精馏塔课程设计板式精馏塔

1、青海大学化工学院2011化工原理课程设计板式精馏塔姓名：刘雁飞学号：0821105113班级：08化工3班指导老师：李晓昆教授目录前言3设计思路4一. 概述6精馏操作对塔设备的要求61.2 精馏塔分类7泡罩塔7浮阀塔8筛板塔8二设计方案92.1 装置流程的确定9操作条件10三设计任务10四简捷塔设计11设计目的11设计基本思路114.3 物性分析12组分性质124.3.2 物性方法12模型建立15模块的选取154.4.2 DSTWU的设定164.4.3 运行结果184.4.4 确定轻、重关键组分的收率184.4.5 核算21本章小结25五严格塔核算26设计目的265.2 设计基本思路26模型建

2、立26模块的选取265.3.2 RADFRAC的设定265.4 小结34六、塔水力学校核3561 计算思路3562 ASPEN水力学计算3563 塔的负荷性能图37塔板负荷性能图介绍37塔板负荷性能图绘制376.4 本章小结44六设计结果一览表45七总结46参考文献：48附录（其它塔规格的符合性能图）49前 言在化学工业和石油工业中广泛应用的诸如吸收、解吸、精馏、萃取等单元操作中，气液传质设备必不可少。塔设备就是使气液成两相通过精密接触达到相际传质和传热目的的气液传质设备之一。塔设备一般分为级间接触式和连续接触式两大类。前者的代表是板式塔，后者的代表则为填料塔，在各种塔型中，当前应用最广泛的是

3、筛板塔与浮阀塔。筛板塔在十九世纪初已应用与工业装置上，但由于对筛板的流体力学研究很少，被认为操作不易掌握，没有被广泛采用。五十年代来，由于工业生产实践，对筛板塔作了较充分的研究并且经过了大量的工业生产实践，形成了较完善的设计方法。筛板塔和泡罩塔相比较具有下列特点：生产能力大于10.5%，板效率提高产量15%左右；而压降可降低30%左右；另外筛板塔结构简单，消耗金属少，塔板的造价可减少40%左右；安装容易，也便于清理检修。本次设计就是针对苯和甲苯混合物体系，利用Aspen Plus模拟软件而进行的常压二元筛板精馏塔的设计及其辅助设备的选型。设计思路首先要知道工艺计算要算什么？要得到那些结果？如何

4、算？然后再进行下面的计算步骤。（参考） 其次要知道你用的软件（或软件模块）能做什么，不能做什么？你如何借助它完成给定的设计任务。板式塔工艺计算步骤1.物料衡算（手算）目的：求解 aspen 简捷设计模拟的输入条件。内容：(1) 组份分割，确定是否为清晰分割；(2)估计塔顶与塔底的组成。得出结果：塔顶馏出液的中关键轻组份与关键重组份的回收率参考：化工原理有关精馏多组份物料平衡的内容。2.用简捷模块（DSTWU）进行设计计算目的：结合后面的灵敏度分析，确定合适的回流比和塔板数。方法：选择设计计算，确定一个最小回流比倍数。得出结果：理论塔板数、实际板数、加料板位置、回流比，蒸发率等等 RadFarc

5、e 所需要的所有数据。目的：1.研究回流比与塔板数的关系（NT-R），确定合适的回流比与塔板数。2.研究加料板位置对产品的影响，确定合适的加料板位置。方法：可以作回流比与塔板数的关系曲线（NT-R），从曲线上找到你所期望的回流比及塔板数。得到结果：实际回流比、实际板数、加料板位置。4. 用DSTWU再次计算目的：求解aspen塔详细计算所需要的输入参数。方法：依据步骤3得到的结果，进行简捷计算。得出结果：加料板位置、回流比，蒸发率等等 RadFarce 所需要的所有数据。5. 用详细计算模块（RadFrace）进行初步设计计算目的：得出结构初步设计数据。方法：用 RadFrace 模块的Tra

