篩板精餾塔設計課件

化工原理課程設計篩板精餾塔設計?精選課件常壓分離環(huán)己醇–苯酚連續(xù)操作篩板精餾塔工藝設計任務書基礎設計數據：處理能力：50000

t/a（年工作按8000小時計）進料組成：環(huán)己醇30%，苯酚70%（mol%，下同）進料狀態(tài)：泡點進料產品要求：塔頂餾出液組成：環(huán)己醇98%，苯酚2% 塔釜釜殘液組成：環(huán)己醇1%，苯酚99%塔頂壓強：101kPa（絕壓）公用工程：循環(huán)冷卻水：進口溫度32℃，出口溫度38℃ 導熱油：進口溫度260℃，出口溫度250℃?精選課件總體要求：繪制帶控制點工藝流程圖，完成精餾塔工藝設計以及有關附屬設備的計算與選型。繪制塔板結構簡圖，編制設計說明書。精餾塔工藝設計內容：全塔物料恒算、確定回流比；確定塔徑、實際板數及加料板位置。精餾塔塔板工藝設計內容：塔板結構設計、流體力學計算、負荷性能圖、工藝尺寸裝配圖。換熱器設計：確定冷熱流體流動方式，根據換熱面積初選換熱器；核算總傳熱系數；計算實際傳熱面積；選定換熱器型號，計算管程、殼程壓降。說明：寫出詳細計算步驟，并注明選用數據的來源。每項設計結束后，列出計算結果明細表。設計說明書要求字跡工整，按規(guī)范裝訂成冊。?精選課件課程設計的要求·帶控制點工藝流程圖,用3號圖紙畫·塔設備條件圖（帶管口）,用3號圖紙畫·其余工藝設計圖,用坐標紙注意事項:寫出詳細計算步驟,并注明選用數據的來源每項設計結束后,列出計算結果明細表設計說明書要求字跡工整,裝訂成冊上交學號1-10號單號雙號處理量

環(huán)己醇組成苯酚組成45000

t/a

35%55000

t/a65%72%28%學號11-21號單號雙號處理量

環(huán)己醇組成苯酚組成55000

t/a

32%45000

t/a68%72%28%學號22以后單號雙號?精選課件處理量

環(huán)己醇組成苯酚組成50000

t/a

26%45000

t/a74%77%23%計算說明書目錄設計任務書帶控制點工藝流程圖與工藝說明精餾塔工藝計算塔板結構設計換熱器選型精餾塔工藝條件圖塔板結構設計結果匯總

符號說明結束語

?精選課件?精選課件常壓分離環(huán)己醇―苯酚連續(xù)操作篩板塔設計計算示例設計任務書按要求填入處理量和進料組成帶控制點工藝流程圖與工藝說明帶控制點工藝流程圖操作壓力的選擇工藝流程敘述?精選課件3.精餾塔工藝計算3.1平均相對揮發(fā)度的計算t

℃xyi181.90.0000.000179.10.0250.0994.28176.40.0500.1864.34173.80.0750.2634.40171.30.1000.3334.49說明：平均相對揮發(fā)度為5.623.2繪制t-x-y圖及x-y圖在坐標紙上繪圖，上大小要求t-x-y圖為10×10cm，x-y圖為20×20cm精選課件項目數值進料流量F，kmol/h塔頂產品流量D，kmol/h塔釜殘液流量W，kmol/h進料組成，xF(摩爾分數）塔頂產品組成，xD(摩爾分數）塔釜殘液組成，xW(摩爾分數）?3.3全塔物料衡算料液平均分子量：Mm

=0.3×100+0.7×94=95.8進料流量：F=50000×103

/8000×95.8=65.24

kmol/hF

=

D

+

WFxf

=

DxD

+

WxwD=19.5

kmol/hW=45.74

kmol/h表1物料衡算表精選課件3.4實際板數及進料位置的確定1.確定最小回流比Rmin2.確定操作回流比R由Fenske方程計算最小理論板數Nmin?精選課件利用吉利蘭關聯(lián)圖，計算NT

~

R如下：RNT0.86314.70.98811.81.14010.71.2929.91.4449.31.5209.0繪制NT

~

R關系圖，找出最佳回流比。說明：R取(1.0、1.2、1.4、1.6、1.8、2.0)Rmin

6個點?精選課件圖解法求理論板數及加料板位置圖解法求得NT=5.5（不包括塔釜）加料板位置nT

=3.0實際板數及加料板位置的確定全塔效率由O’connell關聯(lián)式計算：?精選課件?精選課件回流比理論板數板效率實際板數理論加料位置實際加料位置表2

