第四章、精馏过程工艺设计
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第
一
节
概
述
目录
第
五
节
浮
阀
塔
塔
盘
工
艺
设
计
第
六
节
辅
助
设
备
的
选
择
第
四
节
实
际
塔
板
数
及
塔
高
第
二
节
设
计
方
案
第
三
节
精
馏
过
程
的
模
拟
计
算
第
七
节
精
馏
过
程
设
计
实
例
二、精馏塔设备的选择
一、精馏过程工艺设计的基本内容
第一节、概述
精镏是分离流体混合物最常用的一种单元
操作，该过程是同时进行传热、传质的过程。
一、精馏过程工艺设计的基本内容
（一）确定精馏过程工艺流程方案
（二）精馏塔工艺设计
（三）辅助设备设计
（四）管路设计及泵的选择
（五）控制方案
（六）设计结果
一、精馏过程工艺设计的基本内容
双溢流浮阀塔
工艺图
浮阀塔工艺
条件图
精馏塔是精馏装置的主体核心设备，它的
选择通常考虑以下几个方面的问题,
1.生产能力达；
2.效率高；
3.流动阻力小；
4.有一定操作弹性；
5.结构简单；
6.能满足无锡木屑工艺特性。
二、精馏塔设备的选择
二、操作条件的选择
一、精馏过程工艺流程
第二节、设计方案
双组分精馏或仅采用单塔对多组分混合物
进行初分的流程较为简单。如果将三个或三个
以上的混合完全分离，其流程是多方案的。分
离方案的选择一般可按以下步骤进行。
（一）分离序列的选择
对于双组分精馏采用一精馏塔，可分别从
塔顶、塔底获得轻、重组分产品，显然分离序
列是唯一的。当 n个组分的混合物通过精馏塔获
取 n个产品，需要 (n-1)个精馏塔，通过不同的
组分可得到 [2(n-1)]！ /[n！ (n-1) ！ ]个分离
序列。
一、精馏过程工艺流程
Nadgir有序直观推断法的规则,
规则 1：所有条件相同，最好采用常规蒸馏。
规则 2：避免真空蒸馏和冷冻。
规则 3：倾向于最少的产品种类。
规则 4：首先出具有腐蚀性、毒性的组分。
规则 5：最后处理难分离或分离要求高的组分。
规则 6：晋辽中含量最多的组分最先分离出去。
规则 7：如果组分间的性质差异以及组分的组
成变化范围不大，倾向于塔顶、塔底产品量
50/50分离。
（二）能量的利用
精馏过程的节能采用分离序列综合的方
法，通常可用一下策略。
（ 1）精馏操作参数的优化；
（ 2）精馏系统的能量集成；
（三）辅助设备
（四）系统控制方案
（一 )操作压力
精馏操作可以在常压、加压或减压下进行，操作压力的大
小应根据经济上的合理性和物料上的性质来决定。
（二）进料状态
（三）加热剂和加热方法
（四）冷却剂
当塔顶蒸汽的露点较低，可适当提高塔的操作压力，
降低操作费用。如果塔顶蒸汽温度较高，可用于作为其他
冷物流提高温位的热源。
回收系统热量，降低生产成本。
（五）回流比
操作回流比在一个最优值，目标是总成本最小
二、操作条件的选择
一 精馏塔的分离计算
二 精馏装置的物料及热量衡算
（一）过程系统的物料衡算
（二）精馏塔的物料衡算
第三节 精馏过程系统模拟计算
（一） 实际塔板数
（二）总板效率的估算
（三）塔高
第四节 实际塔板数及塔高
三、塔径设计
一、板式塔 第
五
节
、
浮
阀
塔
塔
盘
工
艺
设
计
四、逆流装置的设计
五、塔盘及其布置
七、塔板流动性校核
二、塔板液流形式
六、浮阀数及排列
板式塔和填料塔设备一样，
塔体多为钢板卷制的圆形筒体，
塔体通常较高，有多节筒体焊
接而成，在塔内装有多层塔板。
塔体上还要设置人孔或手孔、
平台、扶梯、吊柱、保温圈等，
整个塔体由裙座支撑。如图
塔板是板式塔最主要的部件。
一、板式塔
板式塔主要尺寸的设计计算,
包括塔高
塔径的设计计算
液流型式的选择
溢流装置的设计计算
板面的布置以及气相通道的设计计算 等。
板式塔设计计算的原始数据,
包括气液两相的体积流量
操作温度和压力
流体的物性常数
以及 实际塔板数 等。
目的,
液相横向流过塔板不致产生较大的液面落差
避免产生倾向性漏液
气相的不均匀分布所引起的板效率下降。其结构如下图
二、塔板液流形式
确定塔径原则,
1.防止塔内气、液
两相流动出现过量
液沫夹带液泛。
2.也可由阀孔通过
的允许气量计算。
三、塔径设计
溢流装置包括降液管、溢流堰、受液盘等，
其结构和尺寸 对塔的性能有着重要的影响。
（一）降液管 如下图
四、溢流装置的设计
（二）溢流堰
溢流堰又称出口堰
主要作用：维持塔板上有一定的液层并使液
体能较均匀的横向流过塔板
其主要尺寸为堰高 hw和堰长 lw,如图 5-10所示。
（三）受液盘和底隙
塔板上接受降液管流下液体的那部分区