6、y Sizing（填料塔用PAking Sizing），利用第4步（DSTWU）得出的数据进行精确设计计算。主要结果：塔径。6. 核算目的：确定工艺计算的最后结果。方法：对第 5 步的计算结果（如：塔径等）按设计规范要求进行必要的圆整，用 RateFrace 模块的Tray Rating（填料塔用PAking Sizing），对塔进行设计核算。结果：塔工艺设计的所有需要的结果。一. 概 述精馏操作对塔设备的要求精馏所进行的是气(汽)、液两相之间的传质，而作为气(汽)、液两相传质所用的塔设备，首先必须要能使气(汽)、液两相得到充分的接触，以达到较高的传质效率。但是，为了满足工业生产和需要，塔设备

7、还得具备下列各种基本要求：() 气(汽)、液处理量大，即生产能力大时，仍不致发生大量的雾沫夹带、拦液或液泛等破坏操作的现象。() 操作稳定，弹性大，即当塔设备的气(汽)、液负荷有较大范围的变动时，仍能在较高的传质效率下进行稳定的操作并应保证长期连续操作所必须具有的可靠性。() 流体流动的阻力小，即流体流经塔设备的压力降小，这将大大节省动力消耗，从而降低操作费用。对于减压精馏操作，过大的压力降还将使整个系统无法维持必要的真空度，最终破坏物系的操作。() 耐腐蚀和不易堵塞，方便操作、调节和检修。() 结构简单，材料耗用量小，制造和安装容易。() 塔内的滞留量要小。实际上，任何塔设备都难以满足上述所

8、有要求，况且上述要求中有些也是互相矛盾的。不同的塔型各有某些独特的优点，设计时应根据物系性质和具体要求，抓住主要矛盾，进行选型。1.2 精馏塔分类根据塔内气、液接触构件的结构形式，塔设备可分为板式塔和填料塔两大类。板式塔大致可分为两类：一类是有降液管的塔板，如泡罩、浮阀、筛板、导向筛板、新型垂直筛板、舌形、S型、多降液管塔板等；另一类是无降液管的塔板，如穿流式筛板（栅板）、穿流式波纹板等。工业应用较多的是有降液管的塔板，如筛板、浮阀、泡罩塔板等。泡罩塔泡罩塔是应用最早的板式塔，是Celler于1813年提出的，其主要构件是泡罩、升气管及降液管。泡罩的种类很多，国内应用较多的是圆形泡罩。泡罩塔的

9、主要优点是：因升气管高出液层，不易发生漏液现象，操作弹性较大，液气比范围大，适用多种介质，操作稳定可靠，塔板不易堵塞，适于处理各种物料；但其结构复杂，造价高、安装维修不便，且因雾沫夹带现象较严重，限制了起诉的提高，现虽已为其他新型塔板代替，但鉴于其某些优点，仍有沿用。图1-1 泡罩塔浮阀塔浮阀塔广泛用于精馏、吸收和解吸等过程。其主要特点是在塔板的开孔上装有可浮动的浮阀，气流从浮阀周边以稳定的速度水平地进入塔板上液层进行两相接触。浮阀可根据气体流量的大小而上下浮动，自行调节。浮阀有盘式、条式等多种，国内多用盘式浮阀，此型又分为F1型（V1型）、V4型、十字架型、和A型，其中F1型浮阀结构较简单、

10、节省材料，制造方便，性能良好，故在化工及炼油生产中普遍应用，已列入部颁标准（JB111881）。其阀孔直径为39mm，重阀质量为33g，轻阀为25g。一般多采用重阀，因其操作稳定性好。 F-1型 V-4型 A型 十字架型 方形浮阀图1-2浮阀塔板筛板塔筛板是在塔板上钻有均布的筛孔，呈正三角形排列。上升气流经筛孔分散、鼓泡通过板上液层，形成气液密切接触的泡沫层（或喷射的液滴群）。筛板塔是1932年提出的，当时主要用于酿造，其优点是结构简单，制造维修方便，造价低，气体压降小，板上液面落差较小，相同条件下生产能力高于浮阀塔，塔板效率接近浮阀塔。其缺点是稳定操作范围窄，小孔径筛板易堵塞，不适宜处理粘性

