精餾塔課程設(shè)計(jì)最新模板

1、目錄一、概述 二、設(shè)計(jì)方案和工藝流程的確定 三、塔的物料衡算 四、回流比確定五、塔板數(shù)的確立 六、塔的工藝條件及物性數(shù)據(jù)計(jì)算 七：塔和塔板主要工藝尺寸計(jì)算 八、塔板的流體力學(xué)驗(yàn)算 十、熱量衡算 十一、篩板塔的設(shè)計(jì)結(jié)果總表 十二、輔助設(shè)備選型及接管尺寸 十三、精餾塔機(jī)械設(shè)計(jì)計(jì)算 十四、設(shè)計(jì)中的心得體會(huì)一、概述：塔設(shè)備是煉油、化工、石油化工等生產(chǎn)廣泛應(yīng)用的氣液傳質(zhì)設(shè)備。根據(jù)塔內(nèi)氣液接觸部件的結(jié)構(gòu)型式，可分為板式塔和填料塔。板式塔內(nèi)設(shè)置一定數(shù)量的塔板，氣體以鼓泡或噴射形式穿過(guò)板上液層進(jìn)行質(zhì)，熱傳遞，氣液相組成呈階梯變化，屬逐漸接觸逆流操作過(guò)程。填料塔內(nèi)裝有一定高度的填料層，液體自塔頂沿填料表面下流，

2、氣體逆流而上（也有并流向下者）與液體接觸進(jìn)行質(zhì)熱傳遞，氣液組成沿塔高連續(xù)變化，屬微分接觸操作過(guò)程。工業(yè)上對(duì)塔設(shè)備的要求：（1）生產(chǎn)能力大；（2）傳質(zhì)傳熱效率高;(3)氣流的摩擦阻力??；（4）操作穩(wěn)定，適應(yīng)性強(qiáng)，操作彈性大；（5）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，材料耗用量?。?）制作安裝容易，維修方便。（7）設(shè)備不易堵塞，耐腐蝕。其中板式塔又可分為有降液管的塔板（如泡罩塔，浮閥塔，篩板塔，舌型，S型等）和無(wú)降液管的（如穿流式篩板，穿流式波紋板）該課程涉及到的是板式塔中的浮閥塔，其廣泛用于精餾、吸收、和解吸等過(guò)程。其主要特點(diǎn)是再塔板的開(kāi)孔上裝有可浮動(dòng)的浮閥，氣流從浮閥的周邊以穩(wěn)定的速度水平地進(jìn)入塔板上液層進(jìn)行兩相接觸，

3、浮閥課根據(jù)氣流流速地大小上下浮動(dòng)，自行調(diào)節(jié)。浮閥有盤(pán)式、條式等多種。國(guó)內(nèi)多采用盤(pán)式，其優(yōu)點(diǎn)為生產(chǎn)能力大，操作彈性大，分離效率較大，塔板結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單。此型中的F-1型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，已經(jīng)列入部頒標(biāo)準(zhǔn)，因此型號(hào)的重閥操作穩(wěn)定性好，一般采用重閥。二、設(shè)計(jì)方案和工藝流程的確定:在此次課程涉及中主要介紹浮閥塔在精餾中的應(yīng)用，精餾裝置包括精餾塔、原料預(yù)熱器、再沸器、冷凝器、釜液冷卻器、和產(chǎn)品冷卻器等設(shè)備。熱量自塔釜輸入，物料再塔內(nèi)經(jīng)多次部分氣化與部分冷凝進(jìn)行精餾分離，由冷凝器和冷卻器的冷卻物質(zhì)將余熱帶走。此過(guò)程中因考慮節(jié)能。另外，為保持塔的穩(wěn)定性，流程除用泵直接送入塔原料外，也可采用高位槽送料以受泵操作波動(dòng)影響。

