精馏塔的计算

1、本次设计的一部分是设计苯酐轻组分塔，塔型选用F1浮阀塔，进料为两组分进料连续型精馏。苯酐为重组分，顺酐为轻组分，从塔顶蒸除去，所以该塔又称为顺酐塔。5.1 确定操作条件 顺酐为挥发组分，所以根据第3章物料衡算得摩尔份率： 进料： 塔顶： =0.8502 塔底： =0.002 该设计根据工厂实际经验及相关文献给出实际回流比R=2（R=1.3Rmin），及以下操作条件： 塔顶压力：10.0kPa； 塔底压力：30.0kPa； 塔顶温度：117.02； 塔底温度：237.02； 进料温度：225； 塔板效率：ET=0.5 5.2 基础数据整理 （1）精馏段：F, xF12nn+1x1 y2x2 yn

2、 xn yn+1V , y1L,xD D,xD图5-1 精馏段物流图 平均温度： 平均压力：pa根据第3章物料衡算，列出精馏段物料流率表如下：表5-1精馏段物料流率物料质量流量 kg/h分子量kg/kmol摩尔流量kmol/h内回流3409.22409834.7880 标准状况下的体积： V0=Nm3/h 操作状况下的体积： V1= =1103.2112 Nm3/h 气体负荷： Vn= m3/s 气体密度： kg/m3 液体负荷： Ln= m3/s 171.01时 苯酐的密度为1455kg/m3 （2）提馏段：mm+1 NL VxmF , xFym+1yNxN蒸气W ,xWxn图5-2 提馏段

3、物料图 平均温度：入料压力： 平均压力： 22.5kPa根据第3章物料衡算列出提馏段内回流如下图：表5-2 提馏段内回流物料质量流量kg/h分子量kg/kmol摩尔流量kmol/h内回流8788.54209889.6790标准状况下的体积：Nm3/h 操作状态下的体积： =751.0162 Nm3/h气体负荷：Vm=m3/s气体密度 =kg/m3 查得进料状态顺酐与苯酐混合物在温度225下，含顺酐5.41(wt)%,密度1546kg/m3。塔底含顺酐很少，可近似为纯苯酐，在塔顶的温度及压力状态下苯酐的密度为1530kg/m3。液体的平均密度：，液体负荷m3/s5.3 塔板数的确定 由于进料中顺

4、酐的摩尔分率很小，无法用常规的作图法求解塔板数。所以这里采用假设全回流计算理论最少塔板数Nmin，下面应用芬斯克方程14式有： 查得全塔平均相对挥发度=3.7，及精馏段平均响度挥发度4.5所以全塔的最少理论板层数： =5.1 精馏段最少理论板层数： =1.7由： =0.17对应吉利兰图查得： =0.48所以对全塔： =解得全塔理论板数： N= 11.7对精馏段： 解得精馏段理论塔板数： N2=5.1所以提馏段理论塔板数： N3=6.6所以得到实际板层数： 精馏段：N精=5.1/0.5=10.211 提馏段：N提=6.6/0.5=13.214全塔实际板层数： N总=25实际进料板： NT=12

5、5.4 塔径的计算及板间距离的确定 由于浮阀塔塔板效率高，生产能力大，且结构简单，塔的造价低，所以本次设计采用的是F1型浮阀塔，设全塔选用标准结构，板间距HT=0.35m，且因为该顺酐塔为减压塔，所以设计溢流堰高hc=0.025m 精馏段(1)精馏段功能参数：() =0.217塔板间的有效高度H0=HT-hC=0.325m由史密斯图13查得：，(2)塔顶温度117.02下=20.14mN/m，=20.21mN/m，所以=20.14×0.79+20.21×0.21=20.15mN/m进料层温度225下=17.12mN/m，=19.33mN/m所以=17.12×0.0

6、54+19.33×0.946=19.21mN/m所以精馏段液相平均表面张力19.6mN/m(3)计算出操作物系的负荷因子C=所以最大空塔气速设计气速：取安全系数为0.7，则U=0.70.70.86=0.607m/s(4)塔径D=m 提馏段(1)精馏段功能参数为：（） =0.088塔板间有效高度：H0=0.30m由史密斯图得负荷系数：=0.051(2)塔底温度237.02下=15.81mN/m，=16.27mN/m所以=15.81×0.0013+17.27×0.9987=16.27mN/m所以提馏段液相平均表面张力=17.74mN/m(3)计算出操作物系的负荷因子0

7、.049所以最大空塔气速：设计气速：取安全系数为0.7，则U=0.70.70.54=0.378m/s(4)塔径对全塔，取圆整D=900mm塔截面积5.5 塔高的计算精馏段有效高度：提馏段有效高度：在进料板上方开一人孔，其高度为0.8m所以精馏塔的有效高度为5.6 溢流堰长计算 上面计算得出的塔径为900mm，远小于2m，所以溢流方式采用单溢流。堰长一般根据经验确定，对于此次塔设备的弓形降液管，堰长： 5.7 塔体厚度的计算 本次设计中精馏操作为减压操作，塔体材料选用Q235-A，该材料的许用应力： ，厚度附加量2mm 塔体内液柱高度16： 液柱静压力：(可忽略) 计算压力： 塔体计算厚度： 塔体设计厚度： 塔体名义厚度：4mm 塔体有效厚度：2mm5.8 塔设备计算结果列表5-3 塔设备计算结果列表项目数值及说明塔径，m0.900板间距，m0.350塔截面积，