化工原理课程设计精馏塔详细版

1、广西大学化学化工学院化工原理课程设计任务书专业：班级：姓名：学号：设计时间：设计题目：乙醇水筛板精馏塔工艺设计（取至南京某厂药用酒精生产现场）设计条件：1.常压操作，P=1 atm （绝压）。2. 原料来至上游的粗馏塔，为9596的饱和蒸汽。因沿程热损失，进精馏塔时原料液温度降为90。3. 塔顶产品为浓度92.41%（质量分率）的药用乙醇，产量为40吨 / 日。4 塔釜排出的残液中要求乙醇的浓度不大于0.03%（质量分率） 。5 塔釜采用饱和水蒸汽加热（加热方式自选）；塔顶采用全凝器，泡点回流。6 操作回流比R=（ 1.1 2.0） Rmin。设计任务：1. 完成该精馏塔工艺设计，包括辅助设备

2、及进出口接管的计算和选型。2画出带控制点的工艺流程图，t-x-y 相平衡图，塔板负荷性能图，筛孔布置图以及塔的工艺条件图。3写出该精流塔的设计说明书，包括设计结果汇总和对自己设计的评价。指导教师：时间131 设计任务1.1 任 务1.1.1 设计题目（取至南京某厂药用酒精生产现场）1.1.2 设计条件1.常压操作，P= 1 atm （绝压）。2 原料来至上游的粗馏塔，为95 96的饱和蒸气。因沿程热损失，进精馏塔时原料液温度降为90。3 塔顶产品为浓度92.41%（质量分率）的药用乙醇，产量为 40 吨 /日。4 塔釜排出的残液中要求乙醇的浓度不大于0.03（ 质量分率 ） 。5 塔釜采用饱和

3、水蒸气加热（加热方式自选）； 塔顶采用全凝器，泡点回流。6 操作回流比R=（1.1 2.0） Rmin 。1.1.3 设计任务1. 完成该精馏塔工艺设计，包括辅助设备及进出口接 管的计算和选型。2 画出带控制点的工艺流程示意图，t-x-y 相平衡图，塔板负荷性能图，筛孔布置图以及塔的工艺条件图。3 写出该精馏塔的设计说明书，包括设计结果汇总和对自己设计的评价。1.2 设计方案论证及确定1.2.1 生产时日设计要求塔日产40吨 92.41%乙醇，工厂实行三班制，每班工作8 小时， 每天 24 小时连续正常工作。1.2.2 选择塔型精馏塔属气液传质设备。气液传质设备主要分为板式塔和填料塔两大类。该

4、塔设计生产时日要求较大，由板式塔与填料塔比较1知：板式塔直径放大时，塔板效率较稳定，且持液量较大，液气比适应范围大，因此本次精储塔设备 选择板式塔。筛板塔是降液管塔板中结构最简单的， 它与泡罩塔相比较具有下列 优点：生产能力大10-15%,板效率提高15流右，而压降可降低30面右，另外 筛板塔结构简单，消耗金属少，塔板的造价可减少40%£右，安装容易，也便于清洗检修2。因此，本设计采用筛板塔比较合适。1.2.3 精微方式由设计要求知，本精储塔为连续精储方式1.2.4 操作压力常压操作可减少因加压或减压操作所增加的增、减压设备费用和操作费用， 提高经济效益，在条件允许下常采用常压操作，

5、因此本精储设计选择在常压下操 作。1.2.5 加热方式在本物系中，水为难挥发液体，选用直接蒸汽加热，可节省再沸器。1.2.6 工艺流程原料槽中的原料液先由离心泵送到预热器预热， 再进精储塔，精储塔塔顶蒸 汽经全凝器冷凝，泡点回流，塔顶产品输送进乙醇贮存罐，而再沸器则加热釜液， 塔釜产品流入釜液贮存罐。2筛板式精循塔的工艺设计2.1 精微塔的工艺计算2.1.1 乙醇和水的汽液平衡组成相对挥发度的计算：塔顶产品浓度为92.4%,因此，可近似看成纯乙醇溶液；同理，塔底浓度为 0.02%可近似看成纯水溶液。所以，塔顶温度为乙醇沸点为78.3 oC,塔底温度为水的沸点96.0oC表2-1查书2得：不同温