11、大的、脏的和带固体粒子的料液。但设计良好的筛板塔仍具有足够的操作弹性，对易引起堵塞的物系可采用大孔径筛板，故近年我国对筛板的应用日益增多，在本设计中设计该种塔型。垂直筛板斜台装置图1-3筛板塔板二设计方案2.1 装置流程的确定精馏装置有精馏塔、原料预热器、再沸器、冷凝器、釜液冷却器和产品冷却器等设备。苯氯苯混合液（原料）经预热器加热到指定温度后送入精馏塔的进料板，在进料板上与自塔上部下降的的回流液体汇合后，逐板溢流，最后流入塔底。在每层板上，回流液体与上升蒸汽互相接触，进行热和质的传递过程。操作时，连续的从再沸器取出部分液体气化，产生上升蒸汽，依次通过各层塔板。塔顶蒸汽进入冷凝器中被冷凝，并将

12、部分冷凝液用泵送回塔顶或是自然回流作为回流液，其余部分经冷凝器冷凝后送出作为塔顶产品。塔釜采用间接蒸汽和再沸器共热。塔底产品经冷却后送入贮槽。操作条件1.操作压力：精馏操作可在常压、减压和加压下进行。塔内操作压力的选择不仅牵涉到分离问题，而且与塔顶和塔底温度的选取有关。根据所处理的物料性质，根据本设计任务制定为塔顶压力为4kPa。2.进料热状态：进料状态有5种，可用进料状态参数q值来表示。根据本设计任务制定为饱和液体进料，即q=1。3.加热方式：蒸馏一般采用间接蒸汽加热，设置再沸器，但也可采用直接蒸汽加热。但由于直接蒸汽的加入，对釜内溶液起一定稀释作用，在进料条件和产品纯度、轻组分收率一定的前

13、提下，釜液浓度相应降低，故需在提留段增加塔板以达到生产要求。4.回流比的选择：对于一定的生产能力，即馏出量D一定时，V的大小取决于回流比。一般取操作回流比为最小回流比的1.12倍，即。三 设计任务常压操作连续筛板精馏塔设计，设计参数如下：1、进料组份：苯41%、氯苯59%（质量分率）；2、处理量：苯和氯苯混合液6000/h；3、进料热状态：饱和液相进料；4、操作压力：4 kPa（塔顶表压）；5、单板压降：0.7 kPa；6、塔顶馏出液：苯量大于98%（质量分率）；7、塔底釜液：苯量小于2%（质量分率）；8、回流比：自选； 建厂地址：内地； 9、全塔效率：ET=52% 。四 简捷塔设计 设计目的

14、确定合适的回流比、理论板数。 设计基本思路根据设计任务中要求设计满足：塔顶馏出液苯含量大于98%（质量分率），塔底釜液苯量小于2%（质量分率）。这是一个分离范围，在Aspen Plus中要输入具体的某个值，所以两个指标很难同时达到。在建立简捷塔后，利用Aspen Plus的进行以轻重关键组分的回收率为自变量，以XD、XW为因变量的灵敏度分析，选出一个可以同时达到塔顶馏出液苯量大于98%，塔底釜液苯量小于2%这2个指标的合适的操作点。4.3 物性分析 组分性质1、苯，英文名称为Benzene，分子式C6H6，分子量78.11，相对密度（0.8794(20)）比水轻，且不溶于水，因此可以漂浮在水面

