精馏塔塔板负荷性能图数据
精馏塔负荷性能数据
筛板塔的工艺设计计算结果汇总表
80.66 97.0 98.8 苯----甲苯连续精馏过程板式精馏塔示意图
精馏塔的设计及选型
精馏塔的设计及选型 目录 精馏塔的设计及选型 (1) 目录 (1) 1设计概述 0 1.1工艺条件 0 1.2设计方案的确定 0 2塔体设计计算 (1) 2.1有关物性数据 (1) 2.2物料衡算 (3) 2.3塔板数的确定 (4) 2.4精馏塔的工艺条件及相关物性数据 (8) 2.5塔体工艺尺寸的设计计算 (11) 2.6塔板工艺尺寸的设计计算 (14) 2.7塔板流体力学验算 (18) 2.8负荷性能图 (22) 2.9精馏塔接管尺寸计算 (27) 3精馏塔辅助设备的设计和选型 (31) 3.1原料预热器的设计 (32) 3.2回流冷凝器的设计和选型 (34) 3.3釜塔再沸器的设计和选型 (38) 3.4泵的选择 (40) 3.5筒体与封头 (41)
1设计概述 1.1工艺条件 （1）生产能力：2836.1kg/d（料液） （2）工作日：250天，每天4小时连续运行 （3）原料组成：35.12%丙酮,64.52%水,杂质0.35%，由于杂质含量较小且不会和丙酮一起蒸馏出去，所以可以忽略。所以此母液可以视为仅含丙酮和水两种成分，其质量组成为：35.12%丙酮，水64.88%（下同） （4）产品组成：馏出液99%丙酮溶液，回收率为90%，由此可知塔釜残液中丙酮含量不得高于5.16% 即每天生产99%的丙酮905.54kg。 （5）进料温度：泡点 （6）加热方式：间接蒸汽加热 （7）塔顶压力：常压 （8）进料热状态：泡点 （9）回流比：自选 （10）加热蒸气压力：0.5MPa（表压） （11）单板压降≤0.7kPa 1.2设计方案的确定 （1）、精馏方式及流程： 在本设计中所涉及的浓度范围内，丙酮和水的挥发度相差比较大，容易分离，且丙酮和水在操作条件下均为非热敏性物质，因此选用常压精馏，并采取连续精馏方式。母液经过换热器由塔底采出液预热到泡点，在连续进入精馏塔内，塔顶蒸汽经过塔顶冷凝器冷凝后，大部分连续采出，采出部分经冷却器后进入储罐内备用，少部分进行回流；塔底液一部分经过塔釜再沸器气化后回到塔底，一部分连续采出，采出部分可用于给原料液预热。塔顶装有全凝器，塔釜设有再沸器，进料输送采用离心泵，回流液采用高位槽输送。 （2）、进料状态：泡点进料。 （3）、加热方式：间接蒸汽加热。 （4）、加热及冷却方式：原料用塔釜液预热至泡点，再沸器采用间接蒸汽加热，塔顶全凝器采用自来水作为冷却剂。优点是成本低，腐蚀性小，黏度小，比热容
精馏塔的计算
4.3 塔设备设计 4.3.1 概述 在化工、石油化工及炼油中，由于炼油工艺和化工生产工艺过程的不同，以及操作条件的不同，塔设备内部结构形式和材料也不同。塔设备的工艺性能，对整个装置的产品产量、质量、生产能力和消耗定额，以及“三废”处理和环境保护等各个方面，都用重大的影响。 在石油炼厂和化工生产装置中，塔设备的投资费用占整个工艺设备费用的25.93%。塔设备所耗用的钢材料重量在各类工艺设备中所占的比例也较多，例如在年产250万吨常压减压炼油装置中耗用的钢材重量占62.4%，在年产60-120万吨催化裂化装置中占48.9%。因此，塔设备的设计和研究，对石油、化工等工业的发展起着重要的作用。本项目以正丁醇精馏塔的为例进行设计。 