板式精馏塔设计
摘
化工生产常需进行液体混合物分离达提纯回收组分目精馏利液体混合物中组分挥发度助次部分汽化部分冷凝达轻重组分分离方法精馏操作化工石油化工轻工等工业生产中占重位掌握气液相衡关系熟悉种塔型操作特性选择设计分析分离程中种参数非常重
设计包括设计方案选取设备工艺设计计算——物料衡算操作线方程设备结构设计工艺尺寸设计计算辅助设备选型工艺流程图设备工艺条件图等容通精馏塔运算调试出塔工艺流程生产操作条件物性参数合理换热器泵种接尺寸合理保证精馏程利进行效率提高
关键词：板式精馏塔工艺设计计算
概述
（）精馏操作塔设备求
精馏进行气(汽)液两相间传质作气(汽)液两相传质塔设备首先必须气(汽)液两相充分接触达较高传质效率满足工业生产需塔设备具备列种基求：
1．气(汽)液处理量生产力时致发生量雾沫夹带拦液液泛等破坏操作现象
2．操作稳定弹性塔设备气(汽)液负荷较范围变动时较高传质效率进行稳定操作应保证长期连续操作必须具性
3．流体流动阻力流体流塔设备压力降节省动力消耗降低操作费减压精馏操作压力降整系统法维持必真空度终破坏物系操作
4．结构简单材料耗量制造安装容易
5．耐腐蚀易堵塞方便操作调节检修
6．塔滞留量
实际塔设备难满足述求况述求中互相矛盾塔型某独特优点设计时应根物系性质具体求抓住矛盾进行选型
（二）板式塔类型
气－液传质设备分板式塔填料塔两类精馏操作采板式塔采填料塔
板式塔逐级接触型气－液传质设备种类繁根塔板气－液接触元件分泡罩塔浮阀塔筛板塔穿流孔板塔舌形塔浮动舌形塔浮动喷射塔等种
板式塔工业早泡罩塔(1813年)筛板塔(1832年)特世纪五十年代着石油化学工业生产迅速发展相继出现批新型塔板S型板浮阀塔板降液筛板舌形塔板穿流式波纹塔板浮动喷射塔板角钢塔板等目前国外实际情况塔板类型浮阀塔筛板塔泡罩塔前两者尤广泛章讨浮阀塔筛板塔设计
1．筛板塔
筛板塔传质程常塔设备优点：
（1）结构浮阀塔更简单易加工造价约泡罩塔60％浮阀塔80％左右
（2）处理力塔径泡罩塔增加10～15％
（3）塔板效率高泡罩塔高15％左右压降较低板压力泡罩塔约低30％左右
筛板塔缺点：
（1）塔板安装水度求较高否气液接触匀
（2）操作弹性较(约2～3)
（3）孔筛板容易堵塞
2．浮阀塔
浮阀塔泡罩塔基础发展起改进取消升气泡罩塔板开孔设浮动浮阀浮阀根气体流量浮动行调节气缝速度稳定某数值改进浮阀塔操作弹性塔板效率压降生产力设备造价等方面泡罩塔优越处理粘稠度物料方面泡罩塔浮阀塔广泛精馏吸收脱吸等传质程中塔径200mm6400mm效果均较国外浮阀塔径者达10m塔高达80m板数达数百块
浮阀塔样广泛采具列特点：
（1）处理力塔径泡罩塔增加20～40％接筛板塔
（2）操作弹性般约5～9筛板泡罩舌形塔板操作弹性
（3）塔板效率高泡罩塔高15％左右
（4）压强常压塔中块板压强降般400～660Nm2
（5）液面梯度
（6）周期长粘度稍般聚合现象系统正常操作
（7）结构简单安装容易制造费泡罩塔板60～80％筛板塔120～130％
（三）精馏塔设计步骤
设计阶段进行：
1．设计方案确定说明根定务精馏装置流程操作条件设备型式材质选取等进行述
2．蒸馏塔工艺计算确定塔高塔径
3．塔板设计：计算塔板工艺尺寸进行流体力学校核计算接尺寸泵等画出塔操作性图
4．路附属设备计算选型沸器冷凝器
5．抄写说明书
6．绘制精馏装置工艺流程图精馏塔设备图
二设计方案确定
（）操作条件确定
确定设计方案指确定整精馏装置流程种设备结构型式某操作指标例组分分离序塔设备型式操作压力进料热状态塔顶蒸汽冷凝方式余热利方案安全调节机构测量控制仪表设置等面结合课程设计需某问题作阐述
1．操作压力
蒸馏操作通常常压加压减压进行确定操作压力时必须根处理物料性质兼顾技术行性济合理性进行考虑例采减压操作利分离相挥发度较组分热敏性物料压力降低导致塔径增加时需抽真空设备沸点低常压气态物料应加压进行蒸馏物性特殊求时般稍高气压操作塔径相情况适提高操作压力提高塔处理力时应加压蒸馏原提高衡温度便利蒸汽冷凝时热量较低品位冷剂蒸汽冷凝减少蒸馏量消耗
2．进料状态
进料状态塔板数塔径回流量塔热负荷密切联系实际生产中进料状态种般料液预热泡点接泡点送入塔中时塔操作较容易控制致受季节气温影响外泡点进料时精馏段提馏段塔径相设计制造提供方便
3．加热方式
蒸馏釜加热方式通常采间接蒸汽加热设置沸器时采直接蒸汽加热塔底产物纯水浓度稀薄时溶液相挥发度较(酒精水混合液)便采直接蒸汽加热直接蒸汽加热优点：利压力较低蒸汽加热釜须安装鼓泡须安置庞传热面样节省操作费设备费然直接蒸汽加热蒸汽断通入塔底溶液起稀释作塔底易挥发物损失量相情况塔底残液中易挥发组分浓度应较低塔板数稍增加物系(酒精水二元混合液)残液浓度稀薄时溶液相挥发度容易分离增加塔板数时采直接蒸汽加热合适