15、上。苯的熔点是，沸点为，燃点为，在常温常压下是无色透明的液体，并具强烈的特殊芳香气味。因此，苯遇热、明火易燃烧、爆炸，苯蒸气与空气混合物的爆炸限是1.48.0%。常态下，苯的蒸气密度为2.77，蒸气压13.33kPa(26.1 )。 苯是常用的有机溶剂，不溶于水，能与乙醇、氯仿、乙醚、二硫化碳、四氯化碳、冰醋酸、丙酮、油等混溶，因此常用作合成化学制品和制药的中间体及溶剂。苯能与氧化剂发生剧烈反应，如五氟化溴、氯气、三氧化铬、高氯酸、硝酰、氧气、臭氧、过氯酸盐、(三氯化铝+过氯酸氟)、(硫酸+高锰酸盐)、过氧化钾、(高氯酸铝+乙酸)、过氧化钠等。 2、氯苯，英文名为Chlorobenzene，分

16、子式C6H5Cl，分子量，无色澄清液体。有苦杏仁气味。易折射。易挥发。遇日光即分解。略有麻醉性。易溶于乙醇、乙醚、苯和氯仿，不溶于水。相对密度(d204)1.107。熔点-45。沸点131132。折光率(n20D )1.5248。闪点28。易燃 、有毒。4.3.2 物性方法在Aspen Plus中选择适当的物性方法是比较重要的，物性方法的适当与否关系到模型的准确性。物系方法和模型的参数以及热力学数据基本来源于Aspen plus的数据库，某些参数则需要根据工业数据来进行调整。物性方法的选择是有一定的准则的.根据不同的物性体系，体系中是否极性物质为主，以及电解质，压力的大小，是否存在气体等不同的

17、条件来选取不同的物性方法。苯-氯苯可认为是理想系，故本文采用的物性方法是IDEAL模型。图4-1苯-氯苯气液平衡数据Aspen 中采用ideal热力学方法的数据数据得出方法（Toolsanalysispropertybinary）表1-1 aspen数据库提供的苯-氯苯气液平衡数据序号温度XY序号温度XY10014215316417518619720821922102311241225132611通过上述数据，能得到如下图象：图4-2 苯-氯苯体系的Txy图（实验值和计算值比较）图4-3 苯-氯苯体系的xy图（实验值与计算值） 模型建立模块的选取Aspen Plus 精馏塔的模拟类型可以分为设

18、计式和操作式模拟计算. 可以通过定义模型的回流比进行设计型计算，又可以定义塔板数进行操作型计。Aspen Plus中有各种各样的塔模型来模拟精馏塔，其中最为常用的是DSTWU和RADFRAC两种模型。DSTWU模块用Winn-Underwood-Gilliland简捷算法进行精馏塔的设计，根据给定的加料条件和分离要求计算最小回流比、最小理论板数、给定回流比下的理论板数和加料板位置。首先选取DSTWU模块确定精馏塔基本操作参数（回流比、塔板数）。 DSTWU的设定图4-4 DSTWU模型图 1、进料参数FEED图4-5 FEED参数 2、塔参数设置DSTWU模型有四组模型设定参数: （1）塔设定

19、(Column specifications)塔板数(Number of stages)；回流比(Reflux ratio)0，实际回流比，Sensitivity点击New，新建敏感度分析s-1。（1）、因变量的输入在Define菜单下Flowsheet variable输入XD、XW。图4-8 因变量XD的参数图4-9 因变量XW的参数（2）、自变量的输入 点击vary，按截图输入参数。图4-10 自变量重关键组分参数图4-11 自变量轻关键组分参数（3）、运行结果的输出 点击Tabulate，按如下截图输入参数。图4-12 生成结果参数的输入点击运行，打开results得到如下结果表图4-

20、13 敏感度分析结果表4.4.5核算将图13中的黑色结果输入到如下图标。图4-14 确定塔的参数重新运算后，发现计算结果能达到设计要求：图4-15 分离结果表 上述过程虽然轻、重关键组分的回收率，但是精馏塔的回流比和塔板数还没确定。 通过敏感度分析，找到最佳操作点。 Model Analysis Sensitivity点击New，新建敏感度分析s-2。 (1)、新建因变量塔板数：图4-16 因变量塔板数参数(2)、新建自变量回流比：图4-17 自变量回流比查看S-2的result，并用作图分析：图4-18 简捷塔回流比和塔板数的关系通过上图的分析可知，当回流比取5左右时，对于蒸馏来说是最合理的