4、塔頂冷凝器裝置根據(jù)生產(chǎn)情況以決定采用全凝器和分凝器。一般，塔頂分凝器對(duì)上升蒸汽雖由一定的增濃作用，當(dāng)在石油等工業(yè)中獲取液相產(chǎn)品時(shí)往往采用全凝器，以便于準(zhǔn)確的控制回流比。若后繼裝置使用氣態(tài)物料，則宜用分凝器操作壓強(qiáng)由常壓、低壓和高壓操作，其取決于冷凝溫度，一般都采用常壓，對(duì)于熱敏性物質(zhì)或混合液沸點(diǎn)過(guò)高的物質(zhì)則宜采用減壓操作，而常壓下為氣態(tài)的物質(zhì)采用高壓操作。對(duì)于物料的進(jìn)料，一般情況下采用冷進(jìn)料，但是為了考慮塔的操作穩(wěn)定性，則一把采用泡點(diǎn)進(jìn)料。蒸餾一般采用間接蒸汽加熱，設(shè)置再沸器。對(duì)于本次的課程因?yàn)橐掖嫉膿]發(fā)度較高，宜采用間接蒸汽加熱，其優(yōu)點(diǎn)時(shí)可以利用壓強(qiáng)較低的加熱蒸汽以節(jié)省操作費(fèi)用，并省掉間接加

5、熱設(shè)備選擇回流比主要從經(jīng)濟(jì)的角度來(lái)考慮，力使操作費(fèi)用和設(shè)備費(fèi)用之和最低。這個(gè)將在下面詳細(xì)的介紹。本設(shè)計(jì)采用混合原料經(jīng)原料余熱至泡點(diǎn)，送入精餾塔。塔頂上升蒸汽采用全凝器冷凝后，一部分作為回流，其余為塔頂產(chǎn)品經(jīng)冷卻器冷卻后送至貯槽。塔釜采用間接蒸汽再沸器供熱，塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送入貯槽。（流程圖見(jiàn)后面附錄）三、塔的物料衡算： （一）料液及塔頂、塔底產(chǎn)品含苯摩爾分率。XF=;XD=;XW=; (二)平均分子量。MF=;MD=;MW=; (三)物料衡算 ?？偽锪虾馑悖?D，+W，=F，=4166.7；易揮發(fā)組分物料衡算： 0.94D，+0.005 W，=0.7=1458.345；聯(lián)立上面兩式得： F，=

6、4166.7 kg/h=181.95 kmol/h; D，=1550.04 kg/h=36.78 kmol/h; W，=2616.66 kg/h=145.17 kmol/h四、回流比確定。由（附錄-1）得出最小理論回流比為Rmin=2.217五、塔板數(shù)的確立。 （一）全塔效率EtEt=;(其中4.03，0.35747) （二）由后面的（附錄3）的程序得出理論塔板數(shù)N理54； 實(shí)際塔板數(shù)：N實(shí)N理/ Et54/0.493109.53； 所以實(shí)際塔板數(shù)等于110塊；六、塔的工藝條件及物性數(shù)據(jù)計(jì)算。 （一）操作壓強(qiáng)Pm 精餾段平均操作壓強(qiáng)Pm kpa（二）溫度tm，精（83.75+78.2）/2 =

7、81.0（三）平均分子量 xd=y1=0.860 ; x1=0.710 ; 塔頂： MVDM=0.86046.07+(1-0.860)18.02=42.14 kg/kmol ; MLDM=0.71046.07+(1-0.710)18.02=37.94 kg/kmol ;進(jìn)料塔：MVFM=0.18346.07+(1-0.183) 18.02=23.15 kg/kmol; MVFM=0.17446.07+(1-0.174) 18.02=22.90 kg/kmol;則精餾段分子量: MVM精（42.14+37.94）/2=40.04 kg/kmol; MLM精=(23.15+22.90)/2=23.

