精馏塔设计说明书
院（部）系化学与化学工程学院
所学专业化学工程与工艺
年级、班级08级本科一班
完成人 ***
指导教师***
前言
工程设计既是工程建设的灵魂，又是科研成果转化为现实生产力的桥梁和纽带，决定着工业现代化的水平。
本设计方案要求设计以精馏塔为核心，根据要求合理和完整的设计一个精馏流程，具体设计任务如下：
一、设计任务
以精馏塔为核心，要求能根据分离要求合理和完整的设计一个精馏流程，包括储罐，管道，离心泵，换热器，精馏塔等。还要求能用合适的形式表达设计方案。包括工艺流程图带控制点的工艺流程图、设备图等。
具体任务为：某工厂生产乙酸丁酯时产生一股物流，含有乙酸乙酯30%（质量分数，下同），乙酸丁酯70%，设计一座常压精馏塔，对上述混合物进行分离，要求塔顶流出液中乙酸乙酯回收率为95%，釜残液中乙酸丁酯的回收率为97%，年处理量7200吨，产品均须冷却到40°C。塔釜采用外置再沸器，冷公用工程水为循环水（20-30°C），热公用工程为饱和水蒸气，环境温度为20°C。
二、工艺操作条件
操作压力：常压
进料热状况：冷夜进料，进料温度为60°C
回流比：R=6.8
塔釜加热蒸汽：0.4MPa（表压）
塔板类型：筛板
工作日：每年300天，每天24小时连续运行。
三、设计内容：
1、计算馏出液和釜残液的流量和组成。
2、采用图解法求出理论板数并确定进料位置。
3、进行筛板式精馏塔的工艺设计，确定塔高、塔径、进料位置等。
4、如果采用填料塔，确定填料层高度（填料类型自选）。
5、设计一合理的工艺流程，并绘制带有主要参数控制点的工艺流程图。
6、计算所设计流程的冷热公用工程用量，并对工艺流程中的任一台换热器进行
设计计算，要求采用列管式换热器，计算其主要工艺参数，包括管长、管子
规格壳程直径、管程数、壳程数、管子数目等，画出换热器简图，表明接管尺寸。
目录
1 板式塔的设计 (1)
1.1精馏塔的物料衡算 (1)
1.1.1原料液及其摩尔分率 (1)
1.1.2物料衡算 (1)
1.2进料热状况参数q (1)
1.3塔板数的确定 (3)
1.3.1理论板层数的求取 (3)
1.3.2全塔效率的求取 (3)
1.3.3实际板层数的求取 (4)
1.4精馏塔的工艺条件及有关物性参数的计算 (4)
1.5 精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (6)
1.5.1 塔径的计算 (6)
1.5.2精馏塔有效高度的计算 (7)
1.5.3 塔板主要工艺尺寸的计算 (7)
1.5.4塔板布置 (8)
1.5.5筛板的流体力学验算 (9)
1.5.6 塔板负荷性能图 (11)
2 辅助设备的选型及计算 (16)
2.1塔顶全凝器的设计计算 (16)
2.1.1总传热系数的计算 (16)
2.1.2传热面积的计算 (17)
2.2 工艺结构尺寸 (17)
2.3 换热器核算： (19)
2.4 填料塔的设计 (21)
3 塔设计的评述 (22)
参考文献 (26)
符号及其意义 (27)
1 板式塔的设计
1.1精馏塔的物料衡算
1.1.1原料液及其摩尔分率
乙酸乙酯的摩尔质量kmo Kg M A /11.88= 乙酸丁酯的摩尔质量kmo Kg M B /16.116= 进料组成
36.016
.1167.011.883.011.883
.0=+
=F
x 原料液的平均摩尔质量 km kg M m /026.10616.11664.011.8836.0=?+?= 原料液的流量 F=026
.1062430010
72003
???=9.43kmol/h
1.1.2物料衡算
塔顶馏出液乙酸乙酯的回收率：
95.0=F
D Fx
Dx
釜残液中乙酸丁酯的回收率：)
1()1(F W x F x W --=0.97
总物料衡算：F=D+W
乙酸乙酯物料衡算：W
D F Wx Dx Fx += 由以上各式解得 D=3.41kmol/h W=6.02kmol/h 95.0=D x 028.0=W x
1.2进料热状况参数q
根据常压下乙酸乙酯-乙酸丁酯溶液的平衡数据绘出t-x-y 图，如图1。
图1 常压下乙酸乙酯－乙酸丁酯溶液的t-x-y 图
由图1查得，在进料组成下的泡点温度99=b t °C ，进料温度t =60°C ，平均温度5.792
60
99=+=
m t °C 。
由设计任务书附录图1查得：
乙酸乙酯汽化潜热kmol KJ r A /23.32= 乙酸丁酯的汽化潜热kmol KJ r B /79.36= 平均汽化潜热：
km KJ x r x r r B
B A A m /4.3514864.01079.3636.01023.323
3
=??+??=+= 由附录图1查得：
5.79=m t °C 时，)/(5.126K kmol KJ c pA ?= )/(246K kmol KJ c pB
?= 平均液体比热：
)/(98.20264.024636.05.126K kmol KJ x c x c c B
pB A pA pm ?=?+?=+=
进料热状况参数：
q=123.14.351484.35148)6099(98.202
>=+-?=+??m
m pm r r t c
故符合冷夜进料。
1.3塔板数的确定
1.3.1理论板层数的求取
（1） 由常压下乙酸乙酯-乙酸丁酯溶液的平衡数据绘出x-y 图，如图2. （2） 操作回流比R=6.8 （3） 求精馏塔的气、液相负荷 L=RD=23.188 kmol/h V=(R+1)D=26.598 kmol/h L’=L+qF=34.79kmol/h V’=V+(q -1)F=28.77 kmol/h （4）求操作线方程 精馏段操作线方程：
122.0872.08
.795
.08.78.611+=+=+++=x x R x x R R y
D 提馏段操作线方程：
006
.0'21.1028.077
.2802
.6'77.2879.34'''''-=-=-=x x x V W x V L y w q 线方程： 57.135.51
23.136.0123.123.111-=---=---=q
q F
q q
x x q x x q q y 在图2中分别画出精馏段、提馏段操作线及q 线。 （5）图解法求理论板层数
采用图解法求理论板层数，如图2所示，求解结果为 总理论板层数 8.4=T N (包括再沸器) 进料板位置 3=F N 1.3.2全塔效率的求取
由图1查得液相在塔顶组分95.01=x 下的泡点温度5.78=D t °C 。 5.78=D t °C 时，由设计任务书附录图5查得：
cP cP B
A
377.0,25.0==μμ
塔顶平均黏度 37.0lg 05.025.0lg 95.0lg ?+?=DLm
μ=-0.593 cP DLm
255.0100593.0==-μ 同理，求得塔底平均液相黏度： cP WLm 256.0=μ 则全塔平均黏度：cP
Lm
256.02
256
.0255.0=+=μ 塔顶与塔底平均温度下的相对挥发度：8.4=α
则全塔效率：%46)256.08.4(49.0)(49.0245
.0245.0=??=?=--Lm
T E μ
1.3.3实际板层数的求取
精馏段实际板层数 N 精=2/0.46=4.355≈
提馏段实际板层数 N 提=2.8/0.46-1=6(不包括再沸器)
1.4精馏塔的工艺条件及有关物性参数的计算
1、操作压力：常压
2、操作温度计算
由塔顶组成查图1得出所对应的泡点温度5.780=t °C
由进料组成查图1得出所对应的泡点温度，及进料板温度t=99°C 精馏段平均温度75
.882
99
5.78=+=m t °C 3、平均摩尔质量计算
塔顶平均摩尔质量计算
由,95.01==y x D 查图2中平衡线得79.01=x
kmo kg M kmol kg M LDm
VDm /9416.11621.011.8879.0/51.8916.11605.011.8895.0=?+?==?+?=
进料板平均摩尔质量计算
由图解理论板得 795.0'=F y ，查图2平衡线得：443.0'=F x
km kg M kmol kg M LFm
VFm /73.10316.116557.011.88443.0/86.9316.116205.011.88795.0=?+?==?+?=
精馏段平均摩尔质量
kmol
kg M kmol
kg M Lm Vm /87.982
94
73.103/68.91286
.935.89=+=
=+=
4、平均密度计算 （1） 气相平均密度计算 塔顶气相平均密度：
5.78=D t °C 由附图4查得3
/03.3m kg A =ρ3
/03.4m kg B
=ρ 3
/08.303.405.003.395.0m
kg VDm
=?+?=ρ 进料板气相平均密度：
t=99°C 时，由设计任务书附图4查得3/9.2m kg A =ρ3
/77.3m kg B
=ρ 3
/08.377.3205.09.2795.0m
kg VFm
=?+?=ρ 气相平均密度：
3
/1.32
08.308.3m
kg V
=+=ρ （2） 液相平均密度计算 塔顶液相平均密度
5.78=D t °C 由附图3查得
3
3
/1.820,/5.827m
kg B m kg A
==ρρ 3
/1.8271
.82005
.05.82795.01
m kg LDm
=+=ρ，
进料板液相平均密度
t=99°C 由附图3查得3
3/5.797,/5.799m kg B m kg A
==ρρ 进料板液相的质量分率
3
/2.7985
.79762.05
.79938.0138
.016
.116557.011.88443.011
.88443.0m
kg L A =+=
=?+??=ρα
精馏段液相平均密度
3
/7.8122
2.7981.827m
kg L
=+=ρ 5、液相平均表面张力的计算 i
i Lm x σσ∑= 塔顶液相平均表面张力的计算
5.78=D t °C ，查手册得
m mN m mN m mN LDm
B
A /1.172.1705.01.1795.0/2.17,/1.17=?+?===σσσ
进料板液相平均表面张力的计算
t=99°C 时，查手册得m mN m mN B A /1.15,/7.14==σσ m
mN LFm
/92.14151557.07.14443.0=?+?=σ 液相平均表面张力
m
mN Lm
/01.162
92
.141.17=+=σ 1.5 精馏塔的塔体工艺尺寸计算
1.5.1 塔径的计算
精馏段的气、液相体积流量：
由史密斯关联图查得
求得，其中由式式中由202
.020max 33
20x C C C /00078.07
.812360087.98188.233600/219.01.3360068.91598.263600C C
u s
m LM Ls s m VM V L V
V
L L
Lm V Vm S ?
