cs2和ccl4精馏塔的工艺和机械设计化工设备与维修技术大学论文.doc

新疆工程学院
毕业设计（论文）
2013 届

题 目CS2和CCl4精馏塔的工艺和机械设计
专 业 化工设备与维修技术
学生姓名
学 号 2010231700
小组成员
指导教师 蔡香丽、薛风
完成日期 2010.3.4

新疆工程学院教务处印制

新 疆 工 程 学 院
毕 业 论 文（设 计）任 务 书
班级 设备10-6班 专业 化工设备与维修技术
姓名 周 剑 日期 2013.3.4

1、论文（设计）题目：CS2和CCl4精馏塔的工艺
和机械设计
2、论文（设计）要求：
（1）学生应在教师指导下按时完成所规定的内容和工作量，最好是独立完成。
（2）选题有一定的理论意义与实践价值，必须与所学专业相关。
（3）主题明确，思路清晰。
（4）文献工作扎实，能够较为全面地反映论文研究领域内的成果及其最新进展。
（5）格式规范，严格按系部制定的论文格式模板调整格式。
（6）所有学生必须在5月15日之前交论文初稿。

3、论文（设计）日期：任务下达日期 2013.3.4
完成日期 2013.4.10
4、指导教师签字：

新 疆 工 程 学 院
毕 业 论 文（设 计）成 绩 评 定
报 告
序号
评分指标
具 体 要 求
分数范围
得 分
1
学习态度
努力学习，遵守纪律，作风严谨务实，按期完成规定的任务。
0—10分

2

能力与质量
调研论证
能独立查阅文献资料及从事其它形式的调研，能较好地理解课题任务并提出实施方案，有分析整理各类信息并从中获取新知识的能力。
0—15分

综合能力
论文能运用所学知识和技能，有一定见解和实用价值。
0—25分

论文（设计）质量
论证、分析逻辑清晰、正确合理，
0—20分

3
工作量
内容充实，工作饱满，符合规定字数要求。绘图(表)符合要求。
0— 15分

4
撰写质量
结构严谨，文字通顺，用语符合技术规范，图表清楚，字迹工整，书写格式规范，
0— 15分

合计
0—100分

评语：

成 绩：
评阅人（签名）：
日 期：

毕业论文答辩及综合成绩
答 辩 情 况
自 述 情 况
清 晰、完 整流 利
简 练
清 晰
完 整
完 整熟 悉内 容
基 本
完 整熟 悉内 容
不 熟悉 内容

提 出 问 题
回 答 问 题
正 确
基本
正确
有一般性错误
有原则性错误
没有
回答

答辩小组评语及建议成绩：

答辩委员会综合成绩：

答辩委员会主任签字：
年 月 日
CS2和CCl4精馏塔的工艺和机械设计
学号 2010231700 姓名 周剑
(新疆工程学院, 乌鲁木齐 830091)

摘要：本次设计的目的是通过精馏操作来完成二硫化碳和四氯化碳混合溶液的分离，从而获得较高浓度的轻组分二硫化碳。精馏是利用混合液中各组分挥发度不同而达到分离要求的一种单元操作。本设计详细阐述了设计的各部分内容，计算贯穿在整个设计中。本设计包括蒸馏技术的概述、精馏塔工艺尺寸的计算、塔板校核、精馏塔结构的设计、筒体及各部件材料的选择、筒体各处开孔补强的设计、塔体机械强度的校核及精馏塔装配图的绘制等主要内容。

