1、1课程设计任务书按名单确定自己的确切设计内容工艺设计说明书课程设计成果2设计是工程师的基本工作。设计是一项充满挑战和创造性的工作。每一个成熟技术的使用、新技术的采用、甚至一个参数的选定，都是一次创造。一个成功的设计是设计者知识、智慧和创造的结晶。化工生产中面临各种生产任务设计就是根据生产任务的要求，综合各方面知识而设计的满足生产要求的工程技术方案3一一 化工项目建设的过程可行性研究工程设计项目施工开车验收工程设计初步设计详细设计初步设计方案设计设备设计41.过程及设备设计的性质及特点实践性综合性工程观念创造性2、基本原则技术先进性和可靠性经济性安全性可操作性和可控制性清洁生产5精馏过程工艺设计
2、基本步骤（1）确定精馏过程工艺流程方案确定了工艺流程、操作参数分离序列的选择分离过程模拟计算 操作参数的优化 过程能量集成6（2）精馏塔工艺设计填料塔填料塔填料类型的选择塔径的计算填料高度的计算及分段分布器、收集器等设计流体力学的校核板式塔板式塔塔板的类型及液流形式的选择塔径、塔高的计算溢流装置的设计塔盘及其布置流动性能校核 确定塔的类型 完成塔内件的设计7（3）辅助设备设计（4）管路设计及泵的选择（5）控制方案的确定（6）汇总设计结果设计说明书8板式塔板式塔一、一、板式塔概述板式塔概述 重要的气气-液传质设备液传质设备汽、液两相接触方式汽、液两相接触方式：（动画）（动画）全塔：逆流接触 塔板
3、上：错流接触两相流动的推动力：两相流动的推动力：液体：重力 气体：压力差（塔压降）9塔板结构：塔板结构：1、气体通道、气体通道 形式很多，如筛板、浮阀、泡罩等。对塔板性能影响很大。2、降液管（液体通道）、降液管（液体通道）多为弓形3、受液盘：、受液盘：塔板上接受液体的部分104、溢流堰、溢流堰 使塔板上维持一定高度的液层，保证两相充分接触。11塔板上塔板上理想流动理想流动情况情况：液体横向均匀流过塔板 气体从气体通道上升，均匀穿过液层 气液接触方式：鼓泡、蜂窝泡沫、泡沫和喷射接触状态 气液传质，达相平衡相平衡，分离后，继续流动12鼓泡态：气速小、相界面平静蜂窝泡沫态：气泡形成多面体结构，有明显
4、上界面，湍流较弱泡沫状态：液体以膜状分布在气泡之间，泡沫剧烈运动，界面波动剧烈喷射态：气相为连续相，液相以液滴浮悬浮，液体多次分散聚集，表面更新快乳化态：高压塔内，液相流量大，气泡细小，呈现乳化现象13传质的非理想流动情况传质的非理想流动情况：1、反向流动、反向流动 液沫夹带、气泡夹带 即：返混现象返混现象 后果后果：使已分离的两相又混合，需重新分离，板效率降低，能耗增加板效率降低，能耗增加。142、不均匀流动、不均匀流动 液面落差液面落差（水力坡度）：塔壁作用塔壁作用（阻力）：传质的非理想流动，使传质的非理想流动，使 实际塔板效率低于效率低于理论塔板引起塔板上气速气速不均引起塔板上液速液速不
5、均，中间 近壁后果：后果：使塔板上气液接触不充分，板效率降低。板效率降低。15原因：原因：1、过量液沫夹带液泛过量液沫夹带液泛 气速过高液泛气速（二）（二）严重漏液严重漏液 原因：原因：1、气速过小、气速过小 漏液点气速 2、液层厚度不均、液层厚度不均2、降液管液泛降液管液泛 降液管阻力过大引起 根源：再沸器、冷凝器热负荷过大或设计不合理根源：再沸器、冷凝器热负荷过大或设计不合理特征：特征：塔板阻力剧增二、二、板式塔中气液相异常流动板式塔中气液相异常流动（一）液泛（一）液泛(淹塔淹塔)液体充满塔板之间的空间，致使塔不能进行正常操作。163 常用塔板类型常用塔板类型 塔板是气液两相接触传质的场所
6、，为提高塔板性能，采用各种形式塔板。塔板性能要求：塔板性能要求：生产能力大，塔板效率高，塔板阻力小，操作弹性大，结构简单，维修方便，成本低。17常用塔板类型常用塔板类型1、泡罩塔板泡罩塔板 组成：组成：升气管和泡罩 优点：优点：塔板效率高，操作弹性大 对物料适应性强，不易堵 缺点：缺点：生产能力不大，阻力大 结构复杂，成本高。182、筛孔塔板筛孔塔板 塔板上开圆孔 孔径：3-8 mm 大孔径筛板：12-25 mm 优点：优点：结构简单，造价低廉193、浮阀塔板浮阀塔板 组成组成：浮阀 根据气体流量，自动调节开度 优点：优点：操作弹性大，阻力小；塔板效率高。缺点：缺点：用久后，操作易失常。方形圆