21、。因为如果回流比太大，减小回流比时，塔的塔板数不会明显减少，这样只会增加塔的操作成本。而如果回流比小于5，则只要稍稍减少一点，则塔的塔板数能明显的减少。这于塔的操作，在经济上是合理的。因此，塔的回流比我们选择重新运行程序，能得到如下结果：图4-19 简捷塔操作结果表4-1 严格塔基础数据回流比 总理论板层数 NT =11.2670711（包括再沸器和冷凝器)进料板位置 NF精馏段实际板层数 N精/52% = 13提馏段实际板层数 N提 =（1-）/52% = 10塔顶操作压力 PD = 101.3+4 = 105.3 kpa每层塔板压降 P = 0.6 kpa进料板压力 PFkpa本章小结通过

22、简捷塔的设计，我们知道要达到设计要求的回流比、理论板数和进料板位置。并且通过敏感度分析，我们知道了塔顶XD和塔底XW轻重组分的蒸出率。并结合全塔效率，我们能够计算出严格塔的实际板数。通过本章的设计，我们对敏感度分析有了一个更加明确的认识。为以后更加熟练的应用aspen plus打下了基础。五严格塔核算 设计目的使用严格蒸馏塔进行塔精确模拟分析，简捷塔计算结果做为精确计算的输入依据，最后得出准确结果，完成设计。5.2 设计基本思路根据DSTWU模型计算的结果，得到回流比R，理论板N，进料位置NF。进行严格计算，待参数都输入完毕后运行，检查结果，看分离是否满足要求。若不满足设计要求，可改变回流比、

23、进料位置。也可以采用designe规定，结果是否满足设计要求。 模型建立模块的选取RADFRAC模块同时联解物料平衡、能量平衡和相平衡关系，用逐板计算方法求解给定精馏塔的操作结果。RADFRAC模块用于准确计算精馏、吸收塔(板式塔或填料塔)的分离能力和设备参数。图5-1 严格塔模块的选择 RADFRAC的设定图5-2 严格塔进料参数RADFRAC模块具有以下设定项目: 1）配置(Configuration ) 2）物流(Streams ) 3）压力(Pressure ) 4）冷凝器(Condenser ) 5）再沸器(Reboiler ) 6）三相(3-Phase)各设定项目具体内容如下:1）

24、配置配置中又分为以下六个小项目:(1)塔板数(Number of Stages )(2)冷凝器(Condenser )冷凝器配置有以下四个选项: A、全凝器(Total) B、部分冷凝一汽相馏出物( Partial-Vapor ) C、部分冷凝一汽相和液相馏出物(Partial-Vapor-Liquid ) D、无冷凝器(None )(3)再沸器(Reboiler )再沸器配置有三个选项: A、釜式再沸器(Kettle ) B、热虹吸式再沸器(Thermosyphon ) C、无再沸器(None )(4)有效相态(Valid Phase)有效相态有以下四个选项可供选择: A、汽一液(Vapor

25、-Liquid ) B、汽一液一液(Vapor-Liquid -Liquid) C、汽一液一再沸器游离水(Vapor-Liquid-FreeWaterCondensor) D、汽一液一任意塔板游离水(Vapor-Liquid-FreeWaterAnyStage )(5)收敛方法(Convergence)收敛方法从六个选项中选择一种: A、标准方法(Standard ) B、石油/宽沸程(Petroleum/Wide-Boiling ) C、强非理想液相(Strongly Non-ideal Liquid ) D、共沸体系(Azeotropic ) E、深度冷冻体系(Cryogenic ) F、

26、用户定义(Custom )(6)操作设定(Operation Specifications)操作设定从十个选项中选择: A、回流比(Reflux Ratio ) B、回流速率(Reflux Rate ) C、馏出物速率(Distillate Rate)D、塔底物速率(Bottoms Rate )E、上升蒸汽速率(Boilup Rate)F、上升蒸汽比(Boilup Ratio )G、上升蒸汽/进料比(Boilup to Feed Ratio )H、馏出物/进料比(Distillate to Feed Ratio )I、冷凝器热负荷(Condenser Duty )J、再沸器热负荷(Reboil

