化工原理课程设计

设计时间：2023年6月1日。

1）封面：

包括课程设计题目、系别、班级、学生姓名、设计时间等。

2）目录。

3）设计任务。

4）概述：设计方案的分析和拟定，工艺流程简图及简介。

5）设计条件及主要物性参数表。

6）设计内容（按顺序说明：有关参数计算、物料衡算，主要设备各部分工艺尺寸的确定和设计计算、设计结果校核)

7）设计结果汇总表。

8）小结。9）对本设计的评述。

本部分主要介绍设计者对本设计的评价及设计者的学习体会。

10）参考文献。

11）附录。

制图：主要设备图、零部件（图纸4#

根据计算结果，选取一定比例，按要求进行制图。

10000吨/年苯-氯苯分离过程筛板式精馏塔设计。

填料塔与板式塔是塔设备（即塔器）的两大类型。用于吸收及精馏的塔器亦称气液传质设备。

生产上对塔器在工艺上及结构上提出的要求有下列几方面：

1分离效率高---达到一定分离程度所需塔的高度低。

2生产能力大---单位塔截面积处理量大。

3操作弹性（flexibility）大---对一定的塔器，操作时气液流量（亦称气液负荷）的变化会影响分离效率。若分离效率最高时的气液负荷作为最佳负荷点，可把分离效率比最高效率下降15%的最大负荷与最小负荷之比称为操作弹性。工程上常用的是液-气负荷比l/v为某一定值时，气相与液相的操作弹性。

操作弹性大的塔必然适应性强，易于稳定操作。

4．气体阻力小---气体阻力小可使气体输送的功率消耗小。对真空精馏来说，降低塔器对气流的阻力可减小塔顶，底间的压差，降低塔的操作压强，从而可降低塔底溶液泡点，降低对塔釜加热剂的要求，还可防止塔底物料的分解。

5．结构简单，设备取材面广---便于加工制造与维修，**低廉，使用面广。

筛板塔设计是在有关工艺计算已完成的基础上进行的。对于气、液恒摩尔流的塔段，只须任选其中一块塔板进行设计，并可将该设计结果用于此塔段中。例如，全塔最上面一段塔段，通常选上面第一块塔板进行设计；全塔最下面一段塔段，通常选最下面一块塔板进行设计。

这样计算便于查取气液相物性数据。

若不同塔段的塔板结构差别不大，可考虑采用同一塔径，但不同塔段塔板的筛孔数、孔心距与筛孔直径之比可能有差异。对筛孔少、塔径大的塔段，为减少近塔壁处液体“短路”，可在近塔壁处设置挡板。只有当不同塔段的塔径相差较大时才考虑采用不同塔径，即异径塔。

1 理论塔板数，实际塔板数。

2 选定塔板液流型式（以下只按单流型考虑）、板间距ht、溢流堰长与塔径之比、降液管型式及泛点百分数。

塔径计算。塔板板面布置设计及降液管设计。

塔板操作情况的效核计算——作负荷性能图及确定操作点。

若校核计算后对设计方案不满意，应修改设计方案，再作校核计算，直到满意为止。

1 nt 理论板数。作图法。

求rmin r

q线方程。精馏段操作线方程

相平衡线方程

et；实际塔板数。

1）塔顶、进料板：tm、pm

2） tm、pm=1/2(pd+pf)

tm 设td 查pa0、pb0 计算pd

pd = pa0xa+ pb0 xb

效正1/2（pd+ pf ）=pm

设tf查pa0、pb0 计算pf 效正1/2（pd+ pf ）=pm

pf= pa0xa+ pb0 xb

计算气相：密度、质量、摩尔流量；液相：密度、粘度、质量、摩尔流量。

1） d设计。

计算方法如下面框图所示：θ

设 d →ht →cf → umax→ u → ht → d →圆整d

2）溢流装置：溢流堰、降液管。

3）塔板设计：板布置、开孔率。

单溢流、弓形降液管、平行受液盘、不设进口堰。

1） p＜单板压降。

2）液沫夹带是量ev＜0.1kg液/kg干气。

3）漏液线：稳定系数k=u0/uow＞1.5-2.0

4）液泛hd≤φ(ht+hw)

