化工原理课程设计板式精馏塔的设计.docx

化工原理课程设计板式精循塔的设计化学工程教研室编第一节概述81.1W偏处作后塔仅备初素或81.2极蚊熔春«81.2. 1筛板塔91.3. 2浮阀塔91.4. 物熔的铉科步辣9其次节设计方案的确定102.1 愎作条件的确炙IO1. 1.1操作压力IO2. 1.2进料状态103. 1.3加热方式104. 1.4冷却剂与出口温度I1.5. 1.5热能的利用I1.2.2 %建做叶方啜的点.则I1.第三节板式精储塔的工艺计算123.1 物料街算&林隹微方程121 .1.1常规塔123 .1.2千箱蒸汽加热13第四节板式塔主要尺寸的设计计算144.1惨的彳致龙木打板同雁的初也1541.1塔的有效高度154.1.2板间生的初选154.2熔及154.2.1初步计算塔径164.2.2塔径的圆整164.2.3塔径的核算171.设备图形指主要尺寸（外形尺寸、结构尺寸、连接尺寸）、接管、人孔等，TTT鼻但K3y君MV色将Uqo。Q分支增.<rBMteOQ<3Msx*c三0-1流程图设备外影图例2 .技术特性指装置的用途、生产实力、最大允许压强、最高介质温度、介质的毒性和爆炸危急性；3 .设备组成一览表注明如成设箸的各部件的名称等，应予以指出以上设计全过程统称为设备的工之设计.完整的设备设计,应在上述工名设计基础上再进行机帔强度设计，最终供应可供加工制造的修工图.这一环节在高等院校的教学中，属于化工机械专业中的专业课程，在设计部门则属,机械设计祖的职货，第一节概述1.1 代钝格作用熔核备的要求精馀所进行的是气(汽)、液两相之间的传质，而作为气(汽八液两相传痂所用的塔设备，首先必须要能使气(汽)、液两相得到充分的接触，以达到较尚的传质效率。但是，为了满足工业生产和须要，塔设需还得具在卜列各种基本要求：(1)气(汽卜液处理量大.即生产实力大时,仍不致发生大量的雾沫夹带、拦液或液泛等破坏操作的现象.<2操作柜定，弹性大，即当塔设备的气(汽卜液负荷有较大莅困的变动时，仍能在较高的传旗效率下进行稔定的操作并应保证长期连续操作所必需具有的牢独性。(3)流体流淌的阻力小,即流体波经塔设备的出力降小，这招大大节钓动力消耗,从而降低操作费用得对于减压精帽操作，过大的压力降还将使整个系统无法维持必要的真空度，最终俄坏物系的操作，(4)结构简洁，材料耗用量小.制造和安装简洁。(5)耐明蚀和不易堵塞,便利操作、调整和检修.(6)塔内的滞留量要小.W实上，任何塔设备都班以满足上述全部要求，况旦上述要求中有些也是和互冲突的,不同的塔蟹各有某区独特的优点，设计时应依据物系性质和具体要求，抓住主要冲突，迸行选型.1.2 极式熔卖型气一液传质设备主要分为板式塔和填料塔两大类.精ta操作既可采纳板式塔，也可采纳填科塔填料塔的设计将在其他分册中作具体介绢,故本书符”介绍板式塔.板式塔为逐级接触型气一液传质设备，具种类繁多,依据塔板上气一液接触元件的不同，可分为泡凝塔、浮阀塔、筛板塔、穿流笠孔板塔、舌形塔、浮动舌形塔和浮动唉射塔等多种。板式塔在工业上最早运用的是泡疑塔(1813年卜筛板塔(1832年),其后.特殊是在本世纪五十年头以后，的老石油、化学工业生产的快速发展相继出现了大批新型塔板,如S型板、浮阿塔板、第降液管筛板、占形塔板、穿流式水纹塔板、浮动喷射塔板及角别塔图5-1板式塔总体结构筒图图5-2板式塔的塔高5.2.3塔底空间M塔底空间指塔内最下层塔板到塔底间距.其值视具体状况而定：当进料彳i15分钟缓冲时间的容量时，塔底产品的停刷时间可取3S分钟,否则需有IOI5分钟的储量.以保证塔底料液不致流空。塔底产品盘大时.塔底容量可取小些，停留时间可取35分仲：对易结焦的物料，停留时间应短些，一般取II5分钟，5.3熔柩住构塔板类型按结构特点可分为整块式或分块式两种.一股，塔径从300900,m,时采纳整块式塔板：当塔径在800”以上时，人一能在塔内进行拆装操作,无须将塔板整块装入,并且整块式塔板在大塔中刚性也不好,结构显得困难,故采纳分块式塔板：塔径在8(X)-9()"""之间设计时可按便于制造、安装的具体状况选定。531整块式塔板结构小塔的塔板均做成整块式的,相应地.