精馏塔计算方法

1、目录1设计任务书 11.1 设计题目1.2 已知条件1.3 设计要求 2精储设计方案选定 12.1 精微方式选择2.2 操作压力的选择2.4 加料方式和加热状态的选择2.5 塔板形式的选择2.6 再沸器、冷凝器等附属设备的安排2.7 精微流程7K意图 3精储塔工艺计算 23.1 物料衡算3.2 精储工艺条件计算3.3 热量衡算 4塔板工艺尺寸设计 44.1 设计板参数4.2 塔径4.3 溢流装置4.4 塔板布置及浮阀数目与排 列 5流体力学验算 65.1 气相通过塔板的压降5.2 淹塔5.3 雾沫夹带 6塔板负荷性能图 76.1 雾沫夹带线6.2 液泛线6.3 液相负荷上限线6.4 漏液线6.

2、5 液相负荷下限线6.6 负荷性能 图 7塔的工艺尺寸设计 88釜温校核 99热量衡算 910接管尺寸设计 10符号说明 10参考文献 13结束语 131 .设计任务1 . 1设计题目：年产8000吨乙醇板式精储塔工艺设计1. 2已知条件：1原料组成：含35%（w/w）乙酉1的30度液体，其余为水。2 产品要求：含量93.4% （w/w）乙醇。3残液0 0.1% （w/w）乙醇。4冷却 水t入=32度，t出=45度1 . 3设计要求（1）物料流程图，塔版图，塔体工艺图（2）各接口尺寸（3） 加热剂及冷却剂用量。2 .设计方案选定2. 1精储方式：本设计采用连续精储方式。原料液连续加入精储塔中，

3、并连续收集产物和排出残液。具优点是集成度高，可控性好，产品质量稳定。由于所涉浓度范围内乙醇和水的挥发度相差较大，因而无须采用特殊精储。2. 2操作压力：本设计选择常压，常压操作对设备要求低，操作费用低，适用 于乙醇和水这类非热敏沸点在常温（工业低温段）物系分离。2. 3塔板形式：根据生产要求，选择结构简单，易于加工，造价低廉的筛板塔， 筛板塔处理能力大，塔板效率高，压降教低，在乙醇和水这种黏度不大的分离工 艺中有很好表现。2. 4加料方式和加料热状态：加料方式选择加料泵打入。由于原料温度稳定， 为减少操作成本采用30度原料冷液进料。2. 5由于蒸汽质量不易保证，采用间接，蒸汽加热。2. 6再沸

4、器，冷凝器等附属设备的安排：塔底设置再沸器，塔顶蒸汽完全冷凝后再冷却至65度回流入塔。冷凝冷却器安装在较低的框架上，通过回流比控制期分流后，用回流泵打回塔内，储出产品进入储罐。塔釜产品接近纯水，一部分用来补充加热蒸汽，其余储槽备稀释其他工段污水排放。3. 7精微流程简图3.精储塔工艺计算3. 1物料衡算：年产量8000吨(每年连续生产300天)，塔顶产品组成93.4%(w/w)乙醇。原料35%(w/w)乙醇水溶液，30度。釜残液含乙醇0.1% (w/w)的水溶液。分子量 M水=18; M乙醇=46物料衡算汇总1摩尔流量摩尔组质里濡里质量组成%平均分子kmol/h成kg/h量 g/mol原料F1

5、33304222.87乙醇23.1417.4106535水109.8682.6197765釜液W107.37193418.01乙醇0.42040.039151.9340.1水107.3399.96193299.9储出液D26.6311114.172乙醇22.5684.7103893.4水4.07415.373.336.6将质量组成转换为摩尔组成,。计算平均分子量：,0由方程组解得得物料衡算汇总表4. 2精储工艺条件计算(1)确定回流比R图解法确定 Rin由图知Xd/ (R+1) =0.93得Rin=1.89 图解Min在图上由点（Xd, X在平衡线和对角线间向点（XW, X作梯级，由梯 级个数

6、确定最小理论板层数。NU=10 （不包括再沸器）N-R图，已知Rin和NU,由吉利兰图可确定一系列 N-R相关数据，绘出N-R关联 图。适宜回流比，取图上曲线由急剧下降向平缓过渡阶段所对应的R值作为操作回流比，得R=3.6回流液热状况 由塔顶产品组成Xd=0.8047查得塔顶温度1为Ts=78.23度塔顶 采用冷液回流，回流液温度为 Ts'=65度 则T定=（Ts+Ts、）/2=71.62度 由参考 资料网附录查得78.23度下r水=2400kJ/kg , r乙醇=826kJ/kg。 71.62度条件下， G水=4.17kJ/ （kg&S226;K）G乙醇=3.08kJ/ （k