关键字：精馏塔，塔板校核，开孔补强，机械强度。

目录
1.概论 1
1.1蒸馏技术背景、基本概念和分类 1
1.1.1蒸馏技术背景 1
1.1.3蒸馏技术分类 1
1.2塔设备的作用和类型 2
1.2.1塔设备的作用 2
1.2.2塔设备的类型 2
1.3蒸馏技术节能 3
1.4现在蒸馏技术面临的机遇和挑战 3
1.5本设计中的方案选择 4
2.精馏塔设计任务书 6
2.1设计题目：二硫化碳—四氯化碳精馏塔设计 6
2.2设计任务及操作条件 6
2.3设计内容 6
2.4设计基础数据 7
3．各部分结构尺寸的确定和设计计算 8
3.1. 物料衡算 8
3.2全塔物料衡算 8
3.3塔板数的确定 8
3.4塔工艺条件及物性数据计算 11
3.4.1操作压强的计算Pm 11
3.4.3精馏塔气相密度 11
3.4.4精馏塔液相密度 12
3.5精馏塔气液负荷计算 12
3.6精馏塔和塔板的主要工艺尺寸的计算 13
3.6.1塔径的计算 13
3.6.2塔高计算 14
3.7溢流装置 15
3.8塔板布置 17
3.8.1.塔板的分块 17
3.8.2.边缘区宽度确定开孔区面积计算 17
3.8.3.筛孔数n与开孔率 18
3.9筛板的流体力学验算 18
3.9.1气体通过筛板压降相当的液柱高度 18
3.9.2雾沫夹带量的验算 20
3.9.3漏液的验算 20
3.10塔板负荷性能图 21
3.10.1雾沫夹带线 21
3.10.2液泛线 23
3.10.3液相负荷上限线 24
3.10.4漏液线 25
3.11精馏塔的工艺设计计算结果总表 28
4.精馏塔各组件的设计 29
4.1精馏塔塔体材料的选择 29
4.2封头的选型依据 29
4.2.1封头材料的选择 29
4.2.2封头的高 29
4.2.3封头与塔身连接的法兰 29
4.3精馏塔的塔板类型选择 30
4.4塔盘类型选择 30
4.5塔体人孔的设计 30
4.6支座设计 30
4.7除沫器的设计 30
4..8塔体各接管设计 31
4.8.1 进料管 31
4.8.2釜残液出料管 31
4.8.3 回流液管 32
4.8.4塔顶上升蒸汽管 32
5壳体、封头的强度校核及开孔补强设计 33
5.1壳体的强度校核 33
5.1.1壳体壁厚的计算 33
5.2封头的强度校核 34
5.2.1封头的壁厚 34
5.2.2强度校核 34
5.3开孔补强 35
5.3.1 开孔补强设计方法 35
5.3.2开孔补强结构设计 35
5.3.3接管处开孔补强的校核 35
5.3.4人孔开孔补强的校核 36
6．塔体机械强度计算 37
6.1 质量载荷的计算 37
6.2塔的基本自震周期计算 38
6.3地震载荷及地震弯矩计算 38
6.3.1地震载荷的计算 38
6.3.2地震弯矩的计算 41
6.4风载荷及风弯矩计算 41
6.4.1风载荷的计算 41
6.4.2风弯矩的计算 42
6.5塔体圆筒稳定校核 43
6.6塔体圆筒压应力校核 44
6.7水压试验时应力校核 44
6.7.1试验压力引起的环向应力 44
6.7.2试验压力引起的轴向应力 44
6.7.3重力引起的轴向应力 45
6.7.4重力引起的轴向应力 45
6.7.5液压试验时最大组合压力的校核 45
6.8裙座的机械强度校核 45
6.8.1裙座基底面的强度校核 45
6.9基础环设计 46
6.9.1基础环尺寸的确定 46
6.9.2基础环厚度的计算 47
6.10地脚螺栓的设计 47
6.11. 裙座与塔壳对接焊缝验算 48
6.11.1裙座与塔壳连接焊缝结构 48
6.11.2裙座与塔体对接焊缝的验算 48
参考文献 49
致谢 50

