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1、化工原理課程設計 篩板(浮 閥)式精餾塔設計,常 州 大 學 2011年1月,,第一部分：化工原理課程設計任務書,一. 設計題目：苯甲苯混合液篩板(浮閥)精餾塔設計,二. 原始數(shù)據 年處理量：25000 30000 35000 40000 45000 50000噸 料液初溫：35 料液濃度：40% 45% 50% 55% 60%（苯質量分率） 塔頂產品濃度：98.5%（苯質量分率） 塔底釜液含甲苯量不低于 98%(以質量計) 每年實際生產天數(shù)：330天（一年中有一個月檢修） 精餾塔塔頂壓強：4 kpa（表壓） 冷卻水溫度：10 飽和水蒸汽壓力：0.25Mpa(表壓) 設
2、備型式：篩板(浮閥)塔 廠址：江蘇地區(qū),三. 設計任務 完成精餾塔工藝設計，精餾設備設計，有關附屬設備的設計和選用，繪制帶控制點工藝流程圖，塔板結構簡圖，編制設計說明書。,四. 設計內容 1. 工藝設計 （1）選擇工藝流程和工藝條件 a加料方式 b. 加料狀態(tài) c. 塔頂蒸汽冷凝方式 d. 塔釜加熱方式 e. 塔頂塔底產品的出料狀態(tài) 塔頂產品由塔頂產品冷卻器冷卻至常溫。 （2）精餾工藝計算： a.物料衡算確定各物料流量和組成。 b.經濟核算確定適宜的回流比 根據生產經常費和設備投資費綜合核算最經濟原則，盡量使用計算機進行最優(yōu)化計算，確定適宜回流比。 c.精餾塔實際塔板數(shù) 用近似
3、后的適宜回流比在計算機上通過逐板計算得到全塔理論塔板數(shù)以及精餾段和提餾段各自的理論塔板數(shù)。 然后根據全塔效率ET，求得全塔、精餾段、提餾段的實際塔板數(shù)，確定加料板位置。,2. 精餾塔設備設計 (1)選擇塔型和板型 采用板式塔，板型為篩板(浮閥)塔。 (2)塔板結構設計和流體力學計算 (3)繪制塔板負荷性能圖 畫出精餾段或提餾段某塊的負荷性能圖。 (4)有關具體機械結構和塔體附件的選定 *接管規(guī)格： 根據流量和流體的性質，選取經驗流速，選擇標準管道。 *全塔高度： 包括上、下封頭，裙座高度。,3.附屬設備設計和選用 (1)加料泵選型，加料管規(guī)格選型 加料泵以每天工作3小時計
4、（每班打1小時）。 大致估計一下加料管路上的管件和閥門。 (2)高位槽、貯槽容量和位置 高位槽以一次加滿再加一定裕量來確定其容積。 貯槽容積按加滿一次可生產10天計算確定。 (3)換熱器選型 對原料預熱器，塔底再沸器，塔頂產品冷卻器等進行選型。 (4)塔頂冷凝器設計選型 根據換熱量，回流管內流速，冷凝器高度，對塔頂冷凝器進行選型設計。,4.編寫設計說明書 設計說明書應根據設計指導思想闡明設計特點，列出設計主要技術數(shù)據，對有關工藝流程和設備選型作出技術上和經濟上的論證和評價。應按設計程序列出計算公式和計算結果；對所選用的物性數(shù)據和使用的經驗公式圖表應注明來歷。 設計說明書應附有帶控制
5、點工藝流程圖，塔板結構簡圖和計算機程序框圖和原程序。 5.注意事項: 寫出詳細計算步驟,并注明選用數(shù)據的來源; 每項設計結束后,列出計算結果明細表; 設計說明書要求字跡工整,裝訂成冊上交。,板式塔： 逐級接觸式，內裝塔板，氣 液傳質在板上液層空間內進行,第二部分： 板 式 塔,一.塔板結構,篩板塔,泡罩塔板：,浮閥塔板：,三種塔板的比較:,生產能力： 篩板 浮閥 泡罩 壓降： 泡罩 浮閥 篩板 操作彈性： 浮閥 泡罩 篩板 造價： 泡罩 浮閥 篩板 板效率： 浮閥、篩板相當 泡罩,噴射型塔板：,舌形塔板,浮舌塔板,板 式 塔 塔板類型,氣液接觸狀態(tài),二.塔板上汽液兩相的流動現(xiàn)象,塔板上汽
