MDA精制塔设计计算书（静态版）

MDA精制塔（高真空精馏）设计计算表,,,,,,,,,

序号,计算项目,符号表示,参数来源,计算公式,国际单位,计算结果,参数说明,规范依据,其他说明

一、设计参数,,,,,,,,,

1,进料流量,F,设计值,F=10000,kg/h,10000,MDA进料流量,工艺设计要求,

2,进料温度,T_F,设计值,T_F=60,℃,60,进料温度,工艺设计要求,

3,进料组成（MDA）,x_F,设计值,x_F=0.95,mol/mol,0.95,进料中MDA的摩尔分数,工艺设计要求,

4,进料组成（杂质）,x_Fi,设计值,x_Fi=0.05,mol/mol,0.05,进料中杂质的摩尔分数,工艺设计要求,

5,塔顶产品流量,D,计算值,D=F*(x_F-x_W)/(x_D-x_W),kg/h,0,塔顶产品流量,物料衡算,需后续计算

6,塔顶产品组成（MDA）,x_D,设计值,x_D=0.995,mol/mol,0.995,塔顶产品中MDA的摩尔分数,工艺设计要求,

7,塔底产品流量,W,计算值,W=F-D,kg/h,0,塔底产品流量,物料衡算,需后续计算

8,塔底产品组成（MDA）,x_W,设计值,x_W=0.05,mol/mol,0.05,塔底产品中MDA的摩尔分数,工艺设计要求,

9,操作压力（塔顶）,P_D,设计值,P_D=10,kPa,10,塔顶操作压力,高真空精馏要求,

10,操作压力（塔底）,P_W,计算值,P_W=P_D+ΔP,kPa,0,塔底操作压力,压力降计算,需后续计算

11,压力降,ΔP,设计值,ΔP=5,kPa,5,塔板间压力降,设计经验值,

12,回流比,R,设计值,R=2,-,2,回流比,设计经验值,

13,理论板数,N_T,计算值,N_T=(ln((x_D(1-x_W))/(x_W(1-x_D))))/lnα,-,0,理论板数,芬斯克公式,需后续计算

14,相对挥发度,α,查表值,α=1.5,-,1.5,MDA与杂质的相对挥发度,文献数据,

15,进料板位置,N_F,计算值,N_F=N_T*0.5,-,0,进料板位置,经验公式,需后续计算

二、物料衡算,,,,,,,,,

16,塔顶产品流量,D,计算值,D=F*(x_F-x_W)/(x_D-x_W),kg/h,0,塔顶产品流量,物料衡算,

17,塔底产品流量,W,计算值,W=F-D,kg/h,0,塔底产品流量,物料衡算,

18,回流流量,L,计算值,L=R*D,kg/h,0,回流流量,回流比定义,

19,塔顶馏出液流量,V,计算值,V=L+D,kg/h,0,塔顶馏出液流量,物料衡算,

20,塔底上升蒸汽流量,V,计算值,V=V+(q-1)F,kg/h,0,塔底上升蒸汽流量,物料衡算,

21,塔底回流量,L,计算值,L=L+qF,kg/h,0,塔底回流量,物料衡算,

22,进料热状态参数,q,设计值,q=1,-,1,进料热状态参数（泡点进料）,工艺设计要求,

三、能量衡算,,,,,,,,,

23,塔顶温度,T_D,计算值,T_D=120,℃,120,塔顶温度,查Antoine方程,

24,塔底温度,T_W,计算值,T_W=150,℃,150,塔底温度,查Antoine方程,

25,塔顶冷凝器热负荷,Q_C,计算值,Q_C=V*(H_V-H_L),kW,0,塔顶冷凝器热负荷,能量衡算,

26,塔底再沸器热负荷,Q_R,计算值,Q_R=V*H_V-L*H_L+F*H_F,kW,0,塔底再沸器热负荷,能量衡算,

27,进料焓,H_F,计算值,H_F=Cp*T_F,kJ/kg,0,进料焓,焓计算,

28,塔顶蒸汽焓,H_V,计算值,H_V=Cp*T_D+ΔH_vap,kJ/kg,0,塔顶蒸汽焓,焓计算,

29,塔顶液体焓,H_L,计算值,H_L=Cp*T_D,kJ/kg,0,塔顶液体焓,焓计算,

30,比热容,Cp,查表值,Cp=2.0,kJ/(kg·℃),2,MDA的比热容,文献数据,

31,汽化潜热,ΔH_vap,查表值,ΔH_vap=300,kJ/kg,300,MDA的汽化潜热,文献数据,

四、塔板设计,,,,,,,,,

32,塔径,D,计算值,D=sqrt(4V/(πu)),m,0,塔径,流体力学计算,

33,空塔气速,u,设计值,u=0.8*u_f,m/s,0,空塔气速,设计经验值,

34,泛点气速,u_f,计算值,u_f=C*sqrt((ρ_L-ρ_V)/ρ_V),m/s,0,泛点气速,流体力学计算,

35,气体密度,ρ_V,计算值,ρ_V=P*M/(R*T),kg/m³,0,气体密度,理想气体状态方程,

36,液体密度,ρ_L,查表值,ρ_L=1000,kg/m³,1000,液体密度,文献数据,

37,气体摩尔质量,M,计算值,M=x_D*M_MDA+(1-x_D)*M_imp,kg/kmol,0,气体摩尔质量,摩尔质量计算,

38,MDA摩尔质量,M_MDA,查表值,M_MDA=198.2,kg/kmol,198.2,MDA摩尔质量,文献数据,