7、形条形204、喷射型塔板、喷射型塔板 气流方向气流方向：垂直 小角度倾斜 改善液沫夹带、液面落差 20=R2550三面切口舌片;拱形舌片;5050mm定向舌片的尺寸和倾角图6-55 舌形塔板气液接触状态：喷射状态气液接触状态：喷射状态连续相连续相：气相，分散相分散相：液相 促进两相传质形式：形式：舌形塔板、浮舌塔板、斜孔塔板、垂直筛板等215、多降液管塔板、多降液管塔板 提高允许液体流量226、林德筛板、林德筛板 用于减压塔的低阻力、高效率塔板。斜台斜台：抵消液面落差 导向孔导向孔：使气、液流向一致，减小液面落差液流(a)斜台装置液流液流(b)导向孔林德筛板237、无溢流塔板、无溢流塔板 有溢
8、流塔板：有溢流塔板：有降液管的塔板 无溢流塔板无溢流塔板：无降液管的塔板 形式：形式：无溢流栅栅板和无溢流筛筛板 特点特点：生产能力大，塔板阻力小；但操作弹性小，塔板效率低。ac24第一节第一节 设计方案确定设计方案确定一.确定精馏流程确定精馏流程（1）流程设计需要考虑的基本问题流程设计需要考虑的基本问题 分离序列的选择 热能的合理应用 能量集成思想 辅助设备 罐、换热器、泵 过程的控制和调节 原料量、回流量、液位等 （2）操作条件选择操作条件选择 操作压力 加压、常压常压、减压 进料状态 饱和液体饱和液体进料25（3）塔底加热剂及加热方式塔底加热剂及加热方式 常用的加热剂 饱和水蒸气、热水
9、常用的加热方式 间壁式（4）塔顶冷却剂的选择塔顶冷却剂的选择 常用的冷却剂 冷却水、液氨等 冷却水出口温度的选择26已知：塔顶、塔底组成、塔顶压力、回流比为求理论板数需要知道：塔顶、塔底温度，塔内气液相负荷，相对挥发度烃类特点：近似认为理想体系，可按恒莫尔流假设处理塔顶、塔底温度查手册（按纯组分）第二节第二节 精馏过程的模拟计算精馏过程的模拟计算工程经验每块塔板压降100mm液柱逐板计算，得出理论板数 N及适宜进料位置符合恒莫尔流假设乙烷乙烯相对挥发度1.348丙烷丙烯相对挥发度1.13327塔板设计选择精馏段或者提馏段的某一块塔板确定相关参数：气相流量 液相流量 气相密度 液相密度 液相表面
10、张力第三节第三节 板式塔的化工设计计算板式塔的化工设计计算28pTNHZ一、塔的有效高度一、塔的有效高度 Z 已知：已知：实际塔板数 NP 选取塔板间距 HT 有效塔高：有效塔高：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 安装高度安装高度：裙座 29塔板间距和塔径的经验关系塔板间距和塔径的经验关系 选取塔板间距选取塔板间距 HT：(计算塔径之后还要跌代）考虑经济性、经验选取 HT，则塔高，液沫夹带量，液泛气速 HT，则塔内气速，塔径可，但塔高30二、塔径二、塔径 原则：原则：防止过量液沫夹带液泛，先确定液泛气速液泛气速 uf(m/s)，然后选设计气速 u，计算塔径 D。1
11、、液泛气速：、液泛气速：VVLfCuLVVLvlssLVWWVLF C：气体负荷因子 C=f(HT,液体表面张力，两相接触状况）两相流动参数两相流动参数 FLV：式中，Vs、Ls：气、液相体积流率 m3/s WL、WV：气、液相质量流率 kg/s31横坐标：两相流动参数 FLV纵坐标：对于筛板塔(浮阀、泡罩塔)可查图，C20=(HT、FLV)VLVfuC20 C20：=20mN/m 时的 气 体负荷因子LVVLvlssLVWWVLF化原（下）237页费克关连图32uVAs选定HT，计算出 FLV 及 C，可计算液泛气速 ufVVLfCu2、选取设计气速、选取设计气速 u 选取泛点率：泛点率：u
12、/uf 一般液体，0.6-0.8 易起泡液体，0.5-0.6 设计气速设计气速 u=泛点率泛点率 uf所需气体流通截面积所需气体流通截面积2.02020CC33选取选取 Ad/AT34选取选取 Ad/AT原则原则 单流型弓形降液管：0.06-0.12 多流型：可适当增大 U 形流型：可适当减小35TAD4TdTAAAA1塔截面积塔截面积 AT=气体流通截面积气体流通截面积 A+降液管面积降液管面积 Ad 即即：A=AT-Ad塔截面积塔截面积计算塔径需圆整，系列化标准：0.4,0.5,0.6,0.7,0.8,0.9,1.0,1.2,1.4,1.6,1.8,2.0m 等 选取 Ad/AT，计算塔径
