筛板塔设计(化工原理课程设计)

化工原理课程设计 筛板塔一、课程目标知识目标：1. 学生能理解筛板塔的基本结构和工作原理；2. 学生能掌握筛板塔在化工过程中的应用，包括物料分离、纯化等；3. 学生能运用化工原理，分析筛板塔的流体力学特性和操作参数的影响；4. 学生了解筛板塔的设计与优化原则。

技能目标：1. 学生具备运用化工软件对筛板塔进行模拟和计算的能力；2. 学生能够根据实际工况，设计并优化筛板塔的工艺参数；3. 学生能够运用实验技能，对筛板塔的性能进行测试和评价。

情感态度价值观目标：1. 学生培养对化工原理课程的兴趣，激发学习热情；2. 学生树立正确的工程观念，认识到化工技术在国民经济发展中的重要作用；3. 学生通过团队协作，培养沟通、交流和解决问题的能力；4. 学生在学习过程中，树立安全意识，关注环境保护。

课程性质：本课程为化工原理课程的实践环节，以筛板塔为研究对象，结合理论知识和实际操作，培养学生的工程实践能力。

学生特点：学生已具备一定的化工基础知识和实验技能，具有较强的学习能力和动手能力。

教学要求：结合筛板塔的工程背景，注重理论与实践相结合，提高学生的实际操作能力和工程素养。

在教学过程中，注重启发式教学，引导学生主动探究和解决问题。

通过课程目标分解，确保学生达到预期的学习成果，为后续的教学设计和评估提供依据。

二、教学内容1. 筛板塔的基本结构：介绍筛板塔的塔体、筛板、降液管、进料管、出料管等组成部分及其作用；参考教材章节：第三章第二节“塔设备及其结构”2. 筛板塔的工作原理：阐述气液两相在筛板塔内的流动和传质过程；参考教材章节：第三章第三节“塔内流体流动与传质过程”3. 筛板塔的应用：分析筛板塔在不同化工过程中的应用，如精馏、吸收、萃取等；参考教材章节：第三章第四节“塔设备的应用”4. 筛板塔的流体力学特性：讲解筛板塔的压降、液泛、漏液等流体力学现象及其影响因素；参考教材章节：第四章第一节“塔设备的流体力学特性”5. 筛板塔的设计与优化：介绍筛板塔的设计原则、计算方法和优化策略；参考教材章节：第四章第二节“塔设备的设计与优化”6. 筛板塔的实验操作：组织学生进行筛板塔性能测试实验，掌握实验操作方法和数据处理；参考教材章节：实验教程“筛板塔性能测试实验”教学内容安排和进度：本教学内容分为6个部分，共计12课时。

化工原理课程设计任务书设计题目：乙醇——水筛板精馏塔工艺设计（取至南京某厂药用酒精生产现场）设计条件： 1. 常压操作，P=1 atm（绝压）。

2. 原料来至上游的粗馏塔，为95——96℃的饱和蒸汽。

因沿程热损失，进精馏塔时原料液温度降为90℃。

3. 塔顶产品为浓度92.41%（质量分率）的药用乙醇，产量为 40吨/日。

4．塔釜排出的残液中要求乙醇的浓度不大于0.03%（质量分率）。

5．塔釜采用饱和水蒸汽加热（加热方式自选）；塔顶采用全凝器，泡点回流。

6．操作回流比R=（1.1——2.0）R min。

设计任务： 1. 完成该精馏塔工艺设计，包括辅助设备及进出口接管的计算和选型。

2．画出带控制点的工艺流程图，t-x-y相平衡图，塔板负荷性能图，筛孔布置图以及塔的工艺条件图。

3．写出该精流塔的设计说明书，包括设计结果汇总和对自己设计的评价。

指导教师：时间1设计任务1.1 任务1.1.1 设计题目乙醇—水筛板精馏塔工艺设计（取至南京某厂药用酒精生产现场）1.1.2 设计条件 1.常压操作，P＝1 atm（绝压）。

2．原料来至上游的粗馏塔，为95－96℃的饱和蒸气。

因沿程热损失，进精馏塔时原料液温度降为90℃。

3．塔顶产品为浓度92.41%（质量分率）的药用乙醇，产量为40吨/日。

4．塔釜排出的残液中要求乙醇的浓度不大于0.03％(质量分率)。

5．塔釜采用饱和水蒸气加热（加热方式自选）；塔顶采用全凝器，泡点回流。

6．操作回流比R=(1.1—2.0)R。

min1.1.3 设计任务1.完成该精馏塔工艺设计，包括辅助设备及进出口接管的计算和选型。

2．画出带控制点的工艺流程示意图，t-x-y相平衡图，塔板负荷性能图，筛孔布置图以及塔的工艺条件图。

3．写出该精馏塔的设计说明书，包括设计结果汇总和对自己设计的评价。

1.2 设计方案论证及确定1.2.1 生产时日设计要求塔日产40吨92.41%乙醇，工厂实行三班制，每班工作8小时，每天24小时连续正常工作。

化工原理课程设计任务书班级：生工081姓名：丁尚************陈国钰************设计题目：乙醇水溶液筛板精馏塔的工艺设计一.基础数据1.原料液量：8000kg·h-12.原料液组成：乙醇：22.6% ，水：77.4%3.原料液温度：25℃4.馏出液组成：乙醇含量大于：93.2%釜液组成：乙醇含量小于：1.1%(以上浓度均指质量分率)5.操作压力：常压二.设计范围1.精馏系统工艺流程设计，绘流程图一张2.筛板精馏塔的工艺计算3.筛板精馏塔塔板结构的工艺设计，绘制塔板负荷性能图，塔板结构图和整体设备结构图4.附属设备选型计算2011.7.8目录第一章：概述 (2)第二章：精馏工艺流程确定 (4)第三章：精馏塔的物料衡算 (5)第四章：塔板数的确定 (10)第五章：塔板结构的工艺设计 (19)第六章：塔板流体力学校核 (29)第七章：塔板负荷性能图 (33)第八章：塔的总体结构的确定 (39)第九章：馏塔附属设备选型计算 (46)参考文献 (51)附录 (52)第一章概述塔设备是化工，石油化工和炼油等生产中最重要的设备之一。

