精馏塔工艺工艺设计计算
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精馏塔工艺工艺设计计算
第三章 精馏塔工艺设计计算
塔设备是化工、石油化工、生物化工、制药等生产过程中广泛采用的气液传质设备。根据塔内气液接触构件的结构形式,可分为板式塔和填料塔两大类。
板式塔内设置一定数量的塔板,气体以鼓泡或喷射形势穿过板上的液层,进行传质与传热,在正常操作下,气象为分散相,液相为连续相,气相组成呈阶梯变化,属逐级接触逆流操作过程。
本次设计的萃取剂回收塔为精馏塔,综合考虑生产能力、分离效率、塔压降、操作弹性、结构造价等因素将该精馏塔设计为筛板塔。
3.1 设计依据
[6]
3.1.1
板式塔的塔体工艺尺寸计算公式
(1) 塔的有效高度
T T
T
H E N Z )1(
-= (3-1)
式中 Z –––––板式塔的有效高度,m ; N T –––––塔内所需要的理论板层数; E T –––––总板效率; H T –––––塔板间距,m 。
(2) 塔径的计算
u
V D S
π4=
(3-2)
式中 D –––––塔径,m ;
V S –––––气体体积流量,m 3/s u –––––空塔气速,m/s
u =(0.6~0.8)u max (3-3)
V
V
L C
u ρρρ-=max (3-4) 式中 L ρ–––––液相密度,kg/m 3
V ρ–––––气相密度,kg/m 3
C –––––负荷因子,m/s
2
.02020⎪⎭
⎫
⎝⎛=L C C σ
(3-5)
式中 C –––––操作物系的负荷因子,m/s
L σ–––––操作物系的液体表面张力,mN/m 3.1.2
板式塔的塔板工艺尺寸计算公式 (1) 溢流装置设计
W OW L h h h += (3-6)
式中 L h –––––板上清液层高度,m ; OW h –––––堰上液层高度,m 。
2100084.2⎪⎪⎭
⎫
⎝⎛=W
h OW
l L E h
(3-7)
式中 h L –––––塔内液体流量,m ; E –––––液流收缩系数,取E=1。
h
T
f L H A 3600=
θ≥3~5
(3-8)
006.00-=W h h (3-9)
'
360000u l L h W h
=
(3-10)
式中 u 0ˊ–––––液体通过底隙时的流速,m/s 。
(2) 踏板设计
开孔区面积a A :
⎪⎪⎭
⎫
⎝⎛+-=-r x r x r x A a 1222s i n 1802π (3-11)
式中 ()s d W W D
x +-=
2 c W D
r -=2
开孔数n :
2
155.1t A n a
=
(3-12)
式中 a A –––––鼓泡区面积,m 2; t –––––筛孔的中心距离,m 。
2
00907.0⎪⎭⎫
⎝⎛==t d A A a φ
(3-13)
3.1.3
筛板流体力学验算
(1) 塔板压降
g h P L P P ρ=∆
(3-14)
σh h h h l c P ++=
(3-15)
式中 c h –––––与气体通过筛板的干板压降相当的液柱高度,m 液柱;
l h –––––与气体通过板上液层的压降相当的液柱高度,m 液柱; σh –––––与克服液体表面张力的压降相当的液柱高度,m 液柱。
⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛=L V c c
u h ρρ2
051.0 (3-16)
式中 0h –––––气体通过筛孔的速率,m/s ; 0c –––––流量系数。
()OW W L l h h h h +==ββ (3-17) f
T s
a A A V u -=
(3-18)
V a u F ρ=0 (3-19)
式中 0F –––––气相动能因子,()2121m s kg ⋅
a u –––––通过有效传质区的气速,m/s ; T A –––––塔截面积,m 2。 0
4gd h L L
ρσσ=
(3-20)
(2) 液沫夹带
2
.36107.5⎪⎪⎭
⎫
⎝⎛-⨯=
-f T
a L V h H u e σ (3-21)
式中 V e –––––液沫夹带量,kg 液体/kg 气体; f h –––––塔板上鼓泡层高度,m 。 (3) 漏液
()V
L L h h C u ρρσ-+=13.00056.04.40min ,0
(3-22)
min
,00u u K =
(3-23)
式中 K –––––稳定系数,无因次。K 值的适宜范围是1.5~2。
(4) 液泛
d L P d h h h H ++= (3-24)
式中 d H –––––降液管中清液层高度,m 液柱;
d h –––––与液体流过降液管的压降相当的液柱高度。
()203
'153.0153.0u h
l L h W s
d =⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛= (3-25)
式中 u 0ˊ–––––液体通过底隙时的流速,m/s 。
()
W T d h H H +≤ϕ
(3-26)
式中 ϕ–––––安全系数,对易发泡物系,ϕ=0.3~0.5。
3.2 设计计算
3.2.1
精馏塔的塔体工艺尺寸计算