【正文】 青海大學(xué)化工學(xué)院化工系青海大學(xué)化工學(xué)院2011化工原理課程設(shè)計(jì)板式精餾塔姓名：劉雁飛學(xué)號(hào)：0821105113班級(jí)：08化工3班指導(dǎo)老師：李曉昆教授目 錄前 言 3設(shè)計(jì)思路 4一. 概 述 6 6 精餾塔分類(lèi) 7 7 8 8二．設(shè)計(jì)方案 9 裝置流程的確定 9 10三． 設(shè)計(jì)任務(wù) 10四 簡(jiǎn)捷塔設(shè)計(jì) 11 設(shè)計(jì)目的 11 設(shè)計(jì)基本思路 11 物性分析 12 組分性質(zhì) 12 物性方法 12 模型建立 15 15 DSTWU的設(shè)定 16 運(yùn)行結(jié)果 18 確定輕、重關(guān)鍵組分的收率 18 核算 21 本章小結(jié) 25五．嚴(yán)格塔核算 26 設(shè)計(jì)目的 26 設(shè)計(jì)基本思路 26 模型建立 26 模塊的選取 26 RADFRAC的設(shè)定 26 小結(jié) 34六、塔水力學(xué)校核 356．1 計(jì)算思路 356．2 ASPEN水力學(xué)計(jì)算 356．3 塔的負(fù)荷性能圖 37 37 37 本章小結(jié) 44六 設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表 45七．總結(jié) 46參考文獻(xiàn)： 48附錄（其它塔規(guī)格的符合性能圖） 49 前 言在化學(xué)工業(yè)和石油工業(yè)中廣泛應(yīng)用的諸如吸收、解吸、精餾、萃取等單元操作中，氣液傳質(zhì)設(shè)備必不可少。塔設(shè)備就是使氣液成兩相通過(guò)精密接觸達(dá)到相際傳質(zhì)和傳熱目的的氣液傳質(zhì)設(shè)備之一。 塔設(shè)備一般分為級(jí)間接觸式和連續(xù)接觸式兩大類(lèi)。前者的代表是板式塔，后者的代表則為填料塔，在各種塔型中，當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的是篩板塔與浮閥塔。篩板塔在十九世紀(jì)初已應(yīng)用與工業(yè)裝置上，但由于對(duì)篩板的流體力學(xué)研究很少，被認(rèn)為操作不易掌握，沒(méi)有被廣泛采用。五十年代來(lái)，由于工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐，對(duì)篩板塔作了較充分的研究并且經(jīng)過(guò)了大量的工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐，形成了較完善的設(shè)計(jì)方法。篩板塔和泡罩塔相比較具有下列特點(diǎn)：%，板效率提高產(chǎn)量15%左右；而壓降可降低30%左右；另外篩板塔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，消耗金屬少，塔板的造價(jià)可減少40%左右；安裝容易，也便于清理檢修。本次設(shè)計(jì)就是針對(duì)苯和甲苯混合物體系，利用Aspen Plus模擬軟件而進(jìn)行的常壓二元篩板精餾塔的設(shè)計(jì)及其輔助設(shè)備的選型。設(shè)計(jì)思路首先要知道工藝計(jì)算要算什么？要得到那些結(jié)果？如何算？然后再進(jìn)行下面的計(jì)算步驟。（參考） 其次要知道你用的軟件（或軟件模塊）能做什么，不能做什么？你如何借助它完成給定的設(shè)計(jì)任務(wù)。板式塔工藝計(jì)算步驟（手算）目的：求解 aspen 簡(jiǎn)捷設(shè)計(jì)模擬的輸入條件。內(nèi)容：(1) 組份分割，確定是否為清晰分割； (2)估計(jì)塔頂與塔底的組成。