筛板式精馏塔设计方法

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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2012-5-24

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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 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 m 3 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 ：

FX F = DX D + WXW

F = D +W

塔 顶 产 品 易 挥 发 组 分 回 收 率 η为 ： η = ( DX D ) ( FX F )

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), X F 、 X D 、 X W 分别为进料、塔顶产品、塔底馏出液组 成的摩尔分率2012-5-24

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2、 确 定 最 小 回 流 比

R = (1 . 1 — 2 )R min

一般是先求出最小回流比，然后根据 ,确定回流比

R m in

αx 是根据汽液相平衡方程 y = 1 + (α 1)

q 线方程

q xF y = x q 1 q 1

联 立 求 得 交 点 xq yq , 然 后 代 入 方 程 .

R min =

x D 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。 式中：2012-5-24

R m in —最小回流比 R —回流 α —全塔平均相对挥发度

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3.理 3. 理 论 板 数 和 实 际 板 数 的 确 定(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。 精馏段操作线方程： 提馏段操作线方程：

L D yn +1 = xn + xD L+D L+D

y n +1 ′

L + qF W = xn Xw ′ L + qF W L + qF W

xn 1 yn (利用操作线方程)

y n x n (利用相平衡关系)

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(2)塔顶冷凝器的类型 (i)当塔顶为全凝器时 当塔顶为全凝器时, 当塔顶为全凝器时

y1 = X d

则自第一块塔板下降的液相组成 X1 与 Y1 成 相平衡，故可应用相平衡方程由 Y1 计算出 X1, 自第二块塔板上升蒸汽组成 Y2 与 X1 满足操作线 方程，由操作线方程以 X1 计算得出 Y2.

(ii)当塔顶为分凝器时, ,

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。 2012-5-24

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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

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 (α µ

α —塔顶与塔底的平均温度下的相对挥发度对于多组分的液相粘度：

L

)

0 .2 4 5

其中：

µ L —塔顶与塔底的平均温度下的液相粘度, mpa s

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µ L i —液态组分 i 的粘度, mpa s x i — 液相中组分 i 的摩尔分率 N理 实际理论板数 N = 实 ET

µL =

∑

xi µ

Li

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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 = 3600ρVmV—塔内气体摩尔流量

LM Lm LS = 3600ρ Lmkmol/h

m3 s Vs—塔内气体体积流量

MVm 、 MLm —分别为精馏段气相平均分子量、液相平均分子量

ρVm 、ρ 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)2012-5-24

kg m3

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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 ) .Q C = QV Q D Q R

= 0 .1Q B

QC 、 Q D —分别为塔顶冷凝器带走热量、塔顶产品带走热量

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二 . 塔和塔板主要工艺尺寸的设计它包括板间距的初估，塔径的计算，塔板液流型式的确定，板上 清液高度、堰长、堰高的初估与计算，降液管的选型及系列参数的计 算，塔板布置和筛板的筛孔和开孔率，最后是水力校核和负荷性能图。

1、板间距 H T 的初估板间距的大小与液泛和雾沫夹带有密切的关系。板距取大些，塔 可允许气流以较高的速度通过，对完成一定生产任务，塔径可较小； 反之，所需塔径就要增大些。板间距取得大，还对塔板效率、操作弹 性及安装检修有利。但板间距增大以后，会增加塔身总高度，增加金 属耗量，增加塔基、支座等的负荷，从而又会增加全塔的造价。初选 板间距时可参考下表所列的推荐值。 表 1 板间距与塔径关系 塔 径 D, m0.3~ 0.3 ~ 0.5 0.5~ 0.5 ~ 0.8 250~ 250 ~ 350 0.8~ 0.8 ~ 1.6 350~ 350 ~ 450 1.6~ 1.6 ~ 2.0 450~ 450 ~ 600

200~ 塔 板 间 距 HT mm 200 ~ 3002012-5-24

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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 πu

3 式 中 Vs —塔 内 的 气 相 流 量 ， m s

u — 空 塔 气 速 ， m /s

u = ( 0.6 ~ 0.8 )u m ax—最 大 空 塔 气 速 ， m/ s

umax

ρ L ρV =C ρV σ 20 0 .2

umax

ρ L 、ρV

—分 别 为 液 相 与 气 相 密 度 ， k g m 3 ( C20 值 可 由 S m i t h 关 联 图 求 取 )

负荷系数 C = C 20

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。2012-5-24

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C 20 = ex

p[ 4.531 + 1.6562 Z + 5.5496 Z 2 6.4695Z 3 + ( 0.474675 + 0.079 Z 1.39 Z 2 + 1.3212 Z 3 ) ln Lv + ( 0.07291 + 0.088307 Z 0.49123Z 2 + 0.43196 Z 3 ) × (ln Lv ) 2 ] Z = H T hL2012-5-24

L ρ L 0 .5 Lv = ( ) V ρV

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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 U 形流型 单流型 双流型 阶梯流型 Mm 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 11 以 下 110 以 下 110~ 200 200~ 300 4000 11 以 下 110 以 下 110~ 230 230~ 350 5000 11 以 下 110 以 下 110~ 250 250~ 400 6000 11 以 下 110~ 250 250 …… 此处隐藏：3480字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……