值提采直接蒸汽加热时加热蒸汽压力高釜中压力便克服蒸汽喷出孔阻力釜中液柱静压力酒精水溶液般采04~07KPa（表压）
饱水蒸汽温度压力互单值函数关系温度通压力调节时饱水蒸汽冷凝潜热较价格较低廉通常饱水蒸汽作加热剂求加热温度超180℃时应考虑采加热剂烟道气热油
采饱水蒸汽作加热剂时选较高蒸汽压力提高传热温度差提高传热效率蒸汽压力提高锅炉提出更高求时釜液沸腾温度差形成膜状沸腾反传热利
4．冷剂出口温度
冷剂选择塔顶蒸汽温度决定果塔顶蒸汽温度低选冷冻盐水深井水作冷剂果常温水作冷剂济水入口温度气温决定出口温度设计者确定冷水出口温度取高冷剂消耗减少时温度差较传热面积增加冷水出口温度选择水资源确定般宜超50℃否溶水中机盐析出生成水垢附着换热器表面影响传热
5．热利
精馏程组分反复汽化反复冷凝程耗较节约合理利精馏程身热十分重
选取适宜回流程处佳条件进行耗降低时合理利精馏程身热节约重举措
计进料馏出液釜液间焓差塔顶冷凝器输出热量似等塔底沸器输入热量数量相观然数情况部分热量冷剂带走损失掉果采釜液产品预热原料塔顶蒸汽冷凝潜热加热级低物料塔顶蒸汽冷凝潜热釜液产品余热充分利
外通蒸馏系统合理设置取节效果例采中间沸器中间冷凝器流程[1]提高精馏塔热力学效率设置中间沸器利温度塔底低热源中间冷凝器回收温度塔顶高热量
（二）确定设计方案原
确定设计方案总原条件量采科学技术新成生产达技术先进济合理求符合优质高产安全低消耗原必须具体考虑点：
1．满足工艺操作求
设计出流程设备首先必须保证产品达务规定求质量稳定求流体流量压头稳定入塔料液温度状态稳定需采取相应措施次定设计方案需定操作弹性处流量应定范围进行调节必时传热量进行调整必位置装置调节阀门路中安装备支线计算传热面积选取操作指标时应考虑生产波动次考虑必需装置仪表(温度计压强计流量计等)装置位置便通仪表观测生产程否正常帮助找出正常原便采取相应措施
2．满足济求
节省热电消耗减少设备基建费前述蒸馏程中适利塔顶塔底废热节约生蒸汽冷水减少电消耗冷水出口温度高低方面影响冷水量方面影响需传热面积操作费设备费影响样回流操作费设备费影响
降低生产成部门常性务设计时否合理利热采种加热方式回流操作参数否选合适等均作全面考虑力求总费低应结合具体条件选择佳方案例缺水区冷水节省重水源充足电力充沛价廉区冷水出口温度选低节省传热面积
3．保证安全生产
例酒精属易燃物料蒸汽弥漫车间容易发生火花设备塔指定常压操作塔压力塔骤冷产生真空会塔受破坏需安全装置
三项原生产中样重毕业设计中第原应作较考虑第二原作定性考虑第三原求作般考虑
三 板式精馏塔工艺计算
精馏塔工艺设计计算包括塔高塔径塔板部分尺寸设计计算塔板布置塔板流体力学性校核绘出塔板性负荷图
图1 板式精馏塔工艺流程简图
（）工艺条件
生产力：10吨时（料液）
年工作日：定
原料组成：34二硫化碳66四氯化碳（摩尔分率）
产品组成：馏出液 97二硫化碳釜液5二硫化碳
操作压力：塔顶压强常压
进料温度：58℃
进料状况：定
加热方式：直接蒸汽加热
回流：选
（二）基础数
表1 二硫化碳四氯化碳物理性质
项目
分子式
分子量
沸点(℃)
密度
二硫化碳
76
465
1260
1595
四氯化碳
154
768
表2 液体表面加力 (单位mNm)
温度℃
465
58
765
二硫化碳
285
268
245
四氯化碳
236
222
202
表3 常压二硫化碳四氯化碳气液衡数
液相中二硫化碳摩尔分率x
气相中二硫化碳摩尔分率y
液相中二硫化碳摩尔分率x
气相中二硫化碳摩尔分率y
0
00296
00615
01106
01435
02580
0
00823
01555
02660
03325
04950
03908
05318
06630
07574
08604
10
06340
07470
08290
08790
09320
10
（三）塔物料衡算
1．料液塔顶塔底产品含二硫化碳质量分率
2．均分子量
3．物料衡算
时处理摩尔量
总物料衡算
易挥发组分物料衡算
联立三式：
（四）塔板数确定
1．理板NT求法
图解法求理板
（1）根二硫化碳四氯化碳气液衡数作出yx图
图2 二硫化碳四氯化碳yx图图解理板
（2）进料热状况参数 q
（3）q线方程
（4）回流Rm操作回流R
公式
取操作回流
精馏段操作线方程
常规MT图作图解：
（包括塔釜）中精馏段5层提馏段35层
（5）全塔效率
塔均温度该温度均粘度