?
?
??=-==??=
=
=??==σσσσσ
图的横坐标为：059.0)1
.37.812(3600219.0360000078.02
.02.0
h
=??=）（V
L h V L
σσ
取板间距为H T =0.35m ，板上液层高度
m H m T L
29.006.035.0h .06.0h L
=-=-=则
查史密斯关联图得： 059.020=C ，
s
m A V
A D m
u
V
D s m u s
m u
C C T
S
T S
L
/61.0u m
359.0m
7.0664.0633
.014.3219.044/633.0904.07.07.0u 7.0/904.01.31
.37.812056.0056
.0)
20
01.16(
059.0)
20
(
2
max max
2
.02
.020
==
===??=
=
=?===-?
==?==实际空塔气速为截面积
按标准塔径圆整后，则空塔气速为
取安全系数为πσ
1.5.2精馏塔有效高度的计算
精馏段有效高度 m H Z T 4.135.0)15(1-N =?-==）（精
精 提馏段有效高度 m H N Z T 75.11-==）（提提 故精馏塔有效高度为：3.15m 。 1.5.3 塔板主要工艺尺寸的计算 （１）溢流装置计算
选用单溢流弓形降液管，采用凹形受液盘
堰长：m D L W
5.07.0714.0714.0=?== 堰高：
3
2)(100084.2h h ,w
h OW
OW
OW L W L L E h h h =-=由下式计算，即高度选用平直堰，堰上液层
近似取E=1，则 m 009.05.0360000078.01100084
.2h 3
2ow =??? ?????=
m
h h h ow l w 051.0=-=
（2）弓形降液管宽度d w 和截面积f A 由
174.0=D
l w 查弓形降液管的参数图得
m
D w m A A D
W A A d T f d T
f 112.016.0033.0093.0016
.0093
.02======
液体在降液管中停留时间：
s
s L H A h
T
T 585.143600>==
θ
故降液管设计合理 （3）降液管底隙高度o h
m
m h h m
h s
m u u l Lh h o w o o o w o 006.0029.0022.0/07.0''
3600>=-===
取
故降液管底隙高度设计合理 1.5.4塔板布置
（1）塔板结构：因为塔径小于800mm ，故采用整块式。
（2）边缘区宽度：取m w w s s 055.0'== m w c 035
.0= （3）开孔面积Aa 的计算：取开孔面积按下列公式计算
()m
A m
w D r m
w w D x r
x ar r
x r x A a c s d a 217.0315.02
183.02
)
sin
180
(22
2
2
==-=
=+-=+-=其中π
（4）筛孔计算及其排列：选用mm 3=δ碳钢板，取筛孔直径mm d o 5= 筛孔按正三角形排列，取孔中心距t 为：mm d t o 153==
个筛孔数目1114155.12
==
t
A n a
%1.10907.02
=??
?
???=t do φ开孔率
s
m A V uo O
S /10==
气体通过阀孔的气速为
1.5.5筛板的流体力学验算 1.塔板压降
（1）干板阻力c h 的计算
干板阻力c h 由下式计算，即
液柱
查得由m hc c d c
u hc o o
l v o o
033.0772.067.18
2051.0===???
? ?????? ??=ρρ
（2）气体通过液层的阻力l h 计算
气体通过液层的阻力l h 由下式计算，即
??
? ???===-=
=212
118.1/672.0m s kg
u Fo s
m A A V ua h h v a f
T s L
l ρβ
查充气系数关联图得
液柱
m h h l l 0372.062
.0===ββ
（3）液体表面张力 阻力σh 计算
液体表面张力所产生的阻力σh 由下式计算
液柱
0016.04==
o
l l
d h ρσσ
气体通过每层塔板的液柱高度p h
a
g h P m h h h hp l p l c P 574072.0p ==?=++=ρσ降
气体通过每层塔板的压液柱
2.液层落差
对于筛板塔液面落差很小，且本设计中塔径和流量均不大，故忽略液面落差的影响。 3.雾沫夹带 雾沫夹带量v e
气
液
气
液
kg 1
.0kg 017.015.05.210
7.52
.36
kg kg e m
h h h H u ev v
l f f T
a l
<===?
??? ??-?=
-σ
故设计中液沫夹带量在允许范围内 4.漏液
对筛板塔，漏液点气速可由下式计算，即
()s m h h c u v
l l o
o /97.513.00056
.04.4min ,=-+=ρ
ρσ
实际孔速
s
5.17.1/10min
,min
,>==
>=o o o o u u K u s m u 稳定系数
故在本设计中无明显漏液。 5.液泛
为防止塔内发生液泛，降液管内液层高度d H 应服从下式的关系，即
()()()泛现象
故在本设计中不发生液
液柱
板上不设进口堰
取w T d o d d l p w T w T h H H m H m u h h h h H h H h H Hd +≤==??? ??'
=++==+=+≤????133.000075.0153.0m
24.06
.0d 2
d
1.5.6 塔板负荷性能图 1.漏液线
由
o
o c u 4.4min ,=()v l l h h ρ
ρσ
-+13.00056
.0
()
得
32100084
.2min ,min ,????
??=+==
w h ow
ow
w l o
s o l L E h h h h A V u
3
2
min ,1.3678.2074.0s
s L V +=
在操作范围内，任取几个Ls 值，依上式计算出Vs 值，计算结果列于表1
表1 漏液线数据
Ls,s
m
3
0.0005 0.001 0.002 0.003 Vs,
s m
3
0.128
0.131
0.135
0.139
由表1数据作出漏液线1。 2.液沫夹带线 以气
液
kg kg e v 1.0=为限，求Ls Vs -关系如下：
()051
.05.225067.310
7.56
=+===-=
?
??? ??-?=
-ow ow w l f s
f
T s f T
a l
h h h h h V A A V ua h H u ev σ
则
3
2
3
2
06.1100084
.2s
w h L l L E how =???
?
??=
3
2s 3
2
3
2
03.542.0V 1
.065.2223.065.2127.0s
s
f T s
L ev L h H L hf -==-=-+=整理得
在操作范围内任取几个Ls 值，依上式计算出Vs 值，计算结果列于表2
表2 液沫夹带线数据
Ls,s
m 3
0.0005 0.001 0.002 0.003 Vs,
s
m
3
0.388
0.37
0.34
0.316
由表2数据作出液沫夹带线2。 3.液相负荷下限线
对于平直堰，取堰上液层高度006.0=ow h 作为最小液体负荷标准 则由
s
m L E l L E h s w
s ow
/00043.01006
.03600100084
.23
min ,3
2
===????
