．加料方式b.加料状态c.塔顶蒸汽冷凝方式d.塔釜加热方式e.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。（2）精馏工艺计算：a.物料衡算确定各物料流量和组成。b.经济核算确定适宜的回流比根据生产经常费和设备投资费综合核算最经济原则，尽量使用计算机进行最优化计算，确定适宜回流比。c.精馏塔实际塔板数用近似后的适宜回流比在计算机上通过逐板计算得到全塔理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ET，求得全塔、精馏段、提馏段的实际塔板数，确定加料板位置。化工原理课程设计2.精馏塔设备设计(1)选择塔型和板型采用板式塔，板型为筛板塔或浮阀塔。(2)塔板结构设计和流体力学计算(3)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。(4)有关具体机械结构和塔体附件的选定*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。*全塔高度：包括上、下封头，裙座高度。化工原理课程设计第二部分：板式精馏塔设计方法一.流程和方案的确定二.工艺计算三.设备计算四.辅助设备计算五.塔体结构六.带控制点工艺流程图化工原理课程设计化工原理课程设计一.流程和方案的确定1、塔设备的选择板式塔和填料塔的比较（例如：浮阀塔的特点）2、蒸馏装置流程的确定蒸馏装置包括：精馏塔、原料预热器、再沸器、冷凝器、塔釜冷却器和产品冷却器等设备，操作方式（1）操作压力的选择（2）进料状态的选择（3）加料方式的选择（预加热）（4）回流比的选择（5）加热器的选择化工原理课程设计（6）冷凝器的选择塔顶产品（全凝器）和塔釜产品（冷却器）（7）加料方式的选择高位槽或泵（8）工艺流程3、正戊烷和正己烷的性质、用途等化工原理课程设计主要内容是(1)物料衡算(2)确定回流比(3)确定理论板数和实际板数(4)塔的气液负荷计算(5)热量衡算塔设备的生产能力一般以千克/小时或吨/年表示，但在理论板计算时均须转换成kmol/h,在塔板设计时，气液流量又须用体积流量m3/s表示。因此要注意不同的场合应使用不同的流量单位。二．工艺计算1、原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数（一）全塔物料衡算WDfxxx、、求出：2、原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量化工原理课程设计3、物料衡算塔顶产品易挥发组分回收率η为：η=DxD/FxF式中:F、D、W分别为进料、塔顶产品、塔底馏出液的摩尔流量(kmol/h),xF、xD、xW分别为进料、塔顶产品、塔底馏出液组成的摩尔分率WDFWDfWxDxFx列表：进料、塔顶、塔底产品流量和组成（二）常压下正戊烷－正己烷混合汽液相平衡关系tCBAplgAntoine方程：A、B、C教材附录1查得化工原理课程设计用Antonie方程求出附录2表2.2不同温度下的正戊烷、正己烷饱和蒸汽压及相对挥发度min5.1RR1、作出x-y相图（三）塔板数的确定2、最小回流比及操作回流比2、最小回流比及操作回流比BAPP3、理论板数及加料位置①求精馏塔的汽、液相负荷qFRDqFLLFqDRFqVV)1()1()1(化工原理课程设计②求精馏段、提馏段的操作线方程11RxxRRyDWqFLWxxWqFLqFLyW③作图求出理论板数④逐板计算求理论板数（四）精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算1、操作压力塔顶操作压力=大气压+表压每层塔板压力=0.7KPa求出进料板、塔底压降、精馏段、提馏段平均压降。化工原理课程设计②求精馏段、提馏段的操作线方程11RxxRRyDWqFLWxxWqFLqFLyW③作图求出理论板数④逐板计算求理论板数（四）精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算1、操作压力塔顶操作压力=大气压+表压每层塔板压力=0.4～0.7KPa（取最大值）求出进料板、塔底压降、精馏段、提馏段平均压降。化工原理课程设计2、操作温度依据操作压力，由泡点方程通过试差法计算出泡点温度，苯、甲苯的饱和蒸气压由Antonie方程计算。依次求出塔顶温度、进料板温度、塔底温度及精馏段、提馏段平均温度3、平均摩尔质量塔顶气、液混合物平均摩尔质量进料板气、液混合物平均摩尔质量塔底气、液混合物平均摩尔质量精馏段、提馏段气液混合物平均摩尔质量化工原理课程设计4、平均密度（1）气相平均密度mVmmVmRTMP注意：精馏段、提馏段分别计算（2）液相平均密度mVmmVmRTMPiimW1例：塔顶液相平均密度：tD=查手册得ρA、ρB（卢焕章石油化工基础数据手册）BALDm/01.0/99.01化工原理课程设计同理求得：进料板、塔底液相平均密度求得：精馏段、提馏段液相平均密度（列表）5、液相平均表面张力iiLmx塔顶液相平均表面张力：塔顶温度查教材附录4：同理求得：进料板、塔底液相平均表面张力求得：精馏段、提馏段液相平均表面张力（列表）6、液相平均黏度iimxlglg化工原理课程设计塔顶液相平均黏度：塔顶温度查教材附录4：同理求得：进料板、塔底液相平均黏度求得：精馏段、提馏段液相平均黏度（列表）7、气液相体积流量精馏段DRVsmMVVvms)1()/(36003。