27、er Duty )2)物流有以下两种:(1)进料流股(Feed Streams )用于指定每一股进料的加料板位置.(2)产品流股(Product Streams )用于指定每一股侧线产品的出料板位置及产量。3)塔内压力设定有三种方式:(1)塔顶/塔底(TopBottom ):指定塔顶压力、冷凝器压降和塔压降。(2)压力剖型(Pressure Profile ):指定每一块塔板压力。(3)塔段压降(Section Pressure Drop ):指定每一塔段的压降.4)冷凝器设定有两组参数:指定冷凝温度(Temperature)和蒸汽分率(Vapor Fraction)两个参数之一(2)过冷态(

28、Subcooling ): 5)过冷选项(Subcooling option ) 二选一:回流物和馏出物都过冷/仅仅回流物过冷。 6)过冷指标(Subcooling specification) 二选一:过冷物温度/过冷度图5-3 严格塔操作参数图5-4 进料板位置图5-5 塔压参数3. 定义塔板效率与分离结果选择默弗里效率（Murphree efficiencies），222级板效为0.52；再沸器效率（第23级）效率为。图5-6 塔效率的选择图5-7 塔效率的具体值重新运行，查看分离结果：图5-8 严格塔的分离效果表5-2 严格塔分离结果表原料液塔顶产品塔釜产品温度/压力/bar体积流量m

29、/h质量流量kg/hC6H62460.000C6H5CL3540.000质量分率C6H6C6H5CL 4、塔效整定 由上述塔的效率设定可知，设定了每块板的墨菲里效率，但是在这个效率下不一定能达到设计要求。因此，我们有必要进行塔效整定。其具体过程如下：（1）、BlockB1Design specs图5-9 严格塔必须达到的分离效果（质量分率）图5-10 设计规定中的组分图5-11 设计规定的物流 （2）、BlockB1VaryNew图5-12 可操作变量的参数 做了上述规定后，重新运行，得到如下结果表：图5-13 设计规定运行的结果 通过图35的结果可知，通过塔效整定后可知，塔板的墨菲里效率为5

30、.3.3 塔的尺寸和塔的核算同过上述塔的计算过程，我们现在还没有确定的问题就是就是塔的尺寸。在塔的尺寸中，塔径和板间距能改变的量是板间距。因此改变塔的板间距，能得到一个合理的塔径。图5-14 塔的参数规定 重新运算后，得到如下结果：图5-15 塔的运行结果 将上述运行结果（将塔径圆整到0.8）输入到塔核算中，看是否满足塔的水力学。重新运行后，查看运行结果：图5-16 塔核算结果表 查看文献质料可知： 最大液泛因子（maximum flooding factor）必须小于0.8； 最大降液管液位/板间距必须在0.240.5之间。并且通过profiles可以知道水力学分析的数据（Hydraulic

31、 analysis）。通过水力学分析，我们知道设计的塔是否液泛。上述设计虽然解决了塔的液泛问题，但塔是否满足操作条件，还要通过负荷性能图来说明问题。5.4 小结至此，严格塔设计算计已经全部结束。在模拟过程中发现如下几点规律：1、在里面的里面有整定后的或者没有经过整定的各个塔板的效率。2、其他条件均不变，当我增大塔效率，液泛因子变小3、 整定效率的时候，设计规定中效率的上下限值和整定的效率也有关系。4、 改变塔板设计“Tray Sizing”和塔板校核“Tray Rating”中的塔径或者板间距都不会改变水力学“Hydraulics”中的任何一项数据，只有当我改变塔板效率的时候水力学数据才会改变