??=，则
取
据此作出与气体流量无关的垂直液相负荷下限线3。 4.液相负荷上限线
以s 5=θ作为液体在降液管中停留时间的下限
5
==
s
T f L H A θ
故 s m H A Ls T
f /0023.05
max ,3
==
据此作出与气体流量无关的垂直液相负荷上限线4。 5.液泛线
令 )(w T d h H H +=?
由 ow w L L L l c p d L p d h h h h h h h h h h h h H +==++=+++;;;βσ
联立得 σββ??h h h h h H d c ow w T ++++=--+)1()1(
忽略σh ，将ow h 与s L ，d h 与s L ，c h 与s V 的关系式代入上式，并整理得
()???
?
??=
''-'-'='l v
o o s
s s c A a L d L c b V a ρρ23
22
2
051.0其中
()()
()3
2
3
2
3600110
84.2153
.01?
??
?
??+?='=
'--+='-w o w T l E d h l
c h H b w
ββ??
将有关数据代入，得
72
.146.1264158.068.0='='='='d c b a
故 32
2
272.146.1264158.068.0s s s L L V --= 或32
2
2
53.21.185923.0s s s L L V --=
在操作范围内任取几个Ls 值，依上式计算出Vs 值，计算结果列于表3。
表3 液泛线数据
Ls,s
m 3
0.0005 0.001 0.002 0.003 Vs,
s
m
3
0.462
0.450
0.427
0.401
由表3数据作出液泛线5。
根据以上各方程，可作出筛板塔的负荷性能图，如图3。
在负荷性能图上作出操作点A ，连接OA ，即为操作线，由图可看出，该筛板塔的操作上限为液泛控制，下限为漏液控制，由图3查得：
s
m V s m V s s /127.0,/62.33
min ,3
max ,==
故操作弹性为
85
.2min
,max ,=s s V V
表4 筛板塔设计计算结果
序号 项目 数值及说明 1 气相流量 0.219
2 液相流量
(
)s
m L s /,3
0.00078 3 实际塔板数 12 4 有效高度，m 3.95 5 塔径D ，m 0.7 6 板间距m H T ,
0.35 7 溢流形式 单溢流 8 降液管形式 弓形 9 堰长m 0.5 10 堰高m
0.51 11 板上液层高度m 0.006 12 堰上液层高度m 0.009 13 降液管底隙高度m 0.022 14 安定区宽度m 0.055 15 边缘区宽度m 0.035 16 开孔区面积㎡ 0.217 17 筛孔直径m 0.005 18 筛孔数目 1114 19 孔中心距m 0.015 20 开孔率% 10.1 21 空塔气速s m / 0.61 22 筛孔气速s m / 10 23 稳定系数 1.7 24
每层塔板压降Pa
574
25 负荷上限液泛控制
26 负荷下限漏液控制
27 液沫夹带0.017
28 气相负荷上限s
m/30.362 29 气相负荷下限s
m/30.127 30 操作弹性 2.85
2 辅助设备的选型及计算
2.1塔顶全凝器的设计计算
选择列管式换热器mm 5.225?Φ碳钢管，管内流速s m u i /0.1=循环水。 查取塔顶露点温度为82.8°C ，泡点温度为78.5°C 。 气体平均温度 C
65.8025.788.82?=+=
T
循环冷却水温度 C 252
30
20?=+=
t
混合物在88.9°C 时的相关数据如下： 密度：30/1.305.0495.005.3m k g =?+?=ρ 导热系数：)/(0147.00K m W ?=λ 粘度： s Pa cP ??==-60100.9009.0μ 循环冷却水25°C 时的相关数据如下： 密度：3/996m kg i =ρ
定压比热：)/(174.4K kg KJ C pi ?= 粘度：s Pa i ??=-310897.0μ 2.1.1总传热系数的计算
1.热流量： h KJ V r Q /106.81046.32598.2653?=??=?= 其中 kmol KJ r /1046.3205.01079.3695.01023.32333?=??+??= h KJ D R V /598.2641.3)18.6()1(=?+=+=
2.平均传热温差：6.5520
5.78308.82ln )
205.78()308.82(ln '2121=-----=???-?=
?t t t t t m °C 3.冷却水用量：h kg t C Q Wi i
pi /101.2)
2030(174.4106.84
05
?=-??=
??=
4.总传热系数K
课程设计报告书丙酮水连续精馏浮阀塔的设计学院化学与化工学院 专业化学工程与工艺 学生姓名吴熠 学生学号 指导教师江燕斌 课程编号 课程学分 起始日期
目录 \ "" \ \ \
第部分设计任务书 设计题目：丙酮水连续精馏浮阀塔的设计 设计条件 在常压操作的连续精馏浮阀塔内分离丙酮水混合物。生产能力和产品的质量要求如下： 任务要求(工艺参数)： .塔顶产品(丙酮)：, (质量分率) .塔顶丙酮回收率：η=0.99(质量分率) .原料中丙酮含量：质量分率(*) .原料处理量：根据、、返算进料、、、 .精馏方式：直接蒸汽加热 操作条件： ①常压精馏 ②进料热状态q=1 ③回流比R=3R min ④加热蒸汽直接加热蒸汽的绝对压强 冷却水进口温度℃、出口温度℃，热损失以计 ⑤单板压降≯ 设计任务 .确定双组份系统精馏过程的流程，辅助设备，测量仪表等，并绘出工艺流程示意图，表明所需的设备、管线及有关观测或控制所必需的仪表和装置。 .计算冷凝器和再沸器热负荷。塔的工艺设计：热量和物料衡算，确定操作回流比，选定板型，确定塔径，塔板数、塔高及进料位置 .塔的结构设计：选择塔板的结构型式、确定塔的结构尺寸；进行塔板流体力学性能校核（包括塔板压降，液泛校核及雾沫夹带量校核等）。 .作出塔的负荷性能图，计算塔的操作弹性。 .塔的附属设备选型,计算全套装置所用的蒸汽量和冷却水用量，和塔顶冷凝器、塔底蒸馏釜的换热面积，原料预热器的换热面积与泵的选型，各接管尺寸的确定。
第部分设计方案及工艺流程图 设计方案 本设计任务为分离丙酮水二元混合物。对于该非理想二元混合物的分离，应使用连续精馏。含丙酮（质量分数）的原料由进料泵输送至高位槽。通过进料调节阀调节进料流量，经与釜液进行热交换温度升至泡点后进入精馏塔进料板。塔顶上升蒸汽使用冷凝器，冷凝液在泡点一部分回流至塔内，其余部分经产品冷却后送至储罐。该物系属于易分离物系（标况下，丙酮的沸点°），塔釜为直接蒸汽加热，釜液出料后与进料换热，充分利用余热。 工艺流程图
第三章设备选型-精馏塔设计说明书3.1 概述 本章是对各种塔设备的设计说明与选型。 3.2设计依据 气液传质分离用的最多的为塔式设备。它分为板式塔和填料塔两大类。板式塔和填料塔均可用作蒸馏、吸收等气液传质过程，但两者各有优缺点，根据具体情况进行选择。设计所依据的规范如下： 《F1型浮阀》JBT1118 《钢制压力容器》GB 150-1998 《钢制塔式容器》JB4710-92 《碳素钢、低合金钢人孔与手孔类型与技术条件》HG21514-95 《钢制压力容器用封头标准》JB/T 4746-2002 《中国地震动参数区划图》GB 18306-2001 《建筑结构荷载规范》GB50009-2001 3.3 塔简述 3.3.1填料塔简述 (1)填料塔