6、度下乙醇和水的汽液平衡组成如下表所示:液相摩尔 分数x气相摩尔分数y温度/ c液相摩尔 分数x气相摩尔分数y温度/ C0.000.001000.32730.582681.50.01900.170095.50.39650.612280.70.07210.389189.00.50790.656479.80.09660.437586.70.51980.659979.70.12380.470485.30.57320.684179.30.16610.508984.10.67630.738578.74.23370.544582.70.74720.781578.41.26080.5580爸醇一水t-Xy)4

7、3图0.894378.15根据以上数据画出以下乙醇)c-水的t-x (y)相平衡图，以及乙醇-水的x-y图x(y)乙醇-水x-y相平衡图0.80.70.6y0.50.40.30.20.100,1-,*/ ,0.10.20.30.40.50.60.70.8x通过试差法求出塔顶、塔底、进料处、加料板的乙醇气相组成95.5 89.090 95.50.17 0.3891Y进料板 0.1795.5 89.090 95.50.01900.0721 X 进料板 0.0190解得X进料板 =0.0639进料板=0.355计算塔顶、塔底、进料处相对挥发度计算公式为:Ya(1 Xa) a (1 Ya) Xa78.

8、15 78.30.8943 Y顶78.41 78.150.7815 0.8943Y ik=0.829278.41 78.15 78.3 78.15 0.7472 0.8943 X顶 0.8943X 顶=0.8094100 95.596 95.50 0.17 Y顶 0.17100 95.596 95.50 0.019X 底 0.0190塔顶：a顶=1.123塔底：a底=8.957加料板： a加料板 =8.063计算乙醇-水的平均相对挥发度：乙醇一水的相对挥发度一般应用各温度下的挥发度的几何平均值或者算术平均值表示, 本设计中使用各温度下的几何平均值来表示。工$顶底=2322.1.2 全塔物料衡算

9、原料液中：设A组分乙醇；B组分水查书和书得：乙醇的摩尔质量：M乙=46.07 kg/kmol水的摩尔质量：M水=18.02 kg/kmolXdxw0 .8260.9241 / 46.070 .9241 / 46 . 070.0759 /18 .020.00007820.02/46.070.02/46.07 0.98/18.02因为入口的原料液是上游为95 96c的饱和蒸汽冷却至 90oC所得，因此，X f的液相组成就是95.5 °C的气相组成。经查表得，95.5 °C的饱和蒸汽进料液的摩尔组成为:X F = 0.17根据产量和所定工作时间，即日产40吨92.41%乙醇，每天

10、24小时连续正常工作，则3原料处理量： D= 40.51(kmol / h)24 (0.8265 46.070.17 18.02)DXfXw0.170.0000782八八”0.206FXdXw0.8260.00000782F 196.650kmol/hW F D 196.650 40.51 156.140kmol/h求q值由表2-1乙醇-水的平衡数据用内差法求得原料进入塔时90C时的气液相组成为：xA =0.0639 yA =0.3554由 FxF = LXa + V yA 和 F = L + V 得 L = 125.26 (kmol/h ),. q = L /F = 0.6360则：q 线方

11、程为 y = -x 上=-1.747x+0.467 q 1 q 1塔顶和塔釜温度的确定由t-x-y图可知：塔顶温度t d = 78.30 C ,塔底温度t w= 96.00 C ,t= 1/2&+tw)= 87.15C回流比和理论塔板的确定用内差法求得进料板的气液相组成（90 C进料）xq X进料板 0.0639进料板位于平衡线上，则： zyq Y进料板 0.355Rminxd yqyq xq0.826 0.355 1.6180.355 0.0639R=1.5*R min=1.5*1.618=2.427操作方程的确定精储段：LR D 2.427 40.51 98.318kmol/hV

