精馏塔工艺工艺设计计算.doc

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⑹板式塔的塔体工艺尺寸计算公式(1)塔的有效高度Z -('EL-1)Htet式中 Z 板式塔的有效高度，m；Nt ——塔内所需要的理论板层数；Et 总板效率；Ht ---塔板间距，m3-1)(2)塔径的计算(3-2)式中D 塔径，m；Vs 体体积流量，m3/su 空塔气速，m/sU = (0・6~0・8) UmaxUm a x— C(3-3)(3-4)式中 液相密度，kg/m3汎——气相密度，kg/m3C 负荷因子，m/s0.2.CTl IC =C20 ——I (3-5)l20丿式中 C 操作物系的负荷因子，m/s；九 操作物系的液体表面张力，mN/m板式塔的塔板工艺尺寸计算公式(1) 溢流装置设计hL = hOW hw (3-6)式中 hL ■板上清液层高度，m；how ---堰-上液层高度，m。

2.84E2 3hOW1 0 0 0 1w(3-7)式中 Lh 塔内液体流量，m；E ---丫液流收缩系数，取E=13 6 0A)Hth二 hW - 0.0063600lw u0> 3~5(3-8)(3-9)(3-10)式中 U0‘---液体通过底隙时的流速，m/s(2) 踏板设计开孔区面积Aa :(, 2 \(3-11)Aa = 2 x J r2 - x2 十 s i n-< 1 8 0 r 丿1.155Aat2式中开孔数式中x 二夕 一 Wd Ws(3-12)Aa 鼓泡区面积,t 筛孑-的中心距离，m3-13)筛板流体力学验算(1)塔板压降(3-14)式中(3-15)hc 与气体通过筛板的干板压降相当的液柱高度,m液柱;hi 与气体通过板上液层的压降相当的液柱高度,m液柱;m液柱he 二 0.051Uo© jPv 代丿(3-16)h.- ■与克服液体表面张力的压降相当的液柱高度,式中 h0 气体通过筛孔的速率，m/s；Co 流量系数hi=h^ = hw how(3-17)UaAt _ Af(3-18)(3-19)式中 Fo 相动能因子，kg12「s m12Ua 通过有效传质区的气速，m/s；At ---塔截面积，m2。

3-20)4；「l ■Lgdo(2) 液沫夹带ev5.7 10占二 LUa>Ht -hf3.2(3-21)式中 e 液沫夹带量，kg液体/kg气体;hf ---塔板上鼓泡层咼度，m3) 漏液u°,min = 4.4C°J(0.0056 + 0.13hL - hJPjPV (3-22)K 虬 (3-23)U0,min式中 K ---稳定系数，无因次K值的适宜范围是1.5~2(4) 液泛Hd 二 hp hL hd (3-24)式中 Hd 降液管中清液层高度，m液柱；hd 与液体流过降液管的压降相当的液柱高度r ls 2hd =0.1 5 =0.1 5 U'0 (3-25)d 5 0式中 U0 / 液体通过底隙时的流速，m/sH d - H t hw (3-26)式中 —— 全系数，对易发泡物系，「=0.3~0.53.2 设计计算精馏塔的塔体工艺尺寸计算由Aspen模拟结果知全塔的气相、液相平均物性参数如表 3-1表3-1物性参数表项目流量（m3/s）密度（kg/m3）粘度mN/m气体2.46043.685液体0.0197832.42717.6751. 塔径的计算查5-1史密斯关联图⑹，图的横坐标为：尹 1-2Lh 1 PL 丫 3600 汉 0.0197 （832.427 YLv i W 丿 3600 汉 2.4604 i 3.685 丿取塔板间距HT=0.50m,板上液层高度hL =0.08m，则Ht -hL =0.50-0.006=0.42m查图⑹5-1的C20=0.09，由式3-5得：…心卜代叮"0878由式3-4 得:Umax'l二 0.0878832.427-3.685\ 3.685= 1.32(m/s)取安全系数⑹为0.7，由式3-3得空塔气速为:u=0.7umax=0.7X 1.32=0.924 ( m/s)4 2.4604,3.14 0.924由式3-2得塔径为：= 1.84 (m)按标准塔径圆整后为： D=2.000m塔截面积为：兀 2 314 2At=4D2= 4^14 ⑴)实际空塔气速为：“「号瞥0.784 （m/s）2. 精馏塔有效高度的计算Aspen模拟结果Nt=20，由式3-1得有效塔高为:NtZ =(匚T -1)Htet20 -1 0.5 = 19.5( m)0.5塔板主要工艺尺寸的计算1. 溢流装置的计算因塔径D=2.0 m,可选用单溢流弓形降液管，采用凹形受液盘⑹。