4.3.2 塔型的选择 塔主要有板式塔和填料塔两种，它们都可以用作蒸馏和吸收等气液传质过程，但两者各有优缺点，要根据具体情况选择。 a．板式塔。塔内装有一定数量的塔盘，是气液接触和传质的基本构件；属逐级（板）接触的气液传质设备；气体自塔底向上以鼓泡或喷射的形式穿过塔板上的液层，使气液相密切接触而进行传质与传热；两相的组分浓度呈阶梯式变化。 b．填料塔。塔内装有一定高度的填料，是气液接触和传质的基本构件；属微分接触型气液传质设备；液体在填料表面呈膜状自上而下流动；气体呈连续相自下而上与液体作逆流流动，并进行气液两相的传质和传热；两相的组分浓度或温度沿塔高连续变化。 4.3.2.1 填料塔与板式塔的比较： 表4-2 填料塔与板式塔的比较
4.3.2.2 塔型选择一般原则： 选择时应考虑的因素有：物料性质、操作条件、塔设备性能及塔的制造、安装、运转、维修等。 （1）下列情况优先选用填料塔： a.在分离程度要求高的情况下，因某些新型填料具有很高的传质效率，故可采用新型填料以降低塔的高度； b.对于热敏性物料的蒸馏分离，因新型填料的持液量较小，压降小，故可优先选择真空操作下的填料塔； c.具有腐蚀性的物料，可选用填料塔。因为填料塔可采用非金属材料，如陶瓷、塑料等； d.容易发泡的物料，宜选用填料塔。 （2）下列情况优先选用板式塔：
板式塔流体力学性能测定
实验八、板式塔流体力学性能测定 一、实验目的 1．观察塔板上气、液两相流动状况。 2．测定气体通过塔板的压力降与空塔气速的关系、雾沫夹带率与空塔气速的关系、泄漏率和空塔气速的关系。 3．研究板式塔负荷性能图的影响因素并做出筛板塔的负荷性能图。 二、实验原理 板式塔为逐级接触的气～液传质设备，当液体从上层塔板经溢流管流经塔板与气体形成错流通过塔板，由于塔板上装有一定高度的堰，使塔板上保持一定的液层，然后越过堰从降液管流到下层塔板。气体从下层塔板经筛孔或浮阀、泡罩齿缝等，上升穿过液层进行气液两相接触，然后与液体分开继续上升到上一层塔板。塔板传质的好坏很大程度取决于塔板上的流体力学状况。 1．塔板上的气液两相接触状况及不正常的流动现象。 （1）气液两相在塔板上接触的三种状态： 1）当气体的速度较低时，气液两相呈鼓泡接触状态。塔板上存在明显的清液层，气体以气泡形态分散在清液层中间，气液两相在气泡表面进行传质。 2）当气体速度较高时，气液两相呈泡沫接触状态，此时塔板上清液层明显变薄，只有在塔板表面处才能看到清液，清液层随气速增加而减少，塔板上存在大量泡沫，液体主要以不断更新的液膜形态存在于十分密集的泡沫之间，气液两相以液膜表面进行传质。 3）当气体速度很高时，气液两相呈喷射接触状态，液体以不断更新的液滴形态分散在气相中间，气液两相以液滴表面进行传质。 （2）塔板上不正常的流动现象 1）漏液 当上升的气体速度很低时，气体通过塔板升气孔的动压不足阻止塔板上液层的重力，液体将从塔板的开孔处往下漏而出现漏液现象。 2）雾沫夹带 当上升的气体穿过塔板液层时，将板上的液滴挟裹到上一层塔板引起浓度返混的现象称为雾沫夹带。 3）液泛 当塔板上液体量很大，上升气体速度很高，塔板压降很大时，液体不能顺利地从降液管流下，于是液体在塔板上不断积累，液层不断上升，使塔内整个塔板间都充满积液的现象称为液泛。 2．流体力学性能测定 （1）压降 在塔板的上面和下面气液分离空间中各设置一个测压口，分别连在U型压差计的两端，可以测定气体通过塔板的压降。 压降通常包括干板压降和液层压降两部分。干板压降是指塔内不通液体，只有气体穿过塔板时测得的塔板压降，这部分压降主要是通过筛孔时克服阻力而产生的压降，液层压降是指气体通过塔板的清液层和泡沫层克服阻力而产生的压降。 （2）雾沫夹带率