它可使气液或液液两相之间进行紧密接触，达到相际传质及传热的目的。

它是实现精馏，吸收，解吸和萃取等化工单元操作的主要设备。

塔设备在化工过程中有时也用来实现工业气体的冷却与回收，气体的湿法净制和干燥，以及兼有气液两相传质和传热的增湿，减湿等。

在板式塔中，塔内装有一定数量的塔盘，气体以鼓泡或喷射的形式穿过塔板上的液层使两相密切接触，进行传质，两相的组分浓度沿塔高呈阶梯式变化。

在填料塔中，塔内装填一定段数和一定高度的填料层，液体沿填料表面成膜状向下流动，作为连续相的液体自下向上流动，与液体逆流传质。

两相的组分浓度沿塔高呈阶梯式变化。

不管是何种塔型，除了首先要能使气（汽）液两相充分接触，获得较高的传热效率外，还希望能综合满足下列要求：(1)生产能力大。

在较大的气（汽）液流速下，仍不致发生大量的物沫夹带及液泛等破坏正常操作的现象。

目录摘要 (3)第一章．化工原理课程设计任务书 (4)第二章．设计方案的确定 (4)第三章.精馏塔的工艺计算 (5)3.1.全塔物料衡算 (5)3.1.1原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数 (5)3.12.原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 (5)3.13物料衡算进行处理 (5)3.2 实际回流比 ............................................................................... 错误！未定义书签。

3.2.1泡点温度，露点温度的计算.......................................... 错误！未定义书签。

3.2.3操作线方程...................................................................... 错误！未定义书签。

3.3逐板计算法求理论塔板数 ........................................................ 错误！未定义书签。

3.4实际板层数的求取 .................................................................... 错误！未定义书签。

3.5热量衡算的计算 ........................................................................ 错误！未定义书签。

3.6精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算............................. 错误！未定义书签。

3.6.1操作压力的计算.............................................................. 错误！未定义书签。

3.6.2平均摩尔质量的计算...................................................... 错误！未定义书签。

课程名称：化工原理课程设计设计内容：筛板式精馏塔设计年级：年级姓名：姓名日期：日期目录一、前言.......................................................... (4)1、塔设备在化工生产中的作用与地位 (4)2、塔设备的分类 (4)3、板式塔 (4)3.1、筛板塔 (4)4 、乙醇和水体系 (4)二、计算说明书 (5)1 设计单元操作方案简介 (5)2 筛板塔设计须知 (5)3 筛板塔的设计程序 (6)三、设计计算书........................................... ...... (6)1、已知参数 (6)1.1设计条件 (6)1.2设计要求 (6)2、精馏流程的确定 (6)3、塔的物料衡算 (7)4、塔板数的确定 (7)4.1、理论塔板数T N的求取 (7)4.2全塔效率T E估算 (10)4.3实际塔板数 (10)5、工艺计算和物性 (10)5.1全塔的平均温度 (12)5.2操作压强Pm (12)5.3、平均摩尔质量Mm (12)ρ (13)5.4、平均密度mσ (14)5.5、液体表面张力m5.6、负荷计算 (14)6、塔和塔板主要工艺尺寸计算 (15)6.1、塔径D (15)6.2、溢流装置 (16)l (17)6.2.1、溢流堰长Wh (17)6.2.2、出口堰高w6.2.3、管滴宽度dW 与降液管滴面积fA (17)6.2.4.降液管底隙高度oh (18)6.3、塔板布置...........................................................................18 6.4、筛孔数n 与开孔率 ............................................................20 6.5、塔有效高度Z ..................................................................21 6.6、塔高计算...........................................................................21 7、筛板的流体力学验算 (22)7.1气体通过筛板压强降的液柱高度ph (22)7.2、雾沫夹带量Ve 的验算 (23)7.3、漏液的验算........................................................................24 7.4、液泛的验算........................................................................24 8、塔板负荷性能图 (24)8.1、过量液沫夹带线..................................................................24 8.2、液泛线..............................................................................26 8.3、液相负荷上限线..................................................................27 8.4、漏液线..............................................................................27 8.5、液相负荷下限线..................................................................27 8.6、操作弹性...........................................................................28 9、筛板塔设计计算结果汇总............................................................29 10、附属设备和接管尺寸 (30)10.1、塔顶全凝器计算与选型的 (30)10.1.1、冷凝器的形式。