32、。六、塔水力学校核61 计算思路通过ASPEN水力学分析出设计条件下最易液泛（漏液）的一块塔板，计算出这一块塔板的流体力学性能，并画出负荷性能图，只要这一块板的操作点适中，不发生液泛（漏液）就可以确定其他板就更加不会了。同时，依次改变设计条件：板间距、板径，得出它们的改变对操作弹性的影响。62 ASPEN水力学计算以“Tray Sizing”设定板间距0.5m，得到结果塔径为“Tray Rating”中为例：在设计数据的最大负荷下，对全塔进行了最大水力学模拟分析。下图39为全塔的液相流率和水力学最大流率剖面图，其水力学的最大流率表明了引起液泛的最小液相流率，从图中可看出，在最大负荷下，在全塔的

33、任何一块塔板，都能保证不引起液泛。由图中可以看出，第2块塔板是发生降液管液泛的设计上最薄弱的环节。图6-1 全塔的汽相流率和水力学最大流率剖面图图6-2 全塔的液相流率和水力学最大流率剖面图表6-1 水力学结果表Stage（气相)Actual Vapor FlowHydrauli Maximum Vapor Flow差值Stage（液相）Actual Liquid FlowHydrauli Maximum Liquid Flow差值tonne/hrtonne/hrtonne/hrtonne/hrtonne/hrtonne/hr1122334455667788991010111112121313

34、1414151516161717181819192020212122222300023由于上述规格的塔最易液泛和最易漏液的塔板都是第2块，因此选择塔的第2块板进行计算。（其他数据见课程设计.xls）63 塔的负荷性能图 塔板的气液正常操作通常以塔板的负荷性能图表示，如图6-3，负荷性能图以气体体积流量（m3/s）为纵坐标，液体体积流量（m3/s）为横坐标标绘而成，它由漏液线、雾沫夹带线、液相负荷下限线、液相负荷上限线和液泛线五条线组成，其中每条线代表一个极限操作情况，五条线包围部分是正常操作范围。当塔板的类型、结构尺寸以及待分离的物系确定后，负荷性能图可通过实验确定。图6-3 负荷性能图1雾沫

35、夹带线2液泛线3.液相上限线4.漏液线5.液相下限线塔的操作弹性是评价塔性能的重要指标，在塔的操作液气比下，如图6-3，操作线OAB与界限曲线的交点的气相最大负荷V大与气相允许最小负荷V小之比称为操作弹性，即：操作弹性=V大 /V小 。绘制 （1）.从Aspen计算结果表中提出精馏段气、液相的数据读出第2块塔板的有关数据： 气、液相体积流率为 气、液相密度为 （2）. 塔的截面积为 实际空塔气速为 （3）.精馏塔有效高度的计算 取板间距，则 精馏段的有效高度为 提馏段的有效高度为 当塔径时，至少要开一人孔。故在进料板上方开1人孔（），其高度为 故精馏塔的有效高度为 （4）.塔板主要工艺尺寸的确

36、定 因为塔径m，可选用单溢流、弓形降液管，采用凹形受业盘。a. 堰长 从Aspen计算结果读出。b. 溢流堰高度 选用平直堰，堰上液层高度，由下式计算 近似去E=1，则取板上清液层高度 、从Aspen计算结果表中读出：d、 降液管底隙高度 故 降液管底隙高度设计合理。（5）.塔板布置 因为，故塔采用分块式。查表可知，时，塔板分三块。取 从Aspen计算结果表中读出。d、 筛孔计算及其排列苯和氯苯体系无腐蚀性，选用碳钢板，取筛孔直径。筛孔按正三角形排列，去孔中心距t为筛孔数目n为 从Aspen计算结果表中读出开孔率为 气体通过阀孔的气速为 塔板负荷性能图（matlab 编程） （1）.漏液线 由