化工系毕业设计论文
1.概论

1.1 蒸馏技术背景、基本概念和分类
1.1.1蒸馏技术背景
蒸馏技术已经被广泛应用了200多年，早期使用蒸发和冷凝装于酒精提纯，1813年由法国的Cellier-Blumental 建立了第一个连续蒸馏竖踏，填料的使用早在1820年就开始了，一位名叫 Clement 的技术师将其最早应用在酒精厂中，Perrier 于1822年在英格兰引进了早期的泡罩塔板，Coffer 于1830年发明了筛板塔。第一本介绍蒸馏技术的书由Ernest Sorel在1893年完成【6】。
蒸馏作为一单元操作已经使用了很长时间，且目前工厂的首选分离方法。其使用的条件为：(1) 组分之间挥发度差别较大；（2） 进料中不存在高沸点组分；（3） 化合物热力学性质稳定；（4） 混合物腐蚀性较小。
蒸馏是关键共性技术。在我国，蒸馏是目前应用最广占总能消耗最大的化工分离过程。由于我国蒸馏技术能耗高，大型节能技术正面临挑战。近年来，随着相关学科的渗透、蒸馏学科本身的发展及经济全球化的冲击，我国蒸馏技术正向新一代转变，以迎接所面临的挑战。其特征为：（1） 蒸馏学科正由传统的依靠经验、半经验过渡到凭半理论以致理论；（2）蒸馏过程正由传统的单一分离过程过渡到耦合和复杂的优化分离过程，以提高分离效率和节能；（3） 由对环境造成严重污染向注重环保的一代转变；（4）由走加工的道路向技术集成创新性转变；（5） 通过我国自己的技术进步解决装置大型化、长周期运行，通过创新解决蒸馏技术问题，以降低成本、提高国际竞争力。
1.1.2蒸馏技术基本概念
蒸馏过程主要是利用混合物中各组挥发程度的不同而进行分离。易挥发组分在气相中的相对含量比液相中的高，难挥发组分在液相中的相对含量比气相中高，故借助于多次的部分气化部分冷凝，达到轻重组分分离的目的。
蒸馏作为一种分离方法适用面广，既可以用于液体混合物分离、气体混合物分离，也可用于固体混合物的分离，蒸馏可以直接获得所要产品。因此一般蒸馏过程比较简单，不像吸收、萃取、吸附等分离方法，需要外加介质（如溶剂），并需要进一步将所提取物质与介质分离。
蒸馏的特点：直接获取几乎纯态的产品，而吸收、萃取等操作的产品为混合物：应用范围广，可分离液体混合物、气体混合物、固体混合物：能耗高，气化、冷凝需要消耗大量的能量，加压、减压将消耗额外的能量。
1.1.3蒸馏技术分类
按蒸馏方式分为：（1）平衡蒸馏或简单蒸馏 平衡蒸馏即为一般闪蒸过程，混合液体加热后，使部分液体气化，达到初步分离的目的，这种过程称为单级平衡过程，多用于待分离混合物中各组分挥发较大而对分离要求不高的场合，是最简单的蒸馏;（2）精馏 又称分批蒸馏，用于待分离混合物中各组分挥发度相差不大且对分离要求较高的场所，应用最广泛；（3）特殊蒸馏 适合于待分离混合物中各组分得挥发度相差很小甚至形成共沸物，普通蒸馏无法达到分离要求的场合，主要有萃取精馏、恒沸精馏、盐熔精馏、反应精馏及水蒸气精馏。
按操作流程分为：（1）间歇蒸馏 又称批量蒸馏，用于批量生产某种产品，在一个操作流程过程中，他的操作参数不断改变，以达到取得所需馏分的目的，属于非稳态操作，主要适用于小规模及某些有特殊要求的场合；（2）连续蒸馏 属于稳态操作，是工业生产中最常见的蒸馏方式，在塔中某一板上连续进料，在塔顶（或塔釜）得到合格产品，适用于大规模生产的场合。
按操作压力分为：（1）加压蒸馏 适用于常压下为气态（如空气）或常压下沸点接近室温的混合物；（2）常压蒸馏 适用于常压下沸点在150℃左右的混合物；（3）减压蒸馏（真空蒸馏） 适用于常压下沸点较高或热敏性物质，可降低降低其沸点。
按待分离混合物的组分数分为：（1）两组分精馏 被分离物系包含两种组元，该种物质分离计算简单，常以此精馏原理为计算基础，然后引申到多组分精馏计算中；（2）多组分精馏 被分离物系包含多组分混合物，是在工业上最为常见的精馏操作。
1.2塔设备的作用和类型
1.2.1塔设备的作用
塔设备是化学工业、石油工业、石油化工等生产中最重要的设备之一。它可使气（汽）液或液液之间进行充分接触，达到相间传热与传质的目的。在塔设备中进行的单元操作有：精馏、吸收、解吸、气体的增湿及冷却等。
1.2.2塔设备的类型