塔板計算結果4.塔板結構設計包括板間距的初估，塔徑的計算，塔板溢流形式的確定，板上清液高度、堰長、堰高的初估與計算，降液管的選型及系列參數的計算，塔板布置和篩孔/閥孔的布置等，最后是水力學校核和負荷性能圖。圓形泡罩條形泡罩泡罩塔（2）篩板塔板塔板上開圓孔，孔徑d0：3-8

mm;大孔徑篩板d0

：12-25

mm。lwWD優(yōu)點：結構簡單、造價低、塔板阻力小。目前，廣泛應用的一種塔型。（3）浮閥塔板圓形浮閥條形浮閥浮閥塔盤方形浮閥優(yōu)點：浮閥根據氣體流量，自動調節(jié)開度，提高了塔板的操作彈性、降低塔板的壓降，同時具有較高塔板效率，在生產中得到廣泛的應用。缺點：浮閥易脫落或損壞。方形浮閥F1型浮閥（4）噴射型塔板氣流方向：垂直→小角度傾斜，改善液沫夾帶、液面落差。形式：舌形塔板、浮舌塔板、斜孔塔板、垂直篩板等。氣液接觸狀態(tài)：噴射狀態(tài)連續(xù)相：氣相；分散相：液相 促進兩相傳質。缺點：氣泡夾帶現象比較嚴重。舌形塔板：（5）斜孔塔板（6）網孔塔板（7）多降液管（MD）塔板

優(yōu)點：提高允許液體流量（9）無溢流塔板有溢流塔板：有降液管的塔板；無溢流塔板：無降液管的塔板；形式：無溢流柵板和無溢流篩板；特點：生產能力大，結構簡單，塔板阻力小；但操作彈性小，塔板效率低。沖制柵板無溢流篩板設計參數如下（以塔頂第一塊塔板數據為設計依據）：液相密度汽相密度L

=

950

kg

/

m3V

=

PM/

RT

=

2.92

kg

/

m3液相表面張力 =

32

dyn

/cm汽相流量VS

=

(R+1)

DM

/3600

V=0.408

m3/s液相流量LS

=

RDM

/

3600

L

=0.000684

m3/s4.2初估塔徑取板間距HT

=350

mm，板上液層厚度hL=0.07

m，則HT

-hL=0.28m。塔板間距和塔徑的經驗關系說明：工業(yè)塔中，板間距范圍200~900

mm兩相流動參數FLV=則液泛氣速：對于篩板塔、浮閥、泡罩塔，可查圖，C20=(HT

、FLV)C20：σ=20

dyn/cm時的氣體負荷因子0.2HT=0.60.450.30.150.2 0.3

0.40.7

1.00.02

0.030.040.07

0.10.010.070.010.10.090.060.050.040.030.02塔板泛點關聯(lián)圖取操作氣速u=（0.6-0.8）uf=0.75uf=0.893

m/s則氣體流通面積

An=VS

/u

=0.457

m2選取單溢流塔盤，取lw

/D

=0.7，查圖得A

f

/AT

=0.088則塔截面積：塔徑

D

=

，圓整為0.8m說明：計算得到的塔徑需圓整，系列化標準：300,

350,

400,

450,

500,

600,

700,

800,

900,

1000,

1100,

1200注意：1）必須用圓整后的D重新計算確定實際的氣體流通截面積、實際氣速及泛點率。2）校核HT與D的范圍。由此重新計算：A

T

=0.785D2

=0.5024

m2A

f

=

0.088AT

=0.0442

m2A

n=

AT

-

Af

=0.4582

m2u

=

VS

/An

=0.89

m/s實際泛點百分率：u/u

f

=0.754.3塔板結構設計4.3.1溢流裝置①溢流型式的選擇依據：塔徑、流量；型式：單流型、U

形流型、雙流型、階梯流型等。D-塔徑hw-堰高how-堰上液層高度HT-板間距ho-降液管底隙高度Hd-降液管內清液層高度hL-板上液層高度hL=hw+how溢流裝置（10×20cm）?精選課件②降液管形式和底隙降液管：弓形、圓形。降液管截面積：由Af

