化工原理课程设计精馏塔工艺设计计算

1、第一章 精馏塔工艺设计计算本设计任务为分离乙醇-丙醇混合物。对于二元混合物的分离，应采用连续精馏流程。设计中采用气液混合进料，将原料通过预热器加热至指定温度后送入精馏塔内。塔顶上升蒸气采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，其余部分作为产品冷却后送至储罐。随着全球能源紧缺，国家节能降耗方案的提出。故操作回流比取最小回流比的1.5倍。以减少塔釜的加热负荷。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。1.1原料液及塔顶，塔底产品的摩尔分率1.2 物料衡算总物料衡算： 即 （1-1） 易挥发组分物料衡算： 即 （1-2）1.3 相对挥发度的计算 精馏段的平均相对挥发度：提馏段的平均相对挥

2、发度：1.4 最小回流比的确定气液相平衡方程为 代入上式 1.5 操作线方程的确定精馏段操作线方程：得：提馏段操作线方程： 1.6 精馏塔理论塔板数及理论加料位置 采用相平衡方程与操作线方程式逐板计算法求得各理论板气液相组成：表1-1各理论板的汽液相组成塔板1234567气相组成0.9180.0.8630.7910.7060.6180.5370.472液相组成0.8500.0.7620.6580.5500.4510.3710.312塔板891011121314气相组成0.4240.3760.3210.2650.2100.1590.115液相组成0.2720.2330.1930.1540.118

3、0.0870.062塔板151617气相组成0.0800.0520.031液相组成0.0420.0270.016由逐板计算发求得总理论板数为17块板（包括塔釜），第8块板加料，精馏段需7块板。精馏段理论板数 块精馏段理论板数 块1.7 实际板数的计算（1） 精馏段已知： （2）提馏段已知： 总实际板数，第16块板是进料板。全塔效率 第二章 物性数据计算2.1温度的计算表2-1 常压下乙醇-丙醇汽液平衡组成（摩尔）与温度关系乙醇（摩尔分数）/温度/乙醇（摩尔分数）/%温度/乙醇（摩尔分数）/%温度/液相汽相液相汽相液相汽相0097.1635.855.088.3266.379.983.0612.6

4、24.093.8546.165.086.2584.491.480.5918.831.892.6654.671.184.98100.0100.078.3821.033.991.6060.076.084.13利用插值法确定进料温度、塔顶温度、塔底温度进料温度： 塔顶温度： 塔底温度： 精馏段平均温度：提馏段平均温度：2.2平均摩尔质量计算塔顶温度：汽相组成： 进料温度：汽相组成： 塔底温度：汽相组成： 精馏段平均液相组成：精馏段平均汽相组成：精馏段液相平均分子量：精馏段汽相平均分子量：提馏段平均液相组成：提馏段平均汽相组成：提馏段液相平均分子量：提馏段汽相平均分子量：2.3平均密度表2-2 不同温

5、度下乙醇和丙醇的密度温度温度70754.2759.6100717.4726.180742.3748.7110704.3714.290730.1737.5利用插值法确定、下的乙醇和丙醇的密度 所以 2.4混合液体表面张力表2-3 不同温度下乙醇和丙醇的表面张力温度6020.2521.278018.2819.4010016.2917.50乙醇的表面张力： 丙醇的表面张力： 原料：塔顶：塔底：精馏段的表面张力：精馏段的表面张力：2.5 液体粘度表2-4不同温度下乙醇和丙醇的粘度温度600.6010.899800.4950.6191000.3610.444精馏段平均温度：84.596 提馏段平均温度：

6、93.169 精馏段的粘度：提馏段的粘度：第三章 精馏段塔和塔板主要工艺尺寸计算3.1气液相体积流量的计算已知： 液相质量流量：气相质量流量：液相体积流量：气相体积流量：3.2 塔径 d 初选所设计的精馏塔为中型塔，采用单流型塔板，板间距。液气流动参数 对于常压操作选取板上清液层高度。则板间无液空间由文献（1）查图5-1，以为横坐标可得到校正表面张力为 液泛速度取安全系数为0.70，则空塔速度为 塔径 按标准塔径圆整为 截面积为 实际空塔气速为 3.3精馏塔有效高度的计算 3.4溢流装置采用单溢流，弓型降液管，平形受液盘及平行溢流堰，不设进口堰。(1)溢流堰长(2)出口堰高 (3)弓形降液管的

