筛板精馏塔设计说明书--参考书

1、筛板精馏塔设计说明书- 参考书筛板精馏塔设计说明书- 参考书中原工学院能环学院化工原理课程设计说明书设计名称：10000 吨酒精连续筛板精馏塔设计班 级： 环境 041姓名： XXX 学号：1*指导老师：陈启石2021 年 1 月 12 日4500 吨酒精连续筛板精馏塔设计二、设计任务及操作条件1 、 设计任务：生产能力(塔顶产品)4500 吨年操作周期300 天年进料组成40% (质量分数，下同)塔顶产品组成 >94%塔底产品组成 <1% 2、操作条件操作压力 常压(塔顶)进料热状态 泡点 单板压降：>0.7 kPa 3、 设备型式4、厂 址 三、设计内容：(1) 精馏塔的

2、物料衡算；(2) 塔板数的确定：(3) 精馏塔的工艺条件及有关物件数据的计算；(4) 精馏塔的塔体工艺尺寸计算；(5) 塔板主要工艺尺寸的计算；(6) 塔板的流体力学验算：(7) 塔板负荷性能图；(8)精馏塔接管尺寸计算；(9) 绘制生产工艺流程图；(10) 绘制精馏塔设计条件图；(11) 对设计过程的评述和有关问题的讨论。三、参考资料1. 陈英南，刘玉兰. 常用化工单元设备的设计. 上海：华东理工大学出版社，20212. 黄璐，王保国. 化工设计. 北京：化学工业出版社，20013. 贾绍义，柴诚敬. 化工原理课程设计(化工传递与单元操作课程设计). 天津：天津大学出版社，2002 4. 5

3、. 6. 7.陈敏恒，丛德兹等. 化工原理( 上、下册)( 第二版 ). 北京：化学工业出版社，2000柴诚敬，刘国维，李阿娜. 化工原理课程设计. 天津：天津科学技术出版社，1995 石油1.025kg/s化学工业规划设计院.塔的工艺计算.北京：石油化学工业出版社，1997化工设备技术全书编辑委员会.化工设备全书一塔设备设计.上海：上海科学技术出版社，19888. 时钧，汪家鼎等.化学工程手册，.北京：化学工业出版社，19869. 上海医药设计院.化工工艺设计手册（上、下）.北京：化学工业出版社，198610. 大连理工大学化工原理教研室 .化工原理课程设计.大连：大连理工大学出版社,注意：

4、以下仅为示例，可根据具体情况作相应的变化一、精储过程简述 1二、精储意义1三、设计方案简介1第一部分：工艺设计一、设计任务 2二、全塔物料衡算22 2）换算成摩尔百1）确定关键组分分比 33）平均摩尔质量3 4）全塔物料衡算3三、确定NT31） 确定NT 3四、计算板效率ET 5五、摩尔流率的计算 6六、热量衡算6七、填料的选择6八、塔径的确定6九、填料层压降的计算7十、填料层高度的计算99二、管道及一、填料塔的附属元件其校核 10三、储罐 11四、泵 11一、设计的评述及有关问题的讨论 13二、设计心得 14三、主要参考文献 141 、设计方案的确定及工艺流程的说明原料液由泵从原料储罐中引出

5、，在预热器中预热至泡点84 C后送入连续板式精储塔(筛板塔)，塔顶上升蒸汽流采用强制循环式列管全凝器冷凝后一部分作为回流液，其余 作为产品经冷却至25c后送至产品槽；塔釜采用热虹吸立式再沸器提供汽相流，塔釜残液 送至废热锅炉。2 、主要参数计算2.1物料衡算3 .1.1塔顶、原料和塔釜残液的摩尔分数93/4693/467/180.838735/46(135)/180.1740假设塔底质量分数为1% xw1/461/46(11)/180.003944 .1.2料液及塔顶底产品的摩尔流率采出比为：DF xF xwxd xw0.17400.003940.83870.003940.2037取一年工作时

6、间为300天，则：质量进料量F'进料平均分子量M xF M 酒精 (1 xF) M 水 0.1740 46( 1 0.1740 )1822.87g/mol1000093% 1030035% 24 3600摩尔进料量F F' M 1.02522.87 0.04481kmol/s 摩尔塔顶采出量DF 0.20370.044819.128710摩尔塔底采出量 W F D 0.044819.128710 0.035681kmol/s2.2 塔板数的确定2.2.1确定操作的回流比R利用课本第71页数据数据作图得xy曲线由此图1可知最小回流比为：(注意：此图用大一些座标纸绘制，并列在说明书