目录第一部分 工艺设计物料衡算 (2)塔顶温度、塔底温度及R min (2)确定最佳操作回流比及塔板层数 (4)第二部分 结构设计塔顶实际气液相体积流量 (12)塔板间距H T 的选择 (13)确定液泛的动能参数 (13)计算液泛速度U F （U max ） (14)空塔气速U G (14)确定溢流方式 (14)根据V G 求D (14)计算圆整后实际气速 (14)确定溢流堰高度h w 及堰上液层高度h ow (15)板面筛孔位置设计 (15)水力学性能参数的计算、校核 (16)负荷性能图及操作性能评定 (17)筛板塔工艺设计计算结果总表 (18)第三部分 结束语结束语 (19)甲苯—二甲苯连续精馏筛板塔的设计第一部分工艺设计一、物料衡算原料甲苯（M=92kg/kmol）二甲苯（M=106kg/kmol）F=12500kg/h 将F换成kmol/hF=12500×0.45/92+12500×(1-0.45)/106=126.00kmol/h馏出液中低沸点组分的含量不低于0.952X F = 0.45/（0.45/92+0.55/106）=0.485X D =0.952/92〔0.952/92+（1-0.952）/106〕=0.9581D X D/F X F=0.962D =0.962×126.00×0.4852/0.9581=61.38kmol/hW =F－D =126.00－61.38=64.62F X F = D X D+WX WX W =（F XF －D XD）/W=（126.00×0.4852－61.38×0.9581）/64.62=0.036二、塔顶温度、塔底温度及R min1、确定操作压力P顶=760mmHgP底=760+28×100/13.6=965.882 mmHg2、计算塔顶温度t d（露点）⑴设t d =112℃㏒P0A =A i－B i/(C i+t d)A A=6.953B A=1344C A=219,4A B=7,000B B=1463C B=214.7lgP0A =A A－B A/(C A+t d)= 6.953－1344/（112+219.4）P0A =789.73mmHgK A = P0A/P顶=789.73/760=1.039lgP0B =A B－B B/(C B+t d)= 7.000－1463/（112+214.7）同理，P0B = 332.57mmHgK B=0.4376X A=y A/ K A 其中y A = X DX A=y A/ K A =0.9581/1.039=0.9221X B = y B/ K B其中y B =1－y A =1－0.9581=0.0419X B = y B/ K B =0.0419/0.4376=0.0957∣ΣX i－1∣=∣X A+ X B－1∣=∣0.9221+0.0957－1∣=0.0178＞ε（0.0004）⑵设t d =112.7℃lgP0A =A A－B A/(C A+t d)= 6.953－1344/（112.7+219.4）P0A =805.43mmHgK A = P0A/P顶=1.060lgP0B =A B－B B/(C B+t d)= 7.000－1463/（112.7+214.7）同理，P0B = 339.99mmHg K B=0.4473X A=y A/ K A 其中y A = X DX A=y A/ K A =0.9039X B = y B/ K B其中y B =1－y A =1－0.9581=0.0419X B = y B/ K B =0.0937∣ΣX i－1∣=∣X A+ X B－1∣=∣0.9039+0.0937－1∣=0.024＞ε（0.0004）⑶设t d =112.6℃lgP0A =A A－B A/(C A+t d)= 6.953－1344/（112.6+219.4）P0A =803.12mmHgK A = P0A/P顶=1.057lgP0B =A B－B B/(C B+t d)= 7.000－1463/（112.6+214.7）同理，P0B = 338.92mmHg K B=0.4459X A=y A/ K A 其中y A = X DX A=y A/ K A =0.9064X B = y B/ K B其中y B =1－y A =1－0.9581=0.0419X B = y B/ K B =0.09396∣ΣX i－1∣=∣X A+ X B－1∣=∣0.9064+0.09396－1∣=0.00036＜ε（0.0004）α顶= P0A /P0B =803.12/338.92=2.3696t顶 =112.6℃3、塔底温度t b（泡点）⑴设t b =145.5℃㏒P0A =A i－B i/(C i+t b)A A=6.953B A=1344C A=219.4A B=7.000B B=1463C B=214.7lgP0A =A A－B A/(C A+t b)= 6.953－1344/（145.5+219.4）lgP0B =A B－B B/(C B+t b)= 7.000－1463/（145.5+214.7）P0A =1861.23mmHgK A = P0A/P=1861.23/965.882=1.927同理，P0B =867.696 K B=0.898y A= X A K A其中X A = X Wy A = X A K A = K A X W =1.927×0.036=0.069y B =X B K B其中X B=1－X W =1－0.036=0.964 y B =X B K B =0.964×0.898=0.8657∣Σy i－1∣=∣y A+ y B－1∣=∣0.069+0.964－1∣=0.0653＞ε（0.0004）⑵设t b =149℃P0A =2017.4mmHg K A =2.0886同理，P0B =949.41 K B=0.9829y A = 0.075 y B =0.9475∣Σy i－1∣=∣y A+ y B－1∣=∣0.075+0.9475－1∣=0.0225＞ε（0.00004）⑶设t b =148℃P0A =1971.79mmHg K A =2.0414同理，P0B =925.47 K B=0.9582y A = 0.073 y B =0.9236∣Σy i－1∣=∣y A+ y B－1∣=∣0.073+0.9236－1∣=0.0033＞ε（0.0004）⑷设t b =148.1℃P0A =1976.32mmHg K A =2.0461同理，P0B =927.84 K B=0.9606y A = 0.0737 y B =0.9260∣Σy i－1∣=∣y A+ y B－1∣=∣0.0737+0.9260－1∣=0.00026＜ε（0.0004）α底= P0A /P0B =1976.32/927.84=2.1300t底 =148.1℃α =（α顶×α底）1/2=（2.3696×2.1030）1/2=2.2474.