2．实际板数N
精馏段
提馏段
（五）塔工艺条件物性数计算
1．操作压强计算Pm
塔顶压强PD4+10131053kPa取层塔板压降△P10kPa ：
进料板压强：PF1053+10101137kPa
塔釜压强：Pw1053+9071213kPa
精馏段均操作压强：Pm1095 kPa
提馏段均操作压强：P′m 1168kPa
2．操作温度计算
似取塔顶温度465℃进料温度58℃塔釜温度76℃
精馏段均温度℃
提馏段均温度℃
3．均摩尔质量计算
塔顶摩尔质量计算：xDy1097查衡曲线x10927
进料摩尔质量计算：衡曲线查： yF0582 xF0388
塔釜摩尔质量计算：衡曲线查：xW005 0127
精馏段均摩尔质量：
提馏段均摩尔质量：
4．均密度计算：m
（1）液相密度：
①塔顶部分
式：
（质量分率）中09410059
：
②进料板处：加料板液相组成：xF034 0203
③塔釜处液相组成：xW005 00253
精馏段均液相密度：
提馏段均液相密度：
（2）气相密度：
①精馏段均气相密度
②提馏段均气相密度
5．液体均表面张力 计算
液相均表面张力式计算
塔顶液相均表面张力计算 455℃查手册：
进料液相均表面张力计算 58℃查手册：
塔釜液相均表面张力计算 9733℃查手册：
：
精馏段液相均表面张力：
提馏段液相均表面张力：
表4 塔工艺条件物性数统计表
操作压强（kpa）
操作温度(℃)
均摩尔质量(kgkmol)
均密度(kgm3)
液体均张力(mNm)
液体均粘度(mpas)
液相
气相
液相
气相
塔顶
1053
465
7507
8496
12752
2835
0414
进料板
1137
58
12374
9898
15133
2376
05176
塔釜
1213
76
1441
1501
16363
2042
0497
精馏段
1095
5225
99405
9197
8107
378
3571
提馏段
1168
6725
13392
12454
15748
514
2209
（四）精馏塔气液负荷计算
1．精馏段：
V(R+1)
LRD
Lh360000023828
2．提馏段：
四板式塔尺寸设计计算
板式塔尺寸设计计算包括塔高塔径设计计算板液流形式选择溢流装置设计塔板布置气体通道设计等工艺计算
板式塔逐级接触式气液传质设备塔方层板组成温度压力设计时先选取某塔板（例进料塔顶塔底）条件参数作设计确定塔尺寸然作适调整分段计算适应两段气液相体积流量变化应量保持塔径相便加工制造
设计板式塔应气液接触提供接触面积应减雾沫夹带气泡夹带较高塔板效率较操作弹性塔中两相流动情况传质程复杂性许参数塔板尺寸需根验选取参数尺寸间彼互相影响制约设计程中避免进行试差计算结果需工程标准化基原设计程中需断调整修正核算直设计出较满意板式塔
（）塔塔板工艺尺寸计算
塔径D 参考表 初选板间距HT040m取板液层高度HL007m ：
1．精馏段：
HThL04000703
0078公式
取安全系数07：
u07072141047ms
：
标准塔径圆整1４m
空塔气速
塔横截面积
2．提馏段：
0068公式：
取安全系数070
整体美观加工工艺简单易化提馏段精馏段塔径相差情况选择相尺寸
D取1４m
塔横截面积
空塔气速
板间距取04m合适
3．溢流装置
采单溢流弓形降液形受液盘形溢流堰设进流堰计算：
（1）精馏段：
①溢流堰长 07D：
②出口堰高 hw hwhLhow
lwD0911４07 查手册知：
E103 式堰液高度：
：
③降液宽度降液面积
07查手册
：014D014 130182m
④降液底隙高度
取液体通降液底隙流速01ms
式计算降液底隙高度 ：
(2)提馏段：
①溢流堰长07：
出口堰高
查手册知
E104式堰液高度：
②降液宽度降液面积
07查手册
：014D014 140182m
降液底隙高度
取液体通降液底隙流速0008ms
③ 式计算降液底隙高度 ：
4．塔效高度
精馏段
提馏段效高度
进料板方开孔高08m般6～8层塔板设孔（安装检修）需常清洗时隔3~4层块塔板处设孔设孔处板间距等600m根塔孔设3：精馏塔效高度
5．板间距初选
板间距NT选定重选取时应考虑塔高塔径物系性质分离效率操作弹性塔安装检修等素
完成定生产务采较板间距允许较高空塔气速塔板效率操作弹性安装检修利板间距增会增加塔身总高度金属消耗量塔基支座等负荷导致全塔造价增加反采较板间距允许较空塔气速塔径增塔高降低板间距容易产生液泛现象降低板效率选取板间距时根种情况予考虑易发泡物系板间距应取保证塔分离效果板间距塔径间关系应根实际情况结合济权衡反复调整已做出佳选择设计时通常根塔径表1列出塔板间距验数值选取