8、03 kg/kmol;(四)精餾段氣液負(fù)荷計(jì)算 MVM精/(3600VM精)=0.59 m3/s ; L=RD=2.3836.78=87.54 kmol/h ; LS=L MLM精/(3600LM精)=0.0007 m3/s ; LH= LS3600=2.52 m3/s ;七：塔和塔板主要工藝尺寸計(jì)算。（一） 塔徑：初選板間距HT=0.35 m ; 取板上液層高度hl=0.06 m ;HT-hl=0.35-0.06=0.29 m ;(LS/VS)（L/V）0.5(0.007/0.59)（777.96/2.35）0.5=0.0218 ；查圖得：C200.059 ；CC200.20.0590.20

9、.0674 ； Umax= Csqrt（LV)/V =1.22 m/s ; 取安全系數(shù)為0.70 ；則 U=0.70Umax=0.701.22=0.854 m/s ;Dsqrt(4)/(U)= sqrt(40.59)/(3.140.854)=0.938 m ; 按標(biāo)準(zhǔn)，塔徑園整為1.0m ,則空塔氣速為0.75 m/s ; (二)溢流裝置：采用單溢流，弓形降液管，平形受液盤(pán)及平形溢流堰，不設(shè)進(jìn)口堰。各項(xiàng)計(jì)算如下： 1.溢流堰長(zhǎng)W=0.6D=0.61=0.6 m; 2.出口堰高W/D0.60/1 =0.60 ;h/(h)3.5=9.04 ;查圖知： E1.03 ；hOW=(2.84/1000)E

10、(h/W)2/3 =(2.84/1000)1.03(2.52/0.60)2/3=0.008 m ;hW=hL-hOW=0.06-0.008=0.052 m ;3.降液管的寬度Wd與移液管的寬度Af W/D0.60/1 =0.60 ; 查圖知：Wd/D0.100 ； Af/At0.052; 得： Wd0.100D0.101.00.10 m ; Af0.052D20.0520.781.02=0.041 m2 ; 4.停留時(shí)間檢驗(yàn)降液管面積 5。降液管底隙高度h 取液體通過(guò)降液管底隙的流速u(mài)o、為0.09 m/s ; ho=ho/(lWuo、)=0.0007/(0.600.09)=0.93 m ;

11、(三)：塔板布置 1。取邊緣區(qū)寬度Wc=0.035 m ;安定區(qū)寬度Wb=0.070 m ; 2.計(jì)算開(kāi)孔區(qū)面積Aa x=D/2-(Ws+Wb)=0.5-(0.1+0.070)=0.330 m ; R=D/2-Wc=0.5-0.050=0.450 m ; Aa= m2 ; (四)篩孔數(shù)與開(kāi)孔率 取篩孔的孔徑d0為5mm ; 正三角形排列，一般炭鋼的板厚為3mm ； 取t/d0=3.0 故空中心距：t=3.05.0=15.0 mm ; 1.篩孔數(shù)： ； 2.開(kāi)孔率： ； 3.開(kāi)孔面積：0.1010.5720.0578 m2 ；4.氣體通過(guò)篩孔的氣速： ；（五）塔有效高度 m ;(六) 塔高計(jì)算

12、m ;其中：塔高 ； ：進(jìn)料板處板間距 ； ：人孔處板間距 ； ：塔頂空間；：塔底空間；：實(shí)際塔板數(shù)；：進(jìn)料板數(shù)； ：人孔數(shù) ； ：板間距 ； 八、塔板的流體力學(xué)驗(yàn)算（一）氣體通過(guò)塔板的壓降相當(dāng)于液柱高度 ； 1.干板壓降相當(dāng)于液體高度 0.0510.0510.0351 m ; 其中由5/3=1.67 ; 查圖得0.84 ； 2.氣體穿過(guò)板上液層壓降相當(dāng)?shù)靡褐叨?m/s ; =0.852=1.46 ; 由圖查得上液層充氣系數(shù) m ; 3.克服液體表面張力壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨?m ; 由0.0228+0.0375+0.004070.064 m ; 故單板壓降： 在設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi)。（二）霧沫夾帶量

