精馏塔优化设计(新)

Ws DT H 0.8116DT bs
，H N
ET
HT H A
Ws ——塔质量，kg；（化工系统工程基础）
H ——塔高，m；
b ——塔壁厚，m；常压 b 3mm ，可取6mm；
s ——碳钢密度， kg/m 3 ；
HT ——板间距，m；
H A ——塔两端高度，m；包括塔顶空间、塔底裙
座。（常用化工单元设备的设计）
2.1.3.2 N的计算
y1 xD 全凝器 平衡线 x1 平衡线 y2 平衡线
操作线 xn xw 注意点：
（1） x xd时，更换操作线方程，注意区别直接与间接蒸汽 加热时的提馏段操作线方程的x不同；
（2）若相平衡关系是分段表示的，则必须判断汽相组成所在
的区间来选择相平衡关系式；
（3）总理论塔板数为
式中
Cz0 ——加热蒸汽价格参数，元/kg；可取0.018； Cz1 ——加热蒸汽价格参数，元/ (kg C) ；可取0.0001； Ts ——加热蒸汽饱和温度， C ； Z ——加热蒸汽流量，kg/h；
a ——再沸器价格回归系数；取415；
b ——再沸器价格回归指数；取0.74； f1 ——再沸器压力校正系数；取0.94； f 2 ——再沸器材质校正系数；取5.35；
2.1.3.1 相平衡关系的表示 对理想溶液，其相平衡关系为： y x 1 ( 1)x
对非理想溶液，其相平衡关系可以从实验数据中利用三次
样条插值得到或通过回归实验数据得到相平衡关系表达式，
其形式主要有：
y a x b （余国琮式） 1 y a b 1 x（阮奇式）
1 y 1 x
y
x
式中 x ，y ——分别为液相和汽相的摩尔组成； a ，b ——相平衡关系回归系数。
AB ——再沸器传热面积，m2 。
1.3 再沸器年运转费用J3 1.3.2 直接蒸汽加热
J 3 ZC z
（8）
式中
C z ——蒸汽价格，元/kg；可取0.05。
2 工艺计算 2.1 精馏塔主体年投资折旧费及维修费用J1的计算 2.1.1 塔径DT的计算
DT
4Vs
u
（9）
式中
Vs ——汽相体积流量，m3/s； u ——空塔气速，m/s。
N
n
1
xn1 xn1
xw xn
，不对理论板数进行
圆整是为了保证回流比和塔板数一一对应的关系。
由2.1点的工艺分析可知精馏塔年投资折旧费和维修费是回流
比的函数，即 J1 J1(R) 。
2.2 冷凝器年运转费用J2的计算 2.2.1 冷却水用量W及冷凝器传热面积AD的计算
QD WC p (t2 t1 ) K D AD tm VrD (R 1)DrD （12）
1.1.1 塔板费用CT（碳钢材料）
N / ET 20 N / ET 20
FN 1
FN 2.25 / 1.0414N ET
1.1.2 塔体费用CH
1.1.2.1 计算方法一
CH
FL
exp6.95 0.1808ln Ws
0.02468ln Ws 2
0.0158 H DT
（4）
其中 式中
计算以上参数时，回流比可以在 1.1Rmin, 2Rmin 区间内选择一适
宜值，它对优化设计结果没有影响，因为 的u K范围较大。
2.1.2 总板效率ET的计算
总板效率可以由总板效率关联图查得或由以下两式计算得到：
ET 0.563 0.276log av 0.0815log av 2
（10）
ET 0.49 av 0.245
（11）
若塔板为浮阀塔则以上计算值还应乘以1.1~1.2；若为筛板塔
则乘以1.1；泡罩塔则乘以1.0。
式中 ——相对挥发度；按塔顶和塔底的平均温度计算； av ——平均粘度，mPa.s或cp；按进料状况和组成
计算；av xi i 。
2.1.3 理论塔板数的计算
精馏塔优化设计
阮奇
（福州大学化学化工学院）
1 目标函数 2 工艺计算 3 目标函数的求解
1 目标函数
J J1 J2 J3
（1）
式中
J ——精馏塔年总费用，元/年； J1 ——精馏塔主体年投资折旧费及维修费用，元/年； J2 ——冷凝器的年折旧及操作费用 ，元/年； J3 ——再沸器的年折旧及操作费用 ，元/年。
1.1.2 塔体费用CH 1.1.2.2 计算方法二
式中
N CH Cs HT A ET
（5）
C s ——塔体费用，元/ m3 ；可取4800； A ——塔截面积，m2 ； A DT2 / 4 。
1.2 冷凝器年运转费用J2
式中
J 2 CwW 1.3af1 f 2 ADb Fc
（6）
Cw ——冷却水价格，元/kg；可取0.0004； W ——冷却水用量，kg/h；
——年工作时间，h/a； a ——冷凝器价格回归系数；取487；
b ——冷凝器价格回归指数；取0.72；
f1 ——冷凝器压力校正系数；取1.0； f 2 ——冷凝器材质校正系数；取6.5； AD ——冷凝器传热面积，m2 。
1.3 再沸器年运转费用 J3 1.3.1 间接蒸汽加热
J 3 (C z0 C z1Ts )Z 1.3af1 f 2 ABb Fc （7）
其中
Vs
22.4V 3600
T T0
P0 P
, V (R 1)D
2.1.1 塔径DT的计算
空塔气速则由液泛气速求得：
VL L R G
VG
G R 1 L
HT
C
C 20
20
0.2
查
C20
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
~
VL VG
G L
~ HT 图
uF C
L G G
确定空塔气速
u u K uF
（一般液体 uK 0.5 ~ 0.6 ，易起泡液体 uK 0.7 ~ 0.8 ）
1.1 精馏塔主体年投资折旧费及维修费用 J1
J1 Fc (CT CH ) 0.05 ~ 0.06(CT CH ) （2）
式中 0.05 ~ 0.06——精馏塔年维修费用比率； Fc ——年折旧率；一般可取折旧年限 8 ~ 10，
Fc 0.1 ~ 0.125
CT ——塔板费用，元； CH ——塔体费用，元。
2.1.1 塔径DT的计算
注意点：
（1）各参数均以第一块塔板（温度，汽液相组成）为
基础进行计算；
（2）不同的塔板形式，C20
~
VL VG
G L
~
HT 图也不同；
（3）表面张力 的混合规则为： A B
（A 、B为两组分）；
AxB BxA
（4）由于优化设计结果还未得到，Ropt未得到；所以在