12、(R 1)D(2.427 1) 40.51 138.828kmol /h提储段：LL qF 98.318 0.636* 196.650 223.387kmol /hV (1 q)F138.828 (1 0.636)*196.650 67.247kmol/hb、精镭段操作方程:yn 1L一xnVDV xD鳏型Xn 138.82840.51 * *138.8280.8260.708xn 0.292提铺段操作线方程:LWyn 1xnxwVV相平衡方程为：223.387、， Xn67.247156.14067.247* 0.0000782 3.322xn 0.000182yxn01 (1)xnXnyn

13、 (yn1) yn 2.32 1.32yn板效率及实际塔板数的确定平均温度 t =87.15 ( 0C)下(ja= 0.449 mpas便=0.3281 mpas贝U pL=X F 澳+ ( 1 XF)pB=0.17 X0.449 + (1 0.17) X0.3281=0.3487 mpasa l=2.35 X0.3487=0.8194Et=51% ,偏低;(2)求板效率Et由a尸0.8194 ,由化工原理(下)164页图10-20查得实际工作Et有所提高，因此取Et =70%.(3)求实际板数, NT 1 /日由N 得 Et精储段实际板数：N精=21/0.70=30 (块)提储段实际板数：N

14、提=7/0.70=10 (块)全塔板数：N=40块2.2 精微段物性衡算2.2.1 物料衡算操作压强P = 101.325温度 tm t D =78.30 0c t F =90 0 C t w=96.00 0ctm =tD tF278.30 90284.150C定性组成塔顶 yi= Xd = 0.826 查平衡曲线得到 xi =0.810(2)进料 y f =0.355x f =0.0639平均分子量M m 查附表知:(1)塔顶：M VDm =0.826 46.07+(1-0.826)18.02=41.189(g/mol )M LDm =0.810 46.07+(1-0.810)18.02=4

15、0.730(g/mol )(2)进料：M vFm =0.355 46.07+(1-0.355)18.02=27.978(g/mol )M LFm =0.063946.07+(1-0.0639)18.02=19.810( g/mol )平均分子量M_ M VDm M VFm Vm =241,189 27.978=34,584 ( g / mol )平均密度mM LDM M LFMLm=240,730 19.810=30.270( g/mol)由书6和书7 ：1/ LM =a a/la +a B / LB A为乙醇B为水塔顶：在 78.30 c下：la=744,289( kg/m3)lb =972

16、,870( kg/m3)1一 =0.9241/744.289+LMD(1-0.9241 )/972.870 则 LMD =758,716( kg/m3)进料:在进料温度90 CT：la =729,9( kg/m3)LB =965.3( kg/m3)0.063946.07a a0.0639 46.07 (1 0.0639) 18.020.1491 _ 0,149 (1 0.149)LMF 729.9965.3则 lmf =921,0( kg/m3)即精储段的平均液相密度lm =(758.716+921.0)/2=839.858( kg/m3)平均气相密度VM=EM101.325 34.6RT 8

17、.314 (84.15 273.15)1.180( kg/m3)液体平均粘度LM液相平均粘度依下式计算：lg lmxilg i(1)塔顶：查书和书7中图表求得在78.3 C下：A是乙醇，B是水DA =0.504 mpa s; DB =0.367 mpa s;lg ld =0.826lg(0.504)+0.174lg(0.367)LD =0.477 ( mpa s)进料：在90 c下：FA =0.428 mpa s; FB =0.3165 mpa s。lg if =0.0639lg(0.428)+(1-0.0639)lg(0.3165)则 if =0.3226 ( mpa s)m= ( ld+

18、if) /2= (0.477+0.3226 ) =0.3998液体表面张力m(1)塔顶:查书6和书7求得在78.30 C下: a 18.447 mN/m b 62.974 mN/mMD 0.826 18.447 0.174 62.974 26.194(mN/m)(2)进料：在90 c下： ''a 17.29 mN/m b 60.79 mN/mmf 0.0639 17.29 (1 0.0639) 60.79 58.01 (mN/m)贝 Um=( MD+ MF )/2=(26.194+58.01)/2=42.102( mN/m)2.2.2 气液体积流率的计算由已知条件 V =138

