200912制药 筛板塔设计(新修改)

2013-7-15
3 液流型式的选择
3、液流型式的选择
液体在板上的流动型式主要有，U 型流、单流型、双流型和阶梯流型 等，其中常选择的则为单流型和双流型。 （图见附录 1） 表 2、选择液流形式参考表 塔径 流 体 流 量 m 3 /h Mm U 形流型 单流型 双流型 阶梯流型 600 5 以下 5 ～ 25 900 7 以下 7 ～ 50 1000 7 以下 45 以 下 1200 9 以下 9 ～ 70 1400 9 以下 70 以 下 1500 10 以 下 70 以 下 2000 11 以 下 90 以 下 90 ～ 160 3000 1 1 以 下 11 0 以 下 110 ～ 200 200 ～ 300 4000 1 1 以 下 11 0 以 下 110 ～ 230 230 ～ 350 5000 1 1 以 下 11 0 以 下 110 ～ 250 250 ～ 400 6000 11 以 下 110 ～ 250 250 ～ 450 应用 用于较低 一般应用 高 液 气 比 极高液气极 场合 液气比 和大型塔板 大型塔板
（1）逐板法计算理论板数，交替使用操作线方程和相平衡关系。
L D 精馏段操作线方程： yn 1 xn xD LD LD
提馏段操作线方程：
yn 1
L qF W xn Xw L qF W L qF W
yn xn (利用相平衡关系)
xn1 yn (利用操作线方程)
x0 xd K
先求出分凝器内与 xd 成相平衡的 x0,再由操作线方程以 x0 计算得出 y1，然后由相平衡方程由 y1 计算出 x1，如此交替地使用操作线方程和相 平衡关系逐板往下计算，直到规定的塔底组成为止，得到理论板数和加 料位置。
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（3）加料板位置的确定 求出精馏段操作线和提馏段操作线的交点 xq 、 yq ，并以xq 为分 界线，当交替使用操作线方程和相平衡关系逐板往下计算到
LM Lm LS 3600 Lm
kmol/h
m3 s Vs—塔内气体体积流量 MVm 、 M —分别为精馏段气相平均分子量、液相平均分子量 Lm
Vm 、 Lm —分别为精馏段气相平均密度、液相平均密度
(2)、提馏段气液负荷计算(同上)
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kg m 3
5、热量衡算
总热量衡算
QV QW Q L Q B Q F Q R
式中： Q 、QW 、QL 、QB 、QF 、QR 分别是塔顶蒸汽带出的热 V 量、塔底产品带出的热量、塔设备的热损失、塔釜加热量、进料带入 的热量、回流带入热量、 其中：塔设备的热损失 Q L 再沸器热负荷 冷凝器热负荷
QB 11 QV QW QR QF .
全塔效率：ET=52% 设备型式：筛板(浮阀)塔 厂址：六安地区
三. 设计任务
完成精馏塔工艺设计，精馏设备设计，有关附属设备的设计和 选用，绘制带控制点工艺流程图，塔板结构简图，编制设计说明书。
四. 设计内容
1. 工艺设计 （1）选择工艺流程和工艺条件 a．加料方式 b. 加料状态 c. 塔顶蒸汽冷凝方式 d. 塔釜加热方式 e. 塔顶塔底产品的出料状态 塔顶产品由塔顶产品冷却器冷却至常温。 （2）精馏工艺计算： a. 物料衡算确定各物料流量和组成。 b.经济核算确定适宜的回流比 根据生产经常费和设备投资费综合核算最经济原则，尽量使用 计算机进行最优化计算，确定适宜回流比。 c. 精馏塔实际塔板数 用近似后的适宜回流比在计算机上通过逐板计算得到全塔理 论塔板数以及精馏段和提馏段各自的理论塔板数。 然后根据全塔效率ET，求得全塔、精馏段、提馏段的实际塔 板数，确定加料板位置。
塔设备的生产能力一般以千克/小时或吨/年表示，但在理论板 计算时均须转换成kmol/h,在塔板设计时，气液流量又须用体积 流量m3/s表示。因此要注意不同的场合应使用不同的流量单位。
1.全塔物料衡算： F=D+W FxF=DxD+WxW 塔顶产品易挥发组分回收率η为： η= DxD/FxF 式中:F、D、W分别为进料、塔顶产品、塔底馏出液的摩尔流 量(kmol/h), xF、xD、xW分别为进料、塔顶产品、塔底馏出液组 成的摩尔分率
L i —液态组分 i 的粘度, x i — 液相中组分 i 的摩尔分率
实际理论板数
xi mpa s
N实
N理 ET
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4、塔的气液负荷计算
(1)、精馏段气液负荷计算 V R 1 D L RD
VMVm VS 3600 Vm
V—塔内气体摩尔流量
h
hOW
m3 h
2 .84 L h E 1000 lW
2 3
lW Lh
—堰长,