求R minq=1Xe= X F =0.4852y e =αXe/1+（α－1）Xe =2.247×0.4852/1+（2.247－1）×0.4852=0.6793 －y e）/（y e－Xe）=（0.9581－0.6793）/（0.6793－0.4852）=1.4364 R min=（XD三、确定最佳操作回流比及塔板层数R=（1.1，1.3，1.5，1.7，1.9）R min采用逐板法计算R=（1.2，1.4，1.6，1.8，2.0）R min采用捷算法计算逐板法计算⑴ R=1.1R min =1.1×1.4364=1.580精馏段：X n =y n/α－（α－1）y n = y n /2.247－（2.247－1）×y nY n+1 =X n R/（R+1）+ X D/（R+1）=0.6124 X n +0.3713X1=0.9150 y2=0.9289X2 =0.85326 y3 =0.8938X3 =0.3793y4 =0.7236 X4 =0.7124y5 =0.8144X5 =0.66137y6 =0.7763 X6 =0.6070 y7 =0.7430X7 =0.5627y8 =0.7159 X8 =0.5286 y9 =0.6950X9 =0.5035 y10 =0.6797 X10 =0.4856 y11=0.6687X11 =0.4732＜X F（0.4852）所以此操作回流比下精馏段理论塔板数为10（块）提馏段：Y m+1=（R+q×F／D）X n/（R+1）－(1－q）×F／D－(F／D －1) X W/（R+1）－ (1－q）×F／D=1.4081 X n－0.01469y12 =0.6516 X12 =0.4543 y13 =0.6249 X13 =0.4258y14 =0.5849 X14 =0.3854 y15 =0.5280 X15 =0.3324y16 =0.4534 X16 =0.2696 y17 =0.3649 X17 =0.2036y18 =0.2721 X18 =0.1426 y19 =0.1861 X19 =0.0924y20 =0.1154 X20 =0.0548y21 =0.0625 X21＜X W（0.036）此操作回流比下提馏段理论塔板数为10（块）全塔理论塔板数N T =20（块）⑵ R=1.3R min时，精馏段：X1 =0.9105 y2 =0.9217 X2 =0.8499 y3 =0.8877X3 =0.7786 y4 =0.8412 X4 =0.7022 y5 = 0.7951X5 =0.6281 y6 =0.7432 X6 =0.5629 y7 =0.7008X7 = 0.51038 y8 =0.6665 X8 =0.47081 ＜X F（0.4852）提馏段：Y9 =0.6305 X9 =0.4316 y10 =0.5768 X10 =0.3776y11 =0.5031 X11 =0.3106 y12 =0.4115 X12 =0.2373y13 =0.3113 X13 =0.1674 Y14 =0.2157 X14 =0.1090y15 =0.1359 X15 =0.0654 y16 =0.0762 X16＜X W（0.036）⑶ R=1.5R min时，精馏段：X1 =0.9105 y2 =0.9256 X2 =0.8469y3 =0.8821X3 =0.7692 y4 =0.8291 X4 =0.6833 y5 =0.7704X5 =0.5900 y6 =0.7128 X6 =0.5249 y7 =0.6621X7 =0.4659 ＜X F（0.4852）提馏段：Y8 =0.6093 X8 =0.4098 y9 =0.5345 X9 =0.3382Y10 =0.4390 X10 =0.2583 y11 =0.3325 X11 =0.1815Y12 =0.2301 X12 =0.1174 y13 =0.1445 X13 =0.0699Y14 =0.0813 X14 =0.0378 y15 =0.03851 X15＜X W（0.036）⑷ R=1.7R min时，精馏段：X1 =0.9105 y2 =0.9244 X2 =0.8448y3 =0.8777X3 =0.7617 y4 =0.8188 X4 =0.6679 y5 =0.7522X5 =0.5748 y6 =0.6862 X6 =0.4932 y7 =0.6283X7 =0.42933 ＜X F（0.4852）提馏段：Y8 =0.5496 X8 =0.3519 y9 =0.4486 X9 =0.2658Y10 =0.336 X10 =0.1839 y11 =0.2292 X11 =0.1168Y12 =0.1416 X12 =0.0684 y13 =0.0783 X13 =0.0364Y14 =0.0365 X14＜X W（0.036）⑸ R=1.9R min时，精馏段：X1 =0.9105 y2 =0.9232 X2 =0.8427y3 =0.8736X3 =0.7548 y4 =0.8093 X4 =0.6538 y5 =0.7355X5 =0.5530 y6 =0.6426 X6 =0.46535＜X F（0.4852）提馏段Y7 =0.5865 X7 =0.3869Y8 =0.4860 X8 =0.2961 y9 =0.3695 X9 =0.2069Y10 =0.2551 X10 =0.1322 y11 =0.1594 X11 =0.07783Y12 =0.0896 X12 =0.0419 y13 =0.0436 X13＜X W（0.036）捷算法计算⑴ R=1.2R min=1.7237N min=lg[(XD /1-XD)/(XD/1-XD)]/lgα= 7.9265X=(R-R min )/(R+1)=0.1055Y=0.75×(1-X0.5668)=0.5404因为 Y=(N- N min)/(N+1) 所以 N=(Y+ N min)/(1-Y)=18.42) (包括釜)⑵ R=1.42R min=2.0110X=0.1908 Y=0.4567 N=15.43(包括釜)⑶ R=1.6R min=2.2982X=0.2613 Y=0.3995 N=13.86(包括釜)⑷ R=1.8R min=2.5855X=0.3205 Y=0.3565 N=12.87(包括釜)⑸ R=2.0R min=2.8728X=0.3709 Y=0.3225 N=12.17(包括釜)回流比R为1.1~2.0倍R min，步长为0.1R min时各塔段及全塔理论塔板数如下表：最佳操作回流比R=2.01196 最佳理论塔板数N T =14（块）塔板效率t=(t d+t b)/2=(112.6+146.63)/2=129.62℃µ甲苯=µ20+△µ（t－20）/△t=0.586+[-0.0035×（129.62－20）]=0.2023µ二甲苯=µ20+△µ（t－20）/△t=0.687+[-0.0042×（129.62－20）]=0.2266 µAV =Σx iµLi = X FµL甲苯+ X FµL二甲苯 =0.4852×0.2023+0.2266×0.5148=0.2148E=0.563-0.276LogaµAV +0.0815（ LogaµAV）2=0.6245Nｅ= N/ 1.1E =14/0.7240=20.37 圆整为21块第二部分结构设计塔精馏段第一块塔板的设计一、塔顶实际气液相体积流量ρ=ρ20+△ρ（t d－20）/△t对液相来说：ρL二甲苯=ρ20+△ρ（t d－20）/△t=864+[-0.875×（112.6－20）]=782.975 Kg/m3 ρL甲苯=ρ20+△ρ（t d－20）/△t=869+[-0.978×（112.6－20）]=778.437 Kg/m3ρL=Σx iρL i=ρL甲苯 X1+ρL二甲苯（1－X1）=778.437×0.9105+782.975×（1－0.9105）=781.25 Kg/m3M L=Σx i M i= M甲苯X1+M二甲苯（1－X1）=92×0.9105+106×（1－0.9105）=93.2554对气相来说：ρG =PM G/RT =PΣy i M i/RT=101325×[X D M甲苯+（1－X D）M二甲苯]/8.314×（273.15+t d）=101325×[0.9581×92+（1-0.9581）×106]/8.314×（273.15+112.6）=2.9251 Kg/m3V G =（R+1）DM G/ρG=（2.0110+1）×61.38×92.5866/2.9251=5849.85V L =RDM L/ρL=2.0110×61.38×93.2554/781.25=14.734的选择二、塔板间距HTH=0.45mT三、确定液汽的动能参数V L/ V G=0.0412查表 C20=0.084σ=σ20+△σ（t－20）/△tσ二甲苯=σ20+△σ（t－20）/△t=28.99+（-0.109）×（112.6－20）=18.8966 σ甲苯=σ20+△σ（t－20）/△t=28.53+（-0.113）×（112.6－20）=18.0662 σ=Σx iσ i=σ甲苯X D+σ二甲苯（1－X