精馏塔计算方法

1、贞丿fi内容目录1设计任务 书L1设计题 目1.2已知条 件13设讣要 求2精愴设计方案选 定2.1精怖方式选 择2.2操作压力的选 择2.4加料方式和加热状态的选 抒2.3塔板形式的选 择2.5再沸器、冷凝器等附属设备的安 排2.6精帮流程示恿 图3精饿塔工艺计 算3.1物料衡 算3.2精帮工艺条件讣 算3. 3热S衡 算4塔板工艺尺寸设 计4贝脚内容18贞眉内容4.1设计板参 数 4.2塔 径4. 3溢流装 置4.4塔板布S及浮網数目与排 列5流体力学验 算5.1气相通过塔板的圧 降 5.2淹 塔 5.3雾沫夹带6塔板负荷性能 图61雾沫夹帶 线62液泛 线6.3液相负荷上限 线6.4漏液

2、 线65液相负荷下限 线66负荷性能 图7塔的工艺尺寸设 计8釜温校 核9热量衡 算10接管尺寸设 计10符号说明10参考文 献13结束 语13b设计任务1. 1设讣题Lh年产8000吨乙醇板式精懈塔工艺设讣1. 2已知条件：1原料组成：含35% （w/w）乙醇的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. 1% <w/w）乙醇。4冷却水t入=32度，t川=45度1.3设讣要求（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精懈方式：本设讣采用连续精懈方式。原料液连续加入精懈塔中，并连续收集产物和排

3、出残液。其优点是集成度I岛，可控性好，产品质量稳定。山于所涉 浓度范W内乙醇和水的挥发度相差较大，因而无须采用特殊精懈。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敬沸点在常温（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.匚 造价低廉的筛板塔, 筛板塔处理能力大，塔板效率高，爪降教低，在乙醇和水这种黏度不大的分离工 艺中有很好表现。贝脚内容182. 4加料方式和加料热状态：加料方式选择加料泵打入。山于原料温度稳定,为减少操作成本采用30度原料冷液进料。2.5 111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，懈出产品进入储罐。塔釜产品接近纯水，一部分用来补充加热蒸汽，其余储«备稀释其他工段污水排放。2. 7精懈流程简图3. 精馆塔工艺计算31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O.i% (w/w)的水溶液。分子量M水=1& M乙醇=46物料衡算汇总摩尔流量kmol/h縻尔组成质虽流量kg/h质最组成半均分了量 g/mo

5、l原料F133304222. 87乙醇23. 1417. 4106535水109.8682.6197765釜液W107. 3719341&01乙醇0. 42040. 039151.9340. 1水107. 3399. 96193299.9側H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:。汁算平均O山方程组解得因为得物料衡算汇总表3. 2精饰工艺条件讣算。(1) 确定回流比R图解法确定R.JII图知Xo/ (R+1) =0.93得IU=189贞眉内容图解凡.在图上由点（Xcp Xd）在平衡线和对

6、角线间向点（X” XJ作梯级，山梯级个数确定最小理论板层数。N"占10 （不包括再沸器）N-R图，已知汰和汕訪，山吉利兰图可确定一系列N-R相关数据，绘dlX-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=36回流液热状况由塔顶产品组成Xo=0. 8047査得塔顶温度1为T尸7& 23度 塔顶采用冷液回流，回流液温度为17=65度 则丁定=（L+T/ ） 72=71.62度 山参考资料3附录査得78. 23度下r水=2400kJ/kg, r w=826kj/kg。71.62度条件下,C“=4 17kJ/ (kg&S226;K

7、)08kJ/ <kg&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），精懈段13,提懈段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贞脚内容18度下查得x=3. 3%, y=26. 2%把x, y代入公式贞眉内容贝脚内容18,再92.62度下査得。山精懈塔效率关联曲线查得全塔效率 =0.343其中精懈段有38,提憎段12。得精饰塔工艺参数

8、汇总表精懈塔1:艺参数汇总XpXIN2ETNTRRmin5038120. 343173.61.894. 塔板工艺尺寸设计选择精憎段第一块塔板为设il板。4. 1设讣板参数在78. 23度下山参考资料3査得 x=0. 837b换算为质量浓度0.9292。0.9292的乙醇在25度时表面张力为表面张力计算，山参考资料Mlfly=0. 8470査平衡数据解得4. 2塔径取塔板间距H产0. 5m取板上液层高度h,=0. 06m H-h,=0. 5-0. 06=044in。査筛板塔泛点关联图C取安全系数为0. 7,则空塔气速为u=0. 7 Uw=l 264m/s.圆整为lOOOmm.塔截面积4. 3溢流

9、装置选用单液流弓形降液管，不设进口堰(1) 堰长 1, 取 1=0. 55D=0. 55m(2) 出口堰高h"采用平直堰，堰上液层高度和h/D=O. 55在液流收缩系数图上查得E=l. 05.圆整为 0. 047in,=0. 0605m.(3) 弓形降液管宽度肌和面积A.O k/D=0.55査参考资料2图得=0. 085叫=0. 0314in(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)降液管底隙尚度h”取降液管处液体流速Uo =0. 07ffl/s.圆整为hO=O. 038in,为便于加工,选用平型受液盘。4. 4塔板布置破沫区宽度因D<1.5m,