精馏塔负荷调整原理
6.9.8 塔负荷性图 目标：了解塔水力学性能，提出改进措施 （1） 塔板负荷性能图 从前面介绍的内容可知，为避免塔板发生异常流动，要求设计必须满足一定的约束条件。将表示满足各约束条件的适宜操作范围的图形称之为塔的负荷性能图。该图可以 气相流量为纵坐标，液相流量Lh 为横坐标 绘制。当塔板结构尺寸初步确定之后，在对几个主要水力学参数进行校核，论证其结构是否合理，然后通过绘制负荷性能图，对塔板结构进一步确认。 ① 过量液沫夹带线，或气相上限线 过量液沫夹带量 ，故取 （6.9.23） 将式中操作气速u 表示为： 由以上分程整理可得： （6.9.24） 由式（6.9.24）绘制曲线① 图 6.9.26 负荷性能图 ② 液相下限线 当堰上液头高 ＝6mm ， 塔板效率急剧下降，则不宜再减了，是平直堰最小溢流强度，即液相流量的下限。 （6.9.25） 由上式解得 所以，液相下限线为一垂直线，如图中②所示。 ③ 气相下限线 当气相流量降到一定程度时，塔将产生严重漏液，由漏液点气速 ， 中含有，故关联不同工况下漏液的气、液两相 流量关系 （6.9.26） 如曲线③所示。
目标：了解塔水力学性能，提出改进措施 （1） 负荷性能图（续） ④液相的上限线 当液体在降液管中停留时间低于5s 时，液相中所含气体释放不净，导致返混，影响塔板效率。此时，液相流量不宜再增大，故称该流量为液相流量上限线。 如图6.9.26中垂线④所示。 ⑤降液管内液泛线 当降液管内泡沫层高度达到上层塔板，使液流不畅时即开始发生液泛，根 据液体流动的能量衡算所得关系，则： （6.9.27） 式中较小，一般可略去，将，，表达关系代入，则关联降液管液泛时，其气、液两相流量的关系： （6.9.28） 如图6.9.26中曲线⑤所示。 ⑥操作线 根据设计条件给定流量 、 ，即可在图6.9.26确定设计点 ，过o ， p 作操作线交③于a ，⑤于b 点。 a 点所示的气相流量为该塔板的最小气体流量 b 点所示的气相流量为该塔板的最大气体流量 、 为该塔板操作负荷的上、下限。两者之比为塔的操作弹性： （6.9.29） 塔板操作弹性并非恒定不变，而与操作条件有关。 当操作的即回流比R 发生变化时，其操作弹性随之改变，其控制线也有所不同，如图6.9.27所示。a 、b 、c 三种操作工况的气相上、下限、均有所不同，故其操作弹性也不相同，各操作控制线不相同。 a 工况受液相下限及液沫夹带线控制。 b 工况则受漏液限及降液管液泛 线控制。 c 工况则受漏液线及液相上限控制。如图9.6.27所示。 ①、②、③、④、⑤线是5个约 束条件作出的曲线，所组成的图即负 荷性能图所围的区域，即塔板的适宜操作范围。 图 6.9.27 塔板气相上、下限 与操作条件的关系
(四)流体力学验算(塔板校核)
