板式精馏塔设计.pptx

课程目的课程目的先修课程的综合训练，培养工程能力的训练先修课程的综合训练，培养工程能力的训练n掌握化工设计的基本程序和方法；掌握化工设计的基本程序和方法；n学会查阅技术资料、选用公式和数据；学会查阅技术资料、选用公式和数据；n用简洁文字和图表表达设计结果；用简洁文字和图表表达设计结果；n用用CADCAD制图以及计算机辅助计算等能力方面制图以及计算机辅助计算等能力方面得到一次基本训练。得到一次基本训练。三三 塔高、塔径的计算塔高、塔径的计算n物性参数的查找、计算物性参数的查找、计算塔径由精馏塔内各段物料的摩尔流率（或说塔径由精馏塔内各段物料的摩尔流率（或说体积流率）决定的，其影响因素有体积流率）决定的，其影响因素有F F（进料（进料流率）、流率）、R R（回流比）及（回流比）及q q，涉及单位换算，涉及单位换算1、平均分子量的计算平均分子量的计算（1）塔塔顶顶的的平平均均分分子子量量 x1为为与与y1=XD平平衡衡 的的液液相相组组成）成）MVDM=XDM轻组分轻组分+（1XD）M重组分重组分MLDM=x1M轻组分轻组分+（1x1）M重组分重组分（2）进料板的平均分子量）进料板的平均分子量 进进料料板板对对应应的的组组成成Xn 和和yn (进进料料板板对对应应的的组组成成由由逐逐板计算得到，板计算得到，n值各人不同值各人不同)MVFM=ynM轻组分轻组分+（1yn）M重组分重组分MLFM=XnM轻组分轻组分+（1Xn）M重组分重组分1、平均分子量的计算平均分子量的计算（3）塔底的平均分子量（）塔底的平均分子量（yw为与为与xw平衡的气相组成）平衡的气相组成）MVWM=ywM轻组分轻组分+（1yw）M重组分重组分MLWM=xwM轻组分轻组分+（1xw）M重组分重组分（4）精馏段、提馏段的平均分子量）精馏段、提馏段的平均分子量精馏段平均分子量精馏段平均分子量 MLM=(MLDM+MLFM)/2=MVM=(MVDM+MVFM)/2=提馏段平均分子量提馏段平均分子量 MLM=(MLWM+MLFM)/2=MVM=(MVWM+MVFM)/2=2、平均密度的计算、平均密度的计算（1）液相平均密度）液相平均密度查物性数据：查物性数据：易挥发组分密度易挥发组分密度1 Kg/m3 难挥发组分密度难挥发组分密度2 Kg/m3举例：举例：LD1/a1/1+(1-a1)/2 Kg/m3（2）汽相平均密度）汽相平均密度根据塔顶温度根据塔顶温度TD、进料板温度、进料板温度TF及塔底温度及塔底温度TW分别确定精馏段及提馏段的汽相平均密度分别确定精馏段及提馏段的汽相平均密度如：如：TM=（TF+TD）/2 VMPMV/RTM=Kg/m33 3塔的有效高度和板间距的初选塔的有效高度和板间距的初选 板板式式塔塔的的有有效效高高度度是是指指安安装装塔塔板板部部分分的的高高度，可按下式计算：度，可按下式计算：塔板间距，塔板间距，m板间距的初选板间距的初选板板间间距距NT的的选选定定很很重重要要。选选取取时时应应考考虑虑塔塔高高、塔塔径径、物物系系性性质质、分分离离效效率率、操操作作弹弹性性及及塔塔的的安安装装检检修等因素。修等因素。4 塔径的计算塔径的计算计算塔径的方法有两类：计算塔径的方法有两类：1)据适宜空塔气速，求出塔截面积，求出塔径据适宜空塔气速，求出塔截面积，求出塔径2)确定适宜孔速进而求出塔径确定适宜孔速进而求出塔径塔径的计算塔径的计算n初步计算塔径初步计算塔径塔内气体流量塔内气体流量m3/s空塔气速空塔气速m/s允许空塔气速，允许空塔气速，m/s气相和液相的密度，气相和液相的密度，kg/m3气体负荷系数，气体负荷系数，m/s6.10.5筛板塔化工设计计算筛板塔化工设计计算（1）塔的有效高度）塔的有效高度Z 已知：已知：实际塔板数 NP ；塔板间距 HT；选取塔板间距选取塔板间距 HT：理论塔板数计算软件塔板间距和塔径的经验关系塔板间距和塔径的经验关系塔体高度：有效高塔体高度：有效高+顶部顶部+底部底部+其它其它有效塔高：有效塔高：C：气体负荷因子，与 HT、液体表面张力和两相接触状况有关。