操作弹性p=vsmax/vsmin

液相下限线；②液相上限线；③漏液线；④过量液沫夹带线；⑤溢流液泛线。

筛板塔。7．4．1 筛板塔的结构。

1）筛板塔的主要部件。

1）筛板：开有筛孔的板叫筛板。筛孔起均匀分散气体的作用。若孔径小，要求单位面积的孔数多，则加工麻烦且小孔易堵，但孔小不易漏液，操作弹性大；孔径大则反之。

若值过小，开孔过密，塔板强度下降，且气泡容易经碰撞生成大气泡，传质面积减小，对传质不利。若值过大，板上产生气泡的点分布太疏，塔板利用率过低，亦不适宜。一般采用=2.

5～5，常用值是3～4。

2）溢流堰：在液体横向流过塔板的末端，设有溢流堰。溢流堰是一块直条形板。

溢流堰高hw 对板上积液的高度起控制作用。hw 值大，则板上液层厚，气液接触时间长，对传质有利，但气体通过塔板的压降亦大。常压操作时，一般hw =20～50mm。

真空操作时为10～20mm，加压操作时为40～80mm。

3）降液管：降液管是液体自上一层塔板流至其下一层塔板的通道。降液管横截面有弓形与圆形两种。

因塔体多数是圆筒体，弓形降液管可充分利用塔内空间，使降液管在可能条件下截面积最大，通液能力最强，故被普遍采用。

降液管下边缘在操作时必须浸没在液层内，以保证液封，即不允许气体通过降液管“短路”流至上一层塔板的液层上方空间。降液管下缘与下一块塔板的距离称为降液管底隙高度h0，h0为20～25mm。若h0值过小则液体流过降液管底隙阻力太大。

为保证液封，要求（hw- h0）大于6mm。

筛板塔的结构如图7-15所示。

2）筛板的板面布置。

参看图7-15，筛板的板面可划分为若干区域。各区的名称、作用及面积算法如下。

1）有效传质区：塔板上布置有筛孔的区域，称有效传质区，面积为aa，即图7-15右图中虚线以内的部份。有效传质区面积的计算式为。

式中角度以弪为单位。

2）降液区：每根降液管所占用的塔板区域，称降液区，面积为af。降液区内不开孔。

弓形降液管的降液区面积af可通过几何计算求得。若溢流堰长为lw，塔内径为d，塔的横截面积为at，则由。计算结果示于图7-16中。

应用时只需查图线即可。图7-16还绘有由值查取弓形降液管最大宽度wd与塔径d之比的曲线供查用。

若降液区增大，即值增大，则有效传质区占全塔截面的比值减小。一个合理的设计方案，应兼顾有效传质区与降液区两方面的需要。一般=0.6～0.8。

3）塔板上的液流型式。

以上介绍的塔板上液体流动的型式称为“单流型”，也是最常见的流型。若液体流量及塔径都比较大，采用“单流型”塔扳会在塔板上形成较大的液面落差（水力坡度）△。塔板上液面高度的差异导致板上气体分布不均匀，对传质产生不良影响。

为了减小塔板的液面落差，可采用“双流型“塔板。“双流型”塔板是采取中间安装降液管与两侧安装双降液管的两种塔板相间装置方式，令液体在塔板上只流过半程距离，而且每侧液体流量只占总流量之半，从。

表7-8 液相负荷、塔径与液流型式的关系。

4）板间距。

相邻两层塔板间的距离叫板间距ht。板间距的大小关系到正常操作气液流量的高限值，也和塔高度相关。若板间距取得大，允许的气液流量也大，但对一定塔板数而言，需要的塔体亦高。

气液流量大意味着生产能力大，而塔的高度大意味着设备投资大，设计时应从这两方面权衡比较后确定板间距。一般可按表7-9所示的经验值选取板间距的初值。

表7-9 板间距参考值（单流型）

注：当ht<500mm，ht按50mm幅度变化；ht≥500mm，按100mm幅度变化。

本章只介绍“单流型”塔的计算方法。其它流型塔的计算可参看有关书籍。

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