精馏塔工艺工艺设计计算
化工工艺设计第6章填料精馏塔的工艺设计
2.7
1.60
• 塔中：
F 4V 3600 D
2 T
G
3600 1.3
4 13930
2
2.7
1.77
• 塔底：
F 4V 3600 D
2 T
G
3600 1.3
4 14810
2
2.7
1.89
• 利用Smoker公式可算得精馏段和提馏段所需理论 级数分别为： 精馏段 (nt)精=8.82 提馏段 (nt)提=8.79 • 对250Y填料，可从性能曲线查得F=1.89时，每米 填料的当量理论级数为NTSM=2.8，于是精馏段和 提馏段的填料层高度分别为： 精馏段 Z精=(nt)精/(NTSM)精=8.82/2.8=3.15m 提馏段 Z提=(nt)提/(NTSM)提=8.79/2.8=3.14m • 在实际工程中，考虑到制造、安装等各种因素， 上述计算填料层高度应有适当富裕量。
塔径计算： • 求出流动参数FP：
L FP G
G L
（6-3）
• 由图查所选填料的Cmax值； • 由式（6-1）计算F因子设计值； • 由式（6-4）计算塔径
AT
3600 G L G Cs
G
0.5
DT
4
AT
（6-4）
式中 L——液相质量流率，kg/h； ρL——液相密度，kg/m3； AT——塔横截面积，m2。
T F 0.002533 V MP
（6-1）
F因子与Cs因子间的关系：
F Cs ρ L ρG
由于液泛点的定义尚不明确，难以确定，故 规整填料常以每米填料压降1000Pa作为极限 负荷。它比液泛点约低5%~10%，设计负荷通 常取极限负荷的75%~80%。
精馏塔的计算
3．解吸：从吸收剂中分离出已被吸收气体的操作。
4．吸收操作传质过程：单向传质过程，吸收质从气相转移到液相的传质过程。
其中包括吸收质由气相主体向气液相界面的传递，及由相界面向液相主体的传递。
5．吸收过程：通常在吸收塔中进行。为了使气液两相充分接触，可采用板式塔或填料塔，少数情况下也选用喷洒塔。
对于易溶气体，H很大，此时，传质阻力集中于气膜中，液膜阻力可以忽略，1/ KG≈1/kG气膜阻力控制着整个吸收过程的速率，吸收总推动力的绝大部分用于克服气膜阻力，这种情况称为“气膜控制”。
对于气膜控制的吸收过程，如要提高其速率，在选择设备型式及确定操作条件时，应特别注意减小气膜阻力。
（2）以C*-C表示总推动力的吸收速率方程式（液相总吸收速率方程式）
解：将液组成换算成摩尔分率。
xF=（40/78）/(40/78+60/92)= 0.44
xD=(97/78)/(97/78+3/92)=0.974
xW=(2/78)/(2/78+98/92)=0.0235
原料平均摩尔质量MF=78×0.44+92×0.56=85.8kg/kmol
由物料衡算：F= D+W =15000/85.8= 175kmol/h
则F = D + W
FxF= DxD+ WxW
175 = D + WD=76.6kmol/h
175×0.44=0.974D+0.0235WW=98.4kmol/ h