19、.828 kmol/h L =98.318 kmol / h 得VMvm138.828 34.63600 vm3600 1.180=1.131 ( m3/s)LSLM LM101.3 30.273600 LM 3600 839.858.3.0.001(m /s)2.3 塔和塔板主要工艺尺寸计算2.3.1 塔板横截面的布置计算塔径D的计算参考化工原理下表10-1 ,取板间距H t =0.45mhL 0.06mHt- hL=0.45-0.06=0.39m两相流动参数计算如下Flv =/ 0.001、1.131Flv =LsVs/ 839.858、1 /2=0.0236参考化工原理下图10-42筛板

20、的泛点关联得：Cf 20=0.0830.20.2-42.102Cf = Cf20= 0.083 0.09632020U f C f 20 -200.20.5l v839.858 1.180L-=0.0963 1.1800.5=2.567( m/s)本物系不易起泡，取泛点百分率为80% ,可求出设计气速4Vsuu n = 0.8*u f 0.8 2.567=2.053( m/s)4 1.1310.838m3.14 2.053 根据塔设备系列化规格，将 D圆整到D=1m 作为初选塔径，因此 重新校核流速u1.131Un 0.785 1 121.441(m2),、 u 1 441实际泛点百分率为上4

21、1 0.561uf 2.567ATD2- 0.785 12 0.785m24塔板详细设计选用单溢流，弓形降液管，不设进口堰。且单溢流液体流径长,4因为弓形降液管具有较大容积，又能充分利用塔面积,塔板效率高，结构简单，广泛用于直径小于2.2米的塔中(1)溢流装置取堰长lw =0.7D=0.7 X 1=0.7m,选择平流溢流堰出口堰高 hwhL how ,已取 hL=0.06h0w =2.84 X 10 3 E(Lh)2/3 l w由 Lh / )2.5 =3.544/ 0 72.5 =8.644查化工原理下图10-48得：E=1.025h0W =2.84 X 10 3 X 1.025(3.544

22、/0.7) 2/3 =0.00859mhw hL hOW =0.06-0.00859=0.0514m取hw 0.06是符合的。二 hL=h W+h ow =0.06+0.00859=0.0686m修正后hL对Un影响不大,顾塔径计算不用修正(2)降液管宽度Wd与降液管面积Af由lw/D=0.7查化工原理下图10-40得：Wd0.149Af0.088 AWd =0.149X1=0.149mAf0.0882212 0.0691m24(3)降液管底隙高度ho因物系较清洁，不会有脏物堵塞降液管底隙，取液体通过降液管底隙速度Uo =0.07m/s.ho l wLs0.001Uo0.70 0.070.02

23、4m 过小，取 ho=0.04m(4)塔板布置WS=0.08m, 取边缘区宽度 W c =0.04mWdWs0.149 0.080.271mWC0.50.040.46mAaxr2 x2r 180sin2 0.271.0.462 0.2712180O.Wsin1黑0.468(m2)(3)筛板数n与开孔率初取do6mm3.0呈正三角形排列dot=3.0*6=18MM依下式计算塔板上的开孔率Ao 0.907Aa (t / d0)20.907(18/6)20.101=10.1%则每层塔板上的开孔面积 Ao为:AoAa0.101 0.468 0.0473m2A0 n = 5 = d00.0473 43.

24、14* 0.0061674孔4152.3.2 筛板能校塔流体力学校核1板压降的校核(1)干板压降相当的液柱高度 3 0取板厚 3mm, 一 一 0.5，查化工原理下图10-45得:do6.0Co=0.74Vs1.131U0- 23.911 m/sA00.0473hc=1* %=0.0512gCol2UoCo19223.9111.1800.051 0.0748m 液柱0.74839.858(2)气体穿过板上液层压降相当的液柱高度hlVsAT Af1.1310.785 12 0.06911.606(m/s)相应的气体动能因子 Fa Ua 0.51.606 1.180 0.51 .745查化工原理下

