板式精餾塔設(shè)計1

1、 板式精餾塔課程設(shè)計板式精餾塔課程設(shè)計課程設(shè)計的特點(diǎn)課程設(shè)計的特點(diǎn)n以板式精餾塔工藝及設(shè)備設(shè)計為核心，以板式精餾塔工藝及設(shè)備設(shè)計為核心，通過輔助設(shè)備的設(shè)計引入換熱、流體輸通過輔助設(shè)備的設(shè)計引入換熱、流體輸送及氣液分離。送及氣液分離。n將化工原理、物理化學(xué)、化工設(shè)備、化將化工原理、物理化學(xué)、化工設(shè)備、化工制圖等課程內(nèi)容有機(jī)融合。工制圖等課程內(nèi)容有機(jī)融合。課程目的課程目的先修課程的綜合訓(xùn)練，培養(yǎng)工程能力的訓(xùn)練先修課程的綜合訓(xùn)練，培養(yǎng)工程能力的訓(xùn)練n掌握化工設(shè)計的基本程序和方法；掌握化工設(shè)計的基本程序和方法；n學(xué)會查閱技術(shù)資料、選用公式和數(shù)據(jù)；學(xué)會查閱技術(shù)資料、選用公式和數(shù)據(jù)；n工程意識和經(jīng)濟(jì)意識工

2、程意識和經(jīng)濟(jì)意識- -優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗、優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗、安全、環(huán)保；安全、環(huán)保；n用簡潔文字和圖表表達(dá)設(shè)計結(jié)果；用簡潔文字和圖表表達(dá)設(shè)計結(jié)果；n用用CADCAD制圖以及計算機(jī)輔助計算等能力方面制圖以及計算機(jī)輔助計算等能力方面得到一次基本訓(xùn)練。得到一次基本訓(xùn)練。 物性數(shù)據(jù)查取物性數(shù)據(jù)查取n手冊及數(shù)據(jù)庫手冊及數(shù)據(jù)庫化學(xué)工程手冊化學(xué)工程手冊、化工工藝設(shè)計手冊化工工藝設(shè)計手冊、化工物性算圖手冊化工物性算圖手冊、Perrys Chemical Engineers Handbook、CRC Handbook of Chemistry and Physics專業(yè)設(shè)計軟件（專業(yè)設(shè)計軟件（Aspen Plus

3、、Pro、ChemCAD ）n計算計算n實(shí)驗(yàn)測定實(shí)驗(yàn)測定n實(shí)際生產(chǎn)過程中收集數(shù)據(jù)實(shí)際生產(chǎn)過程中收集數(shù)據(jù)設(shè)計主要內(nèi)容設(shè)計主要內(nèi)容n設(shè)計方案簡介設(shè)計方案簡介n主要設(shè)備的工藝設(shè)計計算主要設(shè)備的工藝設(shè)計計算 n板式塔的結(jié)構(gòu)板式塔的結(jié)構(gòu) n輔助設(shè)備的選型輔助設(shè)備的選型n主要設(shè)備的工藝條件圖主要設(shè)備的工藝條件圖 n設(shè)計說明書的編寫設(shè)計說明書的編寫 對給定或選定的工藝對給定或選定的工藝流程、主要設(shè)備的型流程、主要設(shè)備的型式進(jìn)行簡要的論述式進(jìn)行簡要的論述 設(shè)計方案的確定設(shè)計方案的確定（一）裝置流（一）裝置流程的確定程的確定要求在設(shè)計說明要求在設(shè)計說明書上畫出流程書上畫出流程簡圖。簡圖。n塔頂冷凝裝置根據(jù)生產(chǎn)情