13、的驗(yàn)算 ； 其中： ； （三）漏液的驗(yàn)算篩板的穩(wěn)定性系數(shù):K=/=11.6/6.5=1.781.5 故再設(shè)計(jì)負(fù)荷下不會(huì)產(chǎn)生漏液。（四）液泛驗(yàn)算為了防止降液管液泛的產(chǎn)生，應(yīng)使降液管中液泛的高度。依上面的公式計(jì)算的：0.074+0.06+0.000990.135 m ；其中 m ;??；則 m ;故，在 設(shè)計(jì)負(fù)荷下不會(huì)產(chǎn)生液泛根據(jù)以上的塔板各項(xiàng)流體力學(xué)驗(yàn)算，可認(rèn)為精餾段塔徑及各項(xiàng)工藝尺寸使合適的九、塔板負(fù)荷性能圖 （1）霧沫夾帶線(xiàn)依上面的公式：；1.339;近似取E1.0，0.052 m，0.66 m;故得：取0.1 kg液/kg氣 ； 38.86 ； HT=0.35 沒(méi)；代入上面得幾個(gè)公式，化簡(jiǎn)得

14、： 1.26-13.86 ；在操作范圍內(nèi)任取幾個(gè)，依公式相應(yīng)得算出值，列于下表中： 0.20.350.50.7 1.211.191.171.15（二）液泛線(xiàn) ；E1.03 ； =0.60 m ; ; ; ；綜上得： ； 0.00407 ；故： ； ；將： ； ； 及上面計(jì)算出來(lái)得數(shù)據(jù)代入得： ；在操作范圍內(nèi)取若干個(gè)值，同（一）計(jì)算得值，列表如下： 0.20.350.50.7 1.621.581.541.50（三）液相負(fù)荷上限 取液體在降液管中停留時(shí)間為4秒。 ;(四)漏液線(xiàn)（氣相負(fù)荷下限表）由 ； ； 由前面已經(jīng)算出是0.0578 ；得： ；同理得下表： 0.20.350.50.7 0.443

15、0.4460.4490.452（五）液相負(fù)荷下限表取0.006 m最為液相負(fù)荷下限條件，取E1.03 ； ；故：；由精餾段負(fù)荷性能圖，可知精餾段得操作彈性7.3265 ；十、熱量衡算：（1）再沸器：十一、篩板塔的設(shè)計(jì)結(jié)果總表 項(xiàng)目 符號(hào) 單位 計(jì)算數(shù)據(jù)精餾段 各段平均壓強(qiáng) pm kPa 174.125 各段平均溫度 tm 80.975 平均流量 氣相 Vs m3/s 0.59 液相 Ls m3/s 0.007 板間距 HT 塊 103 塔的有效高度 Z m 0.35 塔徑 D m 36.05 空塔氣速 u m 1.0 塔板液流型式 m/s 0.75 實(shí)際塔板數(shù) N 單流型 溢流裝置溢流管型式

16、弓形堰長(zhǎng) lW m 0.60 堰高 hW m 0.052溢流堰寬度 Wd m 0.10管底與受液盤(pán)距離 h0 m 0.013 板上清液層高度 hl m 0.06 孔徑 d0 mm 5.0 孔間距 t mm 15.0 孔數(shù) n 個(gè) 2944 開(kāi)孔面積 m2 0.0578 篩孔氣速 uo m/s 10.21 塔板壓降 hF Pa 0.491液體在降液管中的停留時(shí)間 s 20.50降液管內(nèi)清液層高度 Hd m 0.175 霧沫夾帶 ev kg液/kg氣 0.012 負(fù)荷上限 負(fù)荷下限 氣相最大負(fù)荷 Vs,max m3/s 1.1 氣相最小負(fù)荷 Vs,min m3/s 0.37十二、輔助設(shè)備選型及接管