25、图10-46得：3=0.58hl(hw how)hL 0.58 0.0686 0.0398m液柱(3)克服液体表面张力压降相当的液柱高度h .二 49.81 Ld00.00341m4 42.102 10 39.81 839.858 6 10 3气体通过筛板压降相当的液柱高度即板压降：hp = h c+h L+h 0hD 0.0748 0.0398 0.00341 0.1180m p本设计系常压操作，对板压降本身无特殊要求液面落差对于筛板塔，液面落差很小，且本设计的塔径和液流量均不大，故可忽略液面落差的影响。液沫夹带量的校核hf2.5 hL 0.0686*2.50.1715m3.25.7 10

26、6UaevHt hf5.7 1061.60642.102 10 3 0.45 0.17153.20.0369Kg液/Kg 汽0.0369<0.1 Kg 液/Kg 气 故在设计负荷下不会发生过量液沫夹带。3溢流液泛条件的校核溢流管中的当量精液高度可由式hf0.153 -LS-lwho2计算液体沿筛板流动时，阻力损失很小，其液面落差可忽略不计，即0o已知:hL0.06 86 m,0,2hf 0.153 三 l w ho0.1530.0010.7 0.0420.000195m故降液管内的当量精液高度:hfhf0.06860 0.000195 0.1715 0.2403m乙醇-水混合液不易起泡，

27、取=0.6,则降液管内泡沫层高度:口 Hd 0.2403H fd - 0.4000.60.5m不会产生溢流液泛。液体在降液管内停留时间的校核降液管内的停留时间Af HdLs0.0691 0.2403 16.60s > 5s0.001不会产生严重的气泡夹带。4漏液点的校核漏液点的孔速为:uow4.4Co (0.0056 0.13hL h) L/ v=4.4 0.74. (0.0056 0.13 0.0686 0.00341) 839.858/1.180=9.155( m/s )筛孔气速Uo塔板稳定系数VS U1 23.911(m/s)A00.0473uo 23.911k - 2.6121.

28、5 2.0Uow9.155表明具有足够的操作弹性。根据以上各项流体力学验算，可认为设计的塔径及各工艺尺寸合适。2.4 精微段塔板负荷性能图注:以下计算常用how 2.84 10吨(员)2/3得how( Ls),E Lh5经验计算, lwlw .2/3取 E=1.0 则 how2.84 10 3 1.0 ()2/3= 2.84 10 3 s0.8462Ls2/30.70.72.4.1 过量液沫夹带线依下式计算:5.7 10 6 ev=Ua 3.2Ht hf(2-1)25,VSVS式中：Ua =S= 2S= 1.397VSAtAf0.785 10.0691h f = 2.5(hw+h ow)= 2

29、.5(0.05022/32/30.8462 Ls)= 0.126 2.1155Ls令ev=0.1kg 液/kg 气，由 =42.110 3 N/m, Ht =0.45 m代入式(2-1)得：0/=45(1.397Vs0.45 0.126 2.1155Ls273 ) 3.22/ 3整理得：Vs 1.83 11.93Ls在操作范围中，任取几个Ls值，根据上式算出Vs值列于表2-3中:表2 3Ls,m3/s0.0020.0040.0060.008Vs,m3/s1.6411.5291.4361.353依表中数据在作出过量液沫夹带线(参见图2-1)2.4.2 溢流液泛线H”由式 hwHt 和Hdhwho

30、whf hf联立求解。hp儿hLhhc= 0.051 (uo) 2 ( ) = 0.051 (-V) 2 coLCoAoL= 0.051 (Vs) 2 ( 1.18 ) = 0.0585Vs20.74 0.0473839.8582/32/3hl=(hw+h ow) = 0.58(0.0502 0.8462Ls ) 0.0291 0.4908Ls22/3故 h p= 0.0578Vs + 0.0291 0.4908Ls + 0.00409 22/3=0.0578Vs + 0.4908Ls + 0.0332I9I92 一 hd=0.153 ()= 0.153 (s-)= 195.2LsM：lwh0