4、況以決定采用塔頂冷凝裝置根據(jù)生產(chǎn)情況以決定采用分凝器或全凝器。一般，塔頂分凝器對分凝器或全凝器。一般，塔頂分凝器對上升蒸汽雖有一定增濃作用，但在石油上升蒸汽雖有一定增濃作用，但在石油等工業(yè)中獲取液相產(chǎn)品時往往采用全凝等工業(yè)中獲取液相產(chǎn)品時往往采用全凝器，以便于準(zhǔn)確地控制回流比。若后繼器，以便于準(zhǔn)確地控制回流比。若后繼裝置使用氣態(tài)物料，則宜用分凝器。裝置使用氣態(tài)物料，則宜用分凝器。二）二） 操作壓強(qiáng)的選擇操作壓強(qiáng)的選擇n精餾操作可在常壓、減壓或加壓下進(jìn)行。操作壓強(qiáng)精餾操作可在常壓、減壓或加壓下進(jìn)行。操作壓強(qiáng)常取決于冷凝溫度。常取決于冷凝溫度。n一般，除熱敏性物料以外，凡通過常壓蒸餾不難實(shí)一般，除

5、熱敏性物料以外，凡通過常壓蒸餾不難實(shí)現(xiàn)分離要求，并能用江河水或循環(huán)水將餾出物冷凝現(xiàn)分離要求，并能用江河水或循環(huán)水將餾出物冷凝下來的系統(tǒng)，都應(yīng)采用常壓蒸餾；對熱敏性物料或下來的系統(tǒng)，都應(yīng)采用常壓蒸餾；對熱敏性物料或混合液沸點(diǎn)過高的系統(tǒng)則宜采用減壓蒸餾；對常壓混合液沸點(diǎn)過高的系統(tǒng)則宜采用減壓蒸餾；對常壓下餾出物的冷凝溫度過低的系統(tǒng)，需提高塔壓或采下餾出物的冷凝溫度過低的系統(tǒng)，需提高塔壓或采用深井水、冷凍鹽水作為冷卻劑；而常壓下呈氣態(tài)用深井水、冷凍鹽水作為冷卻劑；而常壓下呈氣態(tài)的物料必須采用加壓蒸餾。的物料必須采用加壓蒸餾。（三）（三） 進(jìn)料熱狀況的選擇進(jìn)料熱狀況的選擇n原則上，在供熱量一定的情況下

6、，熱量原則上，在供熱量一定的情況下，熱量應(yīng)盡可能由塔底輸入，使產(chǎn)生的氣相回應(yīng)盡可能由塔底輸入，使產(chǎn)生的氣相回流在全塔發(fā)揮作用，即宜冷進(jìn)料。但為流在全塔發(fā)揮作用，即宜冷進(jìn)料。但為使塔的操作穩(wěn)定，免受季節(jié)氣溫影響，使塔的操作穩(wěn)定，免受季節(jié)氣溫影響，精、提餾段采用相同塔徑以便于制造，精、提餾段采用相同塔徑以便于制造，則常采用飽和液體（泡點(diǎn)）進(jìn)料，但需則常采用飽和液體（泡點(diǎn)）進(jìn)料，但需增設(shè)原料預(yù)熱器。若工藝要求減少塔釜增設(shè)原料預(yù)熱器。若工藝要求減少塔釜加熱量避免釜溫過高、料液產(chǎn)生聚合或加熱量避免釜溫過高、料液產(chǎn)生聚合或結(jié)焦，則應(yīng)采用氣態(tài)進(jìn)料。結(jié)焦，則應(yīng)采用氣態(tài)進(jìn)料。二元連續(xù)板式精餾塔的工藝計算二元連續(xù)