例：将含24%（摩尔分率，以下同）易挥发组分的某混合液送入连续操作的精馏塔。要求馏出液中含95%的易挥发组分，残液中含3%易挥发组分。塔顶每小时送入全凝器850kmol蒸汽，而每小时从冷凝器流入精馏塔的回流量为670kmol。试求每小时能抽出多少kmol残液量。回流比为多少？
精馏塔工艺设计
一、苯- 氯苯板式精馏塔的工艺设计任务书（一）设计题目设计一座苯-氯苯连续精馏塔，要求年产纯度为98.5%的苯36432吨，塔底馏出液中含苯1%，原料液中含苯为61%（以上均为质量百分数）。
（二）操作条件1. 塔顶压强4kPa（表压）2. 进料热状况：饱和蒸汽进料3. 回流比：R=2R min4. 单板压降不大于0.7kPa（三）设计内容设备形式：筛板塔设计工作日：每年330 天，每天24小时连续运行厂址：青藏高原大气压约为77.31kpa 的远离城市的郊区设计要求1. 设计方案的确定及流程说明2. 塔的工艺计算3. 塔和塔板主要工艺尺寸的确定（1）塔高、塔径及塔板结构尺寸的确定（2）塔板的流体力学验算（3）塔板的负荷性能图绘制（4）生产工艺流程图及精馏塔工艺条件图的绘制4、塔的工艺计算结果汇总一览表5、对本设计的评述或对有关问题的分析与讨论（四）基础数据1. 组分的饱和蒸汽压p i （mmH）g2. 组分的液相密度ρ（kg/m3）、苯- 氯苯板式精馏塔的工艺计算书（精馏段部分）一）设计方案的确定及工艺流程的说明原料液经卧式列管式预热器预热至泡点后送入连续板式精馏塔（筛板塔），塔顶上升蒸汽流采用强制循环式列管全凝器冷凝后一部分作为回流液，其余作为产品经冷却后送至苯液贮罐；塔釜采用热虹吸立式再沸器提供汽相流，塔釜产品经卧式列管式冷却器冷却后送入氯苯贮罐。
典型的连续精馏流程为原料液经预热器加热后到指定的温度后，送入精馏塔的进料板，在进料上与自塔上部下降的回流液体汇合后，逐板溢流，最后流入塔底再沸器中。
在每层板上，回流液体与上升蒸气互相接触，进行热和质的传递过程。
操作时，连续地从再沸器取出部分液体作为塔底产品（釜残液），部分液体汽化，产生上升蒸气，依次通过各层塔板。
塔顶蒸气进入冷凝器中被全部冷凝，并将部分冷凝液用泵送回塔顶作为回流液体，其余部分经冷却器后被送出作为塔顶产品（馏出液）。
（二）全塔的物料衡算1. 料液及塔顶底产品含苯的摩尔分率苯和氯苯的相对摩尔质量分别为 78.11 kg/kmol 和 112.6kg/kmol 0. 61/ 78. 110.61/ 78.11 0.39/ 112.62. 平均摩尔质量3. 料液及塔顶底产品的摩尔流率依 题 给 条 件 ： 一 年 以 330 天 ， 一 天 以 24 小 时 计 ， 有 ：（三）塔板数的确定1. 理论塔板数 N T 的求取 2）确定操作的回流比 R将 1）表中数据作图得 x ~ y 曲线及 t x ~ y 曲线。
第3章精馏塔主要工艺标准尺寸的设计1
精馏段
取阀孔动能因子 则
每层塔板上浮阀数目为
取边缘区宽度 ，破沫区宽度
塔板上的鼓泡区面积
浮阀排列方式采用等腰三角形叉排，取同一个横排的孔心距 。
则排间距：
按 ,以等腰三角形叉排方式作图,排得阀数6个.