填料塔是以塔内的填料作为气液两相间接触构件的传质设备，由外壳、填料、填料支承、液体分布器、中间支承和再分布器、气体和液体进出口接管等部件组成。 填料是填料塔的核心，它提供了塔内气液两相的接触面，填料与塔的结构决定了塔的性能。填料必须具备较大的比表面，有较高的空隙率、良好的润湿性、耐腐蚀、一定的机械强度、密度小、价格低廉等。常用的填料有拉西环、鲍尔环、弧鞍形和矩鞍形填料，20世纪80年代后开发的新型填料如QH—1型扁环填料、八四内弧环、刺猬形填料、金属板状填料、规整板波纹填料、格栅填料等，为先进的填料塔设计提供了基础。 填料塔适用于快速和瞬间反应的吸收过程，多用于气体的净化。该塔结构简单，易于用耐腐蚀材料制作，气液接触面积大，接触时间长，气量变化时塔的适应性强，塔阻力小，压力损失为300～700Pa，与板式塔相比处理风量小，空塔气速通常为0.5-1.2 m/s，气速过大会形成液泛，喷淋密度6-8 m3/(m2.h)以保证填料润湿，液气比控制在2-10L/m3。填料塔不宜处理含尘量较大的烟气，设计时应克服塔内气液分布不均的问题。 (2)规整填料 塔填料分为散装填料、规整填料(含格栅填料) 和散装填料规整排列3种，前2种填料应用广泛。 在规整填料中，单向斜波填料如JKB，SM，SP等国产波纹填料已达到国外MELLAPAK、FLEXIPAC等同类填料水平；双向斜波填料如ZUPAK、DAPAK 等填料与国外的RASCHIG SUPER-PAK、INTALOX STRUCTURED PACKING 同处国际先进水平；双向曲波填料如CHAOPAK等乃最新自主创新技术，与相应型号的单向斜波填料相比，在分离效率相同的情况下，通量可提高25％ -35％，比国外的单向曲波填料MELLAPAK PLUS通量至少提高5％。上述规整填料已成功应用于φ6400，φ8200，φ8400，φ8600，φ8800，φ10200mm等多座大塔中。 (3)板波纹填料 板波纹填料由开孔板组成，材料薄，空隙率大，加之排列规整，因而气体通过能力大，压降小。其比表面积大，能从选材上确保液体在板面上形成稳定薄液
填料塔的附属结构填料支承板（Packing support plate ） 主要包括：填料支承装置；液体分布及再分布装置；气体进口分布装置；除沫装置等。 要求：（1）足够的机械强度以承受设计载荷量，支承板的设计载荷主要包括填料的重量和液体的重量。（2）足够的自由面积以确保气、液两相顺利通过。总开孔面积应不小于填料层的自由截面积。一般开孔率在70%以上。常用结构：栅板；升气管式；气体喷射式。
栅板（support grid）： 优点是结构简单，造价低； 缺点是栅板间的开孔容易被散装填料挡住，使有效开孔面积减小。
升气管式：具有气、液两相分流而行和开孔面积大的特点。气体由升气管侧面的狭缝进入填料层。
气体喷射式（multibeam packing support plate）： 具有气、液两相分流而行和开孔面积大的特点。气体由波形的侧面开孔射入填料层。
床层限位圈和填料压板（Bed limiter and hold down plate）填料压紧和限位装置安装在填料层顶部，用于阻止填料的流化和松动，前者为直接压在填料之上的填料压圈或压板，后者为固定于塔壁的填料限位圈。 规整填料一般不会发生流化，但在大塔中，分块组装的填料会移动，因此也必需安装由平行扁钢构造的填料限制圈。
液体分布器（Liquid distributor） 作用：将液体均匀分布于填料层顶部。 莲蓬头分布器： 一种结构十分简单的液体喷洒器，其喷头的下部为半球形多孔板，喷头直径为塔径的1/3~1/5，一般用于直径在0.6m以下的塔中。它的主要缺点是喷洒孔易堵塞，且气量较大时液沫夹带量大。
甲醇工艺（精馏工段）设计说明书 一概述 1甲醇生产的发展概况 甲醇生产技术发展很快，近20年来，在原料路线、生产规模、节能降耗、过程控制与优化及与其他化工产品联合生产等发面都有新的突破与进展。 1）原料路线 甲醇生产的原料大致有煤、石油、天然气和含H 2、CO（或CO 2 ）的工业废气 等。从 50年代开始，天然气逐步成为制造甲醇的主要原料，因为它简化了流程，便于输送，降低了成本，目前世界甲醇总产量中约有70%左右是天然气为原料的。但是，随着能源的紧张，如何有效地开发煤炭资源，这是个从未中断过的研究课题，煤气化技术发展迅速，除传统的固定床UGI炉外，固定床鲁奇汽化炉，流化闯温克勒汽化炉，气流床K-T炉，气流床德士古汽化炉的开发均取得进展并都在工业上得到使用。从长远的战略观点来看，世界煤的储藏量远超过天然气和石油。我国情况更是如此，将来以煤制取甲醇的原料路线终将占主导地位。 2）生产规模 甲醇生产技术发展趋势之一是单系列，大型化。由于高压设备尺寸的限制，50年代以前，甲醇合成塔的单塔生产能力一般不超过100~200t/d，60年代不超过200~300t/d。但近十年来，单系列大型甲醇合成塔不断被开发，并在工业生产中使用，Lurgi管壳型甲醇合成塔单塔生产能力可达2500t/d。随着由气轮机驱动的大型离心压缩机研制成功，为合成气压缩机、循环机的大型化提供了条件。 国内的甲醇装置的规模偏小，除引进的Lurgi与ICI装置单系列年产10万吨甲醇外，较多中型化肥厂中单系列甲醇装置年产仅3~4万吨。更有一些单醇与联醇装置年产仅数千吨。今后必须不断创造条件，增大单系列甲醇装置的生产规模。 3）节能降耗 甲醇成本中能源消耗费用占较大比重。目前，甲醇生产技术改进的重点放在采用低能耗工艺，充分回收和利用能量等方面。主要方向是研制性能更好的转化与合成催化剂，降低甲醇合成压力，开发新的净化方法，降低燃料消耗。采用节能型精馏工艺与设备高、中、低位热能的合理配置与低位能热能的合理使用等措施。 4）过程控制 甲醇生产是连续操作，技术密集的工艺。目前正向高度自动化操作水平发展，化工过程优化控制在甲醇生产中得到推广与应用。 国内甲醇装置的过程控制水平还停留在仪表显示与单参数控制水平。采用数学模型方法对系统进行分析，已有初步成果。引进国内外先进控制技术进一步提高自控水平，对发展我国甲醇工业很有意义。 5）联合生产 国内外大多甲醇装置都是与其他化工产品实现联合生产的。甲醇装置成为大型化肥厂或石油化工厂的一个组成部分。其中具有代表性的是合成氨联产甲醇与城市 煤气联产甲醇。此外，还有利用含CO与H 2 的尾气、废气生产甲醇。目前已投产 的有乙炔尾气制甲醇，乙烯裂解废气制甲醇等。 2设计任务
简单填料精馏塔设计 设计条件与任务： 已知F 、xF 、xD 、xw 或F 、xF 、xD 和η，塔顶设全凝器，泡点回流，塔底间接(直接)蒸汽加热。 1 全塔物料衡算求产品流量与组成 （1）常规塔 全塔总物料衡算 总物料 F = D + W 易挥发组分 F χF = D χD + W χW 若以塔顶易挥发组分为主要产品，则回收率η为 D F Dx Fx η= 式中 F 、D 、W ——分别为原料液、馏出液和釜残液流量，kmol/h ； χF 、χD 、χW ——分别为原料液、馏出液和釜残液中易挥发组分的摩尔分率。 由（3-1）和（3-2）式得： W D W F x x x x F D --= (2) 直接蒸汽加热 总物料 * 0F S D W +=+ 易挥发组分 ** 00F D W Fx S y Dx W x +=+ 式中 V 0 ——直接加热蒸汽的流量，kmol/h ； У0 ——加热蒸汽中易挥发组分的摩尔分率，一般У0=0； W * ——直接蒸汽加热时釜液流量，kmol/h ； χ*W ——直接蒸汽加热时釜液中易挥发组分的摩尔分率。 2 计算最小回流比 设夹紧点在精馏段，其坐标为(xe,ye)则 min D e e e x y R y x -= - 设夹紧点在提馏段，其坐标为(xe,ye) min min (1)(1)e W e W y x R D qF L V R D q F x x -+==+--- 基础数据：气液相平衡数据