表5 塔板间距塔径关系
塔 径Dm
03~05
05～08
08～16
16～24
24～40
板间距HTmm
200～300
250～350
300～450
350～600
400～600
化工生产中常板间距：200250300350400450500600700800mm决定板间距时应考虑安装检修需例塔体孔处应留足够工作空间值应600mm
表6 塔塔板工艺尺寸统计表
塔径（m）
溢流堰长(m)
出口堰高(m)
降液宽度(m)
降液面积(㎡)
降液底隙高度(m)
塔效高度(m)
精馏段
1265
091
0057
0182
01062
0025
44
提馏段
120
091
00554
0182
01062
00317
20
五板式塔结构
（） 塔总体结构
塔外壳钢板焊接外壳采铸铁铸造层塔板节然法兰连接
板式塔部装塔板降液种物料进出口外附属装置沫器（手）孔基座时外部扶梯台外塔体时焊保温材料支承圈检修方便时塔顶装转动吊柱图1板式塔总体结构简图般说层塔板结构相高层低层进料层结构高层塔板塔顶距离常般塔板间距便良沫低层塔板塔底距离较便较塔底空间贮液保证液体10～15min停留时间塔底液体致流空塔底直接通入塔外沸器蒸气塔底沸器间路连接时塔底釜中设置列蛇换热器釜中液体加热汽化直接蒸汽加热釜部装鼓泡直接接入加热蒸汽外进料板板间距般间距
（二） 塔体总高度
板式塔塔高图2示塔体总高度（包括裙座）式决定：
式中
HD——塔顶空间m
HB——塔底空间m
HT——塔板间距m
HT’——开孔塔板间距m
HF——进料段高度m
Np——实际塔板数
S——孔数目（包括塔顶空间塔底空间孔）
1．塔顶空间HD
塔顶空间指塔层塔板塔顶空间距离利出塔气体夹带液滴沉降高度应板间距通常取HD（ 15～20）HT塔高需安装沫器时根沫器安装求确定塔顶空间
2．孔数目
孔数目根塔板安装方便物料清洗程度定处理需常清洗物料隔8～10块塔板设置孔易结垢结焦物系需常清洗隔4～6块塔板开孔孔直径通常450mm
3．塔底空间HB
塔底空间指塔层塔板塔底间距值视具体情况定：进料15分钟缓时间容量时塔底产品停留时间取3～5分钟否需10～15分钟储量保证塔底料液致流空塔底产品量时塔底容量取停留时间取3～5分钟易结焦物料停留时间应短般取1～15分钟
图3 板式塔塔高
（三） 塔板结构
塔板类型结构特点分整块式分块式两种般塔径300～900mm时采整块式塔板塔径800mm时已塔进行拆装操作须塔板整块装入整块式塔板塔中刚性结构显复杂采分块式塔板塔径800～900mm间设计时便制造安装具体情况选定
塔塔板均做成整块式相应塔体分成干段塔节塔节塔节间法兰连接塔节中安装干块叠置起塔板塔板塔板间段子支承保持需板间距塔节板数塔径板间距关塔径Dg600～700mm塔节例应板间距塔节安装塔板数NˊF塔板法兰端面距离h1塔节高度L
表7 塔板关尺寸
HTmm
Nˊ
Lmm
h1mm
300
6
1800
200
350
5
1750
250
450
4
1800
350
六总结
设计包括设计方案选取设备工艺设计计算——物料衡算操作线方程设备结构设计工艺尺寸设计计算辅助设备选型工艺流程图设备工艺条件图等容通精馏塔运算调试出塔工艺流程生产操作条件物性参数合理换热器泵种接尺寸合理保证精馏程利进行效率提高
设计程知识断积累程设计程中感指导老师知识丰富较真相差甚远更加激励断学断学断进步
参考文献
[1]化工原理课程设计．化工原理教研室室选编 2009
[2] 谭蔚聂清德．化工设备设计基础 天津学出版社 2008
[3] 陈国桓．化工机械基础 化学工业出版社 2006
[4] 夏清陈常贵．化工原理（＼) 天津学出版社 2006
[5] 连理工学化工原理教研室化工原理课程设计连连理工学出版社1994
[6] 中国石化 化工工艺设计手册（第三版） 化学工业出版社 2003
[7] 化工设备技术全书编辑委员会化工设备全书—塔设备设计海：海科学技术出版社1988
[8] 时鈞汪家鼎等化学工程手册北京：化学工业出版社1986
[9] 柴诚敬刘国维李阿娜化工原理课程设计．天津：天津科学技术出版社1995
致 谢
设计选题写作程中XX老师悉心指导XX老师丝苟作风严谨求实态度踏踏实实精神深深感染激励着历时三载终身受益穷道谨XX老师致诚挚谢意崇高敬意
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摘