（四）流体力学验算（塔板校核） 1．计算气体通过塔板压降h P ， 教材172页式（7-63）、式（7-64）、式（7-65） 校核p h 是否符合要求：常压、加压塔水柱 mm h p 54~27=；减压 塔水柱 mm h p 20=左右 2．淹塔（液泛）验算 液泛有两种形式：降液管液泛和夹带液泛（过量的液沫夹带） 设计中防止液泛的方法：先以不发生过量液沫夹带为原则，限定气速，再校核降液管截面积是否足够。 为防止液泛，在设计时应使： ) (W T d h H H +≤φ 教材173页式（7-66）、式（7-67）式（7-68）、式（7-69） 3．雾沫（液沫）夹带验算 教材173页式（7-70） 在下列泛点率数值范围内，一般可保证雾沫夹带量达到规定指标，即 V e 小于0.1㎏液体／㎏气体： 大塔 泛点率<80% 直径0.9m 以下的塔 泛点率<70% 减压塔 泛点率<75% （五）绘制塔板负荷性能图 （教材174页）
图7-33 塔板负荷性能图 在系统物性、塔板结构尺寸已经确定的条件下，要维持塔的正常操作，必须把气液负荷限制在一定范围内，在以S S L V 、分别为纵、横轴的直角坐标系中，标绘各种界限条件下的关系曲线，从而得到允许的负荷波动范围图形，这个图形即称为塔板的负荷性能图。 （1）雾沫夹带上限线 此线表示雾沫夹带量等于0.1㎏液体／㎏气体时的S S L V -关系 （2）液泛线 液泛线表示降液管内泡沫层高度达到最大允许值时的S S L V 与的 关系。 （3）液相负荷上限线 液相负荷上限线反映了对于液体在降液管内停留时间的起码要求。 （4）液相负荷下限线 一般取堰上的液层高度mm h ow 6=作为液相负荷下限条件。
塔板式精馏塔设计(图文表)
（一）设计方案的确定 本设计任务为乙醇-水混合物。设计条件为塔顶常压操作，对于二元混合物的分离，应采用连续精馏流程。酒精精馏与化工精馏过程不同点就在于它不仅是一个将酒精浓缩的过程，而且还担负着把粗酒精中50多种挥发性杂质除去的任务，所以浓缩酒精和除去杂质的过程在酒精工业中称为精馏。物料中的杂质基本上是在发酵过程中生成的，只是很少数的杂质是在蒸煮和蒸馏过程中生成的。 本次设计的精馏塔用板式塔，内部装有塔板、降液管、各种物料的进出口及附属结构（如全凝器等）。此外，在塔板上有时还焊有保温材料的支撑圈，为了方便检修，在塔顶还装有可转动的吊柱。 塔板是板式塔的主要构件，本设计所用的塔板为筛板塔板。筛板塔的突出优点是结构简单造价低，合理的设计和适当的操作能使筛板塔满足要求的操作弹性，而且效率高，并且采用筛板可解决堵塞问题，还能适当控制漏液。设计中采用泡点进料，将原料液通过预热器加热至泡点后送人精馏塔内。塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，其余部分经产品冷却器冷却后送至储罐。该物系属不易分离物系，最小回流比较小，采用其倍。设计中采用图解法求理论塔板数，在溢流装置选择方面选择单溢流弓形降液管。塔釜采用间接蒸汽加热，
塔顶产品经冷却后送至储罐。 （二）精馏塔的物料衡算 1.原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 乙醇的摩尔质量 M 乙醇=46kg/kmol 纯水的摩尔质量 M 水 =18kg/kmol x F =18/65.046/35.046 /35.0+= x D =18/1.046/9.046 /9.0+= x W =46/995.018/005.018 /005.0+= 2.原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 M F =×46＋18×= kg/kmol M D =×46＋18×= kg/kmol M W =×46＋18×= kg/kmol 3.物料衡算 D=30024812.3948000000 ??= kmol/h F=D+W F ·x F =D ·x D +W ·x W 解得 F= kmol/h W= kmol/h ｛