塔设备的分类方法很多，例如，按操作压力分为加压塔、常压塔和减压塔；按单元操作分为精馏塔、吸收塔、解吸塔、萃取塔等；按形成相间接触面的方式分为具有固定相界面的塔和流动过程中形成相界面的塔；最常用的分类是按塔的内部结构分为板式塔、填料式塔两大类。
在板式塔中，塔内装有一定量的塔盘，气体自塔底向上以鼓泡喷射的形式穿过塔盘上的液层，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，塔内装填一定高度的填料，液体自塔顶沿填料表面向下流动，作为连续相的气体自塔底向上流动，与液体进行逆流传质，两相的组分浓度沿塔高呈连续变化。
1.3蒸馏技术节能
蒸馏既包含使混合物汽化和冷凝的传热过程，又包含混合物分离的传质过程。在此过程中，热的有效能转化为化学有效能，过程的不可逆性越大，有效能损失越大。蒸馏过程的能耗巨大，据估计，化工过程中40%-70%的能耗用于分离，而蒸馏能耗又占其中的95%。所以，蒸馏过程节能始终是研究的热点，一般讲，在考虑节能时，考虑范围越广、越全面，总的节能效果越好。因此宏观讲，节能应包括结构节能、管理节能和技术节能三个方面。此处主要讲技术节能，目前国内蒸馏技术节能的途径主要如下。
（1）采用新技术，改进工艺过程 改进工艺过程是蒸馏装置节能的重要手段，包括改进工艺生产流程，采用节能新工艺、新技术等内容。
（2）采用新型、高效、低耗设备降低能耗 包括对塔内进行改造，改善分馏效率，如应用新型塔板、新型流线型填料或其复合形式提高分离效率，降低能耗；使用新型换热器提高热回收率。如优化设计的折流杆换热器、不易结垢得流化床换热器以及焊接式等紧凑型高效节能换热器等；应用新型节能燃烧器、磁化器等提高加热炉效率。
（3）流程节能 多组分分离顺序的选择是分离过程中常遇到的问题。目前广泛采用的是具有一种进料和两个产品的分离塔。当用到这类塔系分离多组分混合物时，就涉及先分离哪一组后分离哪一组的问题，因而还要对分离塔的排列顺序做出抉择。此外，在简单分离塔的基础上采用多段进料、侧线采出侧线汽提和热耦合等方式所构成的复杂塔及其塔系也在多种化工工艺中采用。它在操作和控制上比较复杂，但在节能和热能综合利用上有明显的优势。
（4）系统节能（“夹点技术”） 系统节能是相对于局部节能而言的，是指从整个系统全局考虑能量的装换、回收、利用等。系统节能的理论和方法是在过程系统和热力学分析两大理论的发展及其相互综合与渗透的基础上产生的，其研究始于20世纪70年代中期，80年代在理论上逐渐成熟，方法上逐渐完善，并在工业实践中取得了巨大的经济效益。
1.4现在蒸馏技术面临的机遇和挑战
随着经济全球化和工业的迅猛发展，各相关学科的相互渗透以及蒸馏学科本身的发展，蒸馏技术向新一代转变。蒸馏装置大型化、过程强化和节能技术，以及开发新蒸馏过程等成为研究热点。
世界各国对于新一代蒸馏过程具有新思想与创见。如精馏过程的分子模拟，精馏过程的分岔现象等均属于新发展的前沿问题。各国仍十分重视蒸馏技术在工业上的应用方面，尤其是关注于各种新发展的精馏节能技术、新型塔板、新型填料（特别是新型规整填料）、新操作方法等。
与国外相比，我国在精馏理论若干方面有先进之处，在改造工业生产的精馏塔方面亦有独到之处并取得了显著成效，但是仍然存在不少问题。至今关于气液两相界面相变传质和传热及气泡群传质动力学规律仍处于宏观和热力平衡水平上的研究，；理论预测传递过程尚处于半经验阶段，从而导致工程设计安全系数过大，造成材料和能源的很大浪费。
在实际生产中，蒸馏大型化带来的流体力学问题（均匀分布、放大效应等）；微型化所需的过程强化技术；塔内构件（填料、塔板、分布器、大型支撑结构等）的开发及大型化应用时热变形等问题，虽然在蒸馏技术不断发展和应用中已经得到部分解决，但这些实际问题仍然给蒸馏技术的应用带来麻烦和挑战，是需要继续研究和设法解决的。
综上，根据蒸馏学科的特点和研究现状，深入蒸馏研究过程必须突破传统研究方法，从研究方面、方式上开辟新思路，探索新理论，吸收其他学科的最新研究理论，对分离设备进行强化，开发新型、节能、高效的复合蒸馏过程和设备，是今后研究需要解决的关键问题。
1.5本设计中的方案选择
由于本设计任务中混合物的分离要求较高，故采取精馏操作。一般情况下，板式塔较填料塔有以下优点：效率高、处理量大、质量小、气液处理量较大等，又筛板塔操作时液体横过塔板，可以使气液组分充分接触，提高分离效率，故本设计中选取筛板式精馏塔。工业中常用的精馏操作流程图如下图所示：