7、g&S226;K）回流热状态参数参考下式计算,由塔内回流比R=3.6=R'&S226;ql ,塔外回流比 R'=3.6/1.045=3.445 （2）确定理论板层数。结果见图，得理论板层数17（不包括再沸器），精储段13,提储段4 （不包括再沸器） （3）确定实际板层数。假设塔釜温度 =107度，则塔顶与塔底平均温度度 在96.62度下查得x=3.3%,y=26.2%把x,y代入公式,再92.62度下查得。由精储塔效率关联曲线查得全塔效率=0.343其中精储段有38,提储段12。得精储塔工艺参数汇总表精储塔工艺参数汇总NpN1N2ETNTRRmin5038120

8、.343173.61.894.塔板工艺尺寸设计选择精储段第一块塔板为设计板。4. 1设计板参数在78.23度下由参考资料3查得表面张力计算，由参考资料4由y=0.8470查平衡数据x=0.8371 ,换算为质量浓度0.9292。0.9292的乙醇在25度时表面张力为.解得取塔板间距HT=0.5m取板上液层高度hL=0.06m H-hL=0.5-0.06=0.44m 。查筛板塔泛点关联图因。需校正,。取安全系数为0.7 ,则空塔气速为 u=0.7 u ma=.264m/s.,圆整为1000mm塔截面积，空塔气速5. 3溢流装置选用单液流弓形降液管，不设进口堰(1)堰长 lw,取 l 后0.55D

9、=0.55m(2)出口堰高hw,采用平直堰，堰上液层高度，由和l w/D=0.55在液流收缩系数图上查得E=1.05.,圆整为 0.047m,=0.0605m.(3)弓形降液管宽度 W和面积A。lw/D=0.55查参考资料2图得=0.085m,=0.0314m(4)验算液体在降液管中滞留时间停留时间 >5s故降液管尺寸可用(5)降液管底隙高度h。，取降液管处液体流速uo'=0.07m/s.圆整为h0=0.038m,为便于加工，选用平型受液盘。4. 4塔板布置(1)破沫区宽度 Ws因DX 1.5m,取Ws=0.07m(2)边缘区宽度Wc=0.05m(3)筛孔直径 物料无腐蚀性，故可

10、选厚度为3mmi勺钢板。取筛孔直径d=4mm(4)孔中心距 筛孔按三角形排列。取孔中心距t=3.0d=3.0x4=12mm(5)开孔总数n鼓泡区面积则个，开孔率即在5-15%范围内，塔板开孔面积(6)气体通过筛孔气速5.流体力学验算5. 1气象通过塔板的压降ht,(1)干板压降hd,查干筛板流量系数图得G=0.77,液柱。(2)气体通过液层的阻力hl ,由查充气系数关联图得=0.58 , h i=0.58(0.047+0.0135 ) =0.03509m 液柱(3)克服液体表面张力而引起的流动阻力值很小，可忽略不计 单板压降 ht=0.04910+0.03509=0.08419m 液柱，则层塔

11、板数，本设计为常压操作，对板压降无特殊要求。5. 2液泛为防止塔内发生液泛，应使降液管内清液层高度(H+hw)因物系不起泡，取系数=0.6,(H+hw) =0.6 (0.5+0.047 ) =0.3282m, Hd=ht+hi+hd液体通过降液管压降hd,。因为所以不会发生液泛。5. 3雾沫夹带量板上鼓泡层高度。00在允许范围内。6. 4漏液漏液点气速筛板稳定系数>1.5不会发生漏液。5. 5液面落差，因板上没有气液接触元件，流动阻力较小，故忽略液面落差影 响。6.负荷性能图6. 1雾沫夹带线取。板上鼓泡层高度， ，则整理得,绘入图中得雾沫夹带线。7. 2液泛线(1) 关系,(2) 关系

12、，(3) 关系，(4) 关系，整理得6. 3液相负荷上限线,取 则,绘入图中得液泛线取极限值5s,得6. 4漏液线，因所以6. 5液相负荷下限线,取hw极限值0.006m,则整理得Ls=0.000436n3/s6. 6操作线,根据操作时气液负荷Vs和Ls确定操作点P,该点与原点相连即得 操作线，P 点坐标为 V=0.9811m/s, Ls=1.475x10 3m/s6. 7操作弹性(1) P在操作区内适中位置(2)上限由雾沫夹带线控制，下限由漏液线控制(3)查出上限下限弹性7 .塔的工艺尺寸设计塔顶空间取为1m,顶部设置除沫器，全塔共50块塔板(不包括再沸器)，其中 精溜段38,提储段12 (