m;
E
—塔内液体流量， —液流收缩系数，查图求取。一般可取为 1，误差不大
2. 精馏塔设备设计
(1)选择塔型和板型 采用板式塔，板型为筛板(浮阀)塔。
(2)塔板结构设计和流体力学计算
(3)绘制塔板负荷性能图 画出精馏段或提馏段某块的负荷性能图。 (4)有关具体机械结构和塔体附件的选定 • *接管规格：
根据流量和流体的性质，选取经验流速，选择标准管道。
*全塔高度： 包括上、下封头，裙座高度。
Rmin
xD yq yq xq
其中利用 t～x～y 关系， 并借助二次样条插入的方法， 求得 塔顶塔底的温度，进而求取全塔的平均温度，从而可以根据全 塔平均温度求取全塔平均相对挥发度。 Rmin —最小回流比 式中： R ---回流 —全塔平均相对挥发度
3.理 论 板 数 和 实 际 板 数 的 确 定
2. 确 定 最 小 回 流 比
R 1.1 — 2Rmin ,确定回流比
一般是先求出最小回流比，然后根据
x 1 1
Rmin 是根据汽液相平衡方程 y
q 线方程 y
q xF x q 1 q 1
联 立 求 得 交 点
xq
yq ， 然 后 代 入 方 程
x n x q 且 x n 1 x q 时，就以第 n 块板为进料板。
（4）实际板数的确定 板效率：利用奥康奈尔的经验公式
E T 0 .4 9
L
L

0 .2 4 5
其中：
—塔顶与塔底的平均温度下的相对挥发度
—塔顶与塔底的平均温度下的液相粘度,
mpa s
Li
对于多组分的液相粘度： L
(4)塔顶冷凝器设计选型 根据换热量，回流管内流速，冷凝器高度，对塔顶冷凝器 进行选型设计。
4.编写设计说明书
设计说明书应根据设计指导思想阐明设计特点，列出设计主 要技术数据，对有关工艺流程和设备选型作出技术上和经济上的 论证和评价。应按设计程序列出计算公式和计算结果；对所选用 的物性数据和使用的经验公式图表应注明来历。 设计说明书应附有带控制点工艺流程图，塔板结构简图和计算 机程序框图和原程序。
u — 空 塔 气 速 ， m /s
u 0 .6 ~ 0 .8 u m ax
—最 大 空 塔 气 速 ， m/ s
umax
L V C V
umax
L 、V — 分 别 为 液 相 与 气 相 密 度 ， k g m 3 0 .2 负荷系数 C C 20 C ( 20 值 可 由 S m i t h 关 联 图 求 取 ) 20
0. 3～ 0.5 0. 5～ 0.8 25 0～ 350 0. 8～ 1.6 35 0～ 450 1. 6～ 2.0 45 0～ 600
塔 板 间 距 HT mm 20 0～ 300
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2、 塔 径 D 的 初 估 与 圆 整
根据流量公式计算塔径，即
D
4V S u
m3 s 式 中 Vs —塔 内 的 气 相 流 量 ，
由上式算出的塔径按部颁发塔盘标准圆整，圆整后的塔径除了必 须满足板间距与塔径的关系外，还须进行空塔气速校核。
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C20 exp[4.531 1.6562Z 5.5496Z 2 6.4695 3 ( 0.474675 Z 0.079Z 1.39Z 2 1.3212Z 3 ) ln Lv ( 0.07291 0.088307 Z 0.49123 2 0.43196 3 ) (ln Lv ) 2 ] Z Z Z H T hL Lv L L 0.5 ( ) V V
3. 附属设备设计和选用 (1)加料泵选型，加料管规格选型 加料泵以每天工作3小时计（每班打1小时）。
大致估计一下加料管路上的管件和阀门。
(2)高位槽、贮槽容量和位置 高位槽以一次加满再加一定裕量来确定其容积。 贮槽容积按加满一次可生产10天计算确定。 (3)换热器选型
对原料预热器，塔底再沸器，塔顶产品冷却器等进行选型。
二. 原始数据
年处理量：25000 料液初温：自选 料液浓度：40% 45% 50% 55% 60%（苯质量分率） 塔顶产品浓度：97%（苯质量分率） 塔底釜液含甲苯量不低于 96%(以质量计) 每年实际生产天数：330天（一年中有一个月检修） 精馏塔塔顶压强：4 kpa（表压） 单板压降： ≯0.7 kPa 30000 35000 40000 45000 50000吨
5.注意事项:
写出详细计算步骤,并注明选用数据的来源;
每项设计结束后,列出计算结果明细表; 设计说明书要求字迹工整,装订成册上交。
第二部分：筛板式精馏塔设计方法
一. 工艺计算 二. 设备计算
三. 辅助设备计算
四. 塔体结构 五. 带控制点工艺流程图
一．工艺计算
主要内容是(1)物料衡算 (2)确定回流比 (3)确定理论板数和实 际板数 (4)塔的气液负荷计算 (5)热量衡算