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，屬微分接觸操作過程。工業(yè)上對塔設(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)簡單，材料耗用量小（6）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、和解吸等過程。其主要特點(diǎn)是再塔板的開孔上裝有可浮動(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)。浮閥有盤式、條式等多種。國內(nèi)多采用盤式，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)較簡單。此型中的F-1型結(jié)構(gòu)簡單，已經(jīng)列入部頒標(biāo)準(zhǔn)，因此型號的重閥操作穩(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，對于熱敏性物質(zhì)或混合液沸點(diǎn)過高的物質(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 取液體通過降液管底隙的流速uo、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.開孔率： ； 3.開孔面積：0.1010.5720.0578 m2 ；4.氣體通過篩孔的氣速： ；（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 ;?。粍t 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；代入上面得幾個(gè)公式，化簡得

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 ；E1.03 ； =0.60 m ; ; ; ；綜上得： ； 0.00407 ；故： ； ；將： ； ； 及上面計(jì)算出來得數(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（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 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 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 一般對于粘度大的流體,流速應(yīng)該取得

19、小些;對于粘度小的流體,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： 對于5-10 m 10-5.54.5m 查表的0.78 m; 對于10-20 m =20-10=10 m 查表的1.15 m ; 對于20-30 m =30-20=10 m 查表的1.33 m ; 對于30-40 m =40-30=10 m 查表的1.33 m; 對于40-50m =50-40=10m 查表的1.56 m; 對于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：對于5-10m 對于10-20m 對于20-30m 對于30-40m 對于40-50m 對于50-60m 經(jīng)計(jì)算的（過程略）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