精馏塔工艺工艺设计计算(共16页).doc

精选优质文档-----倾情为你奉上第三章 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 （3-1）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，m2） 塔径的计算 （3-2）式中 D –––––塔径，m； VS –––––气体体积流量，m3/s –––––空塔气速，m/s =（0.6~0.8）umax （3-3） （3-4）式中 –––––液相密度，kg/m3 –––––气相密度，kg/m3 C –––––负荷因子，m/s （3-5）式中 C –––––操作物系的负荷因子，m/s –––––操作物系的液体表面张力，mN/m3.1.2 板式塔的塔板工艺尺寸计算公式(1) 溢流装置设计 (3-6) 式中 –––––板上清液层高度，m； –––––堰上液层高度，m。

（3-7） 式中 –––––塔内液体流量，m； E –––––液流收缩系数，取E=1 ≥3~5 (3-8) (3-9) (3-10) 式中 u0ˊ–––––液体通过底隙时的流速，m/s2) 踏板设计开孔区面积： （3-11） 式中 开孔数： (3-12) 式中 –––––鼓泡区面积，m2； t–––––筛孔的中心距离，m (3-13)3.1.3 筛板流体力学验算（1） 塔板压降 (3-14) (3-15)式中 –––––与气体通过筛板的干板压降相当的液柱高度，m液柱； –––––与气体通过板上液层的压降相当的液柱高度，m液柱； –––––与克服液体表面张力的压降相当的液柱高度，m液柱。

(3-16)式中 –––––气体通过筛孔的速率，m/s； –––––流量系数 (3-17) (3-18) (3-19)式中 –––––气相动能因子， –––––通过有效传质区的气速，m/s； –––––塔截面积，m2 (3-20)（2） 液沫夹带 (3-21) 式中 –––––液沫夹带量，kg液体/kg气体； –––––塔板上鼓泡层高度，m3） 漏液 (3-22) (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 （3-24） 式中 –––––降液管中清液层高度，m液柱； –––––与液体流过降液管的压降相当的液柱高度 （3-25）式中 u0ˊ–––––液体通过底隙时的流速，m/s （3-26） 式中 –––––安全系数，对易发泡物系，=0.3~0.53.2 设计计算3.2.1 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[6]，图的横坐标为：取塔板间距HT=0.50m，板上液层高度=0.08m，则 =0.50-0.006=0.42m查图[6]5-1的C20=0.09，由式3-5得： 由式3-4得：（m/s）取安全系数[6]为0.7，由式3-3得空塔气速为：u=0.7umax=0.71.32=0.924（ m/s）由式3-2得塔径为：（m）按标准塔径圆整后为： D=2.000m塔截面积为： （m2）实际空塔气速为： （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： （m）3.2.2 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[6]。

各项计算如下：（1） 堰长（m）（2） 溢流堰高度由式3-7得堰上液层高度为：（m）由式3-6得溢流堰高度为：（m）（3） 弓形降液管宽度Wd和截面积由=0.7，查图[6]5-7 弓形降液管的参数图得： （m2）（m）依式3-8验算液体在降液管中的停留时间，即（s）＞5（s）故降液管设计合理4） 降液管底隙高度由式3-10得降液管底隙高度为：（m）由式3-9得：（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[6]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：（m）（m）（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δ=4 mm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[6]：（mm）由式3-12得筛孔数目n为：个由式3-13得开孔率为：气体通过阀孔的气速为：（m/s）3.2.3 筛板的流体力学验算1. 塔板压降（1） 干板阻力的计算由式3-16得干板阻力为：d0/δ=5/3=1.67,查图[6]5-10得，C0=0.76，由式3-16得干板阻力为： m液柱（2） 气体通过液层的阻力计算由式3-18得：（m/s）由式3-19得： 查图[6]5-11得，β=0.53由式3-17得为： m液柱（3） 液体表面张力的阻力计算由式3-20得为： m液柱由式3-15得气体通过每层塔板的总阻力hp为： m液柱由式3-14得气体通过每层塔板的压降为：Pa＜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，=2.5 hL=2.50.08=0.2 m由式3-21得液沫夹带量为：=0.0094 kg液体/kg气体＜0.1 kg液体/kg气体故在本设计中液沫夹带量在允许范围内4. 漏液由式3-22得漏液点气速为： m/s＞=6.105 m/s由式3-23稳定系数为：＞1.5在适宜范围1.5~2内，故本设计中无明显漏液5. 液泛为防止塔内发生液泛，降液管内液层高应服从式3-26的关系，即碳酸二甲酯––邻二甲苯物系取，则 m板上不设进口堰，可由式3-25计算，即m由式3-24得为： m＜0.2705 m即：故在本设计中不会发生液泛现象3.2.4 塔板负荷性能图1. 漏液线由式3-22 式3-6 式3-7 式 得： 整理得：在操作范围内，任取几个值，依上式计算出,计算结果列于表3-2表3-2 漏液线––关系表，m3/s0.00060.0030.0050.010.0150.0200.0250.030.038，m3/s1.1031.1551.1871.2481.2971.3401.3771.4121.462 由上表数据即可作出漏液线12. 液沫夹带线=0.1 kg液/kg气为限，求––关系如下：由式3-21 式3-18 式 式3-7 故 整理得： 在操作范围内，任取几个值，依上式计算出,计算结果列于表3-3。

表3-3 液沫夹带线––关系表，m3/s0.00060.0030.0050.010.0150.0200.0250.030.038，m3/s6.6976.3836.1895。