化工原理課程設計板式精餾塔設計第一章板式精餾塔設計主要內容：一、塔設備簡介二、板式精餾塔主體設備的設計三、板式塔的結構和附屬設備選型配套設計化工原理課程設計板式精餾塔設計第一節塔設備簡介

塔設備是氣液傳質設備分類：板式塔和填料塔工業生產對塔設備的主要要求：

生產能力大；傳質、傳熱效率高；流體流動的摩擦阻力小；操作穩定，適應性強，操作彈性大；結構簡單，材料耗用少；制造安裝容易，操作維修方便。應綜合考慮以上諸因素?；ぴ碚n程設計板式精餾塔設計第二節板式精餾塔的工藝設計主要內容：一.設計方案的確定二.物料衡算和操作線方程三.理論板數的求算方法四.塔和塔板主要工藝尺寸的設計化工原理課程設計板式精餾塔設計一.設計方案的選定1.裝置流程的確定包括：熱量的利用，進料方式的選擇，冷凝器的選擇（全凝器或分凝器）2.操作壓強的選擇：取決于冷凝溫度包括：常壓、減壓、加壓化工原理課程設計板式精餾塔設計

3.進料熱狀況的選擇：用表示

五種進料熱狀況:

冷液進料：飽和液體（泡點）進料：飽和蒸汽（露點）進料：氣液混合進料：過熱氣進料：

原則上采用冷液進料，但通常采用泡點進料?；ぴ碚n程設計板式精餾塔設計4.加熱方式的選擇大多采用間接蒸汽加熱，設置再沸器。5.回流比的選擇主要從經濟觀點出發，力求使設備費用和操作費用之和最低。一般經驗值為

化工原理課程設計板式精餾塔設計1、兩組分理想物系的氣液平衡函數關系

氣液相平衡(vapor--liquidequilibrium)：溶液與其上方蒸氣達到平衡時氣液兩相各組分組成的關系。

物系的分類：理想物系和非理想物系。

理想溶液的氣液平衡關系遵循拉烏爾定律（Raoult’slaw)，即

式中

p——溶液上方組分的平衡分壓

p0——同溫度下純組分的飽和蒸氣壓

x——溶液中組分的摩爾分率

第三節雙組分溶液的氣液平衡化工原理課程設計板式精餾塔設計根據道爾頓分壓定律和拉烏爾定律

當總壓P不高時，平衡的氣相可視為理想氣體，服從道爾頓分壓定律，即式（a）和（b）為兩組分理想物系的氣液平衡關系式。（a）（b）第三節雙組分溶液的氣液平衡化工原理課程設計板式精餾塔設計

當總壓不高時，蒸氣服從道爾頓分壓定律對于二元溶液

xB=1-xAyB=1-yA整理后，略去下標.氣液平衡方程第三節雙組分溶液的氣液平衡2、相對揮發度及氣液平衡方程化工原理課程設計板式精餾塔設計3.二元物系連續板式精餾塔的工藝計算1.物料衡算與操作線方程①全塔物料衡算總物料F=D+W易揮發組分FxF=DxD+WxW化工原理課程設計板式精餾塔設計②精餾段操作線方程或其中L=R·D

③提留段操作線方程或其中化工原理課程設計板式精餾塔設計化工原理課程設計板式精餾塔設計④進料線方程（線方程）

線方程代表精餾段操作線與提留段操作線交點的軌跡方程。4.理論板數的求算化工原理課程設計板式精餾塔設計

求算理論板數之前，需知原料液組成，選擇進料熱狀況（即q值）和操作回流比等精餾操作條件，利用氣、液相平衡關系和操作方程求算。常用理論板數的求算方法有三種方法，現分別予以介紹。（1）逐板計算法

設塔頂采用全凝器，泡點回流，則化工原理課程設計板式精餾塔設計注意：間接蒸汽加熱時，再沸器內可視為氣液兩相達平衡，故再沸器相當于一層理論板，則提餾段理論板數為(m-1)層。缺點：計算雖然準確，但較繁瑣。化工原理課程設計板式精餾塔設計（2）直角梯級求解法（M.T.圖解法）方法和步驟如下：設采用間接蒸汽加熱，全凝器（），泡點進料。①首先在y-x圖上作平衡線和對角線。②作精餾段操作線。③作進料線（q線）。與精餾段操作線相交與點d。④作提留段操作線。⑤圖解理論板層數?？邕^交點d的梯級為進料板。如采用再沸器，應減去一層塔板數，如采用分凝器，應再減去一層塔板數。化工原理課程設計板式精餾塔設計化工原理課程設計板式精餾塔設計（3）簡捷法(Gilliland）①求算Rmin和選定R。Rmin的求算如下式：

a.進料為飽和液體時,∵xq=xF,故

b.進料為飽和蒸汽時,∵Yq=YF,故對于平衡曲線形狀不正常的情況，可用作圖法求Rmin.化工原理課程設計板式精餾塔設計化工原理課程設計板式精餾塔設計平衡曲線形狀不正常情況下Rmin求法②計算Nmin