13、不包括再沸器)进料口放在从顶数第 39块塔板，全塔共 设置人孔5个，分别在1, 19, 40层板上方，塔釜内和裙座上。板间距设计为0,5m,进料口和人孔处塔版间距调整为 0.6m板间距为0.6m的塔段分别在第19, 39, 40板上方塔有效段高度 3 0.6+ (50-1-3 )0.5=24.8m塔釜空间高度3m裙座高度2m全塔总高31m其中进料口第39板，高度10.8m回流液加到第1块 板上，高度30m8 .釜温校核气体通过单板压降622.3Pa塔釜压力为由于其中基本是水，查得塔釜压力下水的沸点t w=107.5度误差,所以塔釜温度107度合理9 .热量衡算(1)原料液温度30度到基准温度的

14、比热平均比热,原料液带入热量为(2)塔顶冷凝冷却量塔顶蒸汽冷凝后再冷却至65度回流，塔顶温度78.23度，与回流液平均温度71.62度，塔顶温度下气化潜热平均温度71.62度下的比热，平均比热,塔外蒸汽量,采用32度的水作为冷却剂，冷却水出口温度升至 45度，平均温度,冷却水循环量,塔顶产品温度为65度，到基准温度的比热平均比热,塔顶产品带出热量为(3)再沸器再沸器加入热量按全塔热量衡算计算，加入热量有再沸器加热量Q,料液带入热量。移出热量有冷凝冷却热量 QC,产品带出热量，塔釜塔体热损失Q,釜残液温度107度到基准温度比热，,平均比热釜液带出热量，依热量平衡关系,解得 Q6156X106(4

15、)热量衡算结果 加入热量和移出热量平衡热量衡算汇总单位:kJ/h加热量移出热量6.47186.4718原料再沸器冷凝冷却器产品热量热损耗釜液热量0.31586.1564.0820.2350.61560.86410. 管路计算各管在进出口时管内流体流量必须满足要求：原料液釜液回流储出其中流速u液体选2m/s,气体6m/s所以mmm,英文字母A 塔板鼓y区面积，m2Af降液管截面积，m2A筛孔面积，m2A 塔截面积，m2C 负荷系数，无因次；C2o20dyn/cm时的负荷系数，无因次G 泛点负荷系数，无因次；Cp比热，kJ/kg &S226;K;do筛孔直径，miD塔径，m；D塔顶产品流量

16、，kmol/h或kg/h ；ev雾沫夹带量，kg（液）/kg（气）；E 液流收缩系数，无因次；Et 总板效率或全塔效率，无因次；F原料流量，kmol/h或kg/h ；g重力加速度，m/s2;hd干板压降，mhd液体通过降液管的压降，m；ht 气相通过塔板的压降，mhf板上鼓泡层高度，mi;hl 板上液层白有效阻力，mm 板上液层高度，mh0 降液管底隙高度，m；h°w堰上液层局度，mlhp 与单板压降相当的液柱高度， mhW 溢流堰局度，mtjh。一一与克服表面张力的压弓虽降相当的液柱高度，m；h 降液管内清液层高度，mHr塔板间距，mI 物质的始，kJ/kg ;K 稳定系数，无因次

17、；l w 1图 k,Ls 塔内液体流量，m3/s；M分子量；n 筛孔总数；Nr 理论板数；N 实际板数；P 操作压强，Pa；A P单板压强，Pa；APp通过一层塔板的压强降，Pa/层；q 进料热状况参数，无因次；Q热负荷，kJ/h ;CB 再沸器热负荷，kJ/h ;CC 全凝器热负荷，kJ/h ;Q热负荷损失，kJ/h ;r汽化潜热，kJ/kg ;R 气体常数，8314J/kmol &S226;K;R 回流比，无因次；t 温度，或K;t 孔心距，mr 温度，或k；飞一一塔顶温度，C或K;r's 回流液温度，c或 k；u 空塔气速，m/s；ua按板上层液上方有效流通面积计的气速，m/s；Umax极限空塔气速，m/s；uo筛孔气速，m/s;uom漏液点气速， m/s；u' o降液管底隙处液体流速，m/s；V 精储段上升蒸气量，kmol/h ;Vh 塔内气相流量，m3/h;Vs 塔内气相流量，m3/s；V'提储段上升蒸气量，kmol/h ;W釜残液流量，kmol/h或kg/h ;冷却水量，kg/hW加热蒸气量，kg/h ；W 边缘区宽度，m；W 弓形降液管的宽度，m；W 破沫区宽度，m；x 液相组成，摩尔分率；y气