17、尺寸:（一） 輔助設(shè)備選擇 1.再沸器 該裝置用于加熱塔底料液使之部分汽化提供蒸餾過(guò)程所需熱量的熱交換設(shè)備，常用的幾種有：內(nèi)置式、釜式、虹吸式、強(qiáng)制循環(huán)式。 再沸器的選擇根據(jù)工藝要求和再沸器的特點(diǎn)綜合考慮。本設(shè)計(jì)采用的精餾塔實(shí)采用泡點(diǎn)進(jìn)料，所需得傳熱面積小，而且物料是乙醇水溶液，氣液混合物密度小于液體得密度。所以采用立式熱虹吸再沸器比較合適。其單位面積得金屬耗量明顯小于其他的型式。注意的是這種型式的再沸器的氣化率不能大于40否則傳熱不良。且因加熱管不能充分的潤(rùn)濕而易結(jié)詬。 2.塔頂回流冷凝器該裝置通常采用管殼式換熱器，由臥式、立式、管內(nèi)或管外冷凝等形式。按冷凝器與塔的相對(duì)位置區(qū)分為：整體式及自

18、流式、強(qiáng)制循環(huán)式。再沸器的選擇和再沸器一樣根據(jù)工藝要求和冷凝器的特點(diǎn)綜合考慮：（1）整體及自流式一般用于小塔，置于塔頂。優(yōu)點(diǎn)是蒸汽壓降較小，可籍改變氣升管或塔板位置調(diào)節(jié)以保證回流與產(chǎn)出的壓頭，可用于凝液難以用泵輸送或泵送由危險(xiǎn)的場(chǎng)合。還可以節(jié)省安裝面積。常用于減壓蒸餾或者傳熱面積小的情況。（2）強(qiáng)制循環(huán)式，用于塔的處理量很大或者塔板數(shù)很多的時(shí)候，冷凝器置于塔下部適當(dāng)?shù)奈恢?。用泵向上輸送回流。再冷凝器和泵之間設(shè)置回流罐。主要適用于常壓或者加壓操作。本設(shè)計(jì)因處理量大，而且設(shè)計(jì)中的涉及的塔板數(shù)較多，常壓操作，故選用強(qiáng)制循環(huán)式冷凝器，采用全回流操作。 3.蒸汽噴出器 一般對(duì)于粘度大的流體,流速應(yīng)該取得

19、小些;對(duì)于粘度小的流體,流速應(yīng)該取得較大的流速.塔采用直接蒸汽加熱的時(shí)候,釜中應(yīng)該安裝一蒸汽噴出器,使加熱蒸汽均勻的分布在釜液中.其結(jié)構(gòu)一般為一環(huán)形蒸汽管,管的下面和側(cè)面適當(dāng)開(kāi)一些小孔供蒸汽噴出.小孔直徑一般為3-10mm,孔心距為孔徑的6-10倍.小孔總面積應(yīng)為加熱蒸汽管的橫截面積的1.2-1.5倍,管內(nèi)蒸汽速度為20-25m/s,加熱蒸氣浸入釜中液層至少0.6m以上,以保證蒸汽與溶液有足夠的接觸時(shí)間。 4.法蘭 法蘭按法蘭和設(shè)備的聯(lián)結(jié)型式分為焊接法蘭、活套法蘭和螺紋法蘭。采用化工部標(biāo)準(zhǔn)（HG）(二)主要接管尺寸計(jì)算 1.進(jìn)料管 由以知料液流率為4166.67 kg/h ,取料液密度為900