7、宽度与降液管的面积降液管的型式：因塔径和流体量适中，故选取弓形降液管查图得： 故 液体在降液管中停留时间， 故降液管可用。（4）降液管底隙高度h0取液体通过降液管底隙的流速，依下式计算降液管底隙高度h03.5塔板布置（1）塔般的分块因，故塔板采用分块式。（2）边缘区宽度确定取溢流堰前安定区宽。（3）开孔区面积计算其中： 故 （4）筛孔数 n 与开孔率 本设计所处理的物系无腐蚀性，可选用碳钢板，取筛孔直径。筛孔按正三角形排列，取孔中心距 塔板上筛孔数目为 塔板开孔区的开孔率 开孔率在5-15%范围内，符合要求。气体通过筛孔的气速 3.6筛板的流体力学验算3.6.1塔板压降（1）干板阻力计算干板阻

8、力，由查文献（1）中图5-10得 c0=0.84（2）气流穿过板上液层压降相当的液柱高度hl查文献（1）中5-11，得。故 （3）液体表面张力的阻力计算液体表面张力所产生的阻力，气体通过每层塔板的液柱高度气体通过每层塔板的压降为（设计允许值）3.6.2雾沫夹带量ev的验算塔板上鼓泡层的高度故精馏段在设计负荷下不会发生过量雾沫夹带。3.6.3 漏液的验算对筛板塔，漏液点气速为待添加的隐藏文字内容1 筛板的稳定性系数： 该值大于1.5且小于2，符合设计要求。故本设计中精馏段在设计负荷下无明显漏液。3.6.4液泛验算为防止降液管液泛的发生，应使降液管中清液层高度乙醇丙醇物系属一般物系，取，则故在设计

9、负荷下不会发生液泛。根据以上塔板的各项流体力学验算，可以认为精馏段塔径和各项工艺尺寸是合适的。3.7塔板负荷性能图3.7.1雾沫夹带线取液沫夹带极限值 依式 式中 整理得： 3.7.2液泛线令 由 故：代入并整理得：3.7.3.液相负荷上限线 取作为液体在降液管中的停留时间的下限，液相负荷上限线在vsls坐标图上为与气体流量vs无关的垂直线，如图气液负荷性能图。3.7.4漏液线漏液点气速式： 代入漏液点气速式并整理得： 3.7.5液相负荷下限线 对于平直堰，取堰上层高度作为最小液体负荷标准。得 精馏塔负荷性能图见附录二2. 1.（1）在负荷性能图上，作出操作点，与原点连接，即为操作线。由图可知

10、，该塔的操作上线为液泛控制，下限为漏液控制。由图查得 ， 故弹性操作为第四章 提馏段塔和塔板主要工艺尺寸计算4.1气液相体积流量的计算 已知： 液相质量流量：气相质量流量：液相体积流量：气相体积流量：4.2 塔径 d 初选所设计的精馏塔为中型塔，采用单流型塔板，板间距。液气流动参数 对于常压操作选取板上清液层高度。则板间无液空间由文献（1）查图5-1，以为横坐标可得到校正表面张力为 液泛速度取安全系数为0.70，则空塔速度为 塔径 按标准塔径圆整为 截面积为 实际空塔气速为 4.3精馏塔有效高度的计算 4.4溢流装置采用单溢流，弓型降液管，平形受液盘及平行溢流堰，不设进口堰。（1）溢流堰长(2

11、)出口堰高 (3)弓形降液管的宽度与降液管的面积降液管的型式：因塔径和流体量适中，故选取弓形降液管查图得： 故 液体在降液管中停留时间， 故降液管可用。（4）降液管底隙高度h0取液体通过降液管底隙的流速，依下式计算降液管底隙高度h04.5塔板布置（1）塔般的分块因，故塔板采用分块式。（2）边缘区宽度确定取溢流堰前安定区宽。（3）开孔区面积计算其中： 故 （4）筛孔数 n 与开孔率 本设计所处理的物系无腐蚀性，可选用碳钢板，取筛孔直径。筛孔按正三角形排列，取孔中心距 塔板上筛孔数目为 塔板开孔区的开孔率 开孔率在5-15%范围内，符合要求。气体通过筛孔的气速 4.6筛板的流体力学验算4.6.1塔

12、板压降（1）干板阻力计算干板阻力，由查文献（1）中图5-10得 c0=0.84（2）气流穿过板上液层压降相当的液柱高度hl查文献（1）中5-11，得。故 （3）液体表面张力的阻力计算液体表面张力所产生的阻力，气体通过每层塔板的液柱高度气体通过每层塔板的压降为（设计允许值）4.6.2雾沫夹带量ev的验算塔板上鼓泡层的高度故精馏段在设计负荷下不会发生过量雾沫夹带。4.6.3 漏液的验算对筛板塔，漏液点气速为 筛板的稳定性系数： 该值大于1.5且小于2，符合设计要求。故本设计中精馏段在设计负荷下无明显漏液。4.6.4液泛验算为防止降液管液泛的发生，应使降液管中清液层高度乙醇丙醇物系属一般物系，取，则