7、板式精餾塔的工藝計算n物料衡算物料衡算n實(shí)際塔板數(shù)的確定實(shí)際塔板數(shù)的確定n塔高和塔徑的計算塔高和塔徑的計算n塔板結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定塔板結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定n塔板流動性能校核塔板流動性能校核n全塔物料衡算全塔物料衡算 間接加熱時：間接加熱時： F=D+W F=D+W FxFxF F= Dx= DxD D+Wx+WxW W 可以解出可以解出F,WF,W。1.確定理論板數(shù)確定理論板數(shù) 可以采用圖解法或逐板計算法可以采用圖解法或逐板計算法. . n平衡數(shù)據(jù)平衡數(shù)據(jù)n回流比回流比n精餾段操作線精餾段操作線n加料線加料線n提餾段操作線提餾段操作線 n蒸餾大多采用間接蒸汽加熱，設(shè)置再沸器。有蒸餾大多采用間接蒸汽加熱，

8、設(shè)置再沸器。有時也可采用直接蒸汽，例如蒸餾釜?dú)堃褐械闹鲿r也可采用直接蒸汽，例如蒸餾釜?dú)堃褐械闹饕煞质撬?，且在低濃度下輕組分的相對揮發(fā)要成分是水，且在低濃度下輕組分的相對揮發(fā)度較大時（如乙醇與水混合液度較大時（如乙醇與水混合液,丙酮丙酮-水）宜用水）宜用直接蒸汽加熱，其優(yōu)點(diǎn)是可以利用壓強(qiáng)較低的直接蒸汽加熱，其優(yōu)點(diǎn)是可以利用壓強(qiáng)較低的加熱蒸汽以節(jié)省操作費(fèi)用，并省掉中間加熱設(shè)加熱蒸汽以節(jié)省操作費(fèi)用，并省掉中間加熱設(shè)備。但由于直接蒸汽的加入，對釜內(nèi)溶液起一備。但由于直接蒸汽的加入，對釜內(nèi)溶液起一定的稀釋作用，在進(jìn)料條件和產(chǎn)品純度、輕組定的稀釋作用，在進(jìn)料條件和產(chǎn)品純度、輕組分收率一定的前提下，釜液濃

9、度相應(yīng)降低，故分收率一定的前提下，釜液濃度相應(yīng)降低，故需在提餾段增加塔板以達(dá)到生產(chǎn)要求。需在提餾段增加塔板以達(dá)到生產(chǎn)要求。相關(guān)說明相關(guān)說明n平均揮發(fā)度平均揮發(fā)度的求法的求法: NN.21nav的計算的計算: 平均粘度由乙醇和水在平均溫平均粘度由乙醇和水在平均溫度下的粘度線性加和得到度下的粘度線性加和得到 av= 乙醇乙醇 xF+ 水水（1xF） n 平均塔溫為塔頂和塔底溫度的算術(shù)平均值平均塔溫為塔頂和塔底溫度的算術(shù)平均值其中其中 i=yi(1-xi)/xi(1-yi)2.總板效率總板效率 Oconnel關(guān)聯(lián)圖查得，見關(guān)聯(lián)圖查得，見化化工原理工原理書書圖圖8-32精餾精餾塔總板效率關(guān)聯(lián)圖，塔總板

10、效率關(guān)聯(lián)圖，由橫坐標(biāo)由橫坐標(biāo)L可求得總板效率可求得總板效率E3.實(shí)際板數(shù)實(shí)際板數(shù)NE NE=(N-1)/E，N為理論板為理論板數(shù)，分別算出精餾段和提餾段的實(shí)際板數(shù)，分別算出精餾段和提餾段的實(shí)際板數(shù)并標(biāo)明加料板的位置。數(shù)并標(biāo)明加料板的位置。三三 塔高、塔徑的計算塔高、塔徑的計算n物性參數(shù)的查找、計算物性參數(shù)的查找、計算塔徑由精餾塔內(nèi)各段物料的摩爾流率（或說塔徑由精餾塔內(nèi)各段物料的摩爾流率（或說體積流率）決定的，其影響因素有體積流率）決定的，其影響因素有F F（進(jìn)料（進(jìn)料流率）、流率）、R R（回流比）及（回流比）及q q，涉及單位換算，涉及單位換算1、 平均分子量的計算平均分子量的計算（1）塔頂