7、xdRmin 1Rmin 1.705R 2Rmin 3.410圆整取R=4.02.2.2 求理论塔板数精储段操作线方程：0.8xn0.16774提储段操作线方程：yn 1RD F(R 1)DF D(R 1)D1.7818xn3.080410泡点进料，所以：q=1.WJ: xq xF 0.1740q 点坐标：(0.1740 , 0.30694 )由附图2可知：理论塔板数为13,其中第11块塔板为加料板。由相平衡数据可以得出塔釜温度为99.1 C；塔顶温度为78.2 C；平均温度为88.65 C。查表得平均温度下纯物质的黏度为：H C0.32mPa S 0.37mPa S由此图1可知最小回流比为：

8、(注意：此图用大一些座标纸绘制，并列在说明书xdRminRmin 1.705R 2Rmin 3.410圆整取R=4.02.2.3 求理论塔板数精储段操作线方程：0.8xn0.16774提储段操作线方程：yn 1RD F(R 1)DF D(R 1)D1.7818xn3.080410泡点进料，所以：q=1.WJ: xq xF 0.1740q 点坐标：(0.1740 , 0.30694 )由相平衡数据可以得查表得平均温度下由附图2可知：理论塔板数为13,其中第11块塔板为加料板。 出塔釜温度为99.1 C；塔顶温度为 78.2 C；平均温度为 88.65 C 纯物质的黏度为：H C0.32mPa S

9、 0.37mPa Sxi 0.320.1740.37 (10.174)0.3613mPa S2.2.4 求实际塔板数用3 (塔顶 进料 塔底)yAyBxAxB(A为酒精)计算得8.007由经验公式ET 0.49ET 0.49(见参考书-1 )可得全塔效率为0.49(8.0070.3613)0.3777实际塔板数为：130.3777其中第29块为加料板，精储段塔板数为28块，提储段塔板数为6块。2.3 塔径初选2.3.2 提储段：(1) 平均温度塔釜温度为99.1 C,加料板为84C平均温度为91.53 C。(2)平均密度此温度下的气液平衡组成为：y 0.3038,x0.0514质量分数为：L

10、0.1216, v 0.5272此温度下的纯物质气液密度分别为：纯水的气液密度为1 0.4486kg/m,1 961.1kg/m。纯酒精的气液密度为2 2.3kg/m,2 730.0kg/m。气液平均密度为：0.52722.3(10.5272)0.44861.424kg/m0.1216730.010.1216961.1925.474kg/m(3)气液平均分子量气液平均分子量为：46 0.303818 (10.3038)26.5064g/mol46 0.051418 (10.0514)19.4392g/mol(4)气液质量流量气液质量流量分别为:WL MLL ML(L qF) 19.4392(4

11、9.1287100.04481)1.5809kg/sWv MVV MVV MV(R 1)D 26.5064 (41) 9.1287101.2098kg/s1.58091.20981.4247925.47430.0513(5)液相的平均表面张力(rm塔底： w,A21.08mN/m26.02mN/m塔底平均表面张力21.08 26.0221.14mN/m 21.080.014 26.020.986 W进料板：d F,A 20.20mN/m； b F,B 25.34mN/m (88C)进料板平均表面张力b A(r B(T F,m(T X(T X20.20 25.3421.38mN/m20.200.

12、27225.34 0.728 F提储段：erm 21.14 21.38 /221.26mN/m注意这些数据仅为例子，不是真实数据(6)液泛气速初选塔板间距0.45m,由smith关联图(课本第129页)查得：C20 0.092实际表面 张力为：36.6mN/m36.6C C200.1038液泛气速为：uf C0.1038925.47431.42472.6425m/s2.3.1精储段：平均温度为：t78.283.9681.1 C该温度下的气液平衡组成为：x 0.3636,y0.5981质量分数为:L 0.594, V 0.792纯物质密度分别为：1 971.1kg/m,1 0.3059kg/m7

13、35kg/m,1.62kg/mV 0.3059(10.792)1.62 0.7921.35kg/m L0.59473510.594971.1815.5kg/m46 0.598118 (10.5981)34.75MV 46 0.363618 (10.3636)28.18WL MLL 28.18 4 9.1287 10WV MVV 34.755 9.1287101.027kg/s1.586kg/s1.0271.5861.35815.50.0263初选塔板间距为HT由费尔关联图（见资料117页，课本129页）查得：C200.08223mN/mC C2020 uf C0.0843815.51.350.