13、故在设计负荷下不会发生液泛。根据以上塔板的各项流体力学验算，可以认为精馏段塔径和各项工艺尺寸是合适的。4.7塔板负荷性能图4.7.1雾沫夹带线取液沫夹带极限值 依式 式中 整理得： 4.7.2.液泛线令 由 故：代入并整理得：4.7.3.液相负荷上限线 取作为液体在降液管中的停留时间的下限，液相负荷上限线在vsls坐标图上为与气体流量vs无关的垂直线，如图气液负荷性能图。4.7.4漏液线漏液点气速式： 代入漏液点气速式并整理得： 4.7.5液相负荷下限线 对于平直堰，取堰上层高度作为最小液体负荷标准。得 提馏塔负荷性能图见附录二2（2）在负荷性能图上，作出操作点，与原点连接，即为操作线。由图可

14、知，该操作上线为液泛控制，下限为漏液控制。由图查得 ， 故弹性操作为精馏塔设计结果见汇总第五章 总塔高计算1、塔顶封头 本设计采用椭圆形封头，曲面高度350mm，直边高度40mm，封头高度=390mm2、塔顶空间塔顶空间取=1.2m3、塔底空间塔底空间取4、人孔设置6个人孔，每个人孔直径为450mm，设置人孔处板间距5、进料板处板间距：6、裙座取裙座高度塔体总高度：结 论筛板塔计算结果汇总项 目符 号单 位计算数据精馏段提馏段平均分子量气相kg/kmol50.13956.607液相kg/kmol51.57057.883各段平均温度84.59693.169平均密度气相1.7081.884液相73

15、9.784732.913各段平均表面张力18.27717.965各段平均粘度0.5090.489平均流量气相m3/s1.3801.412液相m3/s实际塔板数块1519板间距m0.450.45塔有效高度m6.38.1塔径m1.41.4空塔气速m/s0.8970.917塔板液流形式单流型单流型总塔高m22.887项 目符 号单 位计算数据精馏段提馏段溢流装置降液管形式弓形弓形堰长m0.9240.924堰高m0.0470.040溢流堰宽度m0.1740.174降液管底隙高度m0.0260.054板上清夜层高度m0.060.06孔径mm55孔间距mm16.516.5孔数个47604760开孔面积m2

16、1.1191.119筛孔流速m/s14.83915.183塔板压降pa551.553596.760液体在降液管中停留的时间s20.47110.038降液管内清液层高度m0.1380.145液沫夹带kg液/kg 气0.0130.014负荷上限液沫夹带控制液沫夹带控制负荷下限漏液控制漏液控制液相最大负荷m3/s0.0090.009液相最小负荷m3/s弹性操作3.3333.286结束语课程设计不同于平时作业。在设计中需要自己做出决策，确定方案，查阅文献，并要求加以归纳、整理和总结。通过自学及老师的指导，不仅巩固了所学的化工原理知识,更极大地拓宽了我的知识面，让我更加认识到实际化工生产过程和理论的联系

17、和差别，这对将来的毕业设计及工作无疑将起到重要的作用。上大学的第一次课程设计终于结束了。在临近期末考试的时候，忙于课程设计与复习的两头。确实很忙。经过这次尝试，才知道实际化工生产过程的复杂性。也感觉到有很多西要学，要问。在此次化工原理设计过程中，我的收获很大,感触也很深，更觉得学好基础知识的重要性，以及很好利用计算机的必要性。我知道我的所学还是不够，在设计中还是有很多的不足和漏洞。在某些方面有很多的错误，需要以后更加的努力和老师的指导。 在此，特别感谢化工原理老师张振坤老师的指导。使得我的设计工作得以圆满完成。此外，在设计过程中还得到了许多同学的热心帮助，一并给以衷心的感谢主要符号说明符 号说

18、 明单 位符 号说 明单 位塔顶堰上层高度进料板弓形降液管高度塔釜截面积液相塔截面积气相液体在降液管中停留时间摩尔质量降液管底隙高度最小回流比边缘区高度实际塔板数开孔区面积压强孔中心距温度开孔率密度筛孔数目个表面张力气体通过筛孔气速粘度干板阻力塔板间距气体通过降液层阻力板上液层高度气体通过表面张力阻力空塔气速气体通过每层塔板液柱高度直径气体通过每层塔板的压降有效高度液沫夹带量 参考文献（1）贾绍义，柴诚敬.化工单元过程及设备设计课程设计.天津：天津大学出版社，2002（2）陈敏恒，从德滋，方图南，齐鸣斋.化工原理（下册）.第三版.北京：化学工业出版社，2006附 录1. 负荷性能图数据表（1）精馏段漏液线0.000060.00150.0030.00450.7100.7470.7711.790雾沫夹带线0.000060.00150.0030.00452.8562.6802.56