37、 查图的 .得出其方程为：（2）.液沫夹带线由=液/Kg气为限，求-的关系：得出其方程为：（3）.液相负荷下限线对于平直堰，去堰上液层高度作为最小液体负荷标准。取E=1，由则 据此可作出与气相流量无关的垂直液相符合下限线（4）.液相负荷上限线以作为液体在降液管中停留时间的下限，由算式的故 据此可以做出与气体流量无关的垂直液相负荷上限线。（5）.液泛线令由；联立得：忽略，将与，与，与的关系式代入上式，并整理得式子：其中参数：故 6.4 塔板负荷性能图根据上面求出的各操作线的方程，在matlab中作出塔的负荷性能图图6-4 负荷性能图由塔负荷性能图可以看出： 精馏段第2块塔板的气液负荷下的操作点处

38、在适宜操作区内。 塔板的气相负荷上限由雾沫夹带控制，操作下线由漏液控制。 由图可读出塔板的气相负荷上限VSmaxm3/s,气相负荷下限VSmin=0.32m3/s4.5313。通过负荷性能图（附录中）的分析，我们能得出如下结果表：表6-2 塔负荷性能结果塔径800mm塔径1000mm板间距350mm漏液线不符合操作条件（液泛） Ls2/3=Vs2雾沫夹带线 Ls2/3-0.25=0液泛线-9Ls2-4Ls4/3=Vs2液相负荷上限线液相负荷下限线Ls=5.55*10-4操作弹性板间距450mm漏液线 Ls2/3=Vs2不符合操作条件（漏液）雾沫夹带线 Ls2/3-0.35=0液泛线2Ls4/3

39、=Vs2液相负荷上限线液相负荷下限线Ls=4.5123*10-4操作弹性板间距500mm漏液线 Ls2/3=Vs2不符合操作条件（漏液）雾沫夹带线 Ls2/3-0.4=0液泛线2Ls4/3=Vs2液相负荷上限线液相负荷下限线Ls=4.5134*10-4操作弹性板间距600mm漏液线 Ls2/3=Vs2不符合操作条件（漏液）雾沫夹带线Vs Ls2/3-0.5=0液泛线Ls2Ls4/3=Vs2液相负荷上限线液相负荷下限线Ls=5.459*10-2操作弹性分析上述表格，我们能得出如下结论：1. 塔径增大，发生漏液的可能性愈大。2. 如果塔径过小，则更加容易发生液泛。3. 在符合负荷性能图的情况下，也

40、能找到一种塔的规格，使其操作弹性最大。4. 在固定塔径的情况下，改变板间距，其操作弹性的变化趋势为先曾大，后减小。因此，即便是塔径不可变，只能改变板间距，也能找到一种最合适的塔。塔的其他参数如表6-3：直径800mm板间距/(mm)直径800mm板间距/(mm)350450500600350450500600塔板结构系列标准塔截面积AT(m2)堰长Lw(m)降液管宽Wd(m)09降液管截面积Af (m2)液泛因子(小于0.8)板段压降(小于kpa)降液管高/板间距(0.250.5)最易液泛（漏液）板（手算）气相板数222222操作弹性液相板数22222操作弹性表6-3 精馏塔附件参数本章小结1

41、、从表6-2中Tray Sizing整定直径可以看出塔板设计得到固定板间距下的直径，可以看出将它们圆整到1000mm才是最合适的。2、为了得到操作弹性与板间距、塔径大小变化的关系，依次将塔径圆整到1000mm、1200mm、1400mm，并做负荷性能图计算操作弹性，但是我们可以从表6-2看出使用纯数学的方法（不考虑塔设计的其他制约条件）得出来关于操作弹性的变化规律是没有说服力的。因为在此次设计里面得不到固定板间距、增大塔径后，对操作弹性有说服力的变化趋势。3、当不同板间距下的塔径均圆整到1000mm、1200mm、1400mm后，可以得出这样一个可靠的结论：固定塔径、增大板间距，操作弹性增大。六 设计结果一览表项 目符 号单 位计算数据精馏段（第2块塔板）提馏段（第22块塔板）压 强（aspen结果）PmkPa117.9温 度（aspen结果）tm k355.44403.57流 量（aspen结果）气 相VSm3/s液 相LSm3/s实际塔板数N块1310塔的有效高度Zm6板间距