精馏塔的设计计算-hu

3、塔板设计： ◇设计塔板各主要工艺尺寸 溢流装置、塔板布置、筛孔或浮阀的设计及排列（图）； 筛孔或浮阀的设计及排列（ 筛孔或浮阀的设计及排列 ◇进行流体力学校核计算； ◇画出塔的负荷性能图 负荷性能图。 负荷性能图 4、管路及附属设备的设计与选型，如冷凝器、泵等。 5、抄写说明书。 6、绘制精馏装置工艺流程图和精馏塔装配图。
第二节 板式精馏塔的工艺计算
一、设计方案的确定 1、装置流程的确定： 经济方面：充分考虑整个系统的热能利用，降低操作费用。 操作的稳定性：加热蒸汽的压力、进料量、回流液等 2、操作压力的选择：设计压力一般指塔顶压力。 蒸馏操作通常可在常压、加压和减压下进行。 确定操作压力时，必须根据所处理物料的性质， 兼顾技术上的可行性和经济上的合理性进行考虑。 可考虑取常压操作，塔顶压力为4kPa（表压）， 每层塔板压降∆p≤0.7kPa。
A = AT − Ad
A AT = Ad 1− AT
Vs A = u A Ad = 1− AT AT
Ad：降液管截面
AT =
π
4
D2
D=
4AT
π
sin
−1
lw D
的单位取弧度
Ad/AT也可由 w/D查图得（教材 也可由l 查图得 教材P.137） 查图得（ ） lw/D的确定： 的确定： 的确定 单流型： 双流型:
二、工艺计算 （一）全塔物料衡算 1、计算原料液、塔顶、塔底浓度 2、平均分子量：（原料液MF、塔顶MD 、塔底MW ） 3、物料衡算求W、D kmol/h 4、塔板数的计算 （1）理论板数的计算： 作y－x图、t－x－y图； 求最小回流比Rmin、实际回流比R； 图解法求理论板数N。
（2）全塔效率ET 可查P145页图11-21确定 或：αµav =0.1～1.0时， （3）实际塔板数NP
0.01 0.01
0.02 0.03 0.04
0.07 0.1
0.2
0.3 0.4
0.7 1.0
FP =
VL VG
ρL ρG
筛板塔气体负荷因子关联图 课本P.129
② 选取设计气速 u 选取泛点率： u / umax 泛点率： 泛点率 一般液体， 0.7 ～0.8 易起泡液体， 0.5 ～ 0.6 设计气速 u = 泛点率 ×umax ③ 计算塔径 D 所需气体流通截面积 AT：塔截面 AT D Ad lw
塔径 D，m 0.3-0.5 0.5-0.8 0.8-1.6 1.6-2.0 2.0-2.4 >2.4
塔板间距 0.8 0.2-0.3 0.3-0.35 0.35-0.45 0.45-0.6 0.5-0.8 ≥0.6 HT，m
2、塔径估算 、 确定原则： 确定原则： 防止过量液沫夹带液泛 步骤： 步骤： 先确定最大空塔气速 umax (m/s)； 然后根据经验确定设计气速 u； 最后计算塔径 D。 ① 最大空塔气速（液泛气速，课本 最大空塔气速（液泛气速，课本P.128—129） ）
精馏塔的设计计算
第一节 概述
一、化工原理课程设计的目的和要求
通过课程设计，学生应该注重以下几个能力的训练和培养： 1. 查阅资料，选用公式和搜集数据的能力； 2. 树立既考虑技术上的先进性与可行性，又考虑经济上的合 理性，并注意到操作时的劳动条件和环境保护的正确设计思想， 在这种设计思想的指导下去分析和解决实际问题的能力； 3. 迅速准确的进行工程计算的能力； 4. 用简洁的文字，清晰的图表来表达自己设计思想的能力。
5、加热方式的选择 ◇加热方式：蒸馏釜的加热方式通常采用间接蒸汽加热，设 置再沸器。若塔底产物近于纯水，而且在浓度稀薄时溶液的相对 挥发度较大(如酒精与水的混合液)，便可采用直接蒸汽加热。 ◇加热剂：T＜180℃，常用饱和水蒸气。 ◇再沸器结构： 小塔可在塔底，形式有夹套式、蛇管式、列管式。 大塔一般在塔外，形式为列管式，有立式和卧式两种。 6、冷却方式 通常在塔顶设置蒸气全部冷凝的全凝器。其为辅助设备，需 进行选型，多采用列管式，水平或垂直放置。
一、精馏塔的结构设计 1、塔的有效高度和板间距 、 已知： 已知：实际塔板数 NP ；
选取塔板间距 HT； ； 有效塔高： 有效塔高： Z = H T ⋅ N p 塔体高度＝有效高＋顶部空间＋底部空间＋ 塔体高度＝有效高＋顶部空间＋底部空间＋塔裙座高度 选取塔板间距 HT ： 塔板间距和塔径的经验关系
4、液体平均表面张力 （1）液相平均表面张力 σ m = ∑ xiσ i （2）查塔顶、塔底、进料温度下的液体的表面张力； （3）计算塔顶、塔底、进料处液相平均表面张力； （4）计算精馏段、提馏段平均表面张力。 5、液体平均粘度 （1）液相平均粘度
µ m = ∑ xi µi
（2）查塔顶、塔底、进料温度下的液体的粘度； （3）计算塔顶、塔底、进料处液相平均粘度； （4）计算精馏段、提馏段平均粘度。
pm(提)=( pW+ pF)/2