化工原理課程設計板式精餾塔設計③計算值。在吉利蘭圖橫坐標上找到相應點，自此點引鉛垂線與曲線相交，由交點相應的縱坐標值求算出不包括再沸器的理論板數N。④確定進料板位置?；ぴ碚n程設計板式精餾塔設計化工原理課程設計板式精餾塔設計三、塔效率的估算1.定義：為在指定分離要求與回流比所需理論板數NT與實際塔板數NP的比值。即：2.兩個關聯方法①Dickamer和Bradford法根據精餾塔全塔效率關聯圖，有下列公式：

（適用于液相粘度為0.07~1.4mPa·s的烴類物系。）μm:根據塔頂和塔底的組成查氣液組成圖（自己繪制），分別獲得塔頂塔底溫度數據，然后再查物系的粘度表（書上附錄）進而求解化工原理課程設計板式精餾塔設計②O′connell法將全塔效率關聯為相對揮發度與液相平均粘度乘積的函數，得到精餾塔全塔效率關聯曲線。用下式表示：

適用于，且板上液流長度≤1.0的一般工業板式塔。

化工原理課程設計板式精餾塔設計粘度可用加和法估算：第二章塔主要工藝尺寸的設計主要內容：

1.塔高

2.塔徑

3.溢流裝置與液體流型

4.塔板設計1.

塔高塔徑DT/m0.3~0.50.5~0.80.8~1.61.6~2.42.4~4.0板間距HT/mm

200~300250~350300~450350~600400~600化工原理課程設計塔主要工藝尺寸的設計1.1計算公式：選定時，還要考慮實際情況。1.2板間距HT選取的一般依據2.塔徑2.1計算公式：

C為負荷系數，可由Smith關聯圖查取。注意：查得的負荷系數為液體表面張力σ＝20mN/m的值C20

，故一般應將C值加以修正。式中

Vs

—

氣體體積流量，m3/su

—

空塔氣速，m/s化工原理課程設計塔主要工藝尺寸的設計化工原理課程設計塔主要工藝尺寸的設計2.塔徑2.2圓整將計算所得塔徑向系列標準圓整

400、500、700、800、1000·······46002.3變徑塔或通徑塔3.溢流裝置設計

化工原理課程設計塔主要工藝尺寸的設計hwhowHdhLhoHTDWcDxWdWstAfAaW'sA'fLw溢流堰降液管受液盤

3.1降液管類型與溢流方式化工原理課程設計塔主要工藝尺寸的設計（a）圓形降液管（b）內弓形降液管（c）弓形降液管它由部分壁面和一塊平板圍成的，由于能充分利用內空間，提供較大降液面積及兩相分離空間，被普遍用。（d）傾斜式弓形降液管它既增大了分離空間又不過多占用塔板面積，故適用于大直徑大負荷塔板。3.1.1降液管類型化工原理課程設計塔主要工藝尺寸的設計