D）=18.0662×0.4852+18.8966×（1－0.4852）=18.4937 C= C20（σ/20）0.2=0.084×（18.4937/20）0.2 =0.0836四、计算液泛速度U F（U max）U F =C=0.0836×（781.25-2.9251/2.9251）0.5=1.37 m/s 五、空塔气速U G =0.7U F =0.7×1.37=0.959 m/s六、确定溢流方式L W/D =0.7A d/A=0.088W d/D=0.14七、根据V G求DA G =V G/ U G =5849.85/0.959×3600=1.694A G =A（1－A d/A）A=1.857D=（4A/π）0.5=（4×2.1708/3.14）0.5=1.54m圆整后D=1.6m八、计算圆整后实际气速A=πD2/4=3.14×1.62/4=2.01m2A G = A（1－A d/A）=2.01×（1－0.088）=21.83U G = V G/ A G =5849.85/1.83×3600=0.8879U G/ U F =0.8879/1.37=0.648l W =0.7D=0.7×1.6=1.12mW d =0.14D=0.14×1.6=0.224mA d =0.088A =0.1634 m2九、确定溢流堰高度h w和堰上液层高度h ow选h w =0.05mV L/ l W2.5=1.734/1.122.5=13.16E W =1.032h ow =0.0028E W（V L/ l W）2/3=0.0028×1.032×（14.734/1.12）2/3=0.016mh w + h ow =0.05+0.016=0.066m=66mm十、板面筛孔位置设计1、板面筛孔孔径d o =5mm中心距t / d o =3板厚t p =3.5mm2、计算开孔区面积A aA a =A－2 A dA a =1.857－2×0.1634=1.530 m23、求开孔率υυ= A0/ A a =0.907（d o / t）2=0.907×（1/3）2=0.1014、计算塔板开孔面积A0=υA a =0.101×1.530=0.15465、孔速U0 = V G/ A0=5849.85/0.1546×3600=10.511 m/s6、孔数N= A0/（πd o2/4）=0.1546/（3.14×0.0052）/4=7878（个）十一、水力学性能参数的计算、校核1、液沫夹带分率的校核E G =0.057{U G/[H T－2.5（h w + h ow）]}/ σ=0.057×[0.8879/（0.45－2.59×(0.05 +0.016）]/18.4937=0.0098〈10%2、塔板压降①干板压降h0=（U0/C0）2（ρG/ρL）/2g=（10.5107/0.8）2（2.9251/781.25）/2×9.8=0.0329m②液体静压降H e =β（h w + h ow ）=0.59×0.066=0.0389m ③表面压力降h σ=4×10-3×σ/g ρL d o =4×10-3×18.4937/（9.8×781.25×0.005）=0.0019m 单板压降 △h= h 0+ h e =0.0329+0.0389=0.0718m 3、液面落差 △＜h 0/2 忽略 4、塔板漏液情况校验 ①产生漏液的干板压降h 0／h 0／=0.0056+0.13（h w + h ow ）- h 0=0.0056+0.13×0.066-0.0019=0.0123 ②工作状态下K= （h 0/ h 0／）0.5=（0.0329/0.0123）0.5=1.6368〉1.55、降液管液泛情况校验①选取降液管下缘到下层塔板距离 20mm A da =0.02×l W =0.02×1.12=0.0224m 2②液体流出降液管的阻力损失h da =1.39（V L /3600 A da ）2/g=1.39×（14.734/3600×0.0224）2/9.8=0.0047 ③计算液层高度H d ，泡沫层高度H d H d =△H t + h w + h ow +△+ h da=0.0718+0.05+0.016+0.004730=0.1425 H d ／= H d /υ=0.1425/0.5=0.285H d ／(H T + h w) =0.285／(0.5+0.05)=0.568＜1符合 ④液体在降液管中停留时间的校验τ=3600 H d A d / V L =3600×0.1425×0.1634/14.734=5.69 s> 3 s 十二、负荷性能图及操作性能评定1、负荷性能图 ⑴漏液线漏液点的干板压降为：H 10=0.0056+0.13×(h w +h ow )- h σhw=0.05 hσ= 0.0019⑴最大气相负荷线（最大允许液沫夹带线）how= 0.0028 E W (V L/ L W)2/3= 0.0028×1.032×(V L /1.12)2/3]}= 0.579(V L )2/3H1=0.0056＋0.13×(0.05＋0.596V L2/3)-0.0019=0.0102＋0.0775(V L )2/3干板压力降的表示式h0 =（U0/C0）2（ρG/ρL）/2g=0.0125VG2得漏液点V G和V L的关系V G=（0.816＋6.2(V L )2/3）1/2绘出漏液线如图中的线①⑵液体流量下限线how= 0.596 E W (V L)2/3 V L =0.0010V L=1200 A d H d=1200×0.1998×0.3112=74.6133绘出液体流量如图中的线②⑶液体流量上限线停留时间τ= H d A d / V L=0.1425×0.1634/ V L = 3 V L =0.0077绘出液体流量上限线③⑷降液管液泛线Hd￠= Hd／/υ=HT+hw(△H t+ h w + h ow+△+ had) /υ= HT +hw①①H T =0.45 hw=0.05 △=0 ② how= 0.596(V L )2/3 ②h da=1.39（V L/0.0224 ）2/g= 282.68 (V L)2③△ h= h0+ h e ④h0=0.0125（V G）2 ⑤H e =β（h w + h ow）=0.03+0.3516(V L )2/3 ⑥把②③④⑤⑥代入①所以V G = （13.6-75.808(V L )2/3- 22614.4(V L )2 )1/2绘出液泛线④⑸雾沫夹带上限线Eg=0.0057/σ(u/ HT -2.5×（hw+ how） )3.20.1=0.0057/18.4937(VG /1.83/ 0.45-2.5×（0.05 + 0.596(VL)2/3） )3.2V G =3.625-16.162(VL)2/3绘出雾沫夹带上限线⑤2、操作性能评定本设计的操作条件为V L =0.0041 m3/s V G =1.6250 m3/s 由图知 最小负荷V G 、min = 1.15 m3/s V L 、min =0.0024 m3/s最大负荷V G 、max =2.84 m3/s V L 、max =0.0067 m3/sa 操作弹性系数K T 、G =V G 、max / V G 、min =2.84/1.15=2.46 K T 、L =V L 、max / V L 、min =0.0067/0.0024=2.79b 、设计工作点安定系对气相负荷上限：K A 、G =V G 、max / V G =2.84/1.6250=1.75 对气相负荷下限：K /A 、G =V G / V G 、min =1.6250/1.15=1.41 对液相负荷上限：K A 、L =V L 、max / V L =0.0067/0.0041=1.63 对液相负荷下限：K /A 、L =V L / V L 、min =0.0041/0.0024=1.71第三部分结束语通过本次对双组分连续精馏筛板塔的设计，我了解了设计要求，掌握了设计步骤，学会熟练地计算在给定原料组成及处理量、产品组分或分离要求的情况下的设计过程，更为以后在工作中似的实际运用打下了良好的基础。