板式精馏塔性能测定
实验五板式精馏塔性能测定 一、实验目的 1、了解板式塔的结构，观察塔内气、液流动状态； 2、测定回流比对精馏操作的影响； 3、测定精馏塔在全回流下的全塔效率和单板效率； 4、测定精馏塔在全回流下的塔体温度分布； 5、测定精馏塔在部分回流下的全塔效率。 二、实验原理 板式塔是一类重要的气液传质设备，被广泛应用于精馏和吸收操作中，其中尤以精馏使用的最多。 在板式精馏塔中，塔板是气、液两相接触的场所。上升蒸汽相从塔底进入，回流液从塔顶进入，气、液两相逆流接触，在塔板上进行相际传质，使液相中易挥发的组分进入气相、气相中难挥发组分进入液相。从塔顶回流入塔的液体量与塔顶产品量之比称为回流比。它是精馏操作的一个重要控制参数，回流比数值的大小影响着精馏操作的分离效果和能耗。 全回流操作时，既不向塔中加料，也无任何产品产出，虽从生产角度讲没有任何意义，但是这种操作容易达到稳定，故在装置开工和科学研究中常常采用。对于给定的分离要求，全回流操作所需理论塔板数最少。 对于一定的分离要求，减小回流比，所需理论塔板数增加。当回流比减小到某一值时，所需的理论塔板数变为无穷，此回流比为最小回流比Rmin。精馏塔正常操作时，所选用的回流比R应为Rmin的1.2~2.0倍。 精馏操作时，应有正常的气液负荷量，避免发生以下不正常操作状况。液流量一定的情况下，气速过大将引起大量的液沫夹带，即塔板上的部分液体被上升气流带至上层塔板，严重时会发生夹带液泛，破坏塔的正常操作；气速较小时，部分液体会从塔板开孔处直接漏下，称为漏液，它使气、液两相不能充分接触。严重的漏液，将使塔板上不能积液而无法正常操作。另外，当气液负荷较大，或塔板上的降液管有堵塞现象时，降液管内液面会升高至堰板上缘，导致板上积液，最终会使全塔充满液体，引起溢流液泛，破坏塔的正常操作。
精馏塔设计思考题(答辩参考)
精馏塔设计答辩问题： 1、最小回流比应该如何确定？ 2、如何求取塔顶或塔底处的相对挥发度？如何求全塔的平均相对挥发度？ 3、分析回流比对精馏过程的影响，如何确定适宜的回流比？ 4、实际的进料板位置应该如何确定？ 5、如何确定实际塔板效率和实际塔板数目？ 6、塔盘可以分为几个区？各区的作用分别是什么？ 7、在塔板上，溢流堰的作用是什么？底隙高度怎么确定？ 8、为什么塔板会有液面落差？ 9、流体力学核算包括哪些内容？ 10、板式精馏塔会有哪些不正常的操作现象，如何避免？ 11、塔板负荷性能图分别由那些线组成？（作图说明） 12、在精馏操作中，若发现塔顶组成下降到合格线以下，应该采取什么措施来使塔顶馏 出产品合格？ 13、设计时，若设计操作点很靠近液泛线或液沫夹带线，应该怎么调整设计参数？ 14、如何确定塔板的液相上限线和下限线？ 15、什么叫塔板的操作弹性？ 16、如何确定塔板的漏液线和液泛线？ 17、塔板有哪些种类？你选择塔板的理由是什么？ 18、如何确定精馏塔的接管尺寸？ 19、塔顶的冷凝器应该如何选型？ 20、进料泵的型号如何确定？ 21、精馏塔的塔径应如何确定？塔径的系列标准是什么？ 22、什么时候塔板要进行分块？分块的原则是什么？ 23、如何确定筛孔的数目或浮阀的数目？ 24、设计时对生产安全方面要作哪些考虑？ 25、设计中还有哪些不足，如何改进？ 