域称为受液盘，如图 5-13所示。有平行和凹形
两种形式。降液管下端与受液盘之间的距离称
为底隙，以 hb表示。通常取为 30~40左右，且
应使它小于溢流堰高 hw。
塔板有整块和分块式两种，但塔径较大时，整块
式的刚性较差，安装检修不便，故多采用有几块板并
合而成的分块式塔板。
塔板厚度的选取，除经济性外，主要考虑塔板的
刚性和耐腐蚀性。
五、塔盘及其布置
浮阀的形式有 F1型,V-4型、十字架型,A型,V-O型
等，如下图所示。目前应用最广泛的是 F1型
六、浮阀数及排列
F1型浮阀的具体尺寸与结构如下图
阀孔的排列一般有,
顺排, 错排, 等腰三角形排列 如下图
浮阀排列方式
（一）塔板流动性能的校核
1.液沫夹带量校核
液沫夹带量是引起塔板效率降低和影响正常操作的
一个重要因素。可用单位质量气体夹带的液体质量
（莫尔） ev(kg液体 /kg气体）或（ kmol液体 /kmol气
体）来表示。
一般要求 ev≤0.1，泛点率 F1应为,
直径小于 0.9m的塔 F1
一般的塔
负压操作的塔
七、塔板流动性能校核
2.塔板阻力的计算和校核
塔板阻力以相当的清液层高度 hf表示。
塔板阻力的计算采用加和模型。
由以下几部分阻力之和组成,
通过阀孔的阻力 h0,又称干板阻力,m液柱；
通过塔板上液层的阻力 h1, m液柱；
克服阀孔处液体表面张力的阻力, m液柱。
塔板阻力可表示为,
g
P
h
f
f
0?
??
?
?hhhh f ??? 10
?h
液体流过降液管的机械能恒算如下图所示,
精馏装置的辅助设备包括 冷凝器, 再沸器, 进料预热
器, 产品冷却器, 原料罐, 回流罐 及 产品罐 。具体如
下图,
第六节 辅助设备的选择
一、设计任务及条件
二、分离工艺流程
三、过程系统模拟计算
四、循环苯精馏塔工艺设计
五、辅助设备设计
六、管路设计及泵的选择
七、空置方案
八、设备一览表
第七节 精馏过程系统设计实例
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第
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辅
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的
选
择
第
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实
际
塔
板
数
及
塔
高
第
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设
计
方
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第
三
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过
程
的
模
拟
计
算
第
七
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精
馏
过
程
设
计
实
例
二、精馏塔设备的选择
一、精馏过程工艺设计的基本内容
第一节、概述
精镏是分离流体混合物最常用的一种单元
操作，该过程是同时进行传热、传质的过程。
一、精馏过程工艺设计的基本内容
（一）确定精馏过程工艺流程方案
（二）精馏塔工艺设计
（三）辅助设备设计
（四）管路设计及泵的选择
（五）控制方案
（六）设计结果
一、精馏过程工艺设计的基本内容
双溢流浮阀塔
工艺图
浮阀塔工艺
条件图
精馏塔是精馏装置的主体核心设备，它的
选择通常考虑以下几个方面的问题,
1.生产能力达；
2.效率高；
3.流动阻力小；
4.有一定操作弹性；
5.结构简单；
6.能满足无锡木屑工艺特性。
二、精馏塔设备的选择
二、操作条件的选择
一、精馏过程工艺流程
第二节、设计方案
双组分精馏或仅采用单塔对多组分混合物
进行初分的流程较为简单。如果将三个或三个
以上的混合完全分离，其流程是多方案的。分
离方案的选择一般可按以下步骤进行。
（一）分离序列的选择
对于双组分精馏采用一精馏塔，可分别从
塔顶、塔底获得轻、重组分产品，显然分离序
列是唯一的。当 n个组分的混合物通过精馏塔获
取 n个产品，需要 (n-1)个精馏塔，通过不同的
组分可得到 [2(n-1)]！ /[n！ (n-1) ！ ]个分离
序列。
一、精馏过程工艺流程
Nadgir有序直观推断法的规则,
规则 1：所有条件相同，最好采用常规蒸馏。
规则 2：避免真空蒸馏和冷冻。
规则 3：倾向于最少的产品种类。
规则 4：首先出具有腐蚀性、毒性的组分。