6、液兩相的流動現(xiàn)象,,,,,塔板上汽液兩相的流動現(xiàn)象,注意,塔板上汽液兩相的流動現(xiàn)象,通常希望在泡沫狀態(tài)、噴射狀態(tài)或兩者的過渡狀態(tài)下操作,液汽比較大時處于泡沫狀態(tài)，較小時處于噴射狀態(tài),易揮發(fā)組分與難揮發(fā)組分的表面張力的相對大小對汽液接觸狀態(tài)有影響,易難，宜在泡沫狀態(tài)下操作 這時汽液兩相所形成的泡沫層中的氣泡穩(wěn)定，泡沫層較高，汽液兩相接觸面積大，塔板效率高,篩板的篩孔孔徑與開孔率較小時易形成泡沫接觸狀態(tài),霧(液)沫夾帶：,分析：,產生原因：,確定原則：,,防范措施：,適當加大板間距,三、塔板上汽液兩相的非理想流動現(xiàn)象,氣泡夾帶,氣泡夾帶,空間不均勻流動 氣體流速不均勻 液體流速不均勻,液泛(淹塔
7、)：,四、塔板上汽液兩相的不正常流動現(xiàn)象,危害性：,產生原因：,,防范措施：,優(yōu)化板結構,增大板間距,可提高液泛氣速,操作被完全破壞,,塔板上汽液兩相的流動現(xiàn)象,漏液：,,,,,塔板上汽液兩相的流動現(xiàn)象,危害性：,產生原因：,,防范措施：,預留安定區(qū),,,,塔板上汽液兩相的流動現(xiàn)象,塔板效率：,表示法：,五、塔板效率、塔高及塔徑計算,,塔板效率,說明：,不同板的 通常不相等；,總板效率 ， 但 。,影響因素：,物系性質：粘度、密度、表面張力、擴散系數(shù)等；,塔板結構：塔徑、板間距、堰高、開孔率等；,操作條件：溫度、壓強、氣速、氣液量比等。,塔板效率,第三部分：篩板式精餾塔設計方法,一.
8、工藝計算 二. 設備計算 三. 輔助設備計算 四. 塔體結構 五. 帶控制點工藝流程圖,主要內容是(1)物料衡算 (2)確定回流比 (3)確定理論板數(shù)和實際板數(shù) (4)塔的氣液負荷計算 (5)熱量衡算 塔設備的生產能力一般以千克/小時或噸/年表示，但在理論板計算時均須轉換成kmol/h,在塔板設計時，氣液流量又須用體積流量m3/s表示。因此要注意不同的場合應使用不同的流量單位。 1.全塔物料衡算： F=D+W FxF=DxD+WxW 塔頂產品易揮發(fā)組分回收率為： = DxD/FxF 式中:F、D、W分別為進料、塔頂產品、塔底餾出液的摩爾流量(kmol/h), xF、xD、xW分別為進料、
9、塔頂產品、塔底餾出液組成的摩爾分率,一工藝計算,,2020/9/18,2020/9/18,2020/9/18,2020/9/18,2020/9/18,3 液流型式的選擇,2020/9/18,2020/9/18,2020/9/18,2020/9/18,2020/9/18,2020/9/18,2020/9/18,2020/9/18,2020/9/18,2020/9/18,2020/9/18,2020/9/18,2020/9/18,2020/9/18,2020/9/18,2020/9/18,2020/9/18,塔板的負荷性能圖 在確定了塔板的工藝尺寸，又按前述各款進行了流體力學驗算之后，便可確認所設計的塔板能在任務規(guī)定的氣液負荷下正常操作。此時，有必要進一步揭示該塔板的操作性能，即求出維持該塔板正常操作所允許的氣、液負荷波動范圍。這個范圍通常以塔板負荷性能圖的形式表示。,2020/9/18,2020/9/18,2020/9/18,2020/9/18,2020/9/18,2020/9/18,2020/9/18,四. 塔體結構,2020/9/18,2020/9/18,2020/9/18,五. 帶控制點工藝流程圖,
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