化工原理课程设计筛板塔一、课程目标知识目标：1. 理解并掌握化工原理中筛板塔的基本概念、工作原理及结构特点；2. 掌握筛板塔在精馏、吸收等单元操作中的应用及操作条件对分离效果的影响；3. 了解筛板塔在化工生产过程中的重要性和实际工程案例。

技能目标：1. 能够运用所学知识，分析并解决筛板塔在操作过程中可能遇到的问题；2. 学会使用相关软件或工具，对筛板塔进行设计和计算，提高工程实践能力；3. 能够通过团队合作，完成筛板塔课程设计任务，并进行有效的展示和沟通。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对化工原理课程的兴趣，激发学习热情，形成积极的学习态度；2. 增强学生的环保意识，认识到化工生产过程中节能减排的重要性；3. 培养学生的团队合作精神，提高沟通与协作能力，为未来职业生涯奠定基础。

本课程针对高中年级学生，结合化工原理课程特点，以筛板塔为载体，旨在提高学生理论联系实际的能力。

课程目标具体、可衡量，有利于学生和教师在教学过程中明确课程预期成果，并为后续的教学设计和评估提供依据。

二、教学内容1. 理论知识：- 筛板塔的基本概念、分类及结构特点；- 筛板塔的工作原理及在精馏、吸收等单元操作中的应用；- 筛板塔操作条件对分离效果的影响因素；- 筛板塔在化工生产中的重要性及实际工程案例。

2. 实践操作：- 使用相关软件或工具进行筛板塔的设计和计算；- 分析筛板塔操作过程中可能遇到的问题及解决方案；- 团队合作完成筛板塔课程设计，并进行展示和沟通。