上升气体的平均分子量:mmvMRTPM化工原理课程设计提馏段FqVVsmMVVvms)1(')/('3600'''3（五）精馏塔的塔体工艺计算1、塔径的计算LVLCumax（1）最大空塔气速和空塔气速max)8.06.0(uu化工原理课程设计2.020)02.0(CC（2）气体负荷系数CC20由smith关联图求得2/1,,)(VLVVLVqq横坐标：（3）塔径uqDVV,4精馏段、提馏段分别计算化工原理课程设计由上式计算的塔径按部颁发塔盘标准圆整，圆整后的塔径除了满足板间距和塔径的关系外，还须进行空塔气速校核24DAT塔截面积：塔截面积：实际空塔气速：TVVAqu,2、精馏塔有效高度的计算（1）塔板效率ET“奥康奈尔的精馏塔关联图“245.0)(49.0LTE化工原理课程设计（2）板间距HT板间距的大小与液泛和雾沫夹带有密切的关系。板距取大些，塔可允许气流以较高的速度通过，对完成一定生产任务，塔径可较小；反之，所需塔径就要增大些。板间距取得大，还对塔板效率、操作弹性及安装检修有利。但板间距增大以后，会增加塔身总高度，增加金属耗量，增加塔基、支座等的负荷，从而又会增加全塔的造价。初选板间距时可参考下表所列的推荐值。表板间距与塔径关系塔径D,m0.3～0.50.5～0.80.8～1.61.6～2.0塔板间距HTmm200～300250～350350～450450～600化工原理课程设计精馏段有效高度：TH1(）精精NZ提馏段有效高度：TH1(）提提NZTTPENN精馏段实际板数：提馏段实际板数：TTPENN在进料板上方开一人孔，高度为0.8m8.0提精ZZZ化工原理课程设计（六）塔板主要工艺尺寸的计算化工原理课程设计液流型式的选择液体在板上的流动型式主要有，U型流、单流型、双流型和阶梯流型等，其中常选择的则为单流型和双流型。（图见附录1）表2、选择液流形式参考表塔径流体流量m3/hMmU形流型单流型双流型阶梯流型6005以下5～259007以下7～5010007以下45以下12009以下9～7014009以下70以下150010以下70以下200011以下90以下90～160300011以下110以下110～200200～300400011以下110以下110～230230～350500011以下110以下110～250250～400600011以下110～250250～450应用场合用于较低液气比一般应用高液气比和大型塔板极高液气极大型塔板化工原理课程设计1、溢流装置设计①堰长lW单溢流：DlW)8.06.0(双溢流：DlW)7.05.0(②堰高hWOWWLhhh堰上液层高度要适宜，太小则堰上的液体均布差，太大则塔板压强增大，雾沫夹带严重。设计时hOW大于0.006m,低于此值须选用齿形堰，但不宜超过0.07m。(通常取0.06m)对平直堰：3/2,3)(1084.2WLVOWlqEh1E（1）溢流堰化工原理课程设计（2）降液管（圆形和弓形）①降液管的宽度Wd和截面积Af可根据堰长与塔径比值，查图求取。DlW降液管的截面积应保证溢流液中夹带的气泡得以分离，液体在降液管中的停留时间一般等于或大于3～5秒，对低发泡系统可取低值，对高发泡系统及高压操作的塔，停留时间应加长些。故在求得降液管的截面积之后，应按下式验算液体在降液管内的停留时间，即)5(3600,SqHALVTf注意：精馏段与提馏段不同化工原理课程设计②降液管底隙高度h0oWLVoulqh3600,VooFu为保证良好的液封，又不致使液流阻力太大，一般取为2、塔板布置和浮阀数目与排列①孔速129oF每一层塔板上的浮阀数：ooVVudqN2,4化工原理课程设计化工原理课程设计②边缘宽度wcmmWC7050在塔壁边缘留出宽度为WC的区域，以固定塔板。③安定区ws在液体入塔处，有一宽度为ws的狭长带不开孔区，其作用是防止气体进入降液管或因降液管流出的液流的冲击而漏液。mmWs7560塔径小于1.5m的塔塔径大于1.5m的塔mmWs11080mmWs10050化工原理课程设计④有效传质面积Aa对于单流型塔板)(sin21222rxrxrxAaxDWWdS2()rDWC2sin1xr以弧度表示的反三角函数式中：对于双流型塔板Axrxrxrxrxrxra222221121221sinsin式中：xWWdS12(Wd（为双溢流中间降液管的宽度)其它符号与单流型塔板公式同化工原理课程设计⑤浮阀的排列正三角形排列（小塔）mmmmmmt125,100,75等腰三角形叉排（大塔）mmt75mmmmmmt100,80,65⑥核算孔速和阀孔动能因数NdquoVVo2,4VoouF⑦塔板开孔率ouu开孔率化工原理课程设计（七）塔板流体力学验算1、气相通过浮阀塔的压降塔板流体力学验算目的是为了检验以上初算塔径及各项工艺尺寸的计算是否合理，塔板能否正常操作。hhhhlCpphhClhh—气体通过每层塔板压降相当的液柱高度，m液柱—气体通过筛板的干板压降，m液柱—气体通过板上液层的阻力，m液柱—