3 确定操作回流比 min (1.1~2.0)R R = 4 计算精馏段、提馏段理论板数 ① 理想溶液 图解法或求出相对挥发度用逐板计算法求取。 ② 非理想溶液 相平衡数据为离散数据,用图解法或数值积分法求取 精馏段 1 1 R D f N x R x n n dx N dN x x += =-? ? 因 111 D n n x R y x R R += +++ 所以 ()/D f x R x n n D n dx N y x x y R = ---? (4) 提馏段 1 1 S f W N x S x n n dx N dN x x += =-? ? 因 11 W n n x R y x R R +'+= -'' 蒸汽回流比(1)(1)(1)(1)V R D q F D F R R q W W W W +--'= ==+-- 所以 ()/(1) f w x S x n n n w dx N y x y x R = '---+? (5) 式(4)、(5)中塔板由下往上计数。 5 冷凝器和再沸器热负荷 冷凝器的热负荷 ()C DV DL Q V I I =- 再沸器的热负荷 B C D W F Q Q DI WI FI =++- 待求量：进料温度t F 、塔顶上升蒸汽温度t DV (与x D 对应的露点温度)、回流温度t DL (与x D 对应的泡点温度)、再沸器温度tw (与x W 对应的泡点温度)。 物性数据： ① 各组分在平均温度下的液相热容、气相热容或汽化热。 ② 各组分的热容方程常数 如 2 3 p c A BT CT DT =+++ ③ 由沃森公式计算汽化热 21 0.38211( )1r V V r T H H T -?=?-
精馏塔机械设计方案 1.1 塔设备概论 塔设备是化工、石油化工和炼油、医药、环境保护等工业部门的一种重要的单元操作设备。它的作用是实现气（汽）——液相或液——液相之间充分的接触，从而达到相际间进行传质及传热的目的。可在塔设备中完成的常见的单元操作有：精馏、吸收、解吸和萃取等。此外，工业气体的冷却与回收、气体的湿法净制和干燥，以及兼有气液两相传质和传热的增湿、减湿等。 塔设备应用面广、量大，其设备投资费用占整个工艺设备费用较大的比例。在化工或炼油厂中，塔设备的性能对整个装置的产品产量、质量、生产能力和消耗定额以及三废处理和环境保护等各个方面都有着重大影响。因此，塔设备的设计和研究受到化工、炼油行业的极大重视。 为了使塔设备能更有效、更经济地运行，除了要求它满足特定的工艺条件外，还应满足以下要求： （1）气（汽）液两相充分接触，相际间的传热面积大； （2）生产能力大，即气液处理量大； （3）操作稳定，操作弹性大； （4）流体流动的阻力小，即流体通过塔设备的压力降小。这将大大减少生产中的动力消耗，以降低操作的费用； （5）结构简单，制造、安装、维修方便，并且设备的投资及操作费用低； （6）耐腐蚀，不易堵塞。方便操作、调节和检修。 塔设备的分类： （1）按操作压力可分有加压塔、常压塔以及减压塔；
（2）按单元操作可分有精馏塔、吸收塔、介吸塔、萃取塔、反应塔、干燥塔等； （3）按件结构可分有填料塔、板式塔; （4）按形成相际接触界面的方式可分为具有固定相界面的塔和流动过程中形成相界面的塔。 1.2 常压塔的主要结构 在塔设备的类别中，由于目前工业上应用最广泛的是填料塔以及板式塔，所以主要考虑这两种类别。 考虑到设计条件，成分复杂，并且板式塔和填料塔相比效率更高一些，更稳定，液——气比适用围大，持液量较大，安装、检修更容易，造价更低，故选用板式塔更为合理。 板式塔是一种逐级（板）接触的气液传质设备。塔使用塔板作为基本构件，气体自塔底向上以鼓泡或喷射的形式穿过塔板上的液层，使气——液相密切接触而进行传质与传热，并且两相的组分浓度呈阶梯式变化。 塔盘采用浮阀型式。因为浮阀塔在石油、化工、等工业部门应用最为广泛，并具备优异的综合性能，在设计和选用时经常作为首选的板式塔型式。 板式初馏塔的总体结构见装配草图。板式塔除了各种件之外，主要由塔体、支座、人孔或手孔、除沫器、接管、吊柱及扶梯、操作平台组成。 (1) 塔体 塔体即塔设备的外壳，常见的塔体由等直径、等厚度的圆筒和上下封头组成。对于大型塔设备，为了节省材料偶尔采用不等直径、不等厚度的塔体。塔设备一般情况下安装在室外，因而塔体除了承受一定的操作压力（压或外压）、温度外，还要考虑到风载荷、地震载荷、偏心载荷等。此外还要满足在试压、运输及吊装时的强度、刚度及稳定性要求。本设计中精馏塔为常压0.11MPa，采用等直径等厚度型式。 (2) 支座
第一章绪论 1.1塔设备概述 塔设备是石油、化工、轻工等各工业生产中仅次与换热设备的常见设备。在上述各工业生产过程中，常常需要将原料中间产物或粗产品中的各个组成部分（称为组分）分离出来作为产品或作为进一步生产的精制原料，如石油的分离、粗酒精的提纯等。这些生产过程称为物质分离过程或物质传递过程，有时还伴有传热和化学反应过程。传质过程是化学工程中一个重要的基本过程，通常采用蒸馏、吸收、萃取。以及吸附、离子交换、干燥等方法。相对应的设备又可称为蒸馏塔、吸收塔、萃取塔等。 在塔设备中所进行的工艺过程虽然各不相同，但从传质的必要条件看，都要求在塔内有足够的时间和足够的空间进行接触，同时为提高传质效果，必须使物料的接触尽可能的密切，接触面积尽可能大。为此常在塔内设置各种结构形式的内件，以把气体和液体物料分散成许多细小的气泡和液滴。根据塔内的内件的不同，可将塔设备分为填料塔和板式塔。 在板式塔中，塔内装有一定数量的塔盘，气体自塔底向上以鼓泡喷射的形式穿过塔盘上的液层，使两相密切接触，进行传质。两相的组分浓度沿塔高呈阶梯式变化。 不论是填料塔还是板式塔，从设备设计角度看，其基本结构可以概括为： （1）塔体，包括圆筒、端盖和联接法兰等； （2）内件，指塔盘或填料及其支承装置； （3）支座，一般为裙式支座； （4）附件，包括人孔、进出料接管、各类仪表接管、液
体和气体的分配装置，以及塔外的扶梯、平台、保温层等。 塔体是塔设备的外壳。常见的塔体是由等直径、等壁厚的圆筒及上、下椭圆形封头所组成。随着装置的大型化，为了节省材料，也有用不等直径、不等壁厚的塔体。塔体除应满足工艺条件下的强度要求外，还应校核风力、地震、偏心等载荷作用下的强度和刚度，以及水压试验、吊装、运输、开停车情况下的强度和刚度。另外对塔体安装的不垂直度和弯曲度也有一定的要求。 支座是塔体的支承并与基础连接的部分，一般采用裙座。其高度视附属设备（如再沸器、泵等）及管道布置而定。它承受各种情况下的全塔重量，以及风力、地震等载荷，因此，应有足够的强度和刚度。 塔设备强度计算的主要的内容是塔体和支座的强度和刚度计算。 化工生产对塔设备的基本要求 塔设备设计除应满足工艺要求外，尚需考虑下列基本要求：（1）气、液处理量大，接触充分，效率高，流体流动阻力小。 （2）操作弹性大，即当塔的负荷变动大时，塔的操作仍然稳定，效率变化不大，且塔设备能长期稳定运行。 （3）结构简单可靠，制造安装容易，成本低。 （4）不易堵塞，易于操作、调试及检修。 1.2板式塔 板式塔具有物料处理量大，重量轻，清理检修方便，操作稳定性好等优点，且便于满足工艺上的特殊要求，如中间加热或或冷却、多段取出不同馏分、“液化气”较大等。但板式塔的结构复杂，成本较高。由于板式塔良好的操作的性能和成熟的使用经验，目前在化工生产的塔设备中，占有很大比例，广泛用于蒸馏、吸收等传质过程。 板式塔内部装有塔盘，塔体上有进料口、产品抽出口以及回流口等。此外，还有很多附属装置，如除沫器、入手孔、支座、
精馏塔设计 目录 § 1 设计任务书 (1) § 1.1 设计条件 (1) § 2 概述 (1) § 2.1 塔型选择 (1) § 2.2 精馏塔操作条件的选择 (3) § 2.3 再沸器选择 (4) § 2.4 工艺流程 (4) § 2.5 处理能力及产品质量 (4) § 3 工艺设计 (5) § 3.1 系统物料衡算热量衡算 (5) § 3.2 单元设备计算 (9) § 4 管路设计及泵的选择 (28) § 4.1 进料管线管径 (28) § 4.2 原料泵P－101的选择 (31) § 5 辅助设备的设计和选型 (32)
§ 5.1 贮罐………………………………………………………………………………… 32 § 5.2 换热设备…………………………………………………………………………… 34 § 6 控制方案…………………………………………………………………………………… 34 附录1~………………………………………………………………………………………… 35 参考文献………………………………………………………………………………………… 37 后 记 (38) §1 设计任务书 §1.1 设计条件 工艺条件：饱和液体进料，进料量丙烯含量x f =65%（摩尔百分数） 塔顶丙烯含量D x =98%，釜液丙烯含量w x ≤2%，总板效率为0.6。 操作条件：建议塔顶压力1.62MPa （表压） 安装地点：大连 §2 概述 蒸馏是分离液体混合物（含可液化的气体混合物）常用的一种单元操作，在化工、炼油、石油化工等工业中得到广泛的应用。其中，简单蒸馏与平衡蒸馏只能将混合物进行初步的分离。为了获得较高纯度的产品，应
