筛板精馏塔设计

1、筛板精馏塔设计例如化工原理课程设计任务书 设计题目:分别苯-甲苯混合液的筛板精馏塔0.960.01。设计条件如下： 3-18进料热状态进料热状态回流比单板压降全塔效率建厂地址操作压力4kPa(塔顶常压)自选自选0.7kPaET=52%天津地区试依据上述工艺条件作出筛板塔的设计计算。设计计算 1 设计方案确实定将原料液通过预热器加热至泡点后送人精馏塔内。塔顶上升蒸气承受全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一局部回流至塔内，其余局部经产品冷却器冷却后送至储罐。该物系属易分别物系，最小回流比较小，故操作回2精馏塔的物料衡算(1)苯的摩尔质量甲苯的摩尔质量原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量物料衡算原料处理量总

2、物料衡算 46.61DW苯物料衡算 46.610.450.966D0.012 W联立解得 D21.40 kmolhW=25.21kmolh塔板数确实定苯一甲苯属抱负物系，可承受图解法求理论板层数。xy3-22。求最小回流比及操作回流比。3-19e0.45，0.45作垂线ef(q线与平衡线的交点坐标为yq0.667xq0.450求精馏塔的气、液相负荷3-22 图解法求理论板层数求操作线方程精馏段操作线方程为提馏段操作线方程为图解法求理论板层数NT125包括再沸器实际板层数的求取精馏段实际板层数提馏段实际板层数5/0.529.610,6.5/0.52=12.513精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计

3、算以精馏段为例进展计算。操作压力计算PD101.34=105.3kPaP0.7kPaPF105.30.710112.3kPa精馏段平均压力 Pm 105.3112.32108.8 kPa操作温度计算安托尼方程计算，计算过程略。计算结果如下：tD82.1tF99.5tm82.l99.5/290.8塔顶平均摩尔质量计算xD=y1=0.966,查平衡曲线3-22，得x1=0.916进料板平均摩尔质量计算由图解理论板3-22，得yF0.604查平衡曲线3-22，得xF0.388精馏段平均摩尔质量平均密度计算气相平均密度计算由抱负气体状态方程计算，即液相平均密度计算液相平均密度依下式计算，即塔顶液相平均

4、密度的计算tF99.5，查手册得进料板液相的质量分率精馏段液相平均密度为 Lm=812.5+791.6/2=802.1 kg/m3液体平均外表张力计算液相平均外表张力依下式计算，即塔顶液相平均外表张力的计算由 tD82.1， A=21.24 m N/m B=21.42 m N/m LDm=0.96621.24+(1-0.966)21.42=21.25 mN/m进料板液相平均外表张力的计算查手册得 A=18.90 m N/m B=20.0 m N/m LFm=0.38818.90+(1-0.388)20.0=19.57 mN/m精馏段液相平均外表张力为 Lm=21.25+19.57/2=20.4

5、1 mN/m液体平均粘度计算液相平均粘度依下式计算，即lg Lm=xilg i塔顶液相平均粘度的计算 A=0.302 mPas B=0.306 mPaslg LDm=0.966lg(0.302)+ (1-0.966)lg(0.306)解出 LDm=0.302 mPas tF99.5，查手册得 A=0.256 mPas B=0.265 mPaslg LFm=0.388lg(0.256)+ (1-0.388)lg(0.265)精馏段液相平均粘度为 Lm=(0.302+0.261)/2=0.282 mPas精馏塔的塔体工艺尺寸计算塔径的计算精馏段的气、液相体积流率为C3-5C203-2HT=0.40

6、m，板上液层高度hL0.06m，则HT-hL0.4-0.060.34m3-2C20=0.072C0.072umax = C0.7，则空塔气速为u= 0.7umax0.71.1960.837 m/s(m/s)D=mD1.0m塔截面积为u=VS/AT=0.621/0.785=0.791m/s精馏段有效高度为N精-1)HT=(10-1) 0.4=3.6 m提馏段有效高度为提=( N提-1)HT=(15-1) 0.4=5.6 m在进料板上方开一人孔，其高度为 0.8m故精馏塔的有效高度为Z提+0.8=3.6+5.6+0.8=10m塔板主要工艺尺寸的计算溢流装置计算D1.0m，可选用单溢流弓形降液管，承