所以
阀孔动能因子变化不大,仍在9~13范围内
塔板开孔率=0.552/6.53×100%=8.45%
平均密度
气相
ρV
㎏/㎥
2.73
3.01
液相
ρL
799.47
771.48
平均表面张力
σ
mN/m
19.84
17.51
平均粘度μΒιβλιοθήκη mPa·s0.290
0.251
平均流率
气体
VS
㎥/s
0.039
0.040
液体
LS
6.06×10-5
33.23×10-5
3、2 精馏塔主要尺寸的计算
3、2、1 塔径的计算
精馏段:
由 , , ,
第4章 附属设备与接管的选取
4、1 原料的预热器的设计
采用绝对压力为200kPa的水蒸气逆流加热，饱和水蒸气到饱和液体流出，温度都是120℃，利用蒸汽潜热讲原料从tF加热到tb。
已知tF=25℃，tb=105.64℃,
所以定性温度:
4、1、1 物性数据
表-1
定性温度/℃
密度/﹙㎏/㎥﹚
粘度/Pa·s
1、堰长
取
出口堰高:本设计采用平直堰,堰上液高度 (近似取E=1)
精馏段
提馏段
2、弓形降液管的宽度和横截面
查图得:
则
验算降液管内停留时间:
精馏工艺计算
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
2. 确定最小回流比
一般是先求出最小回流比，然后根据
气流截面积固定，操作弹性小 a、舌型塔板 —
气相夹带严重，板效率降低 气流截面积可调，操作弹性大
b、浮动喷射塔板 — 存在漏夜和吹干现象，板效率降低
c、浮舌塔板 — 操作弹性大、压降低，特适用减压蒸馏
二.塔板上汽液两相的流动现象
气液接触状态
塔板上汽液两相的流动现象
塔板上汽液两相的流动现象
(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。
（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
塔板类型 喷射型塔板：
板式塔
舌形塔板
浮舌塔板
无 溢 流 堰 ， 液 层 较 薄压，降 降 低 雾 沫 夹 带 少 ， 气 速 可高较， 生 产 能 力 增 大
喷射型
并 流 喷 射 ， 液 面 落 差 小
塔板
传 质 表 面 增 大 且 不 断新更， 传 质 效 果 提 高 板 效 率 并 不 是 很 高
塔板上汽液两相的流动现象
注意
通常希望在泡沫状态、喷射状态或两者的过渡状态下操作 液汽比较大时处于泡沫状态，较小时处于喷射状态 易挥发组分与难挥发组分的表面张力的相对大小对汽液 接触状态有影响
精馏塔塔设计及相关计算
---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------精馏塔塔设计及相关计算2011板式精馏塔设计任务书板式精馏塔的设计选型及相关计算设计计算满足生产要求的板式精馏塔，包括参数选定、塔主题设计、配套设计及相关设计图Administrator 09 级化工 2 班xx2011/12/11/ 27目录板式精馏塔设计任务....................................... 3一．设计题目. (3)二．操作条件 (3)三．塔板类型 (3)四．相关物性参数 ................................................ 3 五．设计内容 .................................................... 3设计方案 ...................................错误！未定义书签。
一．设计方案的思考 .............................................. 6 二．工艺流程 . (6)板式精馏塔的工艺计算书 ................................... 7一．设计方案的确定及工艺流程的说明............................... 二．全塔的物料衡算 ............................................... 三．塔板数的确定 ................................................. 四．塔的精馏段操作工艺条件及相关物性数据的计算................... 五．精馏段的汽液负荷计---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 算 ......................................... 六．塔和塔板主要工艺结构尺寸的计算 ............................... 七．塔板负荷性能图 ...............................................筛板塔设计计算结果 .....................错误！未定义书签。
第四节 原油精馏塔工艺计算
7、汽化段温度 （1）汽化段中进料的汽化率与过汽化度 取进料的过汽化度2％（质量分数）或2.03％即过汽化 为6314kg/h。 要求进料在汽化段中的汽化率为eF ： eF （体积分数）＝（4.3%＋7.2%＋ 7.2%＋9.8%＋2.03%) ＝30.53％ （2）汽化段油气分压 要计算各组分的摩尔流量。 计算结果见下表：
设计计算对象一目了然，便于分析计算结果的规律性，避免 漏算重算，容易发生错误，因而是很有用的。
11
12
6、操作压力