板式精馏塔设计方案 一、设计方案确定 1.1 精馏流程 精馏装置包括精馏塔，原料预热器，再沸器，冷凝器，釜液冷却器和产品冷却器等,为保持塔的操作稳定性，流程中用泵直接送入塔原料，乙醇、水混合原料液经预热器加热至泡点后，送入精馏塔。塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝后经分配器一部分回流，一部分经过冷却器后送入产品储槽，塔釜采用间接蒸汽再沸器供热，塔底产品经冷却后为冷却水循环利用。 塔板是板式塔的主要构件，分为错流式塔板和逆流式塔板两类，工业中以错流式为主，常用的错流式塔板有：泡罩塔板，筛孔塔板，浮阀塔板。泡罩塔板是工业上应用最早的塔板，其主要的优点是操作弹性较大，液气比围较大，不易堵塞；但由于生产能力及板效率底，已逐渐被筛孔塔板和浮阀塔板所替代。筛孔塔板优点是结构简单，造价低，板上液面落差小，气体压强底，生产能力大；其缺点是筛孔易堵塞，易产生漏液，导致操作弹性减小，传质效率下降。而浮阀塔板是在泡罩塔板和筛孔塔板的基础上发展起来的，它吸收了前述两种塔板的优点。浮阀塔板结构简单，制造方便，造价底；塔板开孔率大，故生产能力大；由于阀片可随气量变化自由升降，故操作弹性大；因上升气流水平吹入液层，气液接触时间长，故塔板效率较高。但浮阀塔板也有缺点，即不易处理易结焦、高粘度的物料，而设计的原料是乙醇-水溶液，不属于此类。故总结上述，设计时选择的是浮阀塔板。 1.2设计方案论证及确定 1.2.1 生产时日及处理量的选择：设计要求塔年处理11.5万吨乙醇—水溶液系统，年工作日300d，每天工作24h。 1.2.2 选择用板式塔不用填料塔的原因：因为精馏塔精馏塔对塔设备的要求大致如下： （1）生产能力大：即单位塔截面大的气液相流率，不会产生液泛等不正常流动。
目录 第1章绪论 (3) 1.1 课程设计的目的 (3) 1.2 课程设计的要求 (3) 1.3 课程设计的内容 (3) 1.4 课程设计的步骤 (3) 第2章塔体的机械计算 (5) 2.1 按计算压力计算塔体和封头厚度 (5) 2.1.1 塔体厚度的计算 (5) 2.1.2 封头厚度计算 (5) 2.2 塔设备质量载荷计算 (5) 2.2.1 筒体圆筒,封头,裙座质量 (5) 2.2.2 塔内构件质量 (6) 2.2.3 保温层质量 (6) 2.2.4 平台,扶梯质量 (6) 2.2.5 操作时物料质量 (6) 2.2.6 附件质量 (7) 2.2.7 充水质量 (7) 2.2.8 各种质量载荷汇总 (7) 2.3 风载荷与风弯矩计算 (8) 2.3.1自振周期计算 (8) 2.3.2 风载荷计算 (8) 2.3.3 各段风载荷计算结果汇总 (8) 2.3.4风弯矩的计算 (8) 2.4 地震弯矩计算 (9) 2.5 偏心弯矩的计算 (10) 2.6 各种载荷引起的轴向应力 (10) 2.6.1计算压力引起的轴向应力 (10) 2.6.2 操作质量引起的轴向压应力δ2 (10) 2.6.3 最大弯矩引起的轴向应力δ3 (10) 2.7 塔体和裙座危险截面的强度与稳定校核 (10)
2.7.1 塔体的最大组合轴向拉应力校核 (10) 2.7.2 塔体与裙座的稳定校核 (11) 2.7.3 各危险截面强度与稳定性校核 (11) 2.8 塔体水压试验和吊装时的应力校核 (14) 2.8.1 水压试验时各种载荷引起的应力 (14) 2.8.2 水压试验时应力校核 (14) 2.9 基础环设计 (15) 2.9.1 基础环尺寸 (15) 2.9.2 基础环的应力校核 (15) 2.9.3 基础环的厚度 (15) 2.10 地脚螺栓计算 (16) 2.10.1 地脚螺栓承受的最大拉应力 (16) 2.10.2 地脚螺栓的螺纹小径 (16) 第3章塔结构设计 (18) 3.1 塔体 (18) 3.2 板式塔及塔盘 (18) 3.3 塔设备附件 (18) 3.3.1 接管 (18) 3.3.2 除沫装置 (18) 3.3.3 吊柱 (18) 3.3.4 裙式支座 (19) 3.3.4 保温层 (19) 参考文献 (20) 课设结果与自我总结 (21) 附录A 主要符号说明 (22) 附录B塔设备的装配图 (24)
前言 化工生产中所处理的原料，中间产物，粗产品几乎都是由若干组分组成的混合物，而且其中大部分都是均相物质。生产中为了满足储存，运输，加工和使用的需求，时常需要将这些混合物分离为较纯净或几乎纯态的物质。 精馏是分离液体混合物最常用的一种单元操作，在化工，炼油，石油化工等工业得到广泛应用。精馏过程在能量计的驱动下，使气，液两相多次直接接触和分离，利用液相混合物中各相分挥发度的不同，使挥发组分由液相向气相转移，难挥发组分由气相向液相转移。实现原料混合物中各组成分离该过程是同时进行传质传热的过程。本次设计任务为设计一定处理量的分离四氯化碳和二硫化碳混合物精馏塔。 板式精馏塔也是很早出现的一种板式塔，20世纪50年代起对板式精馏塔进行了大量工业规模的研究，逐步掌握了筛板塔的性能，并形成了较完善的设计方法。与泡罩塔相比，板式精馏塔具有下列优点：生产能力（2 0%——40%）塔板效率（10%——50%）而且结构简单，塔盘造价减少40%左右，安装，维修都较容易。 化工原理课程设计是培养学生化工设计能力的重要教学环节，通过课程设计使我们初步掌握化工设计的基础知识、设计原则及方法；学会各种手册的使用方法及物理性质、化学性质的查找方法和技巧；掌握各种结果的校核，能画出工艺流程、塔板结构等图形。在设计过程中不仅要考虑理论上的可行性，还要考虑生产上的安全性、经济合理性。 在设计过程中应考虑到设计的业精馏塔具有较大的生产能力满足工艺要求，另外还要有一定的潜力。节省能源，综合利用余热。经济合理，冷却水进出口温度的高低，一方面影响到冷却水用量。另一方面影响到所需传热面积的大小。即对操作费用和设备费用均有影响，因此设计是否合理的利用热能R等直接关系到生产过程的经济问题。 本课程设计的主要内容是过程的物料衡算，工艺计算，结构设计和校核。 【精馏塔设计任务书】 一设计题目 精馏塔及其主要附属设备设计 二工艺条件
本科生毕业设计 年产15000吨马来酸二甲酯项目真空精馏塔设计说明书 学院化工学院 专业化学工程与工艺 年级2010级 姓名杨豪帆 指导教师张国亮李阳于涛 2014年2 月20日
摘要 马来酸二甲酯是一种重要的有机化工原料。为了满足经济发展对马来酸二甲酯的需求，开展了此年产15000吨马来酸二甲酯项目，本设计中，对真空分离塔进行了工艺设计、结构设计和强度设计校核。在工艺设计中，涉及了塔径、塔高、填料层高度及压降的计算。在结构设计中，对塔设备的内件、支座、接管及附件等进行选型和设计。除此之外，本设计叙述了过程控制方案和开停车方案并给出设备的管道仪表流程简图。对温度、压力、原料配比、通气速率、反应时间等因素进行了敏感性分析。考虑到对环境和社会的影响，还进行了HAZOP分析和环境影响评价，形成了一份较为完整的设计。 关键词：真空分离塔，工艺设计，过程控制，分析。