图1-1 板式精馏塔的工艺流程简图
工艺流程：如图1所示。原料液由高位槽经过预热器预热后进入精馏塔内。操作时连续的从再沸器中取出部分液体作为塔底产品（釜残液）再沸器中原料液部分汽化，产生上升蒸汽，依次通过各层塔板。塔顶蒸汽进入冷凝器中全部冷凝或部分冷凝，然后进入贮槽再经过冷却器冷却。并将冷凝液借助重力作用送回塔顶作为回流液体，其余部分经过冷凝器后被送出作为塔顶产品。为了使精馏塔连续的稳定的进行，流程中还要考虑设置原料槽。产品槽和相应的泵,有时还要设置高位槽。为了便于了解操作中的情况及时发现问题和采取相应的措施，常在流程中的适当位置设置必要的仪表。比如流量计、温度计和压力表等，以测量物流的各项参数。
2.精馏塔设计任务书

2.1设计题目：二硫化碳—四氯化碳精馏塔设计
设计一座二硫化碳—四氯化碳连续精馏塔，要求生产能力为10000kg/h，塔顶馏出液中含二硫化碳不低于97%，原料液中二硫化碳含量为34%，塔顶温度46.5℃，进料温度58℃，塔釜温度76.5℃（本设计中百分数均为摩尔分数）。
2.2设计任务及操作条件
1、设计任务：
生产能力（二硫化碳） 10000kg/h
塔顶馏出液含二硫化碳
塔底釜残液含二硫化碳
进料组成 34%
2、操作条件
操作压力 常压（表压）
进料热状态 饱和液体进料
进料温度 58℃
塔顶温度 46.5℃
塔釜温度 76.5℃
年工作日天，每天小时连续运行
3、塔板类型 筛板
2.3设计内容
1、精馏塔的物料衡算；
2、塔板数的确定；
3、精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算；
4、精馏塔的塔体工艺尺寸计算；
5、塔板主要工艺尺寸的计算；
6、塔板的流体力学验算；
7、塔板负荷性能图；
8、精馏塔接管尺寸计算；
9、精馏塔各组件结构的设计及材料的选择
10、塔机械强度校核；
11、精馏塔装配图；
2.4设计基础数据
经查手册【4】得
表2-1 二硫化碳和四氯化碳的物理性质