化工生产常需进行液体混合物分离达提纯回收组分目精馏利液体混合物中组分挥发度助次部分汽化部分冷凝达轻重组分分离方法精馏操作化工石油化工轻工等工业生产中占重位掌握气液相衡关系熟悉种塔型操作特性选择设计分析分离程中种参数非常重
设计包括设计方案选取设备工艺设计计算——物料衡算操作线方程设备结构设计工艺尺寸设计计算辅助设备选型工艺流程图设备工艺条件图等容通精馏塔运算调试出塔工艺流程生产操作条件物性参数合理换热器泵种接尺寸合理保证精馏程利进行效率提高
关键词：板式精馏塔工艺设计计算
概述
（）精馏操作塔设备求
精馏进行气(汽)液两相间传质作气(汽)液两相传质塔设备首先必须气(汽)液两相充分接触达较高传质效率满足工业生产需塔设备具备列种基求：
1．气(汽)液处理量生产力时致发生量雾沫夹带拦液液泛等破坏操作现象
2．操作稳定弹性塔设备气(汽)液负荷较范围变动时较高传质效率进行稳定操作应保证长期连续操作必须具性
3．流体流动阻力流体流塔设备压力降节省动力消耗降低操作费减压精馏操作压力降整系统法维持必真空度终破坏物系操作
4．结构简单材料耗量制造安装容易
5．耐腐蚀易堵塞方便操作调节检修
6．塔滞留量
实际塔设备难满足述求况述求中互相矛盾塔型某独特优点设计时应根物系性质具体求抓住矛盾进行选型
（二）板式塔类型
气－液传质设备分板式塔填料塔两类精馏操作采板式塔采填料塔
板式塔逐级接触型气－液传质设备种类繁根塔板气－液接触元件分泡罩塔浮阀塔筛板塔穿流孔板塔舌形塔浮动舌形塔浮动喷射塔等种
板式塔工业早泡罩塔(1813年)筛板塔(1832年)特世纪五十年代着石油化学工业生产迅速发展相继出现批新型塔板S型板浮阀塔板降液筛板舌形塔板穿流式波纹塔板浮动喷射塔板角钢塔板等目前国外实际情况塔板类型浮阀塔筛板塔泡罩塔前两者尤广泛章讨浮阀塔筛板塔设计
1．筛板塔
筛板塔传质程常塔设备优点：
（1）结构浮阀塔更简单易加工造价约泡罩塔60％浮阀塔80％左右
（2）处理力塔径泡罩塔增加10～15％
（3）塔板效率高泡罩塔高15％左右压降较低板压力泡罩塔约低30％左右
筛板塔缺点：
（1）塔板安装水度求较高否气液接触匀
（2）操作弹性较(约2～3)
（3）孔筛板容易堵塞
2．浮阀塔
浮阀塔泡罩塔基础发展起改进取消升气泡罩塔板开孔设浮动浮阀浮阀根气体流量浮动行调节气缝速度稳定某数值改进浮阀塔操作弹性塔板效率压降生产力设备造价等方面泡罩塔优越处理粘稠度物料方面泡罩塔浮阀塔广泛精馏吸收脱吸等传质程中塔径200mm6400mm效果均较国外浮阀塔径者达10m塔高达80m板数达数百块
浮阀塔样广泛采具列特点：
（1）处理力塔径泡罩塔增加20～40％接筛板塔
（2）操作弹性般约5～9筛板泡罩舌形塔板操作弹性
（3）塔板效率高泡罩塔高15％左右
（4）压强常压塔中块板压强降般400～660Nm2
（5）液面梯度
（6）周期长粘度稍般聚合现象系统正常操作
（7）结构简单安装容易制造费泡罩塔板60～80％筛板塔120～130％
（三）精馏塔设计步骤
设计阶段进行：
1．设计方案确定说明根定务精馏装置流程操作条件设备型式材质选取等进行述
2．蒸馏塔工艺计算确定塔高塔径
3．塔板设计：计算塔板工艺尺寸进行流体力学校核计算接尺寸泵等画出塔操作性图
4．路附属设备计算选型沸器冷凝器
5．抄写说明书
6．绘制精馏装置工艺流程图精馏塔设备图
二设计方案确定
（）操作条件确定
确定设计方案指确定整精馏装置流程种设备结构型式某操作指标例组分分离序塔设备型式操作压力进料热状态塔顶蒸汽冷凝方式余热利方案安全调节机构测量控制仪表设置等面结合课程设计需某问题作阐述
1．操作压力
蒸馏操作通常常压加压减压进行确定操作压力时必须根处理物料性质兼顾技术行性济合理性进行考虑例采减压操作利分离相挥发度较组分热敏性物料压力降低导致塔径增加时需抽真空设备沸点低常压气态物料应加压进行蒸馏物性特殊求时般稍高气压操作塔径相情况适提高操作压力提高塔处理力时应加压蒸馏原提高衡温度便利蒸汽冷凝时热量较低品位冷剂蒸汽冷凝减少蒸馏量消耗
2．进料状态
进料状态塔板数塔径回流量塔热负荷密切联系实际生产中进料状态种般料液预热泡点接泡点送入塔中时塔操作较容易控制致受季节气温影响外泡点进料时精馏段提馏段塔径相设计制造提供方便
3．加热方式
蒸馏釜加热方式通常采间接蒸汽加热设置沸器时采直接蒸汽加热塔底产物纯水浓度稀薄时溶液相挥发度较(酒精水混合液)便采直接蒸汽加热直接蒸汽加热优点：利压力较低蒸汽加热釜须安装鼓泡须安置庞传热面样节省操作费设备费然直接蒸汽加热蒸汽断通入塔底溶液起稀释作塔底易挥发物损失量相情况塔底残液中易挥发组分浓度应较低塔板数稍增加物系(酒精水二元混合液)残液浓度稀薄时溶液相挥发度容易分离增加塔板数时采直接蒸汽加热合适