7、受凹形受液盘。各项计算如下：lw取hw由选用平直堰，堰上液层高度 hOW 由式 3-7 计算，即E1,则取板上清液层高度 hL60 mm故WdAf由，查图3-10，得依式 3-13 验算液体在降液管中停留时间，即5s故降液管设计合理。h0取降液管底隙的流速，则0.006m故降液管底隙高度设计合理。选用凹形受液盘，深度=50mm。塔板布置塔板的分块D800mm，3-73边缘区宽度确定=0.065m ,Wc=0.035m开孔区面积计算Aa3-16其中 xD/2WdWs0.5-(0.124+0.065)=0.311 mr= D/2 -Wc =0.5-0.035=0.465 m故筛孔计算及其排列 3

8、mmd05 mm。tt3d03515mmn开孔率为=A0/Aa=0.907/(t/d0)2=10.1%气体通过筛孔的气速为筛孔气速 u0VS / A0 =0.621/(0.1010.532)=11.56m/s筛板的流体力学验算塔板压降hchc3-26 计算，即 3-14C00.772故hl气体通过液层的阻力 hL3-31 计算，即 。故h 计算h 3-34气体通过每层塔板的压降为0.7 kPa (设计允许值)液面落差对于筛板塔，液面落差很小，且本例的塔径和液流量均不大，故可无视液面落差的影响。液沫夹带液沫夹带量由式 3-36 计算，即kg/kg0.1 kg/kg故在本设计中液沫夹带量 ev 在

9、允许范围内。漏液u0,max3-38 故在本设计中无明显漏液。液泛为防止塔内发生液泛，降液管内液层高 Hd 应听从式 3-46 的关系，即Hd (HT+hw)0.5，则 (HT+hw)=0.5(0.40+0.047)=0.224Hd=hP+hL+hd板上不设进口堰，hd3-44 m mHd (HT+hw),故在本设计中不会发生液泛现象。塔板负荷性能图漏液线由，得整理得s /(m/s)s /(ms /(m/s)s /(m/s)0.00060.00150.00300.00450.3090.3190.3310.341l。液沫夹带线以 /kgVs-Ls由LsVs3-20。3-200.00060.001

10、50.00300.00451.2181.1581.0811.016s /(ms /(m/s)s /(m/s)液相负荷下限线hOW0.006m3-21据此可作出与气体流量无关的垂直液相负荷下限线 3。液相负荷上限线4s据此可作出与气体流量元关的垂直液相负荷上限线 4。令由联立得hhOWLs，hdLs，hcVs式中：将有关的数据代入整理，得s /(m/s)s /(ms /(m/s)s /(m/s)0.00060.00150.00300.00451.1291.0911.0330.9745。依据以上各线方程，可作出筛板塔的负荷性能图，如图 5-20 所示。3-23 精馏段筛板负荷性能图OA，即作出操作

11、线。由图可看出，该筛板的操作上限为液泛把握，3-23s,max=1.075 m/s s,min=0.317 m3/sVs,max/Vs,min=3.3913-23。3-23 筛板塔设计计算结果序号工程数值序号工程数值1tm,90.817边缘区宽度,m0.0352pm,kPa108.818开孔区面积,m20.5323S,(m3/s)0.62119筛孔直径,m0.0054S,(m3/s)0.001720筛孔数目27315Z,m9.221孔中心距,m0.0156实际塔板数2322开孔率,%10.17塔径,m1.023空塔气速, m/s0.7918板间距0.424筛孔气速, m/s11.569溢流型式单溢流25稳定系数1.9310降液管型式弓型26单板