/AT

確定；底隙高度h0：通常在40

~

60

mm。?精選課件③溢流堰（出口堰）作用：維持塔板上一定液層，使液體均勻橫向流過。型式：平直堰、溢流輔堰、三角形齒堰及柵欄堰。?精選課件采用弓形降液管，平堰及平型受液盤，l

w

=0.7D=0.56

m堰上液層高度堰高h

w

=h

L

-h

o

w

=0.06238

m液管底隙高度

h

o

=h

w

-0.006=0.05638

m要求：本設計采用:取篩孔直徑d

o

=（3–8）mm，孔徑比取t/d0=3.0-3.5由l

w

/D=0.7，查圖得Wd

/D=0.15則Wd

=0.15D=0.12

mx

=

D/2

-

(Wd

+

Ws

)=

0.21

mr

=

D/2

-

Wc

=0.36

m鼓泡區(qū)面積：開孔率 =

A0

/A

a

=

0.907

/(t/d0)2

=

0.074篩孔面積

A

0

= Aa

=

0.021

m2篩孔氣速

u

0

=VS

/A

0

=19.43

m/s篩孔數目n

=

4

A

0

/d0

=1672個2以Aa為面積計算的氣速

ua=VS/Aa3.篩板塔有效傳質區(qū)布置d0t正三角排列4.4塔板流體力學校核塔板阻力可用清液柱高度表示：塔板阻力hf包括以下幾部分:干板阻力hd

—氣體通過板上孔的阻力（無液體時）；液層阻力hl

—氣體通過液層阻力；克服液體表面張力阻力hσ—孔口處表面張力。（a）干板阻力hd?精選課件故塔板阻力：說明：（1）若塔板阻力過大，可增加開孔率或降低堰高。對于常壓和加壓塔，塔板阻力一般沒有什么特別要求。對于減壓塔，塔板阻力有一定的要求。（c）克服液體表面張力阻力（一般可不計）?精選課件4.4.2液沫夾帶量校核(1)篩板塔液沫夾帶量校核單位質量（或摩爾）氣體所夾帶的液體質量（或摩爾）ev

：kg液體/kg氣體，或kmol液體/kmol氣體。指標為ev

<0.1。液沫夾帶分率ψ：夾帶的液體流量占橫過塔板液體流量的分數。故有：ev的計算方法：方法1：利用Fair關聯(lián)圖，由和實際泛點百分率0.75，查得Ψ=0.08，進而求出ev

0.047<0.1=?精選課件方法2：用亨特（Hunt）經驗公式計算ev：式中Hf

為板上泡沫層高度：要求：

ev

≤

0.1

kg

液體

/

kg氣體說明：超過允許值，可調整塔板間距或塔徑。?精選課件4.4.3降液管溢流液泛校核(1)篩板塔降液管溢流液泛校核降液管中清液柱高度(m)：（a）液面落差Δ一般較小，可不計。當不可忽略時：一般要求：Δ<0.5h0?精選課件（b）液體通過降液管阻力

hf主要為底隙阻力，而進口堰阻力一般為0（當無進口堰時）：降液管中泡沫層高度：對不易起泡物系：易起泡物系：要求：而H

d

/ =

0.34 (HT

+hw)

=

0.41說明：若泡沫高度過大，可減小塔板阻力或增大塔板間距。?精選課件4.4.4液體在降液管中停留時間校核目的：避免嚴重的氣泡夾帶降低板效率。停留時間：要求：說明：停留時間過小，可增加降液管面積或增大塔板間距。?精選課件穩(wěn)定系數：計算嚴重漏液時干板阻力

hd′計算漏液點氣速

uow（5）嚴重漏液校核漏液點氣速uow：發(fā)生嚴重漏液時篩孔氣速。（c）計算穩(wěn)定系數要求：說明：如果穩(wěn)定系數k過小，可減小開孔率或降低堰高。?精選課件?精選課件4.5塔板負荷性能圖在確定了塔板的工藝尺寸，又按前述各款進

行了流體力學驗算之后，便可確認所設計的塔板能在任務規(guī)定的氣液負荷下正常操作。此時，有必要進一步揭示該塔板的操作性能，即求出維持該塔板正常操作所允許的氣、液負荷波動范圍。這個范圍通常以塔板負荷性能圖的形式表示。操作彈性=Vmax

/Vmin（1）漏液線第一點：L

h

=L

S

（

0.000684）×3600=2.46

m3/hV

h

=A0

u

ow×3600=491.4

m3/h第二點：取L

h

=10

m3/h，同樣可以計算得到：’

=

7.5

m/s，u

ow則V

h

=

A0

u

ow

×3600

=

567

m

/h’