3. 教学大纲安排：- 第一周：筛板塔基本概念、分类及结构特点；- 第二周：筛板塔工作原理及在单元操作中的应用；- 第三周：筛板塔操作条件对分离效果的影响；- 第四周：筛板塔设计及计算方法；- 第五周：课程设计实践，问题分析及解决方案；- 第六周：课程设计成果展示与评价。

教学内容参考教材相关章节，结合课程目标，保证科学性和系统性。

在教学过程中，注重理论与实践相结合，提高学生的工程实践能力。

化工原理课程设计说明书随着合成纤维、合成树脂、合成橡胶、医药、农药、染料等工业的迅速发展，对各种化工产品的需要量不断增加。

但是在化学回收过程所获得的有机液体产品是一种复杂的混合物, 只有将其分离成较纯组分, 才能在工业上获得更合理和广泛的应用。

在分离加工过程中往往采用初次蒸馏及精馏操作,即根据组成该液体混合物的各组分的挥发度不同在蒸馏设备中经多次的部分汽化和部分冷凝, 使液体混合物分离成较纯组分而获得各种产品。

精馏是分离液体混合物最常用的一种单元操作，在化工，炼油，石油化工等工业得到广泛应用。

精馏过程在能量计的驱动下，使气，液两相多次直接接触和分离，利用液相混合物中各相分挥发度的不同，使挥发组分由液相向气相转移，难挥发组分由气相向液相转移。

实现原料混合物中各组成分离该过程是同时进行传质传热的过程。

[1]本次设计任务为设计一定处理量的精馏塔，实现苯——甲苯的分离。

苯——甲苯体系比较容易分离，待处理料液清洁。

因此用筛板塔。

本课程设计的主要内容是过程的物料衡算，热量衡算，工艺计算，结构设计和校核。

第一部分概述 (3)一、设计题目：筛板塔设计 (3)二、设计任务：苯-甲苯精馏塔设计 (3)三、设计条件： (3)四、设计内容和要求： (3)五、工艺流程图 (4)第二部分工艺设计计算 (5)一、设计方案的确定 (5)二、精馏塔的物料衡算 (5)三、塔板数的确定 (6)四、精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (8)五、精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (11)六、塔板主要工艺尺寸的计算 (12)七、筛板的流体学验算 (14)八、塔板负荷性能图 (16)九、设计一览表 (19)十、热量衡算 (20)十一、管选型 (23)第一部分概述一、设计题目：筛板塔设计二、设计任务：苯-甲苯精馏塔设计三、设计条件：1、年处理含苯41%（质量分数，下同）的苯-甲苯混合液3万吨；2、产品苯含量不低于96%；3、残液中苯含量不高于1%；4、操作条件：精馏塔的塔顶压力：4kPa（表压）进料状态：自选回流比：自选加热蒸汽压力：101.33kPa（表压）单板压降：不大于0.7kPa（表压）全塔效率：E T=52%5、设备型式：筛板塔6、设备工作日：300天/年，24h连续运行四、设计内容和要求：序号设计内容要求1 工艺计算物料衡算、热量衡算、理论塔板数等2 结构设计塔高、塔径、溢流装置及塔板布置、接口管的尺寸等3 流体力学验算塔板负荷性能图4 冷凝器的传热面积和冷却介质的用量计算5 再沸器的传热面积和加热介质的用量计算6 计算机辅助计算将数据输入计算机，绘制负荷性能图7 编写设计说明书目录、设计任务书、设计计算及结果、流程图、参考资料等五、工艺流程图原料液由高位槽经过预热器预热后进入精馏塔内。

第一章概述精馏是分离过程中的重要单元操作之一，所用设备主要包括精馏塔及再沸器和冷凝器。

1．精馏塔精馏塔是一圆形筒体，塔内装有多层塔板或填料，塔中部适宜位置设有进料板。

两相在塔板上相互接触时，液相被加热，液相中易挥发组分向气相中转移；气相被部分冷凝，气相中难挥发组分向液相中转移，从而使混合物中的组分得到高程度的分离。

简单精馏中，只有一股进料，进料位置将塔分为精馏段和提馏段，而在塔顶和塔底分别引出一股产品。

精馏塔内，气、液两相的温度和压力自上而下逐渐增加，塔顶最低，塔底最高。

本设计为筛板塔，筛板的突出优点是结构简单、造价低、塔板阻力小且效率高。

但易漏液，易堵塞。

然而经长期研究发现其尚能满足生产要求，目前应用较为广泛。

2．再沸器作用：用以将塔底液体部分汽化后送回精馏塔，使塔内气液两相间的接触传质得以进行。

本设计采用立式热虹吸式再沸器，它是一垂直放置的管壳式换热器。

液体在自下而上通过换热器管程时部分汽化，由在壳程内的载热体供热。

立式热虹吸特点：▲循环推动力：釜液和换热器传热管气液混合物的密度差。

▲结构紧凑、占地面积小、传热系数高。

▲壳程不能机械清洗，不适宜高粘度、或脏的传热介质。

▲塔釜提供气液分离空间和缓冲区。

3．冷凝器（设计从略）用以将塔顶蒸气冷凝成液体，部分冷凝液作塔顶产品，其余作回流液返回塔顶，使塔内气液两相间的接触传质得以进行，最常用的冷凝器是管壳式换热器。

第二章方案流程简介1．精馏装置流程精馏就是通过多级蒸馏，使混合气液两相经多次混合接触和分离，并进行质量和热量的传递，使混合物中的组分达到高程度的分离，进而得到高纯度的产品。

流程如下：原料（丙稀和丙烷的混合液体）经进料管由精馏塔中的某一位置（进料板处）流入塔内，开始精馏操作；当釜中的料液建立起适当液位时，再沸器进行加热，使之部分汽化返回塔内。

