dP 4VS u v
(2)回流管 dR 强制回流，uR=1.5-2.5m/s 4 LS dR uR (3)进料管 dF 泵输进料，uF=1.5-2.5m/s FMF LF F 进料温度下, 4 LF dF u F
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(4) 塔釜出料管 dw
4 L's 塔釜出料，uw=0.5-1m/s, d w u w
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(1)雾沫夹带线
Vs ,m3/s
(2)液泛线 B Vs,max (5) 液相负荷下 限线
P操作点 (3)液相上限线
A Vs,min
(4)漏夜线
O
塔板负荷性能图
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Ls ,m3/s
三．浮阀塔的辅助设备
1.配管 (1)塔顶蒸汽管 dp 常压操作，uv=12-20m/s
（1） 再沸器返塔蒸汽管 dv' 取 uv'=15m/S 2. 辅助设备 （1）冷凝器 a.热负荷 QC = V r b.冷却水用量 W 取冷却水的进口温度为 30 ℃，出口温度为 45 ℃，水的比热为 4.18kJ/kg℃ 则 W=Q/(CPt)
t 2 t1 t m T t1 ln T t2
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2.精馏塔设备设计 选择塔型和板型 采用板式塔，板型为筛板(浮阀)塔。 塔板结构设计和流体力学计算 按塔顶或塔底状态设计一~二块板，其中精馏段和提 馏段各段的塔板结构尽可能一致。注：以上的塔板设计 可在手算优化一块塔板的基础上，使用“化工塔器CAD 设计软件”进行其余塔板的优化设计。 绘制塔板负荷性能图：分别画出精馏段和提馏段的负 荷性能图。 有关具体机械结构和塔体附件的选定 接管规格：根据流量和流体的性质，选取经验流速， 选择标准管道。 全塔高度：包括上、下封头，裙座高度。
设计题目：苯－甲苯连续精馏塔的设计
1、操作条件 进料热状态：自选 塔顶压强：4.0kPa 单板压降：不大于0.7KPa 每年实际生产天数：330天（一年中有一个月检修） 冷却水温度：自选 饱和水蒸汽压力（温度）：自选
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2、生产任务
年产量
塔板：单号：筛板塔；双号：浮阀塔 0.68 0.70 0.72 0.75 0.78
化工原理课程设计
设计题目:板式精馏塔设计
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工艺设计 选择工艺流程和工艺条件 加料方式 b. 加料状态 c. 塔顶蒸汽冷凝方式 d. 塔釜加热方式 e. 塔顶塔底产品的出料状态 塔顶产品由塔顶产品冷却器冷却至常温。 精馏工艺计算： 物料衡算确定各物料流量和组成。 经济核算确定适宜的回流比 根据生产经常费和设备投资费综合核算最经济原则 ，尽量使用计算机进行最优化计算，确定适宜回流比。
H HF
HB 裙坐
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全塔效率采用O'connell关联式计算。 (c).总费用和适宜回流比 总费用CT=CD+CS+CW 元/年 总费用最低所对应的回流比作为最佳回流比，然后四舍 五入近似到小数点后一位，作为适宜回流比。在用计算机 计算的同时，应有一组手算结果。 精馏塔实际塔板数 用近似后的适宜回流比在计算机上通过逐板计算得到 全塔理论塔板数以及精馏段和提馏段各自的理论塔板数。 然后根据全塔效率ET，求得全塔、精馏段、提馏段的实 际塔板数，确定加料板位置。
0. 3 ～ 0.5 0. 5 ～ 0.8 25 0 ～ 350 0. 8 ～ 1.6 35 0 ～ 450 1. 6 ～ 2.0 45 0 ～ 600
塔 板 间 距 HT mm 20 0 ～ 300
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型流、单流型、双流型和阶梯流 型等，其中常选择的则为单流型和双流型。 （图见附录 1） 表 2、选择液流形式参考表 塔径 流 体 流 量 m 3 /h Mm U 形流型 单流型 双流型 阶梯流型 600 5 以下 5～ 25 900 7 以下 7～ 50 1000 7 以下 45 以 下 1200 9 以下 9～ 70 1400 9 以下 70 以 下 1500 10 以 下 70 以 下 2000 11 以 下 90 以 下 90～ 160 3000 11 以 下 110 以 下 110～ 200 200～ 300 4000 11 以 下 110 以 下 110～ 230 230～ 350 5000 11 以 下 110 以 下 110～ 250 250～ 400 6000 11 以 下 110～ 250 250～ 450 应用 用于较低 一般应用 高 液 气 比 极高液气极 场合 液气比 和大型塔板 大型塔板
40
41 42 48
塔顶产品浓度：98.5% 塔底釜液含易挥发组分的质量不高于 ： 6.0%
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3、设计内容及要求