13、 D 36注意注意：（1）必须用圆整后的）必须用圆整后的D重新重新计算确定实际的气体流通截计算确定实际的气体流通截面积、实际气速及面积、实际气速及泛点率泛点率（2）校核）校核HT与与D的范围的范围37初选板间距vlssLVVLFC202.02020CCCVVLfCuufu=泛点率泛点率 ufuA选取Ad/ATATD校核校核HT与与D的范围的范围圆整确定实际的气体流通截面积、确定实际的气体流通截面积、实际气速及实际气速及泛点率泛点率符合不符合38三、溢流装置设计三、溢流装置设计 1.溢流型式的选择溢流型式的选择 依据：依据：塔径 流量 2.降液管和底隙降液管和底隙 降液管：弓形弓形、圆形 由Ad
14、/AT=0.060.12确定 底隙 hb：30-40 mm 3.溢流堰溢流堰 维持塔板上一定液层 使液体均匀横向流过39液流型式选取参考表液流型式选取参考表液体流量 m3/h塔径mU型流型 单流型 双流型阶梯流型1.07451.49702.0119090-1603.011110110-200200-3004.011110110-230230-3505.011110110-250250-4006.011110110-250250-45040堰长堰长 lW：影响液层高度 或：单流型：双流型:堰高堰高 hW：直接影响塔板上液层厚度 过小，相际传质面积过小 过大，塔板阻力大 常、加压塔：50-80 m
15、m 减压塔：25 mm TdWAAfDlDbfDldW75.06.0 DlW7.05.0 DlW查书上图（化原查书上图（化原235页），求页），求 lW溢流强度溢流强度Lh/lW 100130m3/mh413/231084.2WhowlLEh其中，E：液流收缩系数：液流收缩系数 一般，取 E=1要求：要求：mmhOW6堰上方液头高度堰上方液头高度 hOW：书上图（化原书上图（化原236页）页）42四、塔板及其分布四、塔板及其分布 受液区和降液区 入口安定区和出口安定区 边缘区：有效传质区：Aammbbss10050mmbc5043)sin(21222rxrxrxAa)sin(2)sin(211
16、221211222rxrxrxrxrxrxAa五、筛孔的尺寸和排列五、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：双流型弓形降液管塔板双流型弓形降液管塔板：aoAA)(2sdbbDx4420220907.060sin21421tdtdo00AVuS20200785.04dAdAnad0:3-8 mm 12-25 mm(大筛孔)t:(2.55)d0取整取整:0.00.05 5-0.1-0.15 5（大、小）（大、小）板厚：碳钢（板厚：碳钢（3-4mm3-4mm）、不锈钢）、不锈钢 筛孔气速：筛孔气速：筛孔数：筛孔数：
17、4520220907.060sin21421tdtdo00AVuS20200785.04dAdAna选择孔径选择孔径 d0，t 筛孔气速：筛孔气速：筛孔数：筛孔数：选择开孔率:0.05-0.15（大、小）（大、小）aoAA46六、阀孔的尺寸及排列（p.212）排列：一般为三角形 型式：F1、V-4、十字架型、A型、V-O型-F1型：d0=39mm t=75、100、125mm 等腰三角形排列等腰三角形排列（p.215)47常压、减压塔：=10%14%加压塔：10%n和的初步确定：选取阀孔动能因子F0=812用下式计算u0等参数22022044DdnDdn0205.0004)(udVnFuSV注