项目
分子式
分子量
沸点(℃)
密度
二硫化碳

76
46.5
1.260
1.595
四氯化碳

154
76.8

表2-2 液体的表面加力 (单位:mN/m)

温度℃
46.5
58
76.5
二硫化碳
28.5
26.8
24.5
四氯化碳
23.6
22.2
20.2

表2-3 常压下的二硫化碳和四氯化碳的气液平衡数据

液相中二硫化碳摩尔分率x
气相中二硫化碳摩尔分率y
液相中二硫化碳摩尔分率x
气相中二硫化碳摩尔分率y
0
0.0296
0.0615
0.1106
0.1435
0.2580
0
0.0823
0.1555
0.2660
0.3325
0.4950
0.3908
0.5318
0.6630
0.7574
0.8604
1.0
0.6340
0.7470
0.8290
0.8790
0.9320
1.0

3．各部分结构尺寸的确定和设计计算

3.1. 物料衡算
二硫化碳的摩尔质量：MA=76kg/kmol
四氯化碳的摩尔质量：MB=154kg/kmol
进料组成：
馏出液组成：
液组成：
平均摩尔质量：

3.2全塔物料衡算
每小时处理摩尔量
总物料衡算

易挥发组分物料衡算

联立以上三式可得：

3.3塔板数的确定
(1)根据二硫化碳和四氯化碳的气液平衡数据作出y-x图,如图2所示

图3-1 二硫化碳、四氯化碳的y-x图及图解理论板

(2)进料热状况参数
因为进料状况为饱和液体进料，所以q=1

(3)最小回流比及操作回流比R
由图可知

取操作回流比
（4）操作线方程
精馏段操作线方程

提馏段操作线方程

在图3-1上作图解得：
（不包括塔釜），其中精馏段为5层，提馏段为3.5层.
全塔效率

塔内的平均温度为
℃
该温度下的平均粘度
由内插法计算
查手册58℃时二硫化碳和四氯化碳的黏度分别为，
76.5℃时二硫化碳和四氯化碳的黏度分别为【4】
由内插法计算

得
即60℃二硫化碳的黏度为

得
即60℃四氯化碳的黏度为

故:
（5）实际板数N
精馏段:
提馏段:
实际塔板数（层）
最佳进料位置
用作图法计算，由图3-1可知第6板最佳进料
3.4塔工艺条件及物性数据计算
3.4.1操作压强的计算Pm
塔顶压强PD=4+101.3=105.3kPa取每层塔板压降△P=1.3kPa 则：
进料板压强：PF=105.3+101.0=113.7kPa
塔釜压强：Pw=105.3+90.7=121.3kPa
精馏段平均操作压强：Pm==109.5 kPa
提馏段平均操作压强：P′m = =116.8kPa.
3.4.2塔顶液相平均表面张力的计算 由=46.5℃查手册[4]得：
； ；

塔顶釜液相平均表面张力的计算 由℃查手册得

即

3.4.3精馏塔气相密度
塔顶气相平均密度：
塔釜气相平均密度：
3.4.4精馏塔液相密度
查手册【4】得，t=46.5℃时，
塔顶部分
依下式：

即：
进料板处

塔釜部分

即：
3.5精馏塔气液负荷计算
精馏段内每块塔板上升的气体量：

精馏段每块塔板上升气体与下降液体积流量为:

提馏段每块塔板上升气体与下降液体积流量为

3.6精馏塔和塔板的主要工艺尺寸的计算
3.6.1塔径的计算
初选板间距HT=0.40m,取板上液层高度HL=0.07m 故：

精馏段气液动能参数

提馏段气液动能参数

经查史密斯关联图得【1】 精馏段
提馏段

图3-2史密斯关联图

因表面张力的差异，气体负荷因子校正为:
精馏段
大允许速率:
提馏段
大允许速率:

取空塔速率为最大允许速率的0.7倍，即
故精馏段塔径
根据标准塔径圆整得

取空塔速率为最大允许速率的0.7倍，即
故提馏段塔径
根据标准塔径圆整得D=1.4m
由于两段塔径相差不大，为使塔的结构简化，则取较大塔径，即D=1.37m，
圆整为1400m
塔的横截面积：
3.6.2塔高计算

式中 Z——塔的有效高度；
；

3.7溢流装置
由于塔径D=1.4m采用单溢流、弓形降液管、平形受液盘及平形溢流堰，不设进流堰。各计算如下：
（1）精馏段：
①溢流堰长
取堰长，即：；
②出口堰高 hw hw=hL-how

由, ：
经查液流收缩系数图【2】

图3-3液流收缩系数图

E为1.03 依下式得堰上液高度：
故：
③降液管宽度与降液管面积
有 查图【1】可得

图3-4 弓形降液管的宽度与面积

故：

④降液管内停留时间

—为塔板间距
⑤降液管底隙高度
取液体通过降液管底隙的流速=0.1m/s
依式计算降液管底隙高度， 即：
(2)提馏段：
①溢流堰长为0.7，即：
出口堰高 ；
由，由图4可知
E为1.04依下式得堰上液高度：

。
②降液管宽度与降液管面积
有查手册【1】及图3-4得
故：

③ 降液管内停留时间
降液管底隙高度
取液体通过降液管底隙的流速=0.008m/s
④依式计算降液管底隙高度 ：即

3.8塔板布置
3.8.1.塔板的分块
因由下表得：塔板分为4块安装
表3-1 塔径-塔板分块数
塔径（mm）

塔板分块数

3.8.2.边缘区宽度确定开孔区面积计算
取边缘区宽度=0.035m ,安定区宽度=0.065m
开孔区面积

其中

故:

3.8.3.筛孔数n与开孔率
取筛孔的孔径d0为5mm正三角形排列，一般碳钢的板厚为4mm,取 故孔中心距t=3.5 5.0=17.5mm
依下式计算塔板上筛孔数n ,即

图3-5 精馏段的阀孔布置图

依下式计算塔板上开孔区的开孔率，即：
（在5~15%范围内）
每层板上的开孔面积为

气孔通过筛孔的气速
3.9筛板的流体力学验算
3.9.1气体通过筛板压降相当的液柱高度
1、根据
干板压降相当的液柱高度
2、根据，查干筛孔的流量系数图
①精馏段由下式得
=
②提馏段由下式得

3.①精馏段气流穿过板上液层压降相当的液柱高度

由图充气系数与的关联图查取板上液层充气系数为0.57

②提馏段气流穿过板上液层压降相当的液柱高度

由图充气系数与的关联图查取板上液层充气系数为0.58
则
3、①精馏段克服液体表面张力压降相当的液柱高度
由 =
②提馏段克服液体表面张力压降相当的液柱高度
由 =
故①精馏段
单板压降
=（设计允许值）
故②提馏段
单板压降 =（设计允许值）
3.9.2雾沫夹带量的验算
①精馏段雾沫夹带量的验算
由式=
= 液/kg气<0.1kg液/kg气
故在设计负荷下不会发生过量雾沫夹带
②提馏段雾沫夹带量的验算
由式=
=kg液/kg气<0.1kg液/kg气
故在设计负荷下不会发生过量雾沫夹带
3.9.3漏液的验算
（三）①精馏段漏液的验算