取塔顶产品罐的压力为0.13MPa。塔顶采用两级冷凝冷 却流程。取塔顶空冷器压降为0.01MPa，使用一个管壳式后 冷器，壳程压力取0.017MPa。故 塔顶压力＝0.13＋0.01＋0.017=0.157MPa 取每层浮阀塔板压力降为0.5kPa，（表7－11）则推算出 常压塔各个关键部位的压力如下： 一线抽出板（第9层）上压力0.161MPa； 二线抽出板（第18层）上压力0.166MPa； 三线抽出板（第27层）上压力0.170MPa； 汽提段压力（第30层）0.172MPa； 取转油线压力降为0.035MPa,则 加热炉出口压力＝0.172＋0.035=0.207MPa
然e0＜eF，即在炉出口的条件下，过汽化油的部分重柴油 处于液相。据此可以算出进料在炉出口条件下的焓h0，见 表7－18
20
表7－18 进料在炉出口处携带的热量 （P＝0.207MPa t=360℃
油料 汽油 焓kJ/kg 汽相 1201 液相 1201×11100＝13.05 热量kJ/h 104
煤油
轻柴油 重柴油汽相 部分 重柴油液相 部分 重油
1164
1151 1143 － － 971 904
1164×21040＝22.94
苯甲苯精馏塔计算示例
求得 ： tW =108.97℃ c.进料液温度 t F
求得： t F =94.52℃
2
沈阳化工学院学士学位论文
第一部分 工艺计算
(3)回流比的确定 (3)
a、已知泡点进料 q = 1 且求得 tF =94.52℃
在此温度下，利用表 1-1 内插法计算苯和甲苯的饱和蒸汽压,
94.52 − 80.2 p 0 A − 760 p 0 B − 300 = = 100 − 80.2 1344 − 760 559 − 300
t F = 94.52 温度下，查表苯，甲苯的粘度分别是 0.265 和 0.285
µ
LF
= µ ∗ x F + µ ∗ (1 − x F )
1 2
=0.265*0.4402+0.285*（1-0.4402） =0.276
−0.245 ET = 0.49 × （2.43 × 0.276） = 0.539
= 1.51 d、R = 1.2 Rmin = 1.2 *1.51 = 1.81
1.3 物料衡算 物料衡算
已知： D ! =
2.8 × 10 7 =3607.5kg/h 330 × 24 × 0.98
M
D
=78.35kg/mol D! =46.04kmol/h MD
D=
根据物料恒算方程： F=D+W F=46.04+W
= 116.44*0.0352+142.20*(1 –0.0352) = 141.29
kj /(kmol*k)
tF 温度下：
Cp（F）= Cp1 * XF + Cp2(1 – XF)
= 119.93 * 0.4402 + 137.15*(1 – 0.4402) = 126.05
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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 TTH 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uV D Sπ4=（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/su =（0.6~0.8）u max （3-3） VVL Cu ρρρ-=m a x （3-4） 式中 L ρ–––––液相密度，kg/m 3V ρ–––––气相密度，kg/m 3C –––––负荷因子，m/s2.02020⎪⎭⎫⎝⎛=L C C σ （3-5）式中 C –––––操作物系的负荷因子，m/sL 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 O W 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 。
32100084.2⎪⎪⎭⎫⎝⎛=Wh OWl 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。
hTf 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 Dx +-=2 c W Dr -=2开孔数n ：2155.1t 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 。
200907.0⎪⎭⎫⎝⎛==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 ρρ2051.0 (3-16) 式中 0h –––––气体通过筛孔的速率，m/s ； 0c –––––流量系数。
()O W W L l h h h h +==ββ (3-17) fT sa 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。
04gd h L Lρσσ= (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()VL 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1. 