值提采直接蒸汽加热时加热蒸汽压力高釜中压力便克服蒸汽喷出孔阻力釜中液柱静压力酒精水溶液般采04~07KPa（表压）
饱水蒸汽温度压力互单值函数关系温度通压力调节时饱水蒸汽冷凝潜热较价格较低廉通常饱水蒸汽作加热剂求加热温度超180℃时应考虑采加热剂烟道气热油
采饱水蒸汽作加热剂时选较高蒸汽压力提高传热温度差提高传热效率蒸汽压力提高锅炉提出更高求时釜液沸腾温度差形成膜状沸腾反传热利
4．冷剂出口温度
冷剂选择塔顶蒸汽温度决定果塔顶蒸汽温度低选冷冻盐水深井水作冷剂果常温水作冷剂济水入口温度气温决定出口温度设计者确定冷水出口温度取高冷剂消耗减少时温度差较传热面积增加冷水出口温度选择水资源确定般宜超50℃否溶水中机盐析出生成水垢附着换热器表面影响传热
5．热利
精馏程组分反复汽化反复冷凝程耗较节约合理利精馏程身热十分重
选取适宜回流程处佳条件进行耗降低时合理利精馏程身热节约重举措
计进料馏出液釜液间焓差塔顶冷凝器输出热量似等塔底沸器输入热量数量相观然数情况部分热量冷剂带走损失掉果采釜液产品预热原料塔顶蒸汽冷凝潜热加热级低物料塔顶蒸汽冷凝潜热釜液产品余热充分利
外通蒸馏系统合理设置取节效果例采中间沸器中间冷凝器流程[1]提高精馏塔热力学效率设置中间沸器利温度塔底低热源中间冷凝器回收温度塔顶高热量
（二）确定设计方案原
确定设计方案总原条件量采科学技术新成生产达技术先进济合理求符合优质高产安全低消耗原必须具体考虑点：
1．满足工艺操作求
设计出流程设备首先必须保证产品达务规定求质量稳定求流体流量压头稳定入塔料液温度状态稳定需采取相应措施次定设计方案需定操作弹性处流量应定范围进行调节必时传热量进行调整必位置装置调节阀门路中安装备支线计算传热面积选取操作指标时应考虑生产波动次考虑必需装置仪表(温度计压强计流量计等)装置位置便通仪表观测生产程否正常帮助找出正常原便采取相应措施
2．满足济求
节省热电消耗减少设备基建费前述蒸馏程中适利塔顶塔底废热节约生蒸汽冷水减少电消耗冷水出口温度高低方面影响冷水量方面影响需传热面积操作费设备费影响样回流操作费设备费影响
降低生产成部门常性务设计时否合理利热采种加热方式回流操作参数否选合适等均作全面考虑力求总费低应结合具体条件选择佳方案例缺水区冷水节省重水源充足电力充沛价廉区冷水出口温度选低节省传热面积
3．保证安全生产
例酒精属易燃物料蒸汽弥漫车间容易发生火花设备塔指定常压操作塔压力塔骤冷产生真空会塔受破坏需安全装置
三项原生产中样重毕业设计中第原应作较考虑第二原作定性考虑第三原求作般考虑
三 板式精馏塔工艺计算
精馏塔工艺设计计算包括塔高塔径塔板部分尺寸设计计算塔板布置塔板流体力学性校核绘出塔板性负荷图
图1 板式精馏塔工艺流程简图
（）工艺条件
生产力：10吨时（料液）
年工作日：定
原料组成：34二硫化碳66四氯化碳（摩尔分率）
产品组成：馏出液 97二硫化碳釜液5二硫化碳
操作压力：塔顶压强常压
进料温度：58℃
进料状况：定
加热方式：直接蒸汽加热
回流：选
（二）基础数
表1 二硫化碳四氯化碳物理性质
项目
分子式
分子量
沸点(℃)
密度
二硫化碳
76
465
1260
1595
四氯化碳
154
768
表2 液体表面加力 (单位mNm)
温度℃
465
58
765
二硫化碳
285
268
245
四氯化碳
236
222
202
表3 常压二硫化碳四氯化碳气液衡数
液相中二硫化碳摩尔分率x
气相中二硫化碳摩尔分率y
液相中二硫化碳摩尔分率x
气相中二硫化碳摩尔分率y
0
00296
00615
01106
01435
02580
0
00823
01555
02660
03325
04950
03908
05318
06630
07574
08604
10
06340
07470
08290
08790
09320
10
（三）塔物料衡算
1．料液塔顶塔底产品含二硫化碳质量分率
2．均分子量
3．物料衡算
时处理摩尔量
总物料衡算
易挥发组分物料衡算
联立三式：
（四）塔板数确定
1．理板NT求法
图解法求理板
（1）根二硫化碳四氯化碳气液衡数作出yx图
图2 二硫化碳四氯化碳yx图图解理板
（2）进料热状况参数 q
（3）q线方程
（4）回流Rm操作回流R
公式
取操作回流
精馏段操作线方程
常规MT图作图解：
（包括塔釜）中精馏段5层提馏段35层
（5）全塔效率
塔均温度该温度均粘度
2．实际板数N
精馏段
提馏段
（五）塔工艺条件物性数计算