3在圖中作平行與橫坐標的直線即可。漏液量增大，導致塔板上難以維持正常操作所需的液面，無法操作。此漏液為嚴重漏液，稱相應的孔流氣速為漏液點氣速。原因：①氣相在液層中鼓泡，氣泡破裂，將霧沫彈濺至上一層塔板；②氣相運動是噴射狀，將液體分散并可攜帶一部分液沫流動。（3）液相負荷下限線對于平直堰，一般取堰上液層高度作為液相負荷下限條件，低于此限便不能保證板上液流均勻分布，降低氣液接觸效果。依此式可求得液相負荷下限，據此作出液相負荷下限線(3)。塔板的適宜操作區(qū)應在豎直線(3)的右方。（4）液相負荷上限線此線反映對于液體在降液管內停留時間的起碼要求。對于尺寸已經確定的降液管，若液體流量超過某一限度，使液體在降液管中的停留時間過短，則其中氣泡來不及放出就進入下層塔板，造成氣相返混，降低塔板效率。依此式可求得液相負荷上限，據此作出液相負荷上限線(4)。塔板的適宜操作區(qū)應在豎直線(4)的左方。（5）液泛線液泛線表示降液管內泡沫層高度超過最大允許值時，破壞塔的正常操作。由以下公式得到Vh和Lh的關系式：液泛現象?精選課件?精選課件5.換熱器選型5.1換熱器的初步選型（1）塔頂冷凝器熱負荷QC

=(R+1)D(IVD

-ILD)=(R+1)DMDrD

=4.63×105

kcal/h。取冷卻水的進口溫度為32℃，出口溫度為38℃，則換熱平均溫差 tm

=87.3℃，取換熱系數K

=

350

w/m2℃，則所需換熱面積：S

=

4.63×105×103×4.18

/

(3600×350×87.3)

=

17.7

m2選擇型號：標準系列JB1145-73Fg18（雙程）?精選課件（2）塔底再沸器熱負荷QB

=(R+1)DMBrB

=2.08×106

kJ/h。取導熱油進口溫度為260℃，出口溫度為250℃，則換熱平均溫差

tm

=57.5℃，取換熱系數K

=

500

w/m2℃；則所需換熱面積：S=2.08×106×103

/(3600×500×57.5)=20.0

m2選擇型號：標準系列JB1145-73Fg20（單程）5.2

塔頂冷凝器設計設計步驟：根據工藝要求，確定換熱器類型；根據物料情況，確定流體流徑（管程、殼程的安排）；確定定性溫度下冷熱流體的物性數據；計算熱負荷、冷卻水量以及傳熱溫差；（5）根據經驗，初步估計K值；高溫流體

低溫流體K值推薦/kcal/m2

.h.℃?精選課件有機蒸汽350-650水水高沸點碳氫化合物蒸汽有機蒸汽與水蒸汽混合物450-850400-750350-4501500-2500450-550水水水水油汽蒸汽水蒸汽

甲醇蒸汽?精選課件由傳熱方程

Q=KA△tm

計算換熱面積?？紤]10%-15%的裕度，確定面積；根據換熱器類型和面積，選定換熱器型號,列出該換熱器的參數；換熱器參數表外殼直徑D/mm500公稱壓力P/Mpa1.6公稱面積A/m257管程數Np2管子排列方式正方形管子尺寸/mmΦ25╳2.5管長l/m3管數NT/根248管心距t/mm32（8）計算管程給熱系數ai利用以下公式計算：其中管程流動面積：管程流體流速：雷諾準數：（9）計算總傳熱系數K?精選課件（10）計算傳熱面積溫度校正系數：根據R和P查溫度校正系數實際傳熱溫差為計算傳熱面積為實際傳熱面積為若則所選換熱器合適，否則重新選擇?精選課件（11）計算管程壓力降ft為管程結垢校正系數,對三角形排列的取1.5對正方形排列的取1.4（12）計算殼程壓力降?精選課件換熱器設計計算結果匯總?精選課件塔頂冷凝器設計計算結果匯總表項目數值備注換熱器類型固定管板式換熱器面積管程流體57m2冷卻水殼程流體塔頂汽相管程流速2.5m/s殼程流速12.5m/s外殼直徑500mm管程數雙程管子長度管子尺寸3.0mΦ25╳2.5正方形排列折流板型式折流板間距200mm弓形折流板殼程壓降管程壓降3.7kpa5.3kpa?精選課件·塔頂空間HD塔頂空間HD的作用是供安裝塔板和開人孔的需要，也使氣體中的液滴自由沉降，一般取1～1.5m?！に卓臻gHB塔底空間HB具有中間貯槽的作用，塔釜料液最好能在塔底有10～15分鐘的儲量，以保證塔釜料液不致迅速排完，一般取2.0～2.5m?！?.1塔體總高6.精餾塔工藝條件圖·人孔一般每隔6～8層塔板設一人孔（供安裝、檢修用），人孔處板間距≥650mm，人孔直徑一般為

450～550mm,其伸出塔體的筒體長為200～250mm,人孔中心距操作平臺約800～1200mm。精選課件·塔高H=(n-np-2)HT+HF+nPHp+HD+HBn——實際塔板數HF——進料板處板間距，mnP——人孔數Hp——人孔處的板間距，取