塔径的计算查5-1史密斯关联图[6]，图的横坐标为：1203.0685.3427.8324604.236000197.036002121=⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛V L L L Vhρρ取塔板间距H T =0.50m ，板上液层高度L h =0.08m ，则L T h H - =0.50-0.006=0.42m查图[6]5-1的C 20=0.09，由式3-5得：0878.020675.179.0202.02.020=⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎭⎫⎝⎛=L C C σ由式3-4得：32.1685.3685.3427.8320878.0max =-⨯=-=V V L Cu ρρρ（m/s ） 取安全系数[6]为0.7，由式3-3得空塔气速为： u=0.7u max =0.7×1.32=0.924（ m/s ） 由式3-2得塔径为：84.1924.014.34604.244=⨯⨯==u V D S π（m ） 按标准塔径圆整后为： D=2.000m 塔截面积为： 14.34414.342=⨯==D A T π（m 2） 实际空塔气速为： 784.014.34604.2===T S A V u （m/s ） 2. 精馏塔有效高度的计算Aspen 模拟结果N T =20，由式3-1得有效塔高为：5.195.015.020)1(=⨯⎪⎭⎫⎝⎛-=-=T T T H E N Z （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W l4.10.27.07.0=⨯==D l W （m ）（2） 溢流堰高度W h由式3-7得堰上液层高度OW h 为：039.04.136000197.0110004.2810004.283232=⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯⨯=⎪⎪⎭⎫⎝⎛=WhOWl L E h （m ）由式3-6得溢流堰高度为：041.0039.008.0=-=-=O W L W h h h （m ）（3） 弓形降液管宽度W d 和截面积f A由D l w=0.7，查图[6]5-7 弓形降液管的参数图得： 088.0=Tf A A 15.0=D W d2763.014.3088.0088.0=⨯=⨯=T f A A （m 2） 30.0215.015.0=⨯=⨯=D W d （m ）依式3-8验算液体在降液管中的停留时间，即01.736000197.05.02763.036003600=⨯⨯⨯==hTf L H A θ（s ）＞5（s ）故降液管设计合理。
（4） 降液管底隙高度0h由式3-10得降液管底隙高度0h 为：035.04.04.136000197.03600'360000=⨯⨯⨯==u l L h W h （m ）由式3-9得：006.0035.0041.00=-=-h h W （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W s =W s ′=0.08m ，W c =0.05m 。
（3） 开孔区面积计算由式3-11可算得开孔区面积如下：()()62.008.03.020.22=+-=+-=s d W W D x （m ） 95.005.020.22=-=-=c W D r （m ）()212221222175.295.062.0sin 18095.014.362.095.062.02sin 1802m r x r x r x A a =⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯+-⨯⨯=⎪⎪⎭⎫⎝⎛+-=--π （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d 0=5 mm 。
筛孔按三角形排列，取孔中心距t 为[6]：155330=⨯==d t （mm ） 由式3-12得筛孔数目n 为：11165015.0175.2155.1155.122=⨯==t A n a 个 由式3-13得开孔率为：%1.10101.0015.0005.0907.0907.02200==⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯=⎪⎭⎫ ⎝⎛==t d A A a φ气体通过阀孔的气速为：2.11175.2101.04604.200=⨯==A V u S （m/s ） 3.2.3筛板的流体力学验算1. 塔板压降（1） 干板阻力c h 的计算由式3-16得干板阻力c h 为：d 0/δ=5/3=1.67,查图[6]5-10得，C 0=0.76，由式3-16得干板阻力c h 为：415.0427.832685.3772.02.11051.0051.0220=⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=L V c c u h ρρ m 液柱 （2） 气体通过液层的阻力l h 计算由式3-18得：8592.02763.014.34604.2=-=-=f T s a A A V u （m/s ）由式3-19得：7.1685.38592.00=⨯==V a u F ρ ()11m s kg ⋅ 查图[6]5-11得，β=0.53 由式3-17得l h 为：()042.008.053.0=⨯=+==O W W L l h h h h ββ m 液柱（3） 液体表面张力的阻力计σh 算由式3-20得σh 为：0017.0005.081.9427.83210675.174430=⨯⨯⨯⨯==-gd h L L ρσσ m 液柱由式3-15得气体通过每层塔板的总阻力h p 为：0852.00017.0042.00415.0=++=++=σh h h h l c P m 液柱 由式3-14得气体通过每层塔板的压降为：8.69581.9427.8320852.0=⨯⨯==∆g h P L P P ρPa ＜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。