得出結(jié)果：塔頂餾出液的中關(guān)鍵輕組份與關(guān)鍵重組份的回收率參考：《化工原理》有關(guān)精餾多組份物料平衡的內(nèi)容。（DSTWU）進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算目的：結(jié)合后面的靈敏度分析，確定合適的回流比和塔板數(shù)。方法：選擇設(shè)計(jì)計(jì)算，確定一個(gè)最小回流比倍數(shù)。得出結(jié)果：理論塔板數(shù)、實(shí)際板數(shù)、加料板位置、回流比，蒸發(fā)率等等 RadFarce 所需要的所有數(shù)據(jù)。目的：（NTR），確定合適的回流比與塔板數(shù)。 ，確定合適的加料板位置。方法：可以作回流比與塔板數(shù)的關(guān)系曲線（NTR），從曲線上找到你所期望的回流比及塔板數(shù)。得到結(jié)果：實(shí)際回流比、實(shí)際板數(shù)、加料板位置。4. 用DSTWU再次計(jì)算目的：求解aspen塔詳細(xì)計(jì)算所需要的輸入?yún)?shù)。方法：依據(jù)步驟3得到的結(jié)果，進(jìn)行簡(jiǎn)捷計(jì)算。得出結(jié)果：加料板位置、回流比，蒸發(fā)率等等 RadFarce 所需要的所有數(shù)據(jù)。5. 用詳細(xì)計(jì)算模塊（RadFrace）進(jìn)行初步設(shè)計(jì)計(jì)算目的：得出結(jié)構(gòu)初步設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。方法：用 RadFrace 模塊的Tray Sizing（填料塔用PAking Sizing），利用第4步（DSTWU）得出的數(shù)據(jù)進(jìn)行精確設(shè)計(jì)計(jì)算。主要結(jié)果：塔徑。6. 核算目的：確定工藝計(jì)算的最后結(jié)果。方法：對(duì)第 5 步的計(jì)算結(jié)果（如：塔徑等）按設(shè)計(jì)規(guī)范要求進(jìn)行必要的圓整，用 RateFrace 模塊的Tray Rating（填料塔用PAking Sizing），對(duì)塔進(jìn)行設(shè)計(jì)核算。結(jié)果：塔工藝設(shè)計(jì)的所有需要的結(jié)果。一. 概 述 精餾所進(jìn)行的是氣(汽)、液兩相之間的傳質(zhì)，而作為氣(汽)、液兩相傳質(zhì)所用的塔設(shè)備，首先必須要能使氣(汽)、液兩相得到充分的接觸，以達(dá)到較高的傳質(zhì)效率。但是，為了滿(mǎn)足工業(yè)生產(chǎn)和需要，塔設(shè)備還得具備下列各種基本要求： (１) 氣(汽)、液處理量大，即生產(chǎn)能力大時(shí)，仍不致發(fā)生大量的霧沫夾帶、攔液或液泛等破壞操作的現(xiàn)象。 (２) 操作穩(wěn)定，彈性大，即當(dāng)塔設(shè)備的氣(汽)、液負(fù)荷有較大范圍的變動(dòng)時(shí)，仍能在較高的傳質(zhì)效率下進(jìn)行穩(wěn)定的操作并應(yīng)保證長(zhǎng)期連續(xù)操作所必須具有的可靠性。 (３) 流體流動(dòng)的阻力小，即流體流經(jīng)塔設(shè)備的壓力降小，這將大大節(jié)省動(dòng)力消耗，從而降低操作費(fèi)用。對(duì)于減壓精餾操作，過(guò)大的壓力降還將使整個(gè)系統(tǒng)無(wú)法維持必要的真空度，最終破壞物系的操作。 (５) 耐腐蝕和不易堵塞，方便操作、調(diào)節(jié)和檢修。 (４) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，材料耗用量小，制造和安裝容易。 (６) 塔內(nèi)的滯留量要小。