筛板的稳定性系数
故在设计负荷下不会产生过量漏液
②提馏段漏液的验算

筛板的稳定性系数
故在设计负荷下不会产生过量漏液
四）①精馏段液泛验算
为防止降液管液泛的发生，应使降液管中清液层高度
由计算

取，则
故，在设计负荷下不会发生液泛
②提馏段液泛验算
为防止降液管液泛的发生，应使降液管中清液层高度
由计算

取=0.5，则
故，在设计负荷下不会发生液泛
3.10塔板负荷性能图
3.10.1雾沫夹带线
①精馏段

式中 （a）
=
近似取E1.0，，
故= （b）

取雾沫夹带极限值为0.1Kg液/Kg气，已知，
=0.4m，并将（a），（b）式代入
得
整理得 （1）
②提馏段

式中 （a）
=
近似取E1.0，，
故=
=0.12+1.69 （b）
取雾沫夹带极限值为0.1Kg液/Kg气，已知=，
=0.4m，并将（a），（b）式代入
得
整理得
3.10.2液泛线
①精馏段
令

联立得
近似的取E=1.0,

整理得

取,近似的有

故: (d)

将,及(c),(d),(e)代入得

整理得:

②提馏段
令

联立得
近似的取E=1.0,

整理得

取,近似的有

故： (d)

将,及(c),(d),(e)代入得

整理得:

3.10.3液相负荷上限线
①精馏段
以作为液体在降液管中停留时间的下限
(4)
(3)
(1)
(2)
(5)
P
1
2
3
4
5
8
7
6
5
4
3
2
1
0
.min
S
V
.max
S
V
3
/
S
Vms
×
33
10/
S
Lms
-
×
图3-6 精馏段负荷性能图

则
据此可作出与气体流量无关的垂直液相负荷上限
②提馏段
以作为液体在降液管中停留时间的下限
则
据此可作出与气体流量无关的垂直液相负荷上限
3.10.4漏液线
①精馏段
气相负荷下限线
由=4.4
= =- =
得
整理得:
液相负荷下限线
对于平直堰，取堰上液层告诉=0.006m，化为最小液体负荷标准, 取E1.0。由
=
即: 则
据此可作出与气体流量无关的垂直液相负荷下限线
可知设计供板上限有雾沫夹带线控制，下限由漏夜线控制
精馏段操作弹性=
②提馏段
气相负荷下限线
由=4.4
= =- =

得 整理得:
(五)液相负荷下限线
对于平直堰，取堰上液层告诉=0.006m，化为最小液体负荷标准, 取E1.0。
由=
即：

则
据此可作出与气体流量无关的垂直液相负荷下限线

1
2
3
4
5
8
7
6
5
4
3
2
1
0
P
(4)
(1)
(2)
(5)
(3)
图3-7 提馏段负荷性能图
.min
S
V
.min
S
V
3
/
S
Vms
×
33
10/
S
Lms
-
××

可知设计供板上限有雾沫夹带线控制，下限由漏夜线控制
精馏段操作弹性=

3.11精馏塔的工艺设计计算结果总表

项目

符号

单位
计算数据
精馏段
提馏段
各段平均压强

109.5
116.8
平均流量
气相

1.04
0.956
液相

0.0028
0.002
实际塔板数
Ｎ
块
12
9
板间距

0.4
0.4
塔的高度

8
塔径

1.4
1.4
塔板溢流形式

单流型
单流型
溢流装置
溢流管型式

弓形
弓形
堰长

0.98
0.98
堰高

0.058
0.048
溢流堰宽度

0.196
0.196
管底与受液盘距离

0.022
0.057
板上清液层高度

0.07
0.07
孔径

5.0
5.0
孔间距

17.5
17.5
孔数

个
4269
4369
开孔面积

0.084
0.084
筛孔气速

13.36
13.36
塔板压降

0.8623