18、意：分块式塔板（0.8-0.9m整）先要选d排阀，最后确定u0、判断,000Fund48七、塔板的校核七、塔板的校核 对初步设计的结果进行调整和修正对初步设计的结果进行调整和修正VvLVvLWeWWeeWevsLsVLvVLWWe111、液沫夹带量校核、液沫夹带量校核 质量夹带率质量夹带率ev：单位量气体所夹带的液体量：单位量气体所夹带的液体量 kg 液体/kg气体，或 kmol液体/kmol气体 夹带速率夹带速率e：单位时间夹带到上层塔板的液体量，：单位时间夹带到上层塔板的液体量，kg 液体/h液沫夹带分率液沫夹带分率：每层板夹带的液体占进入该板的：每层板夹带的液体占进入该板的液体的分率。液
19、体的分率。则：49 筛板塔：方法一，查Fair图(教材241页)，可求 方法二，用Hunt公式：2.33107.5fTvHHue式中式中Hf 为板上泡沫层高度：为板上泡沫层高度：Hf=2.5(hW+hoW)要求要求：ev 0.1 kg 液体/kg气体重新选 u50浮阀塔：D 0.9m：F1 0.650.75 验证泛点率验证泛点率F1 一般的大塔：F1 0.80.82 负 压 塔：F1 0.750.77FTVLVSFbSVLVSKCAVFKCAZLVF78.036.111或Z液体横过塔板流动的行程K物性系数，设计查表5-11，对正常系统 K=1CF泛点负荷因子，查图（设计171页）Ab板上液流面
20、积，Ab=AT-2Ad单流型:Z=D-2bd双流型:Z=(D-2bd-bd)/251取以上计算值的大者做判断取以上计算值的大者做判断 超过允许值，应调整 塔板间距塔板间距或 塔径塔径 2、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：清液柱高度清液柱高度 m(液柱液柱)gphLff 塔板阻力塔板阻力 hf:（1）干板阻力）干板阻力 h0气体通过板上孔的阻力（设无液体时）气体通过板上孔的阻力（设无液体时）（2）液层阻力液层阻力 hl 气体通过液层阻力气体通过液层阻力 （3）克服液体表面张力阻力克服液体表面张力阻力 h孔口处表面张力孔口处表面张力52（1）干板阻力）干板阻力，m(
21、液柱液柱)筛板：筛板：200,021CuggphLVLof C0 孔流系数，查图孔流系数，查图P242（教材）（教材）浮阀：先联立以下二式求临界阀孔气速浮阀：先联立以下二式求临界阀孔气速u0,KLLvu：hgu：h/9.19234.5175.000200阀未全开时阀全开 比较：若比较：若u0u0,K，用上式（全开），用上式（全开）若若u0u0,K，用下式（未全开），用下式（未全开）求 uok53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03104dghL（3）克服液体表面张力阻力：一般可不计，克服液体表面张力阻力：一般可不计，m(液柱液柱)OWWlhhh（2）液层阻力）液层
22、阻力，m(液柱液柱)浮阀：浮阀：筛板：查图求筛板：查图求(充气系数）（教材充气系数）（教材242242页）页）OWWlhhh0水：0.5 油：0.20.35 碳氢化合物：0.40.5543、降液管液泛校核、降液管液泛校核553、降液管液泛校核、降液管液泛校核 降液管中清液柱高度降液管中清液柱高度(m)dLoWWdhgpphhH12)()()4(0476.032vLfsLfbHLZHbdfOWWhhhh 液面落差液面落差，一般较小，可不计；，一般较小，可不计；当当不可忽略时不可忽略时，要求：0.78AT时用第一式（多见）时用第一式（多见）Ab=AT-2Ad 塔板上液流面积62(2)液相下限线 规
23、定006.01084.23/23WhowlLEh整理出：L Lh h=3.07=3.07l lW 与y轴平行（3）严重漏液线（气相下限线）筛板塔：hhhhOWW13.00056.000002hgCuVL006.01084.23/23WhowlLEh00AVuhkuu1000.25.1k63浮阀塔：VhAVF003600/5 VhAV/180000（4）液相上限线保证液体在降液管中有一定的停留时间sLHAsTd5dThAHV72064（5）降液管液泛线dfOWWWThhhhhH)(两种塔型在hf 一项上有区别281018.1bwhdhlLhhhhhLof)(OWWLhhhHd=HT+hW20021CughLVo65min,max,hhVVmin,max,hhLL塔板的操作弹性：塔板的操作弹性：或