ABSTRACT Dimethyl maleate is an important organic chemical raw material. This design focuses on the Dimethyl maleate project with annual production of 15000t, which includes process design, structural design and verification of strength design of vacuum separation tower. In the design of process, involving the calculations of diameter and height of tower, packed bed height and pressure drop. In the structural design，we design and select the internal equipment, bearings, and accessories of the tower. In addition, the design describes the way of process control and gives the Piping and instrumentation diagram, as well as the sensitivity analysis of temperature, pressure, material ratio, aeration rate, reaction time and other factors. Considering the impact on the environment and society, a HAZOP analysis and environmental impact assessment are also involved, Keyword: vacuum separation tower, process design, process control, analysis
一、塔设备课程设计任务书 ㈠设计课题 筛板式精馏塔机械设计 ㈡工艺条件 物料名称：甲醇-水 设计压力：0.1a MP 设计温度：C 100 物料平均密度：3 957m kg 产品特性：易燃、有毒 设计基本风压值：2 300m N 地震烈度：7度 ㈢工艺尺寸 塔内径 精馏段板数 提留段板数 板间距 堰长 1400 33 17 500 980 堰高 筛孔直径 孔间距 塔顶蒸汽出口管径 50 6 24 200D g 管口 符号 公称尺寸 用途 a Dg273 进料管口 b Dg38 出料管口 c Dg325 塔顶蒸汽出口 d Dg38 回流液口 e Dg20 液面计接口 f Dg38 釜液出口 设计要求 1、筛板精馏塔机械设计及整体结构设计。 2、绘制筛板式精馏塔装配图（一张一号图纸） 二、设计方法及步骤 1、材料选择 设计压力MPa p 1.0 ，属于低压分离设备，一类容器，未提技术要求；产品特性为易燃、易挥发；设计温度为C 100,介质为甲醇和水，年腐蚀欲度很小，考虑到设备材料经济性，筒体，封头和补强圈材料选用R Q 245，裙座选用A Q 235。 2、塔设备主要结构尺寸的确定
㈠塔高 1）塔主体高度 ()mm H Z 2450050011733=?-+= 2）塔的顶部空间高度 mm H a 1500= 3）塔的底部空间高度 mm H b 2000= 4）裙座高度 mm H S 3000= 5）封头高度 mm H c 390= 6）塔高 mm H H H H H H c S b a Z 3139039030002000150024500=++++=++++= 取m mm H 3232000== m mm H H H H H S b a Z 3131000300020001500245001==+++=+++= ㈡塔径 1）筒体厚度计算 []mm p pD t i 56.01 .085.014721400 1.02=-???= -= φσδ 式中：[]t σ——材料的许用应力。R Q 245在C 100厚度为3~16mm 时， []MP a t 147=σ。 φ——塔体焊接接头系数。采用双面对接焊，局部无损探伤，85.0=φ 名义厚度mm C n 86.23.256.0=+=+=δδ 厚度附加量mm C C C 3.223.021=+=+= 1C ——厚度负偏差。按709T JB 中的B 类要求R Q 245负偏差取mm C 3.01=。 2C ——腐蚀裕量。取mm C 22=。 对于碳素钢、低合金钢制容器mm 3min ≥δ，故按刚度条件，筒体厚度仅需3mm ，但考虑此塔较高，风载荷较大，取塔体名义厚度=n δ10mm 。
设计条件如下： 操作压力：105.325 Kpa（绝对压力） 进料热状况：泡点进料 回流比：自定 单板压降：≤0.7 Kpa 塔底加热蒸气压力：0.5M Kpa（表压） 全塔效率：E T=47% 建厂地址：武汉 [ 设计计算] （一）设计方案的确定 本设计任务为分离甲醇- 水混合物。对于二元混合物的分离，应采用连续精馏流程。设计中采用泡点进料，将原料液通过预热器加热至泡点后送入精馏塔内。塔顶上升蒸气采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，其余部分经产品冷却后送至储罐。 该物系属易分离物系，最小回流比较小，故操作回流比取最小回流比的2 倍。塔釜采用间接蒸气加热，塔底产品经冷却后送至储罐。 （二）精馏塔的物料衡算 1、原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 甲醇的摩尔质量：M A=32 Kg/Kmol 水的摩尔质量：M B=18 Kg/Kmol x F=32.4% x D=99.47% x W=0.28% 2、原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 M F= 32.4%*32+67.6%*18=22.54 Kg/Kmol M D= 99.47*32+0.53%*18=41.37 Kg/Kmol M W= 0.28%*32+99.72%*18=26.91 Kg/Kmol 3、物料衡算 3 原料处理量：F=（3.61*10 3）/22.54=160.21 Kmol/h 总物料衡算：160.21=D+W 甲醇物料衡算：160.21*32.4%=D*99.47%+W*0.28% 得D=51.88 Kmol/h W=108.33 Kmol/h （三）塔板数的确定 1、理论板层数M T 的求取 甲醇-水属理想物系，可采用图解法求理论板层数 ①由手册查得甲醇-水物搦的气液平衡数据，绘出x-y 图（附表） ②求最小回流比及操作回流比 采用作图法求最小回流比，在图中对角线上，自点e（0.324 ，0.324）作垂线ef 即为进料线（q 线），该线与平衡线的交战坐标为（x q=0.324,y q=0.675） 故最小回流比为R min= （x D- y q）/（ y q - x q）=0.91 取最小回流比为：R=2R min=2*0.91=1.82 ③求精馏塔的气、液相负荷 L=RD=1.82*51.88=94.42 Kmol/h V=（R+1）D=2.82*51.88=146.30 Kmol/h
第四章设备设计及选型 4.1 设备设计标准 《钢制压力容器》GB150-98 《压力容器用钢板》GB6654-96 《化工装置用不锈钢大口径焊接钢管技术要求》HG20537.4-92 《安全阀的设置和选用》HG/T20570.2-95 《设备进、出管口压力损失计算》HG/T20570.9-95 《钢制化工容器设计基础规定》HG20580-98 《钢制化工容器材料选用规定》HG20581-98 《钢制化工容器强度计算规定》HG20582-98 《钢制化工容器结构设计规定》HG20583-98 《钢制化工容器制造技术规定》HG20584-98 《化工设备设计基础规定》HG/T20643-98 《压力容器无损检测》JB4730-2005 《钢制压力容器焊接工艺评定》JB4708-2000 《钢制压力容器焊接规程》JB/T4709-2000 《钢制压力容器产品焊接试板的力学性能检验》JB4744-2007 《压力容器用钢锻件》JB4726-2000 《石油化工塔型设备设计规范》SH 3030-1997 4.2 设备设计及选型 塔设备是化工、石油化工和炼油等生产中最重要的设备之一，塔可以使气液相或者液液相之间进行紧密接触，达到较为良好的相际传质及传热的目的。 在塔设备中常见的单元操作有：吸收、精馏、解吸和萃取等。此外工业气体的冷却与回收、气体的湿法净制和干燥，以及兼有气液两相传质和传热的增湿和减湿等效果。