1．操作压强计算Pm
塔顶压强PD4+10131053kPa取层塔板压降△P10kPa ：
进料板压强：PF1053+10101137kPa
塔釜压强：Pw1053+9071213kPa
精馏段均操作压强：Pm1095 kPa
提馏段均操作压强：P′m 1168kPa
2．操作温度计算
似取塔顶温度465℃进料温度58℃塔釜温度76℃
精馏段均温度℃
提馏段均温度℃
3．均摩尔质量计算
塔顶摩尔质量计算：xDy1097查衡曲线x10927
进料摩尔质量计算：衡曲线查： yF0582 xF0388
塔釜摩尔质量计算：衡曲线查：xW005 0127
精馏段均摩尔质量：
提馏段均摩尔质量：
4．均密度计算：m
（1）液相密度：
①塔顶部分
式：
（质量分率）中09410059
：
②进料板处：加料板液相组成：xF034 0203
③塔釜处液相组成：xW005 00253
精馏段均液相密度：
提馏段均液相密度：
（2）气相密度：
①精馏段均气相密度
②提馏段均气相密度
5．液体均表面张力 计算
液相均表面张力式计算
塔顶液相均表面张力计算 455℃查手册：
进料液相均表面张力计算 58℃查手册：
塔釜液相均表面张力计算 9733℃查手册：
：
精馏段液相均表面张力：
提馏段液相均表面张力：
表4 塔工艺条件物性数统计表
操作压强（kpa）
操作温度(℃)
均摩尔质量(kgkmol)
均密度(kgm3)
液体均张力(mNm)
液体均粘度(mpas)
液相
气相
液相
气相
塔顶
1053
465
7507
8496
12752
2835
0414
进料板
1137
58
12374
9898
15133
2376
05176
塔釜
1213
76
1441
1501
16363
2042
0497
精馏段
1095
5225
99405
9197
8107
378
3571
提馏段
1168
6725
13392
12454
15748
514
2209
（四）精馏塔气液负荷计算
1．精馏段：
V(R+1)
LRD
Lh360000023828
2．提馏段：
四板式塔尺寸设计计算
板式塔尺寸设计计算包括塔高塔径设计计算板液流形式选择溢流装置设计塔板布置气体通道设计等工艺计算
板式塔逐级接触式气液传质设备塔方层板组成温度压力设计时先选取某塔板（例进料塔顶塔底）条件参数作设计确定塔尺寸然作适调整分段计算适应两段气液相体积流量变化应量保持塔径相便加工制造
设计板式塔应气液接触提供接触面积应减雾沫夹带气泡夹带较高塔板效率较操作弹性塔中两相流动情况传质程复杂性许参数塔板尺寸需根验选取参数尺寸间彼互相影响制约设计程中避免进行试差计算结果需工程标准化基原设计程中需断调整修正核算直设计出较满意板式塔
（）塔塔板工艺尺寸计算
塔径D 参考表 初选板间距HT040m取板液层高度HL007m ：
1．精馏段：
HThL04000703
0078公式
取安全系数07：
u07072141047ms
：
标准塔径圆整1４m
空塔气速
塔横截面积
2．提馏段：
0068公式：
取安全系数070
整体美观加工工艺简单易化提馏段精馏段塔径相差情况选择相尺寸
D取1４m
塔横截面积
空塔气速
板间距取04m合适
3．溢流装置
采单溢流弓形降液形受液盘形溢流堰设进流堰计算：
（1）精馏段：
①溢流堰长 07D：
②出口堰高 hw hwhLhow
lwD0911４07 查手册知：
E103 式堰液高度：
：
③降液宽度降液面积
07查手册
：014D014 130182m
④降液底隙高度
取液体通降液底隙流速01ms
式计算降液底隙高度 ：
(2)提馏段：
①溢流堰长07：
出口堰高
查手册知
E104式堰液高度：
②降液宽度降液面积
07查手册
：014D014 140182m
降液底隙高度
取液体通降液底隙流速0008ms
③ 式计算降液底隙高度 ：
4．塔效高度
精馏段
提馏段效高度
进料板方开孔高08m般6～8层塔板设孔（安装检修）需常清洗时隔3~4层块塔板处设孔设孔处板间距等600m根塔孔设3：精馏塔效高度
5．板间距初选
板间距NT选定重选取时应考虑塔高塔径物系性质分离效率操作弹性塔安装检修等素
完成定生产务采较板间距允许较高空塔气速塔板效率操作弹性安装检修利板间距增会增加塔身总高度金属消耗量塔基支座等负荷导致全塔造价增加反采较板间距允许较空塔气速塔径增塔高降低板间距容易产生液泛现象降低板效率选取板间距时根种情况予考虑易发泡物系板间距应取保证塔分离效果板间距塔径间关系应根实际情况结合济权衡反复调整已做出佳选择设计时通常根塔径表1列出塔板间距验数值选取