14、08432.07m/s比较精储段与提储段液泛气速，应以较小者计算故取精储段计算。气相流量:1.5861.351.17m/s以下计算可参阅资料116页和131页的例题，则易看懂！操作气速取设计气速为液泛气速的0.8倍，则u 0.8uf0.82.071.656m/s气体通过面积为：Vsu 1.171.6560.7094m取lw 0.7D则有，（lw /D的选取方法见课本130页）则塔板总面积为1 AAfAT0.709410.0880.7778m0.77783.140.995m根据塔的系列化规格，将塔径圆整到1m作为初选塔彳（见资料 113页）圆整后取塔径为：1m此时，0.785mAf 0.088A

15、T 0.069mAn AT Af 0.785 0.0690.7159mun1.170.71591.63m/sIw 0.7D 0.7munuf1.632.072.3 塔高计算（参阅资料138页）取精储段板间距0.4m,提储段板间距0.45m。釜液取20分钟缓冲量：h42.31333.141 1裙座取2m,釜液上部与塔顶第一块塔板上的气液分离高度为1.5米。H 26 0.45 0.45 0.70.8 2 1 1.5 2 20.5m2.4 选择平顶溢流堰，并依据参考书2表10-2取精储段堰高hw 0.05m,提留段堰高hw 0.05m。采用垂直弓形降液管和普通平底受液盘，取降液管底部与下块塔板的间隙

16、高度为：ho 0.03m,取 Ws Ws' 0.07m,Wc 0.03m 从参考书2图10-40查得Wd 0.145D 0.14510.145m于是可以算出，（Wd Ws） 0.285mWc 0.47mAa 2（xr x rsin0.5008m2 （0.2850.47 0.2850.47sin0.2850.47取筛孔孔径do 5mm孔中心距与孔径比t/d0 3.00.907（0.9073.00.1008A0 Aa 0.50080.1008 0.07268m6.塔板校核（计算原理见资料122页4。4。6节，或课本131页）（1）板压降校核取板厚（板厚的取法见资料119页）3mm, /d0

17、3/5 0.6A0AT 2Af0.072680.7852 0.0690.07805查参考书2图10-45干板孔流系数C0 0.73由干板阻力1 v U02gLC0129.811 v Vs2g L C0A01.351.170.041m815.5 0.730.0505由 how 2.8410l可以得到清液高度。3600 4.53m/hIw 0.7m,由参考书2图10-48得到校正系数E=1.02how 2.84104.5331.020.101m按面积(AT 2Af)计算的气速，uaVsAT 2Af1.170.7852 0.0691.81m/s相应的气体校正因子Fa ua v1.811.35由参考书

18、2图10-46查得液层充气系数 0.59液层阻力（以液高表示）hL （hw how） 0.59 （0.050.0101）0.035m板压降hf hd hL 0.03530.035 0.07599m本设计为常压操作，对板压降本身无特殊要求。（2）液沫夹带校核（雾沫夹带校核）（泛点百分率的概念见课本130页）按FLV 0.0263和为0.787。（从课本132页图10-47液沫夹带关联图可得）0.068求得1 Vs v0.06810.0681.259101.171.350.0470.1(3)溢因此，液沫夹带量复合要求，（如果大于 0.1 ,处理方法见课本133页）流液泛校核溢流管中的当量清液高度计

19、算：（可参见课本133页）已知：hw 0.05m,how 0.0101m,0.01m,hf0.069m 降液管阻力hf 0.153 Ihwo 4.530.1530.00055m3600 0.70.03Hd hw howhf 0.050.01010.010 0.000550.0690.1395m乙醇一水为不易起泡物系取 0.6降液管内的泡沫层高度 H0.13950.60.233m 0.45m不会发生溢流液泛。（4）液体在降液关内的停留时间校核液体在降液关内的停留时间校核0.0690.13951.258107.65s 3s不会发生严重的气泡夹带。（5）漏夜点校核uow用试差法求取设漏夜点的孔速uo

20、w 9.2m/s，相应的动能校正因子（以 AT 2Af为基准） F ua vuowAoAT 2Af9.20.05050.7852 0.0690.83433塔顶上的当量清夜高可由下式计算，hc 0.00610.725hw 0.006F1.230.00610.7250.05 0.0061.2661.231.258100.03928由参考书2图1049筛板塔漏夜点关联图，可得，漏夜点的干板压降hd 0.010m 水柱 0.0135m 液柱由此求出漏液点孔气速为，2ghd LCo2V19.60.0135 815.5 0.7321.359.23m/s此计算值与假设值相当接近，故计算结果正确。塔板的稳定系

21、数k2.52（1.52.0）表明塔有足够的造作弹性。7.负荷性能图（1）液相下限令 how 0.006m,由 how 2.8410Lh 3l 得， wLh 2.15m/h。在负荷性能图Lh 2.15m/h处作垂线的液相下限线（见附图3）（2）液相上限线取液体在降液管中的停留时间为 3s,根据0.40.069360033.12m/h ,在负荷性能图Lh 33.12m/h处作垂线即为液相上限线。（见附图） （3）漏夜线把漏夜线近似看成直线，可由两点大致确定其位置。第一点取液体流量为设计负荷Lh 4.53m3/h ,其漏夜点孔气速 uow 9.2m/s ,相应的气体流量为Vh 1163.52m3/h