11、的平均分子量）塔頂?shù)钠骄肿恿?x1為與為與y1=XD平衡平衡 的液相的液相組成）組成）MVDM= XDM輕組分輕組分+（1XD）M重組分重組分MLDM= x1M輕組分輕組分+（1x1）M重組分重組分（2）進(jìn)料板的平均分子量）進(jìn)料板的平均分子量 進(jìn)料板對應(yīng)的組成進(jìn)料板對應(yīng)的組成Xn 和和yn (進(jìn)料板對應(yīng)的組成由逐進(jìn)料板對應(yīng)的組成由逐板計算得到，板計算得到，n值各人不同值各人不同)MVFM= ynM輕組分輕組分+（1yn）M重組分重組分MLFM= XnM輕組分輕組分+（1Xn）M重組分重組分1、 平均分子量的計算平均分子量的計算（3）塔底的平均分子量（）塔底的平均分子量（yw為與為與xw平衡的

12、氣相組成）平衡的氣相組成） MVWM= ywM輕組分輕組分+（1yw）M重組分重組分MLWM= xwM輕組分輕組分+（1xw）M重組分重組分（4）精餾段、提餾段的平均分子量）精餾段、提餾段的平均分子量精餾段平均分子量精餾段平均分子量 MLM=( MLDM+ MLFM)/2= MVM=( MVDM+ MVFM)/2=提餾段平均分子量提餾段平均分子量 MLM=( MLWM+ MLFM)/2= MVM=( MVWM+ MVFM)/2=2、平均密度的計算、平均密度的計算（1）液相平均密度）液相平均密度查物性數(shù)據(jù)：查物性數(shù)據(jù)： 易揮發(fā)組分密度易揮發(fā)組分密度1 Kg/m3 難揮發(fā)組分密度難揮發(fā)組分密度2

13、Kg/ m3舉例：舉例：LD1/a1/1+(1-a1) /2 Kg/ m3（2）汽相平均密度）汽相平均密度根據(jù)塔頂溫度根據(jù)塔頂溫度TD、進(jìn)料板溫度、進(jìn)料板溫度TF及塔底溫度及塔底溫度TW分別確定精餾段及提餾段的汽相平均密度分別確定精餾段及提餾段的汽相平均密度如：如：TM=（TF+TD）/2 VMPMV/RTM= Kg/ m33 3塔的有效高度和板間距的初選塔的有效高度和板間距的初選 板式塔的有效高度是指安裝塔板部分的高板式塔的有效高度是指安裝塔板部分的高度，可按下式計算：度，可按下式計算： (1)ETZNH塔板間距，塔板間距，m 板間距的初選板間距的初選板間距板間距NT的選定很重要。選取時應(yīng)考

14、慮塔高、塔的選定很重要。選取時應(yīng)考慮塔高、塔徑、物系性質(zhì)、分離效率、操作彈性及塔的安裝檢徑、物系性質(zhì)、分離效率、操作彈性及塔的安裝檢修等因素。修等因素。4 塔徑的計算塔徑的計算 計算塔徑的方法有兩類：計算塔徑的方法有兩類： 據(jù)適宜空塔氣速，求出塔截面積，求出塔徑據(jù)適宜空塔氣速，求出塔截面積，求出塔徑 確定適宜孔速進(jìn)而求出塔徑確定適宜孔速進(jìn)而求出塔徑塔徑的計算塔徑的計算n初步計算塔徑初步計算塔徑4sVDu塔內(nèi)氣體流量塔內(nèi)氣體流量m3/s空塔氣速空塔氣速m/smax(0.6 0.8)uumaxLVVuC允許空塔氣速，允許空塔氣速，m/s氣相和液相的密度，氣相和液相的密度，kg/m3氣體負(fù)荷系數(shù)，氣