各项计算如下:(1)堰长IwlW =0.7D =0.7 2.0 =1.4( m)(2)溢流堰高度hW由式3-7得堰上液层高度how为:hOW28.4 E1000 1W0.0197 36001.423'-0.039 ( m)由式3-6得溢流堰高度为:hw 二 h[_「how = 0.08「0.039 = 0.041 (m)(3)弓形降液管宽度Wd和截面积Af由匕=0.7,查图⑹5-7弓形降液管的参数图得:DWd =0.15D盘二 0.088AtAf =0.088 At -0.088 3.14 =0.2763 (m2)Wd =0.15 D =0.15 2 =0.30( m) 依式3-8验算液体在降液管中的停留时间，即e =Lh3600AfHT 3600 °.2763 °5 =7.01 (s)> 5( s)0.0197 3600故降液管设计合理4)降液管底隙高度h由式3-10得降液管底隙高度h为:Lhh0 h 3600 0.0197 二 0.035( m)360%比'3600 1.4 0.4由式3-9得: hw - h° = 0.041 - 0.035 = 0.006 (m) 故降液管底隙高度设计合理。

2. 塔板布置(1) 塔板的分块因D> 800mm故塔板采用分块式查⑹表5-3得，塔板分为5块2) 边缘区宽度确定取 Ws=Ws' =0.08m, Wc=0.05m3) 开孔区面积计算由式3-11可算得开孔区面积如下：x - Wd Ws A20 - 0.3 0.08 A0.62 (m)2 2 r = D …Wc = —- 0.05 = 0.95 (m)2 2f e 2 、八 O ; 2 2 町.4 X代=2 x耳r —x + sin —、、 180 r yc Lee "2 c "2 3.14X 0.952 • J 0.62x=2 汇 0.62 汇 <0.95 -0.62 + sin ——\、 180 0.95J=2.175 m2(4) 筛孔计算及其排列本次设计所处理的物系无腐蚀性，可选用S =4mm碳钢板，取筛孔直径d0=5 mm筛孔按三角形排列，取孔中心距t为⑹：t =3d0 =3 5=15 (mm)1.155Aa由式3-12得筛孔数目n为：=11165个1.155 2.17520.015由式3-13得开孔率为：* =0.907 虫)=0.907J'0005] =0.101 = 10.1%Aa it 丿 10.015 丿气体通过阀孔的气速为：UoVsAo2.46040.101 2.175= 11.2(m/s)323 筛板的流体力学验算1. 塔板压降(1 )干板阻力hc的计算由式3-16得干板阻力he为：do/ 3=3=1.67,查图⑹5-10得，Co=O.76,由式3-16得干板阻力he为:he =0.051乜)I 乞］=0.05仆述 3.685 =0.415 m 液柱丿(Pl 丿 10.772 丿 832.427(2)气体通过液层的阻力hl计算由式3-18得:AT - Af2.46043.14-0.2763= 0.8592 (m/s)由式3-19得：F0 二山.7^ =0.8592 .3.685 =1.7 kg12 ； s m12查图⑹5-11得，B =0.53 由式3-17得hl为: hi = ：hL = ： hW hOw - 0.53 0.08 = 0.042 m 液柱(3) 液体表面张力的阻力计h；_算由式3-20得为：仁Igd。

4 17.675 10’832.427 9.81 0.005= 0.0017m液柱由式3-15得气体通过每层塔板的总阻力hp为:hp =he hl h：； -0.0415 0.042 0.0017 = 0.0852 m 液柱由式3-14得气体通过每层塔板的压降为:Pp 二 hp〔g =0.0852 832.427 9.81 = 695.8Pav 700Pa (设计允许值)2. 液面落差对于筛板塔，液面落差很小，因此可以忽略液面落差的影响3. 液沫夹带根据设计经验，hf =2.5 hL=2.5 008=0.2 m由式3-21得液沫夹带量为:5.7汇10上 * ua小-hf> 、3.2= 0.00945.7x10 「0.8592 ;17.675X0, 2.5—0.2 .丿e =0.0094 kg液体/kg气体v 0.1 kg液体/kg气体故在本设计中液沫夹带量e；在允许范围内4. 漏液由式3-22得漏液点气速U0,min为:U0,min =4.4C 0.0056 - 0.13hL L 匚匚 、832.427= 4.4 0.772 0.101 2.175 . 0.0056 0.13 0.08 -0.0017 \ 。