精馏塔设计指导书

简单填料精馏塔设计

设计条件与任务：

已知F 、xF 、xD 、xw 或F 、xF 、xD 和η，塔顶设全凝器，泡点回流，塔底间接(直接)蒸汽加热。

1 全塔物料衡算求产品流量与组成

（1）常规塔 全塔总物料衡算

总物料 F = D + W 易挥发组分 F χF = D χD + W χW 若以塔顶易挥发组分为主要产品，则回收率η为

D

F

Dx Fx η=

式中 F 、D 、W ——分别为原料液、馏出液和釜残液流量，kmol/h ；

χF 、χD 、χW ——分别为原料液、馏出液和釜残液中易挥发组分的摩尔分率。 由（3-1）和（3-2）式得：

W

D W

F x x x x F

D --=

(2) 直接蒸汽加热 总物料

*

0F S D W +=+

易挥发组分

**

00F D W Fx S y Dx W x +=+

式中 V 0 ——直接加热蒸汽的流量，kmol/h ；

У0 ——加热蒸汽中易挥发组分的摩尔分率，一般У0=0； W * ——直接蒸汽加热时釜液流量，kmol/h ；

χ*W ——直接蒸汽加热时釜液中易挥发组分的摩尔分率。

2 计算最小回流比

设夹紧点在精馏段，其坐标为(xe,ye)则 min D e

e e

x y R y x -=

-

设夹紧点在提馏段，其坐标为(xe,ye)

min min (1)(1)e W e W

y x R D qF L

V R D q F x x -+==+--- 基础数据：气液相平衡数据

3 确定操作回流比 min (1.1~2.0)R R =

4 计算精馏段、提馏段理论板数

① 理想溶液 图解法或求出相对挥发度用逐板计算法求取。

② 非理想溶液 相平衡数据为离散数据,用图解法或数值积分法求取 精馏段 1

1 R

D

f

N x R x n n

dx

N dN x x +=

=-⎰

⎰

因 111

D n n x R

y x R R +=

+++

所以 ()/D

f

x R x n n D n dx

N y x x y R =

---⎰

(4)

提馏段 1

1 S

f

W

N x S x n n

dx

N dN x x +=

=-⎰

⎰

因 11

W n n x R y x R R +'+=

-''

蒸汽回流比(1)(1)(1)(1)V R D q F D F R R q W W W W

+--'=

==+-- 所以 ()/(1)

f

w

x S x n n n w dx

N y x y x R =

'---+⎰

(5)

式(4)、(5)中塔板由下往上计数。

5 冷凝器和再沸器热负荷

冷凝器的热负荷 ()C DV DL Q V I I =-

再沸器的热负荷

B C D W F Q Q DI WI FI =++-

待求量：进料温度t F 、塔顶上升蒸汽温度t DV (与x D 对应的露点温度)、回流温度t DL (与x D 对应的泡点温度)、再沸器温度tw (与x W 对应的泡点温度)。

物性数据：

① 各组分在平均温度下的液相热容、气相热容或汽化热。 ② 各组分的热容方程常数

如 2

3

p c A BT CT DT =+++

③ 由沃森公式计算汽化热 21

0.38211(

)1r V V r T H H T -∆=∆-

6 填料塔的结构设计

I. 塔径计算

计算公式： D =

① 塔填料选择

须知：

相对处理能力：拉西环<矩鞍<鲍尔环<阶梯环<环鞍(填料尺寸相同，压降相同)

对于规整填料，分离能力：丝网类填料>板波纹类填料，板波纹填料较丝网类有较大的处理量和较小

的压降。250Y ——250指的是填料的比表面积，Y 指的是波纹倾角为45o ,X Y 指的是波纹倾角为30

o

填料选择的三步骤：选材质→选类型→选尺寸(径比应保持不低于某一下限值，以防止产生较大的壁效应，造成塔的分离效率下降。)

选尺寸说明：填料尺寸大，成本低，处理量大，但效率低。一般大塔常使用50mm 的填料。

塔径/mm 填料尺寸/mm D<300 20~25 300

D>900

50~80

② 计算方法

泛点气速法 ----散堆填料

(0.5~0.8) f u u =

a. Eckert 关联图法

20.5

0.2f u ()() Y=G G L V L L

W X W g ρφϕρμρρ=

由X 值和泛点压降线查取Y 值进而求得液泛气速 b. Bain-Hougen 泛点关联式

20.20.250.125f 3

u log[] 1.75()() G G L L L V L

W A g W ρραμερρ=- 填料特性：比表面积、空隙率、泛点压降因子 ---规整填料

a. Bain-Hougen 泛点关联式

20.20.250.125f 3

u log[] 1.75()() G G L L L V L

W A g W ρραμερρ=- 250Y 金属板波纹填料:A=0.297，CY 型丝网填料:A=0.30 b. 泛点压降法

Kister and Gill 等压降曲线(匡国柱.化工单元过程与设备课程设计.北京：化学工业出版社.2002,264-265) 泛点压降与填料因子间的关系：0.7

/40.9p Z Fp

∆= Pa/m; Fp —填料因子