表5 塔板间距塔径关系
塔 径Dm
03~05
05～08
08～16
16～24
24～40
板间距HTmm
200～300
250～350
300～450
350～600
400～600
化工生产中常板间距：200250300350400450500600700800mm决定板间距时应考虑安装检修需例塔体孔处应留足够工作空间值应600mm
表6 塔塔板工艺尺寸统计表
塔径（m）
溢流堰长(m)
出口堰高(m)
降液宽度(m)
降液面积(㎡)
降液底隙高度(m)
塔效高度(m)
精馏段
1265
091
0057
0182
01062
0025
44
提馏段
120
091
00554
0182
01062
00317
20
五板式塔结构
（） 塔总体结构
塔外壳钢板焊接外壳采铸铁铸造层塔板节然法兰连接
板式塔部装塔板降液种物料进出口外附属装置沫器（手）孔基座时外部扶梯台外塔体时焊保温材料支承圈检修方便时塔顶装转动吊柱图1板式塔总体结构简图般说层塔板结构相高层低层进料层结构高层塔板塔顶距离常般塔板间距便良沫低层塔板塔底距离较便较塔底空间贮液保证液体10～15min停留时间塔底液体致流空塔底直接通入塔外沸器蒸气塔底沸器间路连接时塔底釜中设置列蛇换热器釜中液体加热汽化直接蒸汽加热釜部装鼓泡直接接入加热蒸汽外进料板板间距般间距
（二） 塔体总高度
板式塔塔高图2示塔体总高度（包括裙座）式决定：
式中
HD——塔顶空间m
HB——塔底空间m
HT——塔板间距m
HT’——开孔塔板间距m
HF——进料段高度m
Np——实际塔板数
S——孔数目（包括塔顶空间塔底空间孔）
1．塔顶空间HD
塔顶空间指塔层塔板塔顶空间距离利出塔气体夹带液滴沉降高度应板间距通常取HD（ 15～20）HT塔高需安装沫器时根沫器安装求确定塔顶空间
2．孔数目
孔数目根塔板安装方便物料清洗程度定处理需常清洗物料隔8～10块塔板设置孔易结垢结焦物系需常清洗隔4～6块塔板开孔孔直径通常450mm
3．塔底空间HB
塔底空间指塔层塔板塔底间距值视具体情况定：进料15分钟缓时间容量时塔底产品停留时间取3～5分钟否需10～15分钟储量保证塔底料液致流空塔底产品量时塔底容量取停留时间取3～5分钟易结焦物料停留时间应短般取1～15分钟
图3 板式塔塔高
（三） 塔板结构
塔板类型结构特点分整块式分块式两种般塔径300～900mm时采整块式塔板塔径800mm时已塔进行拆装操作须塔板整块装入整块式塔板塔中刚性结构显复杂采分块式塔板塔径800～900mm间设计时便制造安装具体情况选定
塔塔板均做成整块式相应塔体分成干段塔节塔节塔节间法兰连接塔节中安装干块叠置起塔板塔板塔板间段子支承保持需板间距塔节板数塔径板间距关塔径Dg600～700mm塔节例应板间距塔节安装塔板数NˊF塔板法兰端面距离h1塔节高度L
表7 塔板关尺寸
HTmm
Nˊ
Lmm
h1mm
300
6
1800
200
350
5
1750
250
450
4
1800
350
六总结
设计包括设计方案选取设备工艺设计计算——物料衡算操作线方程设备结构设计工艺尺寸设计计算辅助设备选型工艺流程图设备工艺条件图等容通精馏塔运算调试出塔工艺流程生产操作条件物性参数合理换热器泵种接尺寸合理保证精馏程利进行效率提高
设计程知识断积累程设计程中感指导老师知识丰富较真相差甚远更加激励断学断学断进步
参考文献
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[2] 谭蔚聂清德．化工设备设计基础 天津学出版社 2008
[3] 陈国桓．化工机械基础 化学工业出版社 2006
[4] 夏清陈常贵．化工原理（＼) 天津学出版社 2006
[5] 连理工学化工原理教研室化工原理课程设计连连理工学出版社1994
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[7] 化工设备技术全书编辑委员会化工设备全书—塔设备设计海：海科学技术出版社1988
[8] 时鈞汪家鼎等化学工程手册北京：化学工业出版社1986
[9] 柴诚敬刘国维李阿娜化工原理课程设计．天津：天津科学技术出版社1995
致 谢
设计选题写作程中XX老师悉心指导XX老师丝苟作风严谨求实态度踏踏实实精神深深感染激励着历时三载终身受益穷道谨XX老师致诚挚谢意崇高敬意
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