甲醇塔板工艺设计

1、甲醇塔板工艺设计题目：欲采用浮阀塔分离甲醇水溶液。已知当操作回流比取1.34时，精馏段选用六层理论塔板完成分离任务。又知：上升蒸汽的平均密度 下降液体的平均密度 上升蒸汽的平均流量 下降液体的平均流量 下降液体的平均表面张力 已确定该塔在常压下操作，采用F1型浮阀，已知总版效率可取为60%。试对该塔的精馏段进行设计计算。本次计算公式来自化工原理（下册）和化工工艺设计手册1. 塔板工艺尺寸计算（1） 塔径依3-3可知 式中C可由史密斯关联图查出 0.02 15取板间距 = 0.35 查图3-5 可得 C=0.056 则选取安全速度 圆整后 D=2.2 m塔截面积 AT=4×D2=3.8

2、0 m2实际空塔气速u=4.056/3.80=1.067 m/s(2)堰及降液管设计选用单溢流弓形降液管，不设进口堰。堰长 lw：取堰长lw=0.66D 即 lw=0.66×2.2=1.452m出口堰高 hw：依式 3-5可得hw=hl-how采用平直堰，堰上液层高度how按3-6计算，即how=2.841000E(Lhlw)23近似取E=1, 其中 lw=1.452m Lh=11.8 m3/h,然后由列线图3-9可查得how :how=0.011m ,则 hw=0.059m弓形降液管高度Wd和面积Af，查图3-10：lwD=0.66由该图查得： AfAt=0.0721,WdD=0.

3、124,则 Af=0.0721×3.80=0.274 m2Wd=0.124×2.2=0.273 m =3600AfHTLh=3600×0.274×0.311.8=25.1 s保留时间>5s,故降液管尺寸可用。降液管底隙高度ho，取uo=0.13 m/sho=Lh3600lwuo=11.83600×1.452×0.13=0.017m，为了防止堵塞，取ho=0.04 m浮阀布置取 FO=11用式子3-14a求孔速，即：uo=Fov=111.13=10.348m/s依照3-15求每层塔板上的浮阀数，即：N=VS4do2uo=14600

4、360040.0392×10.348=328去边缘区宽度为WC=0.06m,破沫区宽度Ws=0.10m，用式子3-18计算板上的鼓泡区面积，即Aa=2xR2-X2+180R2sin-1XRR=D2-WC=2.22-0.06=1.04mX=D2-Wd-Ws=2.22-0.273+0.1=0.727mAa=2xR2-X2+180R2sin-1XR=20.7271.042-0.7272+1801.042sin-10.7271.04=2.756m2浮阀采用等腰三角形叉排。取同一横排的孔心距t=75=0.075m，则t=AaN*t=2.756328×0.075=112mm由于塔径较大

5、，故采用分块式塔板。取t=100mm，t=75等腰三角形叉排方式作图，得到附图1-1，排得阀数目为369个 附图 1-1 按照N=369重新核算孔速及阀孔动能因数：uo=4.0564×0.0392×369=9.2 m/sFo=9.2×1.13=9.78 FO仍在912范围内，塔板开孔率=uuo=1.0679.2=11.6%2. 塔板流体力学验算（1）气相通过浮阀的压强降 根据3-19a hp=hc+h1+h干板阻力：由式3-21a，即 uoc=1.82573.1v=1.82573.11.13=9.82 m/s因为uo<uoc,按照3-20计算干板阻力hc=1

6、9.99.20.175801.5=0.0367 m液柱板上充气层阻力：本项目液相为水，故o=0.5，根据3-22计算： H1=ohl=0.5×0.07=0.035m液体表面张力所照成的阻力：此阻力很小，忽略.故hp=0.0367+0.035=0.0717 m则单板压降 pp=hpLg=0.0717×801.5×9.81=563.76 Pa(2)淹塔 为了防止淹塔的发生，要求控制降液管中清液层的高度，HdHT+hw.可使用3-24计算Hd Hd=hp+hl+hd先计算 hd由于不设置出口堰，故 hd=0.153（LSLWhO）2=0.15311.81.452*0.0

7、4*36002=0.00049m由于hl=0.07已知，故 Hd=hp+hl+hd=0.0717+0.07+0.00049=0.142 m取=0.5，已知HT=0.3 hw=0.059，则 HT+hw=0.5（0.3+0.059）=0.18 可见Hd<HT+hw,符合防止淹塔的要求。雾沫夹带按式子3-28和式3-29计算泛点率，即板上液体流径长度 ZL=D-2Wd=2.2-2×0.273=1.654板上液流面积 Ab=AT-2Af=3.8-2×0.274=3.252乙醇与水为正常系统，取K=1.0，又由图3-13查得泛点负荷系数Cf=0.081，代人3-28可知泛点率

8、=VSVL-V+1.36LSZLKCFAb=4.0561.13801.5-1.13+1.36*0.00328*1.6541×0.081*3.252=60.7%又按照3-29计算泛点率=VSVL-V0.78KCFAT=4.0561.13801.5-1.130.78*1*0.081*3.8=63.5%根据上面的结果泛点率<80%,故可知雾沫夹带量能满足故可知雾沫夹带量能满足ev<0.1kg(液)/kg气的要求。3. 塔板负荷性能图（1） 雾沫夹带线 依照3-28可计算当泛点率=80%时,即VS1.13801.5-1.13+1.36*LS*1.6541*0.081*3.252=

9、0.8整理可得 VS=5.608-60LS(2) 液泛线 联立方程3-19a 3-25 3-27，得HT+hw=5.34vUO2l2g+0.153（LSLWho）2+(1+o)hw+2.841000E(3600lW)23其中 uo=VS4×do2N得 VS2=46-22967.2Ls2-395.2Ls23(3)液相负荷上限线 液体的最大流量应保证在降液管中停留时间不低于3-5 S.依3-10 =3600AFHTLh=35依=5s 作为下限，即 ( ls）min=AFHT5=0.274×0.35=0.0164 M3/S(4)漏液线 以FO=5作为规定气体最小负荷的标准，则（V

10、S）min=4do2Nuo=40.0392×369×51.13=2.07m3s(5)相负荷下限线 取堰上液层高度ho=0.006m作为液相负荷下限条件，依照3-6计算 2.841000E(3600lW)23=0.006（LS）MIN=0.006×10002.84×132×LW3600=0.00124 m3/s根据上面的计算可以得到5条线，并将5条线作于附图2.附图 2由本计算附图2查的塔板的气相负荷上限VSMAX=5.2 M3S操作弹性=5.22.07=2.51已知理论塔板数为6层，总板效率为60%，故有效塔高Z按照3-1计算,即Z=NTET-1HT=60.6-1*0.3=2.7 m 附表1 浮阀塔板工艺设计计算结果项目数值及说明备注塔径2.200 板间距0.300 塔板形式单溢层弓形降液管分块式塔板空他起诉1.067 堰长1.452 堰高0.059 板上液层高度0.070 降液管底隙高度0.040 浮阀数369.000 等腰三角形叉排阀孔气速9.200 阀