气相沿塔上升直至塔顶，由塔顶冷凝器将其进行全部或部分冷凝。

将塔顶蒸气凝液部分作为塔顶产品取出，称为馏出物。

筛板塔课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握筛板塔的基本结构和工作原理；2. 使学生了解筛板塔在化工过程中的应用及重要性；3. 帮助学生理解筛板塔内流体流动和传质过程的基本规律。

技能目标：1. 培养学生运用所学知识分析和解决实际工程问题的能力；2. 提高学生设计筛板塔并进行性能优化的技能；3. 培养学生通过实验和数据分析，对筛板塔操作进行故障诊断和调整的能力。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对化学工程学科的兴趣，激发学习热情；2. 培养学生的团队协作意识和沟通能力，提高合作解决问题的能力；3. 引导学生关注环保和可持续发展，树立绿色化工观念。

分析课程性质、学生特点和教学要求：本课程为化学工程学科的基础课程，旨在帮助学生掌握筛板塔的相关知识。

学生年级为高中二年级，具有一定的化学和物理基础。

课程要求将理论知识与实际应用相结合，注重培养学生的实践能力和创新精神。

课程目标具体、可衡量，以便学生和教师能够清晰地了解课程的预期成果。

课程目标分解为具体学习成果：1. 学生能够描述筛板塔的结构、工作原理和应用场景；2. 学生能够运用流体力学和传质学知识分析筛板塔内流动和传质过程；3. 学生能够设计简单的筛板塔，并进行性能优化；4. 学生能够通过实验和数据分析，对筛板塔操作进行故障诊断和调整；5. 学生能够树立绿色化工观念，关注环保和可持续发展。

二、教学内容1. 筛板塔的基本概念：介绍筛板塔的定义、类型及其在化工生产中的应用。

教材章节：第三章第二节内容：板式塔的分类、结构特点、应用领域。

2. 筛板塔的结构与工作原理：分析筛板塔的构造、流体流动和传质过程。

教材章节：第三章第三节内容：筛板塔的结构设计、流体分布器、筛板性能、传质效率。

3. 筛板塔的流体力学和传质学原理：探讨流体在筛板塔内的流动特性、传质规律。

教材章节：第三章第四节内容：流体力学基础、塔板效率、传质系数、影响传质的因素。

4. 筛板塔的设计与优化：学习筛板塔设计方法，探讨性能优化策略。

中山火炬职业技术学院课程设计（大型作业）任务书（2008/2009学年第二学期）课程名称化工原理课程设计课程代码054001院（系）生物医药系专业精细化学品生产技术班级精化071学生陈楚芬时间6月15日－6月25日老师签名：教研室主任（系主任）签名：火炬职业技术学院化工原理课程设计任务书专业: 精细化工班级:071 姓名: 陈楚芬设计日期: 2009 年6 月17 日至2009 年6 月26 日设计题目: 苯——甲苯混合液筛板(浮阀)精馏塔设计设计条件: 苯–甲苯体系1.进料F=6kmol/h q=0 X f=0.452.压力：p顶=4KPa 单板压降≤0.7KPa3.采用电加热，塔顶冷凝水采用12℃深井水4.要求：X d=0.88 X w=0.015.选定R/R min=1.6指导教师:_李晓璐_2009年6月26日1前言在化学工业和石油工业中广泛应用的诸如吸收、解吸、精馏、萃取等单元操作中，气液传质设备必不可少。

塔设备就是使气液成两相通过精密接触达到相际传质和传热目的的气液传质设备之一。

塔设备一般分为级间接触式和连续接触式两大类。

前者的代表是板式塔，后者的代表则为填料塔，在各种塔型中，当前应用最广泛的是筛板塔与浮阀塔。

筛板塔在十九世纪初已应用与工业装置上，但由于对筛板的流体力学研究很少，被认为操作不易掌握，没有被广泛采用。

五十年代来，由于工业生产实践，对筛板塔作了较充分的研究并且经过了大量的工业生产实践，形成了较完善的设计方法。

筛板塔和泡罩塔相比较具有下列特点：生产能力大于10.5%，板效率提高产量15%左右；而压降可降低30%左右；另外筛板塔结构简单，消耗金属少，塔板的造价可减少40%左右；安装容易，也便于清理检修。

本次设计就是针对苯甲苯体系，而进行的常压二元筛板精馏塔的设计及其辅助设备的选型。

由于此次设计时间紧张，本人水平有限，难免有遗漏谬误之处，恳切希望各位老师指出，以便订正。

2目录第一部分筛板塔设计一、化工原理课程设计的目的与要求 (1)二、化工原理课程设计的内容 (1)三、安排与要求 (2)四、设计步骤 (2)1、收集基础数据 (2)2、工艺流程的选择 (3)3、做全塔的物料平衡 (3)4、确定操作条件 (3)5、确定回流比 (5)6、理论板数与实际板数 (7)7、确定冷凝器与再沸器的热负荷 (8)8、初估冷凝器与再沸器的传热面积 (8)9、塔径计算及板间距确定 (8)10、堰及降液管的设计 (13)11、塔板布置及筛板塔的主要结构参数 (15)12、筛板塔的水力学计算 (17)13、塔盘结构 (22)14、塔高 (28)参考文献 (29)设计任务书………………………………………………………………………………….…3一、化工原理课程设计的目的与要求通过理论课的学习和生产实习，学生已经掌握了不少理论知识和生产实际知识，对于一个未来的工程技术人员来说，如何运用所学知识去分析和解决实际问题是至关重要的，本课程设计的目的也是如此。