塔体则分成若干段塔节，塔节与塔节之间用法兰连接.每个塔节中安装若干块注汽起来的塔板.塔板马塔板之间用一段管子支承,并保持所须要的板间距。图5-3为整块式塔板中的定距管式塔板结构.塔节内的板数与塔径和板间距有关.如以塔径2=600-70()”的塔节为例，对应于不同的板间距塔节内安装的塔板数NF塔板与下法兰端面的距离h1.以及塔节高度1.如表5-1所示.表5T塔板的有关尺寸H.nunN1.nim,mm3(»6IW)O2003505!7502504504180()350第六节精僧装置的附属设备精储装置的主要附眄设备包括蒸气冷赧器、产品冷凝器、塔底四沸器、原料预热器.干脆蒸汽鼓管、物料输送管及泵等,前四种设备本质上属换热涔，并多采纳列管式换热器.管规和泵属输送装汽,下面简要介绍，6.1鱼熟收.笠按冷凝器与塔的位置,可分为：整体式、白液式和强制循环式.（1）整体式如图S）和S）所示.将冷凝器与精塔塔作成体.这种布局的优点是上升蒸汽压降较小，然汽分布匀称，缺点是塔顶结构困垂，不便修理,当商用脚门、流m计来调整时，需较大位差，须用大塔顶板与冷凝器间距离，杆孜塔体过而。该型式常用于减压精慵或传热面较小场合.If6-1冷数器的型式（2）自流式如图6J（C）所示.将冷凝器装在塔顶旁边的台架上，靠变更台架的高度来获得回流和采出所需的位差.<3）强制循环式如图&1（。）、（e）所示.当冷凝器换热面过火时，装在塔顶旁边对造价和脩理都是不利的.故将冷凝零装在肉塔顶较远的低处.川泵向塔供应回流液.需指册的是,在一般状况下,冷凝者采纳卧式，囚为卧式的冷凝液膜较薄.故时流传热系数较大，且卧式便于安装和修理。6.2 管花式换抬舞的核HS2«管克式换热器的设计与选型的核心是计算换热器的传热面积,进而确定换热器的我它尺寸或选择换热器的型号。6.2.1 流体流淌阻力（压强降）的计算<I>管程流淌阻力管程阻力可按一般摩擦阻力公式求得，对于学程换热器，其阻力£4A等于各程直管阻力、回穹阻力及进、出口阻力之和,，般状况下进、出口阻力可忽视不计,故管程总阻力的计算式为(6-1)=(a+a)>v式中P>.AP2分别为自管及回对管中因摩擦FH力引起的压强降,PazF1结垢校正因故.对M5"”"X2.5"由的管子取1.4：对G19m”iX2mm的管子取1.5：NP管程数；N1中联的光程数.上式中电管压强降4也可按第一章中介绍的公式计算：回弯管的也强降P2It1.下面的阅历公式估算，即她=3怪<2>光程流淌阻力壳程流湎阻力的计算公式很多，在此介绍俄索法计算壳程压强降4区的公式，即p1.1.=<ji+M2)FSNS(6-3)式中AP1-一流体横过管束的压强降，PaiP2一一流体通过折流板缺口的压强降，PaiFs一一光程压强降的结垢校正因数；液体可取I.1S,气体可取1.0,¼=(,f1.+D;(J)0=N£3.5糕)誓式巾F一一管f排列方法对压强降的校正因故,对正三用形排列F=O.5,对转角三角形为0.4,正方形为0.3；f<>一一光程流体的摩擦系数：M一横过管束中心线的管子数：Mtft可用下式估算：管子按正三角形排列：/,r=1.1.M(6-5>管子按正方形排列：4=1.19«(6-6)式中/1一一换热器总管数。Ne一一折流挡板数：h-折流挡板间距：Uo-按光程流通板面枳4计算的流速./ns,而Ao=IMand”.6.2.2管壳式换热器的选型和设计计算步骡！(1)计算并初选设备规格“确定流体在换热器中的流淌途径.依据传热任务计算热负荷QC,确定流体在换热器两端的温度，选择列管换热器的形式；计整定性温度，并确定在定性湿度下的流体物性。d.计算平均温度差,并依据温度差校正系数不应小于OS的原则,确定光程数.C.依据总传热系数的阅历值范围.或按生产实际状况，选择总传热系数K值.f.由总传热速率方程Q=KSZhg初步计算出传热面积S，井确定换热器的基本尺寸（如D.1.xn及管子在管板上的排列等），或按系列标准选择设备规格。（2）计停管程、壳程压强降依据初定的设备规格，计算管程、克程流体的流速和压强降.检查计算结果是否合埋或满足工艺要求“若压降不符合要求，要调整流速，在确定管程数或折流板间矩，或选择另一规格的换热器，重新计售压强降宜至湎足要求为止.