31、0.7 0.0422/32/320.6(0.45 0.0502)0.0578Vs + 0.4908Ls +0.0332 +0.0502+0.8462 Ls+195.2 Ls整理得：Vs2=3.19-23.13L 2/3-3377.16L 2(2-18)取若干Ls值依(2-18)式计算Vs值，见表2-4 ,作出液泛线(参见2-1图)表2-4Ls 10 3,m3/s0. 0020. 0040. 0060. 008Vs，m3/s1.6761.5981.5191.4322.4.3 液相上限线取液体在降液管中停留时间为5秒L s manHTAf0.45 0.0691=0.00622(m3 / s )在L

32、s man = 0.00622 m3 / s处作出垂线得液相负荷上限线，可知在图上它为与气体流量 Vs无关的垂直线。（参见图2-1 ）2.4.4 漏液线（气相负荷下限线）由 hL=h w+h ow=0.0502+0.8462Ls2/3,u ow= VJU代入下式2求漏液点气速式:AoVs min-s =4.4 0.74AoUow=4.4C 0 0.0056 0.13hL h " v/2/3839.8580.0056 0.13(0.0502 0.8462 Ls ) 0.003411.180将 A o =0.0476 代入上式并整理得Smin 3.256 <6.206 78.292

33、Ls2 / 3Ao2/3Vsmin=0.1546.026 78.292Lso 111 111o据上式，取若干个Ls值计算相应Vs值，见表2-5 ,作漏液线(参见图2-1)表25Ls 10 3,m3/s0.0020.0040.0060.008Vs,m 3/s0.4200.4400.4560.4702.4.5 液相下限线取平顶堰堰上液层高度h ow=6 mm，作为液相负荷下限条件，低于此下限，则不能保证板上液流分布均匀。则how=2.84 10 3E (4)2/3l w33600 Ls 2/30.006=2.8410 3 1.01 () 2/30.7整理得:Ls,min5.88 10 4 m3/s

34、67在图上Ls,min 5.88 10 4 m3/s处作垂线即为液相下限线。(见图2-2)2.4.6 操作线P点为操作点，其坐标为:Vs -Vh- 1.131m3/s , Ls 0.001m3/s3600OP为操作线，OP与液泛线的交点对应气相负荷为Vs,ma； n,与漏夜线的交点对应气相负荷为Vs,min.可知:图2-1精储段的操作弹性=Vsmaxs,min1.70 4.360.3921.81.631.4m 1V 0.80.60.40.2 00精微段塔板负荷性能图-1一/ '-=一 ：液末夹带线/液泛线漏夜线_/液相卜限线夜相上限线操作线II0.0020.0040.0060.0080

35、.01Ls(m3/h)2.5提微段物性衡算2.5.1物料衡算操作压强P = 101.325温度 tm t D =78.30 0 c t F =90 0 C tw=96.0 0 ctm 二tw tf2口 930C2(1)塔斧(2)进料y f =0.355x f =0.0639定性组成Xw =0.OOO0782 查相平衡图得到：yW =0.001418.02=18.059( g/mol )18.02=18.02(g/mol )平均分子量M m 查附表知:塔斧：M Vwm =0.001446.07+(1-0.0014)M Lwm =0.000146.07+(1-0.0001)(2)进料：M VFm

36、=0.355 46.07+(1-0.355)18.02=27.99(g/mol)M LFm =0.063946.07+(1-0.0639)18.02=19.81( g / mol )平均分子量Vm= MVWm MVFm =23.02 ( g/ mol )22Mlwm Mlfm 18.02 19.81 ,Lm=18.92( g/mol)22平均密度m由式：1/ LM =a A / LA +a B / LB塔斧：查书6和书7在96.0C下：A乙醇B水3、la=722.38( kg/m3)lb =961.16( kg/m3)1=0.0000782/722.38+(1-0.0000782)/961.1