（1）确定精馏装置流程，绘出流程示意图。 （2）工艺参数的确定：基础数据的查取及估算，工艺过程 的物料衡算及热量衡算，理论塔板数，塔板效率，实际塔板 数等。 （3） 主要设备的工艺尺寸计算：板间距，塔径，塔高，溢 流装置，塔盘布置等。 （4） 流体力学计算：流体力学验算，操作负荷性能图及操 作弹性。 (5)辅助设备选型与计算 (6)绘制塔设备结构图：1号图纸（可手画图或者AutoCAD） （7）撰写课程设计说明书（A4纸书写）
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3.附属设备设计和选用 (1)加料泵选型，加料管规格选型 加料泵以每天工作3小时计（每班打1小时）。 大致估计一下加料管路上的管件和阀门。 (2)高位槽、贮槽容量和位置 高位槽以一次加满再加一定裕量来确定其容积。 贮槽容积按加满一次可生产10天计算确定。 (3)换热器选型 对原料预热器，塔底再沸器，塔顶产品冷却器等 进行选型。 (4)塔顶冷凝器设计选型 根据换热量，回流管内流速，冷凝器高度，对塔顶 冷凝器进行选型设计。
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4.编写设计说明书 设计说明书应根据设计指导思想阐明设计特点，列出设 计主要技术数据，对有关工艺流程和设备选型作出技术上和 经济上的论证和评价。应按设计程序列出计算公式和计算结 果；对所选用的物性数据和使用的经验公式图表应注明来 历。 设计说明书应附有带控制点工艺流程图，塔板结构简图 和计算机程序框图和原程序。 5.注意事项: 1.写出详细计算步骤,并注明选用数据的来源; 2.每项设计结束后,列出计算结果明细表; 3.设计说明书要求字迹工整,装订成册上交;
c.换热平均温差tm (泡点回流) e.换热面积 S S=Q/(Ktm)
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d.换热系数 K 可查表选设备。
（2）再沸器 a. 热负荷 QB = V' r 由塔底压强组成确定塔底温度表。 b.加热蒸汽用量 G G=QB/r' c.换热平均温差tm tm=T 蒸汽-t 釜温 d. 换热系数 K 查教材上册 P229，表 4-4 e.换热面积 S' S'=Q/(Ktm) 查表选设备。 贮槽、加料泵、高位槽、产品冷却器设计从略。
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(a). 生产经常费 包括再沸器水蒸汽费，塔顶冷凝器，产品冷却 器冷却水费。 a1. 水蒸汽费用CS 采用饱和水蒸汽压力：2.5kgf/cm2(表压) 按1吨煤可获得6吨水蒸汽计。 1吨煤单价250元。 a2. 冷却水费用CW 冷却水单价按2元/吨而定。 换热器中冷却水温升一般取10~20℃。 (b).设备投资费 b1.精馏塔投资费CD 成本：20000D1.2元/实际塔板 D：精馏塔内径 m b2.年折旧率为15% 全塔成本：20000D1.2Ne×15% 元/年 Ne：实际塔板数
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二．塔和塔板主要工艺尺寸的设计
它包括板间距的初估，塔径的计算，塔板液流型式的确定，板上 清液高度、堰长、堰高的初估与计算，降液管的选型及系列参数的计 算，塔板布置和筛板的筛孔和开孔率，最后是水力校核和负荷性能图。
1、板间距 H T 的初估
板间距的大小与液泛和雾沫夹带有密切的关系。板距取大些，塔 可允许气流以较高的速度通过，对完成一定生产任务，塔径可较小； 反之，所需塔径就要增大些。板间距取得大，还对塔板效率、操作弹 性及安装检修有利。但板间距增大以后，会增加塔身总高度，增加金 属耗量，增加塔基、支座等的负荷，从而又会增加全塔的造价。初选 板间距时可参考下表所列的推荐值。 表 1 板间距与塔径关系 塔 径 D, m
进料浓度 50000 1
54000 58000 62000
0.65
20
2 30 17
11
28 3 8
15
24 9 4
25
10 14 26
36
37 38 39
21 16 29
66000
70000 74000 78000
19
6 31 43
7
18 32 44
22
12 33 45
27
23 34 46
5
13 35 47
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HD
4． 塔高 H(不包括封头、裙坐 ) H=(n-nF-np-1)HT+nFHF+nPHp+HD+HB n——实际塔板数； nF——进料板数 HF——进料板处板间距， m nP——人孔数 Hp——设人孔处的板间距， m HD——塔顶空间，m（不包括头盖部分） HB——塔底空间，m（不包括底盖部分）
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四、塔体结构 1．塔顶空间 HD 塔顶空间 HD 的作用是供安装塔板和开人孔的需要，也使 气体中的液滴自由沉降，一般取 1～1.5m。 2．塔底空间 HB 塔底空间 HB 具有中间贮槽的作用，塔釜料液最好能在塔 底有 10～15 分钟的储量，以保证塔釜料液不致排完。若 塔的进料设有缓冲时间的容量，塔底容量可取为 3～5 分 钟的储量。 3．人孔 一般每隔 6～8 层塔板设一人孔（安装、检修用） ，人孔处 板间距≥600mm， 人孔直径一般为 450～500mm,其伸出塔 体的筒体长为 200～250mm,人孔中心距操作平台约 800～ 1200mm。