15、體負(fù)荷系數(shù)，m/s2 . 020)02. 0(CC 塔徑的計算塔徑的計算n塔徑的圓整塔徑的圓整目前，塔的直徑已標(biāo)準(zhǔn)化。所求得的塔徑目前，塔的直徑已標(biāo)準(zhǔn)化。所求得的塔徑必須圓整到標(biāo)準(zhǔn)值。塔徑在必須圓整到標(biāo)準(zhǔn)值。塔徑在1米以下者，米以下者，標(biāo)準(zhǔn)化先按標(biāo)準(zhǔn)化先按100mm增值變化；塔徑在增值變化；塔徑在1米以上者，按米以上者，按200mm增值變化增值變化n塔徑校核（后面進(jìn)行）塔徑校核（后面進(jìn)行）塔徑初核后，可進(jìn)行塔板的平面布置。塔徑初核后，可進(jìn)行塔板的平面布置。 一一般順次確定如下一些尺寸和數(shù)據(jù)：般順次確定如下一些尺寸和數(shù)據(jù)： lw無效區(qū)溢流區(qū)Af鼓泡區(qū)Aa溢流區(qū)wswswc圖1015 塔板共同結(jié)構(gòu)

16、示意圖堰長堰長安定區(qū)寬度安定區(qū)寬度1.堰長堰長/塔徑（塔徑（l/D） 2.堰長堰長l 3.降液管道截面積降液管道截面積/塔截面積（塔截面積（Ad/A） 4.塔凈截面積塔凈截面積/塔截面積（塔截面積（An/A，An=A-Ad） 5.塔工作面積塔工作面積/塔截面積（塔截面積（Aa/A，Aa=A-2Ad） 6.在塔板溢流堰、降液管旁，應(yīng)考慮安定區(qū)寬度在塔板溢流堰、降液管旁，應(yīng)考慮安定區(qū)寬度WS,它是開孔區(qū)與堰之間的距離；開孔區(qū)與塔它是開孔區(qū)與堰之間的距離；開孔區(qū)與塔內(nèi)壁之間的距離為內(nèi)壁之間的距離為Wc。 7.開孔區(qū)面積開孔區(qū)面積Aa按下式計算：按下式計算： 8.確定篩孔直徑確定篩孔直徑d0及孔中心間

17、距及孔中心間距t 9.篩孔總面積與開孔區(qū)面積之比篩孔總面積與開孔區(qū)面積之比 A0/Aa=0.907(d0/t)2 (正三角形排列）正三角形排列） 此此值應(yīng)在值應(yīng)在815之間之間 10.開孔數(shù)開孔數(shù)n 11.堰高堰高h(yuǎn)w 一般篩板塔可取一般篩板塔可取12100mm。板間距。板間距大者，大者， hw可以取得大一些?？梢匀〉么笠恍?12.下降管底隙高度下降管底隙高度had不宜過小。過小則液體流不宜過小。過小則液體流出阻力過大。當(dāng)然它不能大于出阻力過大。當(dāng)然它不能大于hw，一般可取為，一般可取為38mm。 13.塔板厚度可取為塔板厚度可取為24mm。塔徑增大，恰當(dāng)加。塔徑增大，恰當(dāng)加厚。上述的塔板平

18、面布置的各幾何尺寸，到目厚。上述的塔板平面布置的各幾何尺寸，到目前為止，實(shí)際上只是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)初步選取。還要前為止，實(shí)際上只是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)初步選取。還要根據(jù)下面的水力學(xué)校核作出一些調(diào)整根據(jù)下面的水力學(xué)校核作出一些調(diào)整1塔板流體力學(xué)驗(yàn)算的目的是檢驗(yàn)以上初算塔板流體力學(xué)驗(yàn)算的目的是檢驗(yàn)以上初算塔徑及各項工藝尺寸的計算是否合理，塔徑及各項工藝尺寸的計算是否合理，塔板能否正常操作。塔板能否正常操作。n驗(yàn)算項目如下：驗(yàn)算項目如下： 1）、塔板阻力的計算和）、塔板阻力的計算和校核校核 2）、溢流液泛）、溢流液泛 3）、液沫夾帶量）、液沫夾帶量 4）、液體在降液管中停留時間校核）、液體在降液管中停留時間校核 5）、

