(④)主体设备工艺条件图（此部分内容教师可根据具体题目有选 择的要求) 园 ⊙ ) 图堂T版式 W泛 平餐式 县片 母情 式德 平城 速汉城样了显式气柜 图1-1流程图设备外形图例 主体设备是指在每个单元操作中处于核心地位的关键设备，如传热中的换热器， 蒸发中的蒸发器，蒸馏和吸收中的塔设备（板式塔和填料塔），干燥中的干燥器等。 -4
- 4 - (4)主体设备工艺条件图(此部分内容教师可根据具体题目有选 择的要求) 图 1-1 流程图设备外形图例 主体设备是指在每个单元操作中处于核心地位的关键设备，如传热中的换热器， 蒸发中的蒸发器，蒸馏和吸收中的塔设备(板式塔和填料塔)，干燥中的干燥器等
一般，主体设备在不同单元操作中是不同的，即使同一设备在不同单元操作中其作 用也不相同，如某一设备在某个单元操作中为主体设备，而在另一单元操作中就可 变为辅助设备。例如，换热器在传热中为主体设备，而在精馏或干燥操作中就变为 辅助设备。泵、压缩机等也有类似情况。 主体设备工艺条件图是将设备的结构设计和工艺尺寸的计算结果用一张总图表 示出来。图面上应包括如下内容： ①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： ②技术特性指装置的用途、生产能力、最大允许压强、最高介质温度、介质 的毒性和爆炸危险性： ③设备组成一览表注明组成设备的各部件的名称等。 应予以指出，以上设计全过程统称为设备的工艺设计。完整的设备设计，应在上述 工艺设计基础上再进行机械强度设计，最后提供可供加工制造的施工图。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，在设计部门则属于机械设 计组的职责。 5
- 5 - 一般，主体设备在不同单元操作中是不同的，即使同一设备在不同单元操作中其作 用也不相同，如某一设备在某个单元操作中为主体设备，而在另一单元操作中就可 变为辅助设备。例如，换热器在传热中为主体设备，而在精馏或干燥操作中就变为 辅助设备。泵、压缩机等也有类似情况。 主体设备工艺条件图是将设备的结构设计和工艺尺寸的计算结果用一张总图表 示出来。图面上应包括如下内容: ①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； ②技术特性 指装置的用途、生产能力、最大允许压强、最高介质温度、介质 的毒性和爆炸危险性； ③设备组成一览表 注明组成设备的各部件的名称等。 应予以指出，以上设计全过程统称为设备的工艺设计。完整的设备设计，应在上述 工艺设计基础上再进行机械强度设计，最后提供可供加工制造的施工图。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，在设计部门则属于机械设 计组的职责
第二章 筛板精馏塔设计 2.1概述 2.1.1精馏塔的设计要求 ①生产能力大： ②操作弹性大，分离效率高： ③流体流动阻力小，操作费用低： ④结构简单，造价低，制造、安装、维修方便等。 2.1.2填料塔的特性 填料塔是以塔内装有大量的填料为相间接触构件的气液传质设备。填料塔的塔 身是一直立式圆简，底部装有填料支承板，填料以乱堆或整砌的方式放置在支承板 上。在填料的上方安装填料压板，以限制填料随上升气流的运动。液体从塔顶加入， 经液体分布器喷淋到填料上，并沿填料表面流下。气体从塔底送入，经气体分布装 置（小直径塔一般不设置）分布后，与液体呈逆流接触连续通过填料层空隙，在填 料表面气液两相密切接触进行传质。填料塔属于连续接触式的气液传质设备，正常 操作状态下，气相为连续相，液相为分散相。 2.1.3设计步骤和设计说明书内容 (1)设计步骤 ①确定设计方案和操作流程： ②进行工艺计算： ③填料选型：根据工艺计算的汽液相的流量和相关性质，使用埃克特通用关联 图，确定填料类型： ④计算塔径和塔高：根据填料类型，计算液泛气速；计算ETP,计算塔高。 ⑤管路和附属设备的计算与选型： ⑥图纸绘制： ⑦编制设计说明书。 .6