有关。液泛气速液泛气速两相流动参数两相流动参数FLV：（2）塔径）塔径 确定原则：确定原则：防止过量液沫夹带液泛 步骤：步骤：先确定液泛气速 uf(m/s)；然后选设计气速 u；最后计算塔径 D。对于筛板塔(浮阀、泡罩塔)，可查图，C20=(HT、FLV)0.2HT=0.60.450.30.150.40.30.21.00.70.10.040.030.020.070.010.040.030.020.070.010.10.090.060.05筛板塔泛点关联图选取设计气速选取设计气速 u选取泛点率：泛点率：u/uf一般液体，0.6 0.8 易起泡液体，0.5 0.6所需气体流通截面积所需气体流通截面积设计气速设计气速 u=泛点率泛点率ufADAd计算塔径计算塔径 D塔截面积：塔截面积：A=AT-Ad塔径塔径说明：计算塔径需圆整，且重新计算实际气速及泛点率。说明：计算塔径需圆整，且重新计算实际气速及泛点率。（3）溢流装置设计）溢流装置设计溢流型式的选择溢流型式的选择依据：依据：塔径、流量；型式型式：单流型、U形流型、双流型、阶梯流型等。降液管形式和底隙降液管形式和底隙降液管：弓形弓形、圆形。降液管截面积：由Ad/AT=0.06 0.12 确定；底隙 hb：通常在 30 40 mm。溢流堰（出口堰）溢流堰（出口堰）作用作用：维持塔板上一定液层，使液体均匀横向流过。型式型式：平直堰、溢流辅堰、三角形齿堰及栅栏堰。堰长堰长 lW：影响液层高度。堰高堰高hW：直接影响塔板上液层厚度过小，过小，相际传质面积过小；过大过大，塔板阻力大，效率低。常、加压塔：40 80 mm；减压塔：25 mm 左右。说明：通常应使溢流强度说明：通常应使溢流强度qVLh/lW不大于不大于100130m3/（m h）。）。或：双流型:单流型：(4)塔板及其布置塔板及其布置 受液区和降液区受液区和降液区 一般两区面积相等。入口安定区和出口安定区入口安定区和出口安定区其中，E：液流收缩系数，：液流收缩系数，一般可近似取 E=1。堰上方液头高度堰上方液头高度hOW：要求：要求：边缘区：边缘区：bcbdbslWrx（5）筛孔的尺寸和排列）筛孔的尺寸和排列 筛孔筛孔：有效传质区内，常按正三角形排列。筛板开孔率筛板开孔率：单流型弓形降液管塔板单流型弓形降液管塔板：有效传质区：有效传质区：双流型弓形降液管塔板双流型弓形降液管塔板：bcbdbslWrxd0t筛孔直径筛孔直径d0:3 8 mm(一般)。12 25 mm(大筛孔)孔中心距孔中心距t:(2.55)d0 取整。开孔率开孔率:通常为 0.08 0.12。板厚：板厚：碳钢（3 4mm）、不锈钢。筛孔气速：筛孔气速：筛孔数：筛孔数：d0t(6)塔板的校核塔板的校核对初步设计的结果进行调整和修正。液沫夹带量校核液沫夹带量校核单位质量（或摩尔）气体所夹带的液体质量（或摩尔）ev：kg 液体/kg气体，或 kmol液体/kmol气体单位时间夹带到上层塔板的液体质量（或摩尔）e：kg 液体/h 或 kmol液体/h 液沫夹带分率：夹带的液体流量占横过塔板液体流量的分数。故有：所以说明：说明：超过允许值，可调整塔板间距塔板间距或塔径塔径。ev的计算方法的计算方法：方法1：利用Fair关联图求，进而求出ev。方法2：用Hunt经验公式计算ev。式中Hf 为板上泡沫层高度：要求要求：ev 0.1 kg 液体/kg气体。塔板阻力的计算和校核塔板阻力的计算和校核塔板阻力：塔板阻力：塔板阻力 hf包括 以下几部分:（a）干板阻力 h0气体通过板上孔的阻力（设无液体时）；（b）液层阻力 hl 气体通过液层阻力；（c）克服液体表面张力阻力 h孔口处表面张力。清液柱高度表示：（a）干板阻力）干板阻力h0d0/C0塔板孔流系数C0孔流系数孔流系数（b）液层阻力）液层阻力hl查图求充气系数查图求充气系数说明：说明：若塔板阻力过大，可增加开孔率增加开孔率或降低堰高。降低堰高。