26、带控制点的流程图中P101A/B代表什么含义？（为什么？） 27、精馏塔的操作弹性是不是越大越好？ 28、负荷性能图中的液相上限线与液泛线有什么区别？ 29、为什么精馏塔的塔径要分两段分别计算？有无一般性的原则？ 30、筛孔的孔中心距t 应该如何选取？ 31、如何确定溢流堰的高度hw? 32、塔板间距Ht应该如何选取？ 33、何谓泛点率，合理的泛点率范围是多少？ 34、一般塔板上的开孔率的范围是多少？开孔率的大小与板效率有什么关系？ 35、怎样确定筛板塔的塔板厚度？
精馏塔的设计
化工原理课程设计 –––––浮阀板式精馏塔的设计 指导老师：谭智斗 设计者：曹烁 学号：040740214 单位：化学与环境工程学院0407402班 日期：2010-6-16
目录 第一章苯——甲苯在工业上的用途 第二章综述 2.1、精馏塔原理及其在工业上的应用 2.2、精馏操作对塔设备的要求 2.3、常用板式塔类型及成本设计的选型 2.4、本设计所选塔的特性 第三章工艺条件的确定和说明 3.1、确定操作压力 3.2、确定进料状态 3.3、确定冷却剂和加热方式 3.4、确定冷却剂及其进出口温度 第四章流程的确定和说明 4.1、流程的说明 4.2、设置各设备的原因 第五章精馏塔的设计计算 5.1、物料衡算 5.2、回流比的确定 5.3、板块数的确定 5.4、汽液负荷计算 5.5、精馏塔工艺尺寸计算 5.6、踏板流动性能校核
5.7、塔板负荷性能图 5.8、主要工艺接管尺寸的计算和选取 5.9、塔顶冷凝器/冷热器的热负荷 5.10、塔底再沸器的热负荷 第六章机械设计 6.1、设计条件 6.2、按计算压力计算塔体和封头厚度 6.3、塔设备质量载荷计算 6.4、地震弯矩的计算 6.5、偏心弯矩计算 6.6、塔体和裙座的危险截面的强度与稳定校核 6.7、塔体水压试验和吊装时的应力校核 6.8、基础环设计 6.9、地脚螺栓的计算 第七章主要计算结果列表 第八章参考文献 第九章课程设计总结 致谢！
第一章苯—甲苯在工业上的用途 苯为有机化学工业的基本原料之一。无色、易燃、有特殊气味的液体。混苯熔点低，沸点低，相对密度小于水。在水中的溶解度很小，能与乙醇、乙醚、二硫化碳等有机溶剂混溶。能与水生成恒沸混合物。因此，在有水生成的反应中常加苯蒸馏，以将水带出。苯在燃烧时产生浓烟。苯能够起取代反应、加成反应和氧化反应。苯用硝酸和硫酸的混合物硝化，生成硝基苯，硝基苯还原生成重要的染料中间体苯胺；苯用硫酸磺化，生成苯磺酸，可用来合成苯酚；苯在三氯化铁存在下与氯作用，生成氯苯，它是重要的中间体；苯在无水三氯化铝等催化剂存在下与乙烯、丙烯或长链烯烃作用生成乙苯、异丙苯或烷基苯，乙苯是合成苯乙烯的原料，异丙苯是合成苯酚和丙酮的原料，烷基苯是合成去污剂的原料。苯催化加氢生成环己烷，它是合成耐纶的原料；苯在光照下加三分子氯，可得杀虫剂666，由于对人畜有毒，已禁止生产使用。 甲苯与苯的性质很相似，是工业上应用很广的原料。但其蒸汽有毒，可以通过呼吸道对人体造成危害，使用和生产时要防止它进入呼吸器官。甲苯容易发生氯化，生成苯—氯甲烷或苯三氯甲烷，它们都是工业上很好的溶剂； 它还容易硝化，生成对硝基甲苯或邻硝基甲苯，它们都是染料的原料； 它还容易磺化，生成邻甲苯磺酸或对甲苯磺酸，它们是做染料或制糖精的原料。甲苯的蒸汽与空气混合形成爆炸性物质，因此它可以制造梯思梯炸药。掺合汽油组成及作为生产甲苯衍生物、炸药、染料中间体、药物的主要原料。