- 6 - 第二章 筛板精馏塔设计 2.1 概述 2.1.1 精馏塔的设计要求 ①生产能力大； ②操作弹性大，分离效率高； ③流体流动阻力小，操作费用低； ④结构简单，造价低，制造、安装、维修方便等。 2.1.2 填料塔的特性 填料塔是以塔内装有大量的填料为相间接触构件的气液传质设备。填料塔的塔 身是一直立式圆筒，底部装有填料支承板，填料以乱堆或整砌的方式放置在支承板 上。在填料的上方安装填料压板，以限制填料随上升气流的运动。液体从塔顶加入， 经液体分布器喷淋到填料上，并沿填料表面流下。气体从塔底送入，经气体分布装 置（小直径塔一般不设置）分布后，与液体呈逆流接触连续通过填料层空隙，在填 料表面气液两相密切接触进行传质。填料塔属于连续接触式的气液传质设备，正常 操作状态下，气相为连续相，液相为分散相。 2.1.3 设计步骤和设计说明书内容 （1）设计步骤 ①确定设计方案和操作流程； ②进行工艺计算； ③填料选型：根据工艺计算的汽液相的流量和相关性质，使用埃克特通用关联 图，确定填料类型； ④计算塔径和塔高：根据填料类型，计算液泛气速；计算 HETP,计算塔高。 ⑤管路和附属设备的计算与选型； ⑥图纸绘制； ⑦编制设计说明书
2.2收集基础数据 设计所需的基础数据包括： ①进料流量及组成。 ②分离要求。 ③原料的热力学状态。 ④冷却介质及其温度、加热介质及温度。 ⑤物性数据（如密度、表面张力等）。 上述基础数据中①、②两项由设计任务给出。③、④两项若任务中未曾给出， 则应根据具体情况确定。物性数据可从有关资料中查取。 2.3工艺流程的选择 精馏装置一般包括塔顶冷凝器，塔釜再沸器，原料预热器及流体输送泵等。流 程选择应结合实际进行，考虑经济性、稳定性。如进料是否需要预热、冷凝器的型 式及布置、及再沸器的型号等。 当塔顶需汽相出料时，采用分凝器，除此之外，一般均采用全凝器。对于小塔， 通常将冷凝器放于塔顶，采用重力回流。对于大塔，冷凝器可放至适当位置，用泵 进行强制回流。 再沸器的型式有立式与卧式、热虹吸式与强制循环式之外。当传热量较小时， 选用立式热式再沸器较为有利。传热量较大时，采用卧式热虹吸式再沸器。当塔釜 物料粘度很大，或易受热分解时，宜采用泵强制循环型再沸器。 精馏装置中，塔顶蒸汽的潜热和塔釜残液的显热可以被用于预热进料。塔顶蒸 汽潜热大，而温度较低，塔釜残液温度高，而显热的热量少。在考虑这些热量的利 用时要注意经济上的合理性及操作上的稳定性。 2.4做全塔的物料平衡 对于双组分的连续精馏塔，由总物料平衡及分物料平衡有 D+W=F Dx+Wx=Fx (1) 根据进料流量F及组成x,分离要求，解方程组(1)即可求得馏出液流率D 及残液流率W。 .7
- 7 - 2.2 收集基础数据 设计所需的基础数据包括： ①进料流量及组成。 ②分离要求。 ③原料的热力学状态。 ④冷却介质及其温度、加热介质及温度。 ⑤物性数据（如密度、表面张力等）。 上述基础数据中①、②两项由设计任务给出。③、④两项若任务中未曾给出， 则应根据具体情况确定。物性数据可从有关资料中查取。 2.3 工艺流程的选择 精馏装置一般包括塔顶冷凝器，塔釜再沸器，原料预热器及流体输送泵等。流 程选择应结合实际进行，考虑经济性、稳定性。如进料是否需要预热、冷凝器的型 式及布置、及再沸器的型号等。 当塔顶需汽相出料时，采用分凝器，除此之外，一般均采用全凝器。对于小塔， 通常将冷凝器放于塔顶，采用重力回流。对于大塔，冷凝器可放至适当位置，用泵 进行强制回流。 再沸器的型式有立式与卧式、热虹吸式与强制循环式之外。当传热量较小时， 选用立式热式再沸器较为有利。传热量较大时，采用卧式热虹吸式再沸器。当塔釜 物料粘度很大，或易受热分解时，宜采用泵强制循环型再沸器。 精馏装置中，塔顶蒸汽的潜热和塔釜残液的显热可以被用于预热进料。塔顶蒸 汽潜热大，而温度较低，塔釜残液温度高，而显热的热量少。在考虑这些热量的利 用时要注意经济上的合理性及操作上的稳定性。 2.4 做全塔的物料平衡 对于双组分的连续精馏塔，由总物料平衡及分物料平衡有 + = + = DxD WxW FxF D W F 根据进料流量 F 及组成 F x ，分离要求，解方程组（1）即可求得馏出液流率 D 及残液流率 W。 （1）