U型流小液體負荷，液體流程長，板面利用好，板效較高，但液面落差大。

單流型液體流程較長，板面利用好，塔板結構簡單，直徑2.2米以下的塔。3.1.2溢流堰的類型

階梯溢流結構復雜，適用于大塔徑負荷大的塔。

雙溢流流程短可減少液面落差，但板面利用率低且結構復雜，用于液體負荷大，直徑2m以上塔。

一般可根據初估塔徑和液體流量進行選擇?；ぴ碚n程設計塔主要工藝尺寸的設計4.溢流堰裝置的設計計算化工原理課程設計塔主要工藝尺寸的設計4.1.1堰長lw

單流型lw

為（0.6～0.8）D

雙溢流lw

為（0.5～0.7）D

也可由溢流強度計算篩板及浮閥塔的lw：其中D－塔徑

lw

－溢流堰長

Lh－液體流量4.1溢流堰化工原理課程設計塔主要工藝尺寸的設計式中hL

－板上液層高度(一般50～100mm）

how－堰上液層高度4.1.2堰高hw堰上液層高度how可按Francis公式計算hwhowHdhLhoHTD化工原理課程設計塔主要工藝尺寸的設計堰上液層高度

平直堰的hOW按下式計算

lW－堰長，m

Lh－塔內液體流量，m3/h

E－液流收縮系數，一般取1化工原理課程設計塔主要工藝尺寸的設計

常壓0.04~0.05m

減壓0.015~0.025m

高壓0.04~0.08m

一般均不宜超過0.1m求得how后，即可按下式指出的范圍確定堰高hw

堰高化工原理課程設計塔主要工藝尺寸的設計若how小于6mm，應采用齒形堰4.2.1

降液管的寬度Wd與截面積Af4.2降液管化工原理課程設計塔主要工藝尺寸的設計

若知堰長與塔徑的比值，由右圖即可查取降液管的寬度與截面積。

降液管的截面積應保證溢流液中夾帶的氣泡得以分離，液體在降液管內的停留時間一般等于或大于3～5s。求得降液管的截面積之后，應按下式驗算液體在降液管內的停留時間。

即式中—液體在降液管中的停留時間，s

Af—降液管的截面積，m2化工原理課程設計塔主要工藝尺寸的設計4.2.2降液管底隙高度化工原理課程設計塔主要工藝尺寸的設計hw－h0≥6mmh0

應低于hwhowHdhLhwHTh0

降液管底隙高度

h0（1）一般取為：（2）也可按下式計算式中—液體通過降液管底隙的流速，m/s

一般不宜超過0.4m/s

不宜小于0.02~0.025m，以免引起堵塞?；ぴ碚n程設計塔主要工藝尺寸的設計（1）塔板布置（2）篩板的篩孔與開孔率化工原理課程設計塔主要工藝尺寸的設計5.塔板的設計計算hwhowHdhLhohwHTDWcDxWdWstAfAaW'sA'fLw化工原理課程設計塔主要工藝尺寸的設計5.1塔板布置

開孔區、溢流區、安定區和無效區開孔區也稱為鼓泡區。對垂直弓形降液管的單流型塔板按下式計算。

式中Aa—鼓泡面積，m2

化工原理課程設計塔主要工藝尺寸的設計②溢流區溢流區面積Af和Af′分別為降液管和受液盤所占面積。③安定區開孔區與溢流區之間的不開孔區域為安定區（破沫區），其作用為使自降液管流出液體在塔板上均布并防止液體夾帶大量泡沫進入降液管。④無效區在靠近塔壁的塔板部分需留出一圈邊緣區域供支撐塔板的邊梁。小塔為30~50mm,大塔為50~75mm。為防止液體經邊緣區流過產生短路現象，可在塔板上沿塔壁設置旁流擋板?；ぴ碚n程設計塔主要工藝尺寸的設計5.2篩板的篩孔與開孔率化工原理課程設計塔主要工藝尺寸的設計①孔徑②篩板厚度③孔心距④開孔率⑤篩孔數td0篩孔的正三角形排列

篩孔的孔徑d0

篩孔的孔徑d0

的選取與塔的操作性能要求、物質性質、塔板厚度、材質及加工費用等有關，一般認為，表面張力為正的物系易起泡沫，可采用d0

為3~8mm（常用的4~6mm）的小孔徑篩板，屬鼓泡型操作；表面張力為負系統的物系易堵，可采用d0

為10~25mm的大孔徑篩板，其造價低，不易堵塞，屬噴射型操作?；ぴ碚n程設計塔主要工藝尺寸的設計

篩板厚度一般碳鋼

或

不銹鋼或化工原理課程設計塔主要工藝尺寸的設計

孔心距t

篩孔在篩板上一般按正三角形排列，孔心距

t=(2.5~5)d0，常取t=(3~4)d0t/d0過小易形成氣流相互擾動，過大則鼓泡不均勻，影響塔板的傳質效率。開孔率篩板上篩孔總面積與開孔區面積之比稱為開孔率。篩孔按正三角形排列的計算公式：一般開孔率大，塔板壓降低，霧沫夾帶量小，但操作彈性小，漏液量大，板效率低。通常開孔率為5%~15%。

化工原理課程設計塔主要工藝尺寸的設計

篩孔數目化工原理課程設計塔主要工藝尺寸的設計第三章塔板流體力學驗算一、塔板流體力學驗算的目的

檢驗初設的塔板計算是否合理判定塔板能否維持正常操作二、驗算內容1.塔板壓力降hc

－與氣體通過篩板的干板壓降相當的液柱高度，m液柱；hl

－與氣體通過板上液層的壓降相當的液柱高度，m液柱；hσ

－與克服液體表面張力的壓降相當的液柱高度，m液柱；計算結果hp值應低于設計允許值（設計任務書已給出）化工原理課程設計塔板流體力學驗算1.塔板壓力降1.1干板阻力hc的計算故上式可簡化為u0－氣體通過篩孔的速度，m/s；C0－

流量系數，由干篩孔的流量系數圖查取?；ぴ碚n程設計塔板流體力學驗算1.塔板壓力降1.2氣體通過液層的阻力hl

計算

液體表面張力的阻力hσ

計算一般，使用下圖查h1，而非使用上式計算化工原理課程設計三、塔板的負荷性能圖（過難，這次設計中不要求）1.氣相下限操作線2.過量霧沫夾帶線3.液相下限線4.液相上限線5.液泛線

可通過適當調整塔板結構參數來改變負荷性能圖。塔板流體力學驗算BV(m3/s)L(m3/s)12345穩定操作區ABCD設計題目在常壓連續精餾塔中分離含41%的苯、甲苯混合液，要求塔頂餾出液中汗甲苯不大于4%，塔底釜液中含甲苯不低于96%（以上均為質量分率）已知：混合液處理量4t/h；

進料熱狀態自選；

回流比自選

塔頂壓強4kPa（表壓）

單板壓降不大于0.7kPa溫度t℃液相中苯的摩爾分率x氣相中苯的摩爾分率y110.560.000.00109.911.002.50108.793.007.11107.615.00