规则 5：最后处理难分离或分离要求高的组分。
规则 6：晋辽中含量最多的组分最先分离出去。
规则 7：如果组分间的性质差异以及组分的组
成变化范围不大，倾向于塔顶、塔底产品量
50/50分离。
（二）能量的利用
精馏过程的节能采用分离序列综合的方
法，通常可用一下策略。
（ 1）精馏操作参数的优化；
（ 2）精馏系统的能量集成；
（三）辅助设备
（四）系统控制方案
（一 )操作压力
精馏操作可以在常压、加压或减压下进行，操作压力的大
小应根据经济上的合理性和物料上的性质来决定。
（二）进料状态
（三）加热剂和加热方法
（四）冷却剂
当塔顶蒸汽的露点较低，可适当提高塔的操作压力，
降低操作费用。如果塔顶蒸汽温度较高，可用于作为其他
冷物流提高温位的热源。
回收系统热量，降低生产成本。
（五）回流比
操作回流比在一个最优值，目标是总成本最小
二、操作条件的选择
一 精馏塔的分离计算
二 精馏装置的物料及热量衡算
（一）过程系统的物料衡算
（二）精馏塔的物料衡算
第三节 精馏过程系统模拟计算
（一） 实际塔板数
（二）总板效率的估算
（三）塔高
第四节 实际塔板数及塔高
三、塔径设计
一、板式塔 第
五
节
、
浮
阀
塔
塔
盘
工
艺
设
计
四、逆流装置的设计
五、塔盘及其布置
七、塔板流动性校核
二、塔板液流形式
六、浮阀数及排列
板式塔和填料塔设备一样，
塔体多为钢板卷制的圆形筒体，
塔体通常较高，有多节筒体焊
接而成，在塔内装有多层塔板。
塔体上还要设置人孔或手孔、
平台、扶梯、吊柱、保温圈等，
整个塔体由裙座支撑。如图
塔板是板式塔最主要的部件。
一、板式塔
板式塔主要尺寸的设计计算,
包括塔高
塔径的设计计算
液流型式的选择
溢流装置的设计计算
板面的布置以及气相通道的设计计算 等。
板式塔设计计算的原始数据,
包括气液两相的体积流量
操作温度和压力
流体的物性常数
以及 实际塔板数 等。
目的,
液相横向流过塔板不致产生较大的液面落差
避免产生倾向性漏液
气相的不均匀分布所引起的板效率下降。其结构如下图
二、塔板液流形式
确定塔径原则,
1.防止塔内气、液
两相流动出现过量
液沫夹带液泛。
2.也可由阀孔通过
的允许气量计算。
三、塔径设计
溢流装置包括降液管、溢流堰、受液盘等，
其结构和尺寸 对塔的性能有着重要的影响。
（一）降液管 如下图
四、溢流装置的设计
（二）溢流堰
溢流堰又称出口堰
主要作用：维持塔板上有一定的液层并使液
体能较均匀的横向流过塔板
其主要尺寸为堰高 hw和堰长 lw,如图 5-10所示。
（三）受液盘和底隙
塔板上接受降液管流下液体的那部分区
域称为受液盘，如图 5-13所示。有平行和凹形
两种形式。降液管下端与受液盘之间的距离称
为底隙，以 hb表示。通常取为 30~40左右，且
应使它小于溢流堰高 hw。
塔板有整块和分块式两种，但塔径较大时，整块
式的刚性较差，安装检修不便，故多采用有几块板并
合而成的分块式塔板。
塔板厚度的选取，除经济性外，主要考虑塔板的
刚性和耐腐蚀性。
五、塔盘及其布置
浮阀的形式有 F1型,V-4型、十字架型,A型,V-O型
等，如下图所示。目前应用最广泛的是 F1型
六、浮阀数及排列
F1型浮阀的具体尺寸与结构如下图
阀孔的排列一般有,
顺排, 错排, 等腰三角形排列 如下图
浮阀排列方式
（一）塔板流动性能的校核
1.液沫夹带量校核
液沫夹带量是引起塔板效率降低和影响正常操作的
一个重要因素。可用单位质量气体夹带的液体质量
（莫尔） ev(kg液体 /kg气体）或（ kmol液体 /kmol气
体）来表示。
一般要求 ev≤0.1，泛点率 F1应为,
直径小于 0.9m的塔 F1
一般的塔
负压操作的塔
七、塔板流动性能校核
2.塔板阻力的计算和校核
塔板阻力以相当的清液层高度 hf表示。
塔板阻力的计算采用加和模型。
由以下几部分阻力之和组成,
通过阀孔的阻力 h0,又称干板阻力,m液柱；
通过塔板上液层的阻力 h1, m液柱；
克服阀孔处液体表面张力的阻力, m液柱。
塔板阻力可表示为,
g
P
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?h
液体流过降液管的机械能恒算如下图所示,
精馏装置的辅助设备包括 冷凝器, 再沸器, 进料预热
器, 产品冷却器, 原料罐, 回流罐 及 产品罐 。具体如
下图,
第六节 辅助设备的选择
一、设计任务及条件
二、分离工艺流程
三、过程系统模拟计算
四、循环苯精馏塔工艺设计
五、辅助设备设计
六、管路设计及泵的选择
七、空置方案
八、设备一览表
第七节 精馏过程系统设计实例