37、6LMWlmw =961.135( kg/m3)进料:在进料温度90 CT：la =729.9( kg/m3)lb =965.3(kg /m3)0.0639 46.07a a =0.0639 46.07 (1 0.0639) 18.020.1491 _ 0.149 (1 0.149)LMF 729.9965.3则 lmf =921.0( kg/即提储段的平均液相密度LM =(961.135+921.0)/2=941.067(kg /m3)平均气相密度VM=101.325* 23.02-=0.766( kg/m8.314*(93 273.153)液体表面张力m塔釜：查书6和书7得在96.0 &q

38、uot;:d=16.688 mN/mB =58.99 mN / momv=0.0014*16.688+(1-0.0014 ) *58.99=58.930( mN/m)(2)进料：查书6和书7得在90 c下:17.29 mN/m60.79 mN/mmf 0.0639 17.29 (1 0.0639) 60.79 58.01 ( mN/m)则 m=( Mw+ MF )/2=(58.930+58.01)/2=58.47(mN/m)液体平均粘度lm塔釜：查书6和书7得在96.0 C下：wa=0.391 mpa s; WB =0.2977 mpa s;lg LW =0.0014lg(0.391)+0.9

39、986lg(0.2977)则 LW =0.295( mpa s)进料：查书6和书7得在90 C下：FA =0.388 mpa s; FB =0.290 mpa s。lg if =0.0639 lg(0.388)+(1-0.0639)lg(0.290)则 if =0.3226 ( mpa s)lm = ( LW+ lf )/2 = (0.295+0.3226)/2 =0.309( mpa s)2.5.2气液体积流率的计算由已知条件V =70.11 kmol/hL=226.6 kmol/h 得VsVMvm3600 vm67.387* 23.023600* 0.7660.562 ( m3/s)Ls

40、=LMLM3600LM二 223.387*18.92 3600*941.0670.00125( m3/s)2.6塔和塔板主要工艺尺寸计算2.6.1 塔板横截面的布置计算塔径D的计算 参考化工原理下表10-1 ,取板间距HT=0.3m hL 0.06mHt- hL=0.3-0.06=0.24m两相流动参数计算如下Flv =/ 0.00125、(M)Flv =LS vS/ 941.067、(M)1/2_ _ =0.0780941.067 0.7660.7661/21/2 =2.607( m/s)本物系不易起泡，取泛点百分率为80% ,可求出设计气速参考化工原理CT）图10-42筛板的泛点关联得：C

41、f20=0.060.20.2一58 47Cf = Cf20 = 0.06 58470.074420200.20.5Cf20 -=0.074420vun=0.8 2.607=2.085( m/s)Dt=4Vs3.14un4* 0.5623.14* 2.0850.586 m由精储段知，将D取到D=1m 作为初选塔径，因此重新校核流速u0.746(m/s)0.586 Un=0.785*1*1un 0.7460.286实际泛点百分率为uf 2.6072 D22AT 0.785 120.785m24塔板详细设计选用单溢流，弓形降液管，不设进口堰。因为弓形降液管具有较大容积，又能充分利用塔面积，且单溢流液

42、体流径长,塔板效率高，结构简单，广泛用于直径小于2.2米的塔中。4(1)溢流装置取堰长lw=0.7D=0.7 X 1=0.7m,选择平流溢流堰出 口堰高 hwhL how ,已取 hL=0.06h0w =2.84 X 10 3 E(Lh)2/3lw由 Lh /； )2.5 =4.491/0.7 2.5=10.954查化工原理下图10-48得：E=1.025h0W =2.84 X 10 3 X 1.025(4.491/0.7) 2/3 =0.0101mhwhL hOW =0.06-0.0101=0.0499m取hw 0.05是符合的。hL=h W+h ow =0.05+0.0101=0.0601

43、m修正后hL对Un影响不大,顾塔径计算不用修正.(2)降液管宽度Wd与降液管面积Af由lw/D=0.7查化工原理下图10-40得：WdAf0.1490.088DAWd =0.149 X1=0.149m22Af 0.088 12 0.0691m24(3)降液管底隙高度ho因物系较清洁，不会有脏物堵塞降液管底隙，取液体通过降液管底隙速度Uo =0.07m/s.ho'°。°1250.0255m过小，取 ho=0.04mlw uo 0.70 0.07(4)塔板布置取安定区宽度 WS=0.08m,取边缘区宽度 W c =0.04mWdWc1 WS0.149 0.082 0.5