（3）核算总传热系数计第管程、光程对流传热系数，确定污垢热阻R“利心”在计算总传热系数K比较K的初设值和计口值，若K4T=I.I51.25,则初选的换热器合适，否则能另设K值，£发以上计算步骤。6.3 6博器希符塔底的再沸器可分为；釜式再沸器、热虹吸式再沸器及覆制循环再沸器.（1）釜式式再沸器如图6-2（八）和（/）所示.是卧式再沸器,无方为釜液满胎.管内可以加热蒸汽.塔底液体诳入底液池中,再进入再沸器的管际空间被加热而部分汽化.蒸汽引到塔底最下块塔板的下面，部分液体则通过再沸器内的乖£1挡板，作为塔底产物被引出，液体的来出口与垂直塔板之间的空间至少停刷810分钟，以分别液体中的气泡.为削减等沐夹带再沸零匕方应有一分别空间.对于小设备,管束上方至少有300"”高的分别空间.对于大谀备，取再沸器壳径为管束直径的1.31.6倍.（b）是夹套式再沸器，液面上方必需用有蒸发空间，一般液面维持在容积的70%左右。夹套式再沸器，常用于传热面较小或间歇精做中.（2）热虹吸式再沸器如图62（c）、（D）,c所示,它是依靠釜内部分汽化所产生的汽、液混合物共密度小于塔底液体密度，由诙度差产生静压差使液体自动从塔底流入再沸器，因此该种再沸器又称自然循环再沸器.这种型式再沸器汽化率不大于40%,否则传热不良。（3）强制循环再沸器如图62中f所示.对于高粘度液体和热敏性气体,宜用泵强制循环式沔沸器，因流速大、停留时间短，便于限制和调整液体循环收。原料预热器和产品冷却器的型式不象塔顶冷域器和塔底再沸器的制约条件那样多，可按传热原理计算.图62再沸;IS的型式6.4 娱管式投各接管羽田流泳浊度及其流量.按连续性方程确定.口:式中：Vs流体体枳流量，”'/$:u流体流速，m/s；d管子史径，<1）塔顶蒸气出I1.管径小，然气出口管中的允许气速Uv应不产生过大的压降，其值可参照表64.表61蒸气出口管中允许气送参照表援作乐力（绝JK）林压140)-6(XX>Pc/>6()00Pa蒸汽速g12-2030-5050-70（2）网流液管径外冷凝器安装在塔顶时,冷凝液状羽力回流,一般流速为0.20.5，*速度太大，则冷凝器的高度也相应地加.用泵回流时,速度可取1.52.5Ws。（3）进料管径办料液由高位槽进塔时，料液流速取O.4O.8"M由泵输送时，流速取为I.525ms.(4)釜液解除管径dw釜液流出的速度一般取0.5-IQMZa(5)饱和水抵气管饱和水蒸气压力在29SM(表压)以卜时，蒸气在管中流速取为20-40而s；表压在785"V，以下时.波速取为4()-6(加s：表压在295OAPa以上时.流速取为80,，用.6.4加拉至丸蚊怆管加热蒸气鼓泡管(又叫蒸气喷出器若精保!塔米纳干脆蒸气加热时，在塔釜中整装开孔的蒸气鼓泡管.使加热蒸气能匀称分布与釜液中.其结构为一环式蒸气管,管子上适当的开一些小孔.当小孔直径小时汽泡分布的更匀称,但太小不仅增加阻力横失，而且简沽堵泥，其孔直径一般为510”"，孔即为孔径的510倍，小孔总面积为鼓泡管横战面枳的1.21.5倍.管内蒸气速度为2O2S加s,加热蒸气管用釜中液面的尚度至少在0.6,”以上,以保证蒸气与溶液有足垓的接触时间.6.5需£泵的透井离心系的选择，一般可按下列的方法与步骤进行：(1)确定蛇送系统的流Itt与压头液体的输送盘股为生产任务所规定,假如流量在肯定范围内波动，选泵时应按最大流尿考虑.依掘输送系统管路的支足,用柏努利方程计算在最大流取下管路所衢的压头，(2)选择集的类型与鞭号首先应依据输送液体的性施和操作条件确定泵的类型，然后按已确定的流量。和田头Hr从泉的样本或产品书目中选出合适的型号.明显,选出的表所供应的液心和压头不见得与管路要求的流IitQ,和压头4完全相符.旦考虑到操作条件的变更和备有肯定的裕最，所选泵的流城和压头可稍大一点，但在该条件下对应泵的效率应比较高，即点Qs坐标位里应狒在泵的高效率施围所对应的。曲奴卜'方。另外，案的型号选出后.应列出该泵的各种性能参数.(3)核算泵的轴功率若输送液体的密度大于水的密度时，可按n.Q*ov核算泵的1.02'轴功率。蓼文是日冏谓不要费用E崎，/&aw