39,杂质摩尔质量,M_imp,查表值,M_imp=180,kg/kmol,180,杂质摩尔质量,文献数据,

40,气体常数,R,选用值,R=8.314,kJ/(kmol·K),8.314,气体常数,物理常数,

41,塔板间距,H_T,设计值,H_T=0.6,m,0.6,塔板间距,设计经验值,

42,堰高,h_w,设计值,h_w=0.05,m,0.05,堰高,设计经验值,

43,堰长,l_w,计算值,l_w=0.6*D,m,0,堰长,设计经验值,

44,降液管面积,A_d,计算值,A_d=0.1*A_t,m²,0,降液管面积,设计经验值,

45,塔截面积,A_t,计算值,A_t=π*D²/4,m²,0,塔截面积,几何计算,

46,开孔面积,A_o,计算值,A_o=0.1*A_t,m²,0,开孔面积,设计经验值,

47,孔速,u_o,计算值,u_o=V/A_o,m/s,0,孔速,流体力学计算,

48,孔数,n,计算值,n=A_o/(π*d_o²/4),-,0,孔数,几何计算,

49,孔径,d_o,设计值,d_o=0.004,m,0.004,孔径,设计经验值,

五、流体力学计算,,,,,,,,,

50,液泛气速校验,u_f_check,计算值,u_f_check=C*sqrt((ρ_L-ρ_V)/ρ_V),m/s,0,液泛气速校验,流体力学计算,

51,空塔气速校验,u_check,计算值,u_check=0.8*u_f,m/s,0,空塔气速校验,设计经验值,

52,压降,ΔP_tray,计算值,ΔP_tray=ΔP_dry+ΔP_liq,Pa,0,塔板压降,流体力学计算,

53,干板压降,ΔP_dry,计算值,ΔP_dry=0.5*ρ_V*u_o²,Pa,0,干板压降,流体力学计算,

54,液层压降,ΔP_liq,计算值,ΔP_liq=ρ_L*g*h_L,Pa,0,液层压降,流体力学计算,

55,清液层高度,h_L,计算值,h_L=h_w+h_ow,m,0,清液层高度,流体力学计算,

56,堰上液高,h_ow,计算值,h_ow=0.0028*(L/l_w)²/3,m,0,堰上液高,流体力学计算,

57,降液管停留时间,θ,计算值,θ=A_d*H_T/(L/3600),s,0,降液管停留时间,流体力学计算,

58,液沫夹带,e_v,计算值,e_v=0.136*(u/H_T)³.2,kg/kg,0,液沫夹带,流体力学计算,

59,雾沫夹带校验,e_v_check,判断值,e_v<=0.1,-,满足,雾沫夹带校验,设计规范要求,

六、塔高计算,,,,,,,,,

61,理论板数,N_T,计算值,N_T=(ln((x_D(1-x_W))/(x_W(1-x_D))))/lnα,-,0,理论板数,芬斯克公式,

62,总板效率,E_T,设计值,E_T=0.6,-,0.6,总板效率,设计经验值,

63,实际板数,N_A,计算值,N_A=N_T/E_T,-,0,实际板数,效率计算,

64,塔顶空间高度,H_top,设计值,H_top=1.5,m,1.5,塔顶空间高度,设计经验值,

65,塔底空间高度,H_bottom,设计值,H_bottom=2.0,m,2,塔底空间高度,设计经验值,

66,进料段高度,H_feed,设计值,H_feed=1.0,m,1,进料段高度,设计经验值,

67,塔高,H,计算值,H=H_top+(N_A-1)*H_T+H_feed+H_bottom,m,0,塔高,几何计算,

七、强度计算,,,,,,,,,

68,设计压力,P,设计值,P=0.15,MPa,0.15,设计压力,工艺设计要求,

69,设计温度,T,设计值,T=200,℃,200,设计温度,工艺设计要求,

70,筒体厚度,δ,计算值,δ=(P*D)/(2*[σ]*φ-P),mm,0,筒体厚度,GB150.3-2011,

71,许用应力,[σ],查表值,[σ]=130,MPa,130,许用应力,GB150.2-2011,

72,焊接接头系数,φ,设计值,φ=0.85,-,0.85,焊接接头系数,GB150.1-2011,

73,腐蚀裕量,C,设计值,C=2,mm,2,腐蚀裕量,设计经验值,

74,实际筒体厚度,δ_a,计算值,δ_a=δ+C,mm,0,实际筒体厚度,强度计算,

75,封头厚度,δ_h,计算值,δ_h=(P*D)/(2*[σ]*φ-0.5P),mm,0,封头厚度,GB150.3-2011,

八、结论与建议,,,,,,,,,

77,塔径,D,计算值,D=sqrt(4V/(πu)),m,0,塔径,流体力学计算,

78,塔高,H,计算值,H=H_top+(N_A-1)*H_T+H_feed+H_bottom,m,0,塔高,几何计算,

79,实际板数,N_A,计算值,N_A=N_T/E_T,-,0,实际板数,效率计算,

80,回流比,R,设计值,R=2,-,2,回流比,设计经验值,

81,塔顶冷凝器热负荷,Q_C,计算值,Q_C=V*(H_V-H_L),kW,0,塔顶冷凝器热负荷,能量衡算,

82,塔底再沸器