22、。第二点液体流量取Lh 20m3/h,其漏夜点孔气速uow 10m/s,相应的气体流量Vh 1818m/h由以上两点可得漏夜线（见附图）（4）过量液沫夹带线同样也近似为直线，由两点确定其位置。第一点取液气比与设计点相同， FLV 0.0263。令ev 0.1,求的 0.134,并由液沫 夹带关联图查得泛点百分率为 80%泛点气速uf 2.07m/s已算出，则un 1.656m/s ,相 应气体流量Vh 4268.5m/h ,液体流量Lh 4.567m/h。第二点取液气质量流率比2,算出相应气体流量 Vh 2721.2m/h ,液体流量Lh 9.01m/h。由以上两点可得过量液沫夹带线（见附图）

23、。（5）溢流液泛线当降液管内当量清液高度 Hd HT hw 时，将发生溢流液泛。对一定液体量 L,how, hf,hl （当气速较高时，充气系数3近似于常数0.57）与气体量无关，液面落差可以忽略。这样，可求出液泛时的干板压降即相应的气体量。第一点取Lh 30m/h, how 2.841030 3 37.4910m0.70.1533600 0.153 lh 0.7 0.03 wo0.0241mhl （hw how） 0.57 （0.050.00749）0.0328m由 Hd hw howhf hf,得hd Hd hw how hf hl 0.234 0.050.00749 0.02410.03

24、280.11961m2ghd LC02uo则相应气体流 Vh uo Ao 3600 5087.3369m/h第二点取Lh 10m/h how 2.841010 30.01672m0.70.002677m 0.153 0.70.03hl (hw how) 0.57 (0.050.01672)0.038mhd Hd hw how hf hl 0.234 0.050.01672 0.0380.002677 0.1266m2ghd LC02 uov28.26m/s Vh uo Ao 3600 5087.3369m/h若同样将溢流液泛线近似看成直线，连接以上两点可求得(见附图)。必须绘出负荷性能图并绘出

25、操作线和设计点，还要说明操作点是否合适，如何改进 (见资料137页)五、其他附件的设计计算1 .管径的选择(1)进出预热器管径的计算管路的流量：F 1.025kg/s在进口温度与出口温度范围内，料液的密度变化不大，在 83.9 C时1 730kg/m,2 971.8kg/m0.35730 1 0.35971.8F1.0252.02510料液体积流量为，V取管流速u 2m/s,5.98610856.110.001197m/s4A D0.0276m 27.6mm圆整后，D=32mm, 5mm （注意：请自己查阅相关文献，寻找管子规格的资料， 然后选取合适的管径核厚度。）（2）加热釜的蒸汽管的管径蒸

26、汽用量：0.8878kg/s密度： 3.168kg/m3 V0.88783.1680.28024m/s取气速u 10m/s,0.28024100.028024m4A D0.189m圆整后，D 200mm, 8mm （3）回流管管径回流管的摩尔流量为：L RD 4 9.1287 10平均摩尔量，0.0365kmol/sM 41.48WL 0.0365 41.481.5146kg/s次温度下的密度：747.88kg/m32.02510m/s取流速u 2m/s,101.01264A D0.036m 36mm圆整后，D 40mm, 8mm (4)冷凝器与冷却器进出口水管的管径冷却水用量： WL 25.

27、10kg/s,996.3kg/m故冷水的体积流量为：V取流速为u 3m/sVu 0.0252325.10996.30.0252m/s0.0084m4A D0.103m 103mm圆整后，D 125mm, 8mm (5)上升气体进入冷凝器的管径上升蒸汽量 V (R 1)D (41) 9.128710平均分子量 M 41.48w 41.480.04561.893kg/s0.0456kmol/s平均密度1.35kg/m V1.8931.351.40m/s取 u 10m/s,4A D0.423m圆整后，D 450mm,10mm 2.泵的选型(1)原料液进入精储塔时的泵的选型加料板位置第29块距地面高度为，h (0.450.003)5 1.5 1 2 6.8m考虑到流体阻力等其他因素影响，故可取 H 8.0m进入精储塔的料液流率为：VL 1.197 10 3 3600 4.31m3/h选型为：IS50-32-200 n=1450r/min(2)冷凝器冷却器的冷凝水泵冷凝水用量：V 0.0252m3/s 90.72m3/h 泵的扬程：h Z塔 20.5m考虑管路阻力损失等因素，H 22m选型为：IS100-80-125 n=2900r/min4.储罐选择 (1)原料储罐原料的质量流率：F 1.025