精馏塔计算方法

1、精憾塔计算方法目录1设计任务书.1.1设计题目.11.2已知条件.1.3设计要求.2精馏设计方案选疋. d2.1精馏方式选择.12.2操作压力的选择.2.4加料方式和加热状态的选 择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精馏流程示意 图3精馏塔工艺计算. 23.1物料衡算.3.2精馏工艺条件计算.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.

2、6.5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11设计题目：年产8000吨乙醇板式精馏塔工艺设计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W 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精馏方式：本设计采用连续精馏方式。原料液连续加入精馏塔中，并连续 收

3、集产物和排出残液。其优点是集成度高，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馏。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再沸器，冷凝器等附属

4、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，馏出产品进入储罐。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。2.7精馏流程简图3.精馏塔工艺计算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物料衡算汇总摩尔流量摩尔组质量流量质量组成%平均分子kmol/h成%kg/h量g/mol原料F133304222.

5、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馏出液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：。由方程组，因为解得得物料衡算汇总表3.2精馏工艺条件计算(1)确定回流比R图解法确定Rmin由图知 X(R+1) =0.93得Rnin=1.89图解Nnin在图上由点（XD,XD）在平衡线和对角线间向点（Xw,Xw）作梯级，由梯级个数确定最小理论板层

6、数。Nnin=10（不包括再沸器）N-R图，已知 臥和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X=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3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/ （ kg&S226;K）回流热状态参数参考下式计算

7、，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），精馏段13,提馏段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。由精馏塔效率关联曲线查得全塔效率=0.343其中精馏段有38,提馏段12。得精馏塔工艺参数汇总表精馏塔工艺参数汇总NpN1N2ETNTRRmin5038120.343173.61.894.塔板工艺尺寸设计选择精馏段第一块塔板为设计板。4.1设计板参数

8、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4.2塔径取塔板间距H=0.5m取板上液层高度hL=0.06m HT-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 uma=1.264m/s.，圆整为1000mm塔截面积，空塔气速4.3溢流装置选用单液流弓形降液管，不设进口堰(1) 堰长lw,取Iw=0.55D=0.55m(2)出口堰高hw,采用平直堰，堰上液层高度，由和Iw/D=0.55在液流收缩系数

9、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A0Iw/D=0.55查参考资料2图得=0.085m,=0.0314m管尺寸可用(5)降液管底隙高度ho,取降液管处液体流速u=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D5s故降液液柱。(2)气体通过液层的阻力hl,由查充气系数关联图得=0.58，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，可忽略不计单板压降ht=0.04910+0.03509=0.08419m液柱，则层

10、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(HT+hw)因物系不起泡，取系数=0.6，(HT+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干板压降hd,查干筛板流量系数图得G=0.77,05.4漏液。在允许范围内漏液点气速1.5不会发生漏液。筛板稳定系数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。6.2液泛线(

11、1)关系,(2)关系，(3)关系，(4)关系，整理得6.3液相负荷上限线，绘入图中得液泛线取极限值5s，得6.4漏液线，因所以，即6.5液相负荷下限线,6.6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=0.9811m/s，Ls=1.475x10-3nVs6.7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im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,提馏段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1,1

12、9,40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tw=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取hw极限值0.006m，贝U整理得L=0.000436m3/s平均比热,原料液带入热量为(2)

13、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，平均比，塔外蒸汽量，采用32度的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Q,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71.62度，塔顶温度下气化潜热平均温度71.62度下的比热热水作为冷却剂，冷却水出口温度升至，解得Q6156 X 106(4)热量衡算结果 加入热量和移出热量平衡热量衡

14、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：原料液釜液回流馏出其中流速u液体选2m/s,气体6m/s所以mmm英文字母A 塔板鼓泡区面积，m2A 降液管截面积，m2Ao-筛孔面积，m2AT塔截面积，m2C负荷系数，无因次；C2o-20dyn/cm时的负荷系数，无因次C泛点负荷系数，无因次；Cp比热，kJ/kg &S226; K;do筛孔直径，mD塔径，mD-塔顶产品流量，kmol/h或kg/h;ev雾沫夹带量，kg（液）

15、/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，mht-气相通过塔板的压降，mhf板上鼓泡层高度，mhl板上液层的有效阻力，mhL板上液层咼度，mh降液管底隙高度，mh0w堰上液层高度，mhp与单板压降相当的液柱高度，mhW溢流堰高度，mh，与克服表面张力的压强降相当的液柱高度，mH降液管内清液层高度，mHr塔板间距，mI物质的焓，kJ/kg；K稳定系数，无因次；堰长，mLS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，P

16、a；P-单板压强，Pa；PP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；Q再沸器热负荷，kJ/h；Q-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，C或K；t孔心距，m r温度，c或K；Ts塔顶温度，C或K；Ts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,Umax极限空塔气速，m/s；m/s；Uo筛孔气速，m/s;UOM漏液点气速，m/s；uo降液管底隙处液体流速，m/sV精馏段上升蒸气量，kmol/h；Vh塔内气相流量，m3/h；VS塔内气相流量，m3/s；V提馏段上升蒸气量，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，mW-弓形降液管的宽度，mW破沫区宽度，mx液相组成，摩尔分率；y气相组成，摩尔分率；Z 塔