4.2.1 塔设备设计原则 具有适宜的流体力学条件，可使气液两相良好接触； 结构简单，处理能力大，压降低； 强化质量传递和能量传递。 4.2.2 塔设备的设计目标 作为主要用于传质过程的塔设备，首先必须使气液两相能充分接触，以获得较高的传质效率。此外，为满足工业生产的需要，塔设备还得考虑下列各项要求：（1）生产能力大。在较大的气（汽）液流速下，仍不致发生大量的雾沫夹带、拦液、或液泛等破坏正常操作的现象； （2）操作稳定、弹性大。当塔设备的气（汽）液负荷量有较大波动时，仍能在较高的传质效率下进行稳定的操作，并且塔设备应保证能长期稳定操作； （3）流体流动的阻力小，即流体通过塔设备的压降小。这将大大节省生产中的动力消耗，以降低正常操作费用。对于减压蒸馏操作，较大的压力降还将使系统无法维持必要的真空度； （4）结构简单、材料耗用量小，制造和安装容易。这可以减少基建过程中的投资费用； （5）耐腐蚀和不易堵塞，方便操作、调节和检修。 事实上，对于现有的任何一种塔器，都不可能完全满足上述所有要求，但是我们可以在某些方面做到独特之处。以此来达到较大的生产效率，提高企业的生产效益。 4.2.3 塔设备类型及选择 为了便于研究和比较，人们从不同角度对塔设备进行了分类。例如：按操作压力的不同可分为加压塔、常压塔、减压塔；按单元操作可分为精馏塔、吸收塔、解吸塔、萃取塔、反应塔和干燥塔；但最常用的分类是按塔的内件结构进行划分，分为板式塔和填料塔。 塔型的合理选择是做好塔设备设计的首要环节，选择时应考虑的因素有：物料性质、操作条件、塔设备性能，以及塔设备的制造、安装、运转、维修等。
第1章绪论 1.1课程设计的目的 （1）把化工工艺与化工机械设计结合起来，巩固和强化有关机械课程的基本理论和知识基本知识。 （2）培养对化工工程设计上基本技能以及独立分析问题、解决问题的能力。 （3）培养识图、制图、运算、编写设计说明书的能力。 1.2课程设计的要求 （1）树立正确的设计思想。 （2）具有积极主动的学习态度和进取精神。 （3）学会正确使用标准和规范，使设计有法可依、有章可循。 （4）学会正确的设计方法，统筹兼顾，抓主要矛盾。 （5）在设计中处理好尺寸的圆整。 （6）在设计中处理好计算与结构设计的关系。 1.3课程设计的内容 对二氯乙烷精馏塔的机械设计。DN=1800mm P N=1.2MPa 1.4课程设计的步骤 （1）全面考虑按压力大小、温度高低、腐蚀性大小等因素来选材。 （2）选用零部件。 （3）计算外载荷，包括内压、外压、设备自重，零部件的偏载、风载、地震载荷等。
（4）强度、刚度、稳定性设计和校核计算（5）传动设备的选型、计算。 （6）绘制设备总装配图。
第2章 塔体的机械计算 2.1 按计算压力计算塔体和封头厚度 2.1.1 塔体厚度的计算 （1）计算压力 MPa Pc 2.1= （2）塔体计算厚度 mm Pc t PcDi 8.72 .185.017021800 2.1]δ[2δ=×××== （3）塔体设计厚度 mm 8.9δc δ=+=c （4）塔体名义厚度 n δ=12mm （5）塔体有效厚度 mm c n e 10δδ== 2.1.2 封头厚度计算 （1）计算厚度 mm Pc t PcDi 5.72 .15.085.017021800 2.15.0][2=?-???=?-= ?δδ （2）设计厚度 mm c 5.9c =+=δδ （3）名义厚度 mm n 12=δ （3）有效厚度 mm c n e 10=-=δδ 2.2 塔设备质量载荷计算 2.2.1 筒体圆筒、封头、裙座质量 m 01 （1）圆筒质量 m 1=4.1971979.36536=×Kg （2）封头质量 m 2=8.67624.338=×Kg （3）裙座质量 m 3=2.164006.3536=×Kg 说明：1 塔体圆筒总高度为36.79m ； 2查得DN1800mm ，厚度10mm 的圆筒质量为536Kg/m ； 3 查得 DN1800mm ，厚度10mm 的椭圆形封头质量为338.4Kg/m ； 4 裙座高度3060mm 。
第四章塔设备机械设计 塔设备设计包括工艺设计和机械设计两方面。机械设计是把工艺参数、尺寸作为已知条件，在满足工艺条件的前提下，对塔设备进行强度、刚度和稳定性计算，并从制造、安装、检修、使用等方面出发进行机构设计。 4.1设计条件 由塔设备工艺设计设计结果，并查相关资料[1],[9]知设计条件如下表。 表4-1 设计条件表
4.2设计计算 4.2.1全塔计算的分段
图4-1 全塔分段示意图 塔的计算截面应包括所有危险截面，将全塔分成5段，其计算截面分别为：0-0、1-1、2-2、3-3、4-4。分段示意图如图4-1。
4.2.2 塔体和封头厚度 塔内液柱高度：34.23.15.004.05.0=+++=h （m ） 液柱静压力：018.034.281.992.783101066=???==--gh p H ρ（MPa ） 计算压力：1=+=H c p p p MPa （液柱压力可忽略） 圆筒计算厚度：[]94.60 .185.017022000 0.12=-???=-= c i c p D p φσδ（mm ） 圆筒设计厚度：94.8294.6=+=+=C c δδ（mm ） 圆筒名义厚度：108.094.81=?++=?++=C c n δδ（mm ） 圆筒有效厚度：8210=-==-=C n e δδ（mm ） 封头计算厚度：[]93.60 .15.085.017022000 0.15.02=?-???=-= c i c h p D p φσδ（mm ） 封头设计厚度：93.8293.6=+=+=C h hc δδ（mm ） 封头名义厚度：108.093.81=?++=?++=C hc hn δδ（mm ） 封头有效厚度：8210=-==-=C hn he δδ（mm ） 4.2.3 塔设备质量载荷 1. 塔体质量 查资料[1],[8]得内径为2000mm ，厚度为10mm 时，单位筒体质量为495kg/m ，单个封头质量为364kg 。 通体质量：5.121275.244951=?=m （kg ） 封头质量：72823642=?=m （kg ） 裙座质量：14850.34953=?=m （kg ） 塔体质量：5.1434014857285.1212732101=++=++=m m m m （kg ） 0-1段：49514951-0,01=?=m （kg ）
常减压精馏塔机械设计 DN4200/DN3000 减压塔机械设计摘要本设计是对工艺设计中的常滴油精馏塔进行设计，设计过程主要依据GB150-1998《钢制压力容器》标准和 JB/T4710-2005《钢制塔式容器》标准进行设计计算的。该减压塔采用的是变径板式塔结构，并采用单溢流型塔盘与泡罩塔盘，操作介质为常底油。精馏塔是目前石油化工领域应用的最多的塔设备。在说明部分中，主要介绍塔设备在石油化工生产中的作用、地位、发展现状、特点以及分类，优先选用板式塔的条件，以及舌型塔盘和泡罩塔盘的结构和优缺点，同时又对塔的材料选择，筒体和封头的选用进行了说明和论述。接下来又介绍了塔的附属构件结构，对筒体、裙座、封头、吊柱、地脚螺栓座、基础换班、筋板的选用进行了介绍并且校核了他们的强度，同时也对裙座与通体的连接方式与结构进行了说明。在计算部分主要是针对塔体的筒体、封头的材料选择、壁厚的选取进行了计算，还有稳定性的校核。对自振周期、地震载荷、风载荷进行了计算，同事又进行了该筒体的轴向强度以及稳定性的校核，全做的设计计算及其校核，地脚螺栓座的设计及其强度校核、筋板、盖板及开孔补强的设计计算校核。最后经过计算以及强度校核，设计出合理的减压精馏塔的结构，并绘制出图纸。关键词:筒体、封头、强度、校核。1 说明部分1.1 前言在石油炼化厂的生产装置中，气-液和液-液 2 相直接接触进行传质传热的工艺很多。例如，精馏、吸收、解吸、萃取和气体增湿等。这些公益大多数都在塔内完成。因此，塔设备的性能对炼油、化工装置的生产能力、产品质量与消耗指标以及三废处理以及环境保护等各个方面都有较大影响。据统计，在石油炼化厂中，塔设备的投资额占到总投资额的 10-20，塔设备消耗的钢材量占总投资刚才量的 25-30。塔设备之所以被大量采用，是因为它可以为气-液之间的传质传热提供了适宜的条件。这些条件除了维持一定的塔内压力、温度、气液流量以外，一些特定的塔内件还从