19、漏液）、漏液 塔板負(fù)荷性能圖塔板負(fù)荷性能圖操作點(diǎn)液量(m3/h)氣量/（m3/h）BaAEfeDbcd圖1025 篩板塔操作性能示意圖最小液體負(fù)荷最小液體負(fù)荷線線漏液線漏液線最大液體最大液體負(fù)荷線負(fù)荷線降液管液泛降液管液泛線線霧沫夾帶線霧沫夾帶線板式塔的結(jié)構(gòu)板式塔的結(jié)構(gòu) n塔的總體結(jié)構(gòu)塔的總體結(jié)構(gòu) 附屬裝置，如除沫器、人（手）孔、基座，有時外部還有扶梯或平臺。此外，在塔體上有時還焊有保溫材料的支承圈。為了檢修方便，有時在塔頂裝有可轉(zhuǎn)動的吊柱。 n 塔體總高度塔體總高度 (2)DpTTFBHHNSHSHHHHD塔頂空間，塔頂空間，m； HB塔底空間，塔底空間，m；HT塔板間距，塔板間距，m；HT

20、開有人孔的塔板間距，開有人孔的塔板間距，m； HF進(jìn)料段高度，進(jìn)料段高度，m； Np實(shí)際塔板數(shù)；實(shí)際塔板數(shù)；S人孔數(shù)目（不包括塔頂空間和塔底空間人孔數(shù)目（不包括塔頂空間和塔底空間的人孔）。的人孔）。 n塔板結(jié)構(gòu) 塔板類型按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為整塊式或分塊式兩種。塔板類型按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為整塊式或分塊式兩種。一般，塔徑從一般，塔徑從300900mm時采用整塊式塔時采用整塊式塔板；當(dāng)塔徑在板；當(dāng)塔徑在800mm以上時，人已能在塔內(nèi)以上時，人已能在塔內(nèi)進(jìn)行拆裝操作，無須將塔板整塊裝入。并且，進(jìn)行拆裝操作，無須將塔板整塊裝入。并且，整塊式塔板在大塔中剛性也不好，結(jié)構(gòu)顯得復(fù)整塊式塔板在大塔中剛性也不好，結(jié)構(gòu)顯得

21、復(fù)雜 ， 故 采 用 分 塊 式 塔 板 ； 塔 徑 在雜 ， 故 采 用 分 塊 式 塔 板 ； 塔 徑 在 8 0 0 900mm之間，設(shè)計時可按便于制造、安裝的之間，設(shè)計時可按便于制造、安裝的具體情況選定具體情況選定。輔助設(shè)備選型輔助設(shè)備選型精餾裝置的主要附屬設(shè)備包括：蒸氣冷凝精餾裝置的主要附屬設(shè)備包括：蒸氣冷凝器、塔底再沸器、原料預(yù)熱器、物料輸器、塔底再沸器、原料預(yù)熱器、物料輸送管及泵等。前三種設(shè)備本質(zhì)上屬換熱送管及泵等。前三種設(shè)備本質(zhì)上屬換熱器，并多采用列管式換熱器，管線和泵器，并多采用列管式換熱器，管線和泵屬輸送裝置。屬輸送裝置。 1換熱器的選型及校核換熱器的選型及校核n蒸氣冷凝器、塔底再沸器、原料預(yù)熱器蒸氣冷凝器、塔底再沸器、原料預(yù)熱器選型選型n蒸氣冷凝器總傳熱系數(shù)的校核蒸氣冷凝器總傳熱系數(shù)的校核2接管直徑各接管直徑由流體速度及其流量，按連續(xù)各接管直徑由流體速度及其流量，按連續(xù)性方程決定，即：性