20、kg/m2則料液體積流率為： ； 取管內(nèi)流速 m/s ； 則進(jìn)料管直徑： 取進(jìn)料管尺寸為 ；2.回流管由以知回流液流率為1550.04 kg/h ,取回流液密度為700kg/m2則回流液體積流率為： ；取管內(nèi)流速：=0.3 m/s ;則回流直徑： m ;取回流管尺寸為 ； 3.釜液出口管由以知釜液流率為2616.66 kg/h ,取釜液密度為980kg/m2則釜液體積流率為： ；取管內(nèi)流速：=0.5 m/s ;則釜液出口管直徑： m ;取釜液回流管直徑為： ； 4.塔頂蒸汽管 近似取精餾段體積流率為塔頂蒸汽體積流率: ; 取 u=15m/s ; 所以： ； 取塔頂蒸汽管尺寸為： ； 5.加熱蒸

21、汽管 （1）原料預(yù)熱器加熱管道 原料預(yù)熱器蒸汽流率為344.6kg/h ,取蒸汽底部流率為1.64kg/m3, 則u=15m/s ; ; 取加熱管蒸汽管尺寸為： ； （2）再沸器加熱管徑 蒸汽流率為2243.65 kg/h , =1.64 kg/m3 ; 則 ；取u=15m/s ; ; 取管徑尺寸為： ； 十三、精餾塔機(jī)械設(shè)計(jì)計(jì)算: （一）已知條件1.塔體內(nèi)徑Di=1000mm,塔高H45.5m ;2.設(shè)計(jì)壓力p=0.25MPa ,設(shè)計(jì)溫度t=200介質(zhì)為乙醇水溶液；3.腐蝕裕量C2=4mm ,安裝在合肥地區(qū)(暫不考慮地震影響)； （二）設(shè)計(jì)方法步驟1.材料的選擇：設(shè)計(jì)壓力p=0.5MPa，屬

22、于低壓分離裝置，介質(zhì)腐裕性未提特殊要求，可選取20R作為塔體的材料。 2.筒體、封頭壁厚的確定：先按內(nèi)壓容器設(shè)計(jì)厚度，然后按自重、液重等引起的正應(yīng)力及風(fēng)載荷引起的彎曲應(yīng)力進(jìn)行強(qiáng)度和穩(wěn)定性驗(yàn)算。 3.實(shí)質(zhì)性計(jì)算： （1）背體厚度計(jì)算： 在310時(shí)的作用應(yīng)力，查的110MPa ; (2)封頭壁厚計(jì)算： 采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，則： ； 為了便于焊接，采用封頭和壁厚等厚，即12mm; （3）塔體上各項(xiàng)載荷計(jì)算 （a） 塔體重量： ； 110層塔盤(pán)與內(nèi)件重量和位為： ；保溫層： ；操作塔共18層，每層500kg及斜梯每5米重125kg ;=18500+39125=6045kg ;料液按100層塔盤(pán)計(jì)算：

23、；裙座重量：1189 kg ;充水重量： ；塔體操作時(shí)重量： ；塔體與裙座操作時(shí)重量： ;全塔最大重量： 全塔最小重量：（b塔體的風(fēng)載荷和風(fēng)距： 風(fēng)載荷： ； 0.7，塔高51米高，取裙座5.5米，=1.0m,取1.8，3.010-5MPa,=0.4,=0.25 如下： 對(duì)于5-10 m 10-5.54.5m 查表的0.78 m; 對(duì)于10-20 m =20-10=10 m 查表的1.15 m ; 對(duì)于20-30 m =30-20=10 m 查表的1.33 m ; 對(duì)于30-40 m =40-30=10 m 查表的1.33 m; 對(duì)于40-50m =50-40=10m 查表的1.56 m; 對(duì)于50-60m =60-50=10m 查表的1.58 m; 各段均?。?024+2100+200+4001624 m; 塔體各段風(fēng)力：對(duì)于5-10m 對(duì)于10-20m 對(duì)于20-30m 對(duì)于30-40m 對(duì)于40-50m 對(duì)于50-60m 經(jīng)計(jì)算的（過(guò)程略）塔底底部截面彎距： 裙座底部截面彎距：(4)裙座強(qiáng)度及穩(wěn)定性驗(yàn)算 設(shè)裙座厚度為，附加量c=1