精馏塔计算方法

1、目录1设计任务1.1 设计题目1.2 已知条件1.3 设计要求2精馅设计方案选定2.1 精摘方式选择2.2 操作压力的选择2.3 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精俑流程示意图3精储塔1：艺计算23.1物料衡算3.2精储1：艺条件计算3. 3热量衡算4塔板工艺尺寸设vl43.1 设计板参数3.2 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5.1 淹塔5.2 雾沫夹带6塔板负荷性能6. 1雾沫夹带线6.1 液泛线6.2 液相仇荷上限线6.4漏液线6.5 液相仇荷下限线6.6 负荷性能图7塔的

2、工艺尺寸设计88釜温校核99热量衡算10接管尺寸设日10符号说明10参考文献13结束语131.设计任务L1设计题目:年产8000吨乙醇板式精镭塔工艺设计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293.4%(w/w)乙醇。3残液0.1%(w/w)乙醇。4冷却水廿32度，,45度,ba1.3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 精储方式：本设计采用连续精储方式。原料液连续加入精储塔中，并连续收集产物和排出残液。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

3、和水的挥发度相差较大，因而无须采用特殊精饰。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，压降数低，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.由于蒸汽质量不易保证，采用间接，蒸汽加热。52. 6再沸器，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

4、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，储出产品进入储罐。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。3. 7精偏流程简图4. 精储塔工艺计算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水二18；M乙醇二46物料衡算汇总平均分子先质量组成质量流量摩尔组摩尔流量kmol/h成kg/h量g/mol3042F13323.1417.41065原料65乙醇3522.87109.861977水82.6193410

5、7.37W0.42040.039151.934釜液乙醇99.91932水99.96107.3326.63D111122.5684.7103893.4乙醇储出液0.118.014.1726.615.34. 07473. 33水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精谭工艺条件计算。（1）确定回流比R图解法确定R由图知X/（R+1）=0.93得R=l.89nlrOoln图解'在图上山点（X,X）在平衡线和对角线间向点（X,X）作梯级，由梯级个数确定最小理论板层数。N=10（不包括再沸器）小卜R图，已知R和N,由吉利兰图可确定一系列N-R相

6、关数据，绘出N-R关联皿°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T=78.23度塔顶“采用冷液回流，回流液温度为丁=65度则T定二（T+丁）/2=71.62度由参考”,资料3附录查得78.23度下尸2400叮/1,r=826kj/kgo71.62度条件下，z.”C=4.17kJ/（kg&S226;K）C=3.08kJ/（kg&S226;K）乙郴即，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/

7、L045=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），精编段13,提馀段4（不包括再沸器）（3）确定实际板层数。假设塔釜温度二107度，则塔顶与塔底平均温度度在96.62代入公式x,y把x=3.3%,y=26.2%度下查得.再92.62度下查得。由精储塔效率关联曲线查得全塔效率=0.343其中精镭段有。得精储塔工艺参数汇总表提谭段12精谭塔工艺参数汇总NpN1N2ETNTRRmin5038120.343173.61.89塔板工艺尺寸设计4.选择精储段第一块塔板为设计板。4. 1设计板参数在78.23度下山参考资料3查得表面张力计算，由参考资料4由丫=0.847

8、0查、石数据乂=0.8371,换算为质量浓度0.9292o0.9292的乙醇在25度时表面张力为.解得塔径2.4.3取塔板间距H=0.5m取板上液层高度h=0.06mH-h=0.5-0.06=0.44m。查筛板塔皿泛点关联图因。需校正，o取安全系数为0.7,则空塔气速为u=0.7u=L264m/s.,川，空塔气速1000mm.塔截面积圆整为溢流装置4.3选用单液流弓形降液管，不设进口堰=0.55D=0.55m1,取1(1)堰长°,III,采用平直堰，堰上液层高度h(2)出口堰高和1/DW.55在液流收缩系数图上查得加二1.05.,=0.0605m.0.047m,圆整为(3)弓形降液管

9、宽度W和面积Aol/D=0.55查参考资料2图得=0.0314m=0.085m,(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，取降液管处液体流速h(5)降液管底隙高度。圆整为u'=0.07111人0二0.038111,为便于加匚，°选用平型受液盘。塔板布置.44Ws=0.07m，因(1)破沫区宽度WsDVL5m,取Wc=O.05m（2）边缘区宽度（3）筛孔直径物料无腐蚀性，故可选厚度为3mm的钢板。取筛孔直径d=4mmo（4）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，则个，开孔率即在5-15%范围内，塔板