10、取Ws=O. 07m(2)边缘区宽度Wc=O05m筛孔直径 物料无腐蚀性，故可选疗度为3mm的钢板。取筛孔直径d=4mm。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鼓泡区面积个，开孔率在范围内，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hr贞眉内容(1)干板压降入.査干筛板流量系数图得Co=O. 77,液柱。(2)气体通过液层的阻力hl,査充气系数关联图得=0. 58,hi=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(4) 单

11、板压降 h =0. 04910+0. 03509=0. 08419in 液柱，则层塔板数，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HdWe (Hi+hJ因物系不起泡,取系数0=0.6, e (Ht+K) =0.6 (0. 5+0. 047) =0. 3282nb 比二h+h】+hd 液体通过降液管圧降hd.所以不会发生液泛。5. 3雾沐夹带量板上鼓泡层尚度O在允许范馬I内。5. 4漏液漏液点气速筛板稳定系数>1.5不会发生漏液。5. 0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

12、。板上鼓泡层高度整理得,绘入图中得雾沫夹带线。6. 2液泛线贝脚内容18贞丿fi内容贝脚内容18关系,(2)关系,关系,关系,整理得6. 3液相负荷上限线取极限值5s,得,绘入图中得液泛线所以6. 4漏液线，因6. 5液相负荷下限线,取h极限值0. 006m,则 整理得 Ls=O 000436m7s6. 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 Vs=0. 9811in/s, Ls=l 475x10 V/s6. 7操作弹性(1)P在操作区内适中位置(2)上限山雾沫夹带线控制，下限山漏液线控制(3)查出上限下限弹性7.塔的工艺尺寸设计塔顶空间取为

13、Inb顶部设置除沫器，全塔共50块塔板(不包括再沸器)，其中 稱溜段3&提懈段12 (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b 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. 6in的塔段分别在第19,39, 40板上方塔有效段I对度30.6+ (50-1-3)0. 5=24. 8m塔釜空间角度3nb裙座I苛度2nb全塔总iSj 31m其中进料口第39板，尚度10.8m回流液加到第1块&釜温校核气体通过单板压降622. 3Pei塔釜斥力为山于其中基本是水，查得塔釜圧力下水的沸点t

14、 =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，到基准温度的比执八八平均比热，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怎，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Ql,

15、釜残液温度107度到基准温度比热釜液带出热量,依热量平衡关系,解得 Qb=6. 156X10（4）热量衡算结果加入热量和移出热量平衡。10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 回流其中流速U液体选2m/s气体6m/S所以Hbm.英文字母Ap塔板鼓泡区面积，m2；Af降液管截面积，m2；Ao筛孔面积，in2 ；At塔截面积，m2；负荷系数，无因次;Czo20dyn/cm时的负荷系数，无因次Cf泛点负荷系数，无因次:贞眉内容Cp比热，kJ/kg&S226;K；do筛孔直径，m；贝脚内容18塔径，m：塔顶产品流量，kmol/h或kg/h：ev雾沫夹带量，kg （液）

16、/kg （气）:液流收缩系数，无因次:Et总板效率或全塔效率，无因次:原料流量，kmol/h或kg/h； 重力加速度，m/s2：干板压降，m；h.液体通过降液管的压降，m；ht气相通过塔板的压降，m；板上鼓泡层高度，m；hl板上液层的有效阻力，m；hi板上液层高度，m；ho降液管底隙高度，m；堰上液层高度，m；hp与单板圧降相当的液柱高度，m；h.溢流堰高度，m；h。与克服表面张力的圧强降相当的液柱高度，m；降液管内清液层高度，m：Ht塔板间距,m；物质的焙,kj/kg；稳定系数,无因次:堰长，m；Ls塔内液体流量，m3/s；分子量:筛孔总数;Nt理论板数;实际板数;操作圧强，Pa：AP单板压

17、强，Pa；通过一层塔板的压强降，Pa/层;进料热状况参数，无因次:热负荷，kj/h：Qb再沸器热负荷，kJ/h；Qc全凝器热负荷，kJ/h；Ql热负荷损失，kJ/h；汽化潜热，kj/kg： 气体常数，8314J/kmo 1&S226;K；回流比，无因次: 温度，°C或K； 孔心距，m；温度，°C或K；Ts塔顶温度，°C或K；回流液温度，°C或K； 空塔气速，m/s； 按板上层液上方有效流通面积计的气速，m/s；极限空塔气速，m/s；Uo筛孔气速，m/s：UoM漏液点气速，m/s：降液管底隙处液体流速，m/s；精懈段上升蒸气量，kmol/h；Vh塔内气相流量，mS/h；塔内气相流量，m3/s；V'提诩段上升蒸气量，kmol/h：釜残液流量，kmol/h或kg/h： 冷却水量，kg/h 加热蒸气量，kg/h： 边缘区宽度，m：弓形降液管的宽度，m；Ws破沫区宽度，m；液相组成，摩尔分率;气相组成，摩尔分