實(shí)際上，任何塔設(shè)備都難以滿(mǎn)足上述所有要求，況且上述要求中有些也是互相矛盾的。不同的塔型各有某些獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)物系性質(zhì)和具體要求，抓住主要矛盾，進(jìn)行選型。 精餾塔分類(lèi)根據(jù)塔內(nèi)氣、液接觸構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形式，塔設(shè)備可分為板式塔和填料塔兩大類(lèi)。板式塔大致可分為兩類(lèi)：一類(lèi)是有降液管的塔板，如泡罩、浮閥、篩板、導(dǎo)向篩板、新型垂直篩板、舌形、S型、多降液管塔板等；另一類(lèi)是無(wú)降液管的塔板，如穿流式篩板（柵板）、穿流式波紋板等。工業(yè)應(yīng)用較多的是有降液管的塔板，如篩板、浮閥、泡罩塔板等。泡罩塔是應(yīng)用最早的板式塔，是Celler于1813年提出的，其主要構(gòu)件是泡罩、升氣管及降液管。泡罩的種類(lèi)很多，國(guó)內(nèi)應(yīng)用較多的是圓形泡罩。泡罩塔的主要優(yōu)點(diǎn)是：因升氣管高出液層，不易發(fā)生漏液現(xiàn)象，操作彈性較大，液氣比范圍大，適用多種介質(zhì)，操作穩(wěn)定可靠，塔板不易堵塞，適于處理各種物料；但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)高、安裝維修不便，且因霧沫夾帶現(xiàn)象較嚴(yán)重，限制了起訴的提高，現(xiàn)雖已為其他新型塔板代替，但鑒于其某些優(yōu)點(diǎn)，仍有沿用。 圖11 泡罩塔浮閥塔廣泛用于精餾、吸收和解吸等過(guò)程。其主要特點(diǎn)是在塔板的開(kāi)孔上裝有可浮動(dòng)的浮閥，氣流從浮閥周邊以穩(wěn)定的速度水平地進(jìn)入塔板上液層進(jìn)行兩相接觸。浮閥可根據(jù)氣體流量的大小而上下浮動(dòng)，自行調(diào)節(jié)。浮閥有盤(pán)式、條式等多種，國(guó)內(nèi)多用盤(pán)式浮閥，此型又分為F－1型（V－1型）、V－4型、十字架型、和A型，其中F－1型浮閥結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單、節(jié)省材料，制造方便，性能良好，故在化工及煉油生產(chǎn)中普遍應(yīng)用，已列入部頒標(biāo)準(zhǔn)（JB－1118－81）。其閥孔直徑為39mm，重閥質(zhì)量為33g，輕閥為25g。一般多采用重閥，因其操作穩(wěn)定性好。 F1型 V4型 A型 十字架型 方形浮閥圖12浮閥塔板篩板是在塔板上鉆有均布的篩孔，呈正三角形排列。上升氣流經(jīng)篩孔分散、鼓泡通過(guò)板上液層，形成氣液密切接觸的泡沫層（或噴射的液滴群）。篩板塔是1932年提出的，當(dāng)時(shí)主要用于釀造，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造維修方便，造價(jià)低，氣體壓降小，板上液面落差較小，相同條件下生產(chǎn)能力高于浮閥塔，塔板效率接近浮閥塔。其缺點(diǎn)是穩(wěn)定操作范圍窄，小孔徑篩板易堵塞，不適宜處理粘性大的、臟的和帶固體粒子的料液。但設(shè)計(jì)良好的篩板塔仍具有足夠的操作彈性，對(duì)易引起堵塞的物系可采用大孔徑篩板，故近年我國(guó)對(duì)篩板的應(yīng)用日益增多，在本設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)該種塔型。垂直篩板 斜臺(tái)裝置 圖13篩板塔板二．設(shè)計(jì)方案 裝置流程的確定精餾裝置有精餾塔、原料預(yù)熱器、再沸器、冷凝器、釜液冷卻器和產(chǎn)品冷卻器等設(shè)備。苯—氯苯混合液（