44、 0.04 0.46m0.271mAa2xr2 X2 而ri?22221 0.271_ 2 ,2 0.2710.460.281 一 0.46 sin0.468(m )(3)筛板数n与开孔率1800.46初取do 5mm , - 4.0 呈正三角形排列 dot= 5.0 4 20mm依下式计算塔板上的开孔率0.907(t/d。)20.907420.0567 =5.67%则每层塔板上的开孔面积Ao为:. _ 2A0n =%TAoAa 0.0567 0.468 0.0265 m0.0265力r =1351 孔3.14 0.0052.6.2 筛板能校塔流体力学校核板压降的校核气体通过筛板压降相当的液柱

45、高度：hp=h c+h L+h a (1)干板压降相当的液柱高度 3 0取板厚 3mm, 一 一 0.6，查化工原理下图10-45得: do5.0Co=0.74V s0.562,U0 21.208 m/sA 0.02652hc=0.051 Ce;=°.051 箫2 器=°.°341m 液柱(2)气体穿过板上液层压降相当的液柱高度hiV s0.562u a 2 0.785( m/ s)At Af 0.785 12 0.0691相应的气体动能因子 0 . 50. 5Fa u a 0.785 0.7660.687查化工原理下图10-46得：3=0.72hl(hw how

46、) hL 0.72 0.0601 0.0433m 液柱(3)克服液体表面张力压降相当的液柱高度h .44*58.470.00507mh =9.81p Ldo 9.81*941.067*5二板压降 hp=h c+h L+h (=0.0341+0.0433+0.00507=0.0825 m本设计系常压操作，对板压降本身无特殊要求1液沫夹带量的校核3.23.2_ 5.7*10 6 uaev-(THT-hf5.7*10 658.47*10 30.7850.3 2.5*0.06010.0196 kg 液/Kg 汽0.037<0.1 Kg 液/Kg 气 故在设计负荷下不会发生过量液沫夹带。2溢流液泛

47、条件的校核溢流管中的当量精液高度可由式hfLS 0.153-lwho2计算液体沿筛板流动时，阻力损失很小，其液面落差可忽略不计，即0o已知:hL0.06 01 m,0,hf2.5* 0.0601 0.1503mhf2Ls0.153lwho0.001250.153 0.7 0.0420.000305m故降液管内的当量精液高度:HdhLhfhf0.0601 0.000305 0.1503 0.211m乙醇-水混合液不易起泡，取=0.6,则降液管内泡沫层高度:HfdH吗10.3510.5m不会产生溢流液泛。0.6液体在降液管内停留时间的校核降液管内的停留时间 看fdLs0.0691*0.351 19

48、.405s 0.00125不会产生严重的气泡夹带。漏液点的校核 漏液点的孔速为:uow =4.4*0.74(0.0056 0.13*0.0601 0.00507)941.067/0.766 =10.42( m/s筛孔气速Uo =塔板稳定系数0.562-21.208(m/s)0.0265uo 21.208K= 2.035>(1.5-2.0)uow 10.42表明具有足够的操作弹性。根据以上各项流体力学验算，可认为设计的塔径及各工艺尺寸合适。2.7提微段塔板负荷性能图注:以下计算常用how2.84 10 3E(5)2/3得how(lwL ) ELh-Ls ) ,E2.5l w经验计算,3取 E=1.0 则 & 2.84 101.0 舄)2/3=2.84103360cLs0.72/30.8462Ls 2/3 S2.7.1过量液沫夹带线依下式计算:5.7 ev二 一10 6Ua 3.2H t hf(2-1)tVs式中：Ua =AtVSAf0.785 12 0.0691=1.397VS2/ 3h f = 2.5(h w+h ow)= 2.5(0.0499 0.8462 Ls ) = 0.1