2.5确定操作条件（压力、温度) 精馏操作最好在常压下进行，不能在常压下进行时，可根据下述因素考虑加压 或减压操作。 (1)、对热敏性物质，为降低操作温度，可考虑减压操作。 (2)、若常压下塔釜残液的泡点超过或接近200℃时，可考虑减压操作。因为加热 蒸汽温度一般低于200℃。 (3)、最方便最经济的冷却介质为水。若常压下塔顶蒸汽全凝时的温度低于冷却介 质的温度时可考虑加压操作。 还应该指出压力增大时，操作温度随之升高，轻、重组分相对挥发度减少，分 离所需的理论板数增加。 在确定操作压力时，除了上面所述诸因素之外，尚需考虑设备的结构、材料等。 通常按下述步骤确定操作压力。 (1)、选择冷却介质，确定冷却介质温度。 最为方便、来源最广的冷却介质为水。设计时应了解本地区水的资源情况及水 温。 (2)确定冷却器及回流罐系统压力P。 塔顶蒸汽全部冷凝时的温度一般比冷却介质温度高10~20℃。冷却器和回流罐 系统压力即为该温度下的蒸汽压（平衡压力），可由泡点方程式得。 Ko=1 (2) 式中K,一平衡指数。烃类K,可由资料(1)(2)查得。 (3)、确定塔顶和塔釜压力。 塔顶压力P。等于冷凝器压力P,加上蒸汽从塔顶至冷凝器的流动阻力 A冰器'即 乃=P+△P面+冷凝器 (3) 塔釜压力P等于塔顶压力加上全塔板阻力△P塔。全塔阻力△P塔等于塔板阻力 乘实际板数，即 P=P+AP=P+nAP (4) 式中：△P一塔板阻力，通常为3~5(m汞柱) 在确定了操作压力之后，塔顶温度可由式(5)确定，塔釜温度由式(6)确定。 -8-
- 8 - 2.5 确定操作条件（压力、温度） 精馏操作最好在常压下进行，不能在常压下进行时，可根据下述因素考虑加压 或减压操作。 （1）、对热敏性物质，为降低操作温度，可考虑减压操作。 （2）、若常压下塔釜残液的泡点超过或接近 200℃时，可考虑减压操作。因为加热 蒸汽温度一般低于 200℃。 （3）、最方便最经济的冷却介质为水。若常压下塔顶蒸汽全凝时的温度低于冷却介 质的温度时可考虑加压操作。 还应该指出压力增大时，操作温度随之升高，轻、重组分相对挥发度减少，分 离所需的理论板数增加。 在确定操作压力时，除了上面所述诸因素之外，尚需考虑设备的结构、材料等。 通常按下述步骤确定操作压力。 （1）、选择冷却介质，确定冷却介质温度。 最为方便、来源最广的冷却介质为水。设计时应了解本地区水的资源情况及水 温。 （2）确定冷却器及回流罐系统压力 P冷 。 塔顶蒸汽全部冷凝时的温度一般比冷却介质温度高 10～20℃。冷却器和回流罐 系统压力即为该温度下的蒸汽压（平衡压力），可由泡点方程式得。 1 1 = = c i i Di K x （2） 式中 Ki—平衡指数。烃类 Ki 可由资料（1）（2）查得。 （3）、确定塔顶和塔釜压力。 塔顶压 力 P顶 等于冷 凝器 压力 P冷 加上 蒸汽 从塔 顶至 冷凝 器的 流动 阻力 P顶→冷凝器 ，即 P顶 = P冷 + P顶→冷凝器 （3） 塔釜压力 P底 等于塔顶压力加上全塔板阻力 P 塔。全塔阻力 P 塔等于塔板阻力 乘实际板数，即 P底 = P顶 + P塔 = P顶 + nP板 （4） 式中： P板 —塔板阻力，通常为 3～5（mm 汞柱） 在确定了操作压力之后，塔顶温度可由式（5）确定，塔釜温度由式（6）确定