10、开孔面积（6）气体通过筛孔气速.流体力学验算5气象通过塔板的压降.51h,.干板压降h查干筛板流量系数图得00.77,液柱。（2）气体通过液层的阻力hl,由，查充气系数关联图得二0.58,h=0.5&液柱0.047+0.0135）=0.03509m（值很小，可忽略不计（3）克服液体表面张力而引起的流动阻力（4）单板压降h=0.04910+0.03509=0.08419m液柱,则：层塔板数，本设计为常压操作，对板压降无特殊要求。q2；（攵为防止塔内发生液泛，应使降液管内清液层高度HW（H+h）因物系不起泡，皿取系数二0.6,（H+h）=0.6（0.5+0.047）=0.3282m,H=h

11、+h+h-皿.液体通过降液管压降hd.所以不会发因为。生液泛。雾沫夹带量3.5.板上鼓泡层高度。在允许范围内。5.4漏液漏液点气速筛板稳定系数1.5不会发生漏液。5. 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7. 1雾沫夹带线取。o板上鼓泡层高度一则整理得，绘入图中得雾沫夹带线。一液泛线2.6.（1）关系，一,）关系，（2（关2,3）,取关系，则4（）,绘入图中得液泛线整理得，得取极限值液相负荷上限线5s36.,漏液线，因所以4.6,即液相负荷下限线，5.6.s/s二0.000436m整理得L取h极限值0.006m,则“6.6操作线，根据操作时气液

12、负荷Vs和Ls确定操作点P,该点与原点相连即得”/s血尸1.475x10操作线，P点坐标为V=O981hn/s,第6.7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）查出上限弹性下限7.塔的工艺尺寸设计块塔板（不包括再沸器），其中1m,顶部设置除沫器，全塔共50塔顶空间取为块塔板，全塔共(不包括再沸器)进料口放在从顶数第39精溜段38,提储段12层板上方，塔釜内和裙座上。板间距设计为，40个，分别在1,195设置人孔,190.6m板间距为0.6m的塔段分别在第0,5m,进料口和人孔处塔版间距调整为,0.5=24.8m塔釜空间高度3m50-l-3,40板上方

13、塔有效段高度30.6+()39块回流液加到第131m其中进料口笫39板，高度10.8m,全塔总高裙座高度2m30m板上，高度釜温校核8.查得塔釜压力下水的气体通过单板压降622.3Pa塔釜压力为由于其中基本是水,度合理度误差，所以塔釜温度沸点廿107.5107.9.热量衡算度到基准温度的比热1()原料液温度30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7L62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,塔顶产品温度为

14、65度，到基准温度的比热平均比热,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s失Q,釜残液温度107度到基准温度比热，,平均比热，依热量平衡关系釜液带出热量,6Q,解得10X6.156(4)热量衡算结果加入热量和移出热量平衡。热量衡算汇总单位：kj/h加热量移出热量6.47186.4718再沸器冷凝冷却器.产品热储热损耗釜液热量0.315810.各管在进出口时管内流体流量必须满足要求：原料液釜液回流馆出其中流速所以英文字母塔板鼓泡区面积，ApA降液管截面积，e筛孔面积，AoA塔截面

15、积，£负荷系数，无因次；C2oC泛点负荷系数，无因次；f6.156管路计算U液体选2m/s20dyn/cm4.082I气体6m/s,mm2；m2；m2；m2时的负荷系数，无因次0.2350.6156，m0.864,mC比热，kJ/kg&S226;K：pd筛孔直径，m；oD塔径，m：D塔顶产品流量，kmol/h或kg/h；e雾沫夹带量，kg（液）/kg（气）；,E液流收缩系数，无因次;E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；h干板压降，m；Ji液体通过降液管的压降，m；Jit气相通过塔板的压降，m；h板上鼓泡层高度，m：,hl板

16、上液层的有效阻力，m；h板上液层高度，m；由一一降液管底隙高度，m；oh堰上液层高度，m；c-hp与单板压降相当的液柱高度，m；h溢流堰高度，m；<h与克服表面张力的压强降相当的液柱高度，m；出一一降液管内清液层高度，m：Ji塔板间距，m；物质的焰，kj/kg；K稳定系数，无因次；1；m堰长，rL塔内液体流量，m3/s；加一一分子量；n筛孔总数；N一一理论板数；rN实际板数；P操作压强，Pa：AP单板压强，Pa；通过一层塔板的压强降，Pa/层；AP足一一进料热状况参数，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；&热负荷损失，kj/h；tr汽

17、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：T温度，C或K；T塔顶温度，C或K；s丁一一回流液温度，C或K；sU空塔气速，m/s；U按板上层液上方有效流通面积计的气速，m/s：.U极限空塔气速，m/s；naxU；m/s筛孔气速，。.U漏液点气速，m/s；3'0降液管底隙处液体流速，m/s；V精储段上升蒸气量，kmol/h；V 塔内气相流量，m3/h；XV 塔内气相流量，m3/s；3V '提谭段上升蒸气量，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；hw边缘区宽度，m：cW弓形降液管的宽度，m：“W破沫区宽度，m；sx液相组成，摩尔分率；y一一气相组成，摩尔分率；