（c）克服液体表面张力阻力克服液体表面张力阻力（一般可不计）降液管液泛校核降液管液泛校核故塔板阻力：降液管中清液柱高度降液管中清液柱高度(m)（a）液面落差液面落差一般较小，可不计。当一般较小，可不计。当不可忽略时不可忽略时，一般要求：一般要求：0.5h0（b b）液体通过降液管阻力液体通过降液管阻力hd包括底隙阻力 hd1和进口堰阻力hd2。无进口堰时：无进口堰时：泡沫层高度泡沫层高度要求：要求：说明：说明：若泡沫高度过大，可减小塔板阻力减小塔板阻力或增大塔板间距。增大塔板间距。泡沫层相对密度：对不易起泡物系，易起泡物系，液体在降液管中停留时间校核液体在降液管中停留时间校核目的：目的：避免严重的气泡夹带。停留时间：停留时间：要求：要求：说明：说明：停留时间过小，可增加降液管面积增加降液管面积或 增大塔板间距。增大塔板间距。（a）计算严重漏液时干板阻力严重漏液时干板阻力 h0（b）计算漏液点气速漏液点气速u0说明：说明：如果稳定系数k过小，可 减小开孔率减小开孔率 或 降低堰高。降低堰高。严重漏液校核严重漏液校核 漏液点气速漏液点气速u0：发生严重漏液时筛孔气速。稳定系数：稳定系数：要求：要求：过量液沫夹带线（气相负荷上限线）过量液沫夹带线（气相负荷上限线）规定：ev=0.1（kg 液体/kg气体）为限制条件。（6）塔板的负荷性能图）塔板的负荷性能图确定塔板的操作弹性 液相下限线液相下限线整理出：规定：严重漏液线（气相下限线）严重漏液线（气相下限线）代入相关公式，如hOW、u0，整理出。液相上限线液相上限线 降液管液泛线降液管液泛线规定：塔板的操作弹性：塔板的操作弹性：或塔径的计算塔径的计算n塔径的圆整塔径的圆整目目前前，塔塔的的直直径径已已标标准准化化。所所求求得得的的塔塔径径必必须须圆圆整整到到标标准准值值。塔塔径径在在1米米以以下下者者，标标准准化化先先按按100mm增增值值变变化化；塔塔径径在在1米以上者，按米以上者，按200mm增值变化增值变化n塔径校核（后面进行）塔径校核（后面进行）塔板负荷性能图塔板负荷性能图最小液体负荷最小液体负荷线线漏液线漏液线最大液体最大液体负荷线负荷线降液管液泛降液管液泛线线雾沫夹带线雾沫夹带线板式塔的结构板式塔的结构 n塔的总体结构塔的总体结构 附属装置，如除沫器、人（手）孔、基座，有时外部还有扶梯或平台。此外，在塔体上有时还焊有保温材料的支承圈。为了检修方便，有时在塔顶装有可转动的吊柱。n 塔体总高度塔体总高度 HD塔顶空间，塔顶空间，m；HB塔底空间，塔底空间，m；HT塔板间距，塔板间距，m；HT开有人孔的塔板间距，开有人孔的塔板间距，m；HF进料段高度，进料段高度，m；Np实际塔板数；实际塔板数；S人孔数目（不包括塔顶空间和塔底空间人孔数目（不包括塔顶空间和塔底空间的人孔）。的人孔）。n塔板结构 塔塔板板类类型型按按结结构构特特点点可可分分为为整整块块式式或或分分块块式式两两种种。一一般般，塔塔径径从从300900mm时时采采用用整整块块式式塔塔板板；当当塔塔径径在在800mm以以上上时时，人人已已能能在在塔塔内内进进行行拆拆装装操操作作，无无须须将将塔塔板板整整块块装装入入。并并且且，整整块块式式塔塔板板在在大大塔塔中中刚刚性性也也不不好好，结结构构显显得得复复杂杂，故故 采采 用用 分分 块块 式式 塔塔 板板；塔塔 径径 在在 800900mm之之间间，设设计计时时可可按按便便于于制制造造、安安装装的的具体情况选定具体情况选定。1换热器的选型及校核换热器的选型及校核n蒸气冷凝器、塔底再沸器、原料预热器蒸气冷凝器、塔底再沸器、原料预热器选型选型n蒸气冷凝器总传热系数的校核蒸气冷凝器总传热系数的校核设计说明书的内容设计说明书的内容包括包括：设计任务书，目录，设计方案简介，工艺设计任务书，目录，设计方案简介，工艺计算及主要设备设计，辅助设备的计算计算及主要设备设计，辅助设备的计算和选型，设计结果汇总，设计评述，参和选型，设计结果汇总，设计评述，参考文献。考文献。