2、操作温度 塔顶tD ：可由t-x-y图查得塔顶tD 、塔底tW 、进料处tF 。 平均温度：tm(精)=( tD+ tF)/2 tm(提)=( tW+ tF)/2 如图：xF=0.5， xw=0.05时， 泡点进料tF=92℃ （露点进料tF=101℃） 塔底 twC = C20 L 20
ρ L − ρV ρV
0 .2
筛板塔，可查教材Smith图 求 C20 ； 浮阀塔可查数据手册书确定C20 。 浮阀塔
C20
0.1 0.09 0.07 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02
HT=0.6 0.45 0.3 0.15
lW D = 0.6 − 0.8
lW D = 0.5 − 0.7
lw/D
说明：计算得到的塔径需圆整。 说明：计算得到的塔径需圆整。
标准直径为： 标准直径为：0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、1.0、1.2、1.4、1.6、 1.8、2.0（m）……。 直径确定后应重新计算实际气速及泛点率。
Ad /AT 和 Wd /D
ρ Vm
pm M Vm = RTm
1
（2）液相平均密度
ρ Lm
=∑
ρi
ai
（3）计算塔顶、塔底、进料处气、液相平均密度； （4）计算精馏段、提馏段平均密度。 平均密度：ρLm (精)=(ρLD+ ρLF)/2
ρVm (精)=(ρVD+ ρVF)/2 ρLm (提)=(ρLW+ ρLF)/2 ρVm (提)=(ρVW+ ρVF)/2
物性参数表
温度t ℃ 80 815 810 21.27 21.69 0.308 0.311 90 803.9 800.2 20.06 20.59 0.279 0.286 100 110 120 768.9 770.0 16.49 17.31 0.215 0.228
ρL(苯) kg/m3
甲苯) ρL(甲苯) kg/m3
100 90 t-x 80 0 x (y) 1.0 t-y t/℃
p=101.3kPa 110
提馏段平均温度： tm=( tW+ tF)/2 ＝(92+108)/2＝100 ℃
2、平均摩尔质量 （1）由塔顶、塔底、进料处的浓度计算平均摩尔质量； （2）计算精馏段平均摩尔质量MVm (精)、 MLm (精)； （3）计算提馏段平均摩尔质量MVm (提)、 MLm (提)。
Ad = sin AT
−1
lw lw − D D
1 − (l w / D ) 2 / π
Wc r x lW
Ws
hb
Wd
底隙： 底隙： hb 堰头液高： 堰头液高： h0W 堰高： 堰高： hW
3、溢流装置设计 、 ① 溢流型式的选择 依据： 依据：塔径 、流量； 型式：单流型 型式 单流型、U 形流型、双流型、阶梯流型等。 单流型
U型流型
单流型
双流型
液流型式选取参考表
塔径 m 1.0 1.4 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 液 体 流 量 m3/h U 型流型 单流型 双流型 阶梯流型 <7 <9 <11 <11 <11 <11 <11 <45 <70 <90 <110 <110 <110 <110 90-160 110-200 200-300 110-230 230-350 110-250 250-400 110-250 250-450
LM Lm Ls = 3600 ρ Lm
VM Vm Vs = 3600 ρ Vm
m3/s
m3/s
提馏段： V′＝V ＋(q－1)F L′ ＝L ＋F
第三节 板式塔主要尺寸的计算
板式塔主要尺寸的设计计算： ◇包括塔高 ◇塔径的设计计算 ◇板上液流形式的选择 ◇溢流装置的设计 ◇塔板布置等 设计时，先选取某段塔板（如精馏段、提馏段）条件下的参 数作为设计依据，以此确定塔的尺寸，应尽量保持塔径相同， 以便于加工制造。 由于塔中两相流动情况和传质过程的复杂性，许多参数和塔 板尺寸需根据经验来选取，因此设计过程中不可避免要进行试 差，计算结果也需要工程标准化。
如塔顶：y1 = xD =0.966，按气液平衡关系 可查得x1 =0.916 则：MVDm= 0.966×78.11+(1－0.966) ×92.13=78.59 kg/kmol MLDm= 0.916×78.11+(1－0.916) ×92.13=79.29 kg/kmol
3、平均密度 （1）气相平均密度
2、课程设计组成 、 （1）设计说明书主要内容： ）设计说明书主要内容： ◇封面（课程设计题目、班级、姓名、指导教师、时间 ）； ◇ 目录； ◇ 设计任务书； ◇ 工艺流程图及设计方案说明； ◇ 设计条件及主要物性参数表； ◇ 工艺设计计算； ◇ 设计结果汇总表； ◇ 辅助设备的设计及选型； ◇ 设计评述及设计者对本设计有关问题的讨论； ◇参考资料。 工艺流程图及主体设备装配图； （2） 工艺流程图及主体设备装配图；