间接蒸汽加热板式精馏塔设计

简单板式精馏塔设计

设计条件与任务：

已知F 、xF 、xD 、xw 或F 、xF 、xD 和η，塔顶设全凝器，泡点回流，塔底间接(直接)蒸汽加热。

1 全塔物料衡算求产品流量与组成

（1）间接蒸汽加热

F D W =+ (1)

F D W Fx Dx Wx =+ (2)

① 若规定F 、x F 、x D 、x w 则直接联立求解方程(1)与(2)

② 若规定F 、x F 、x D 和η D

F

Dx Fx η=

(3) 先由式(3)求出x D ，再联立求解方程(1)与(2)。 (2)直接蒸汽加热

F S D W +=+ (1)

F D W Fx Dx Wx =+ (2)

(1)(1)S V R D q F ==+-- W L RD qF ==+

2 计算最小回流比

设夹紧点在精馏段，其坐标为(xe,ye)则 min D e

e e

x y R y x -=

-

设夹紧点在提馏段，其坐标为(xe,ye)

min min (1)(1)e W e W

y x R D qF L

V R D q F x x -+==+--- 基础数据：气液相平衡数据

3 确定操作回流比 min (1.1~2.0)R R =

4 计算精馏段、提馏段理论板数

① 理想溶液 图解法或求出相对挥发度用逐板计算法求取。

② 非理想溶液 相平衡数据为离散数据,用图解法或数值积分法求取 精馏段 1

1 R

D

f

N x R x n n

dx

N dN x x +=

=-⎰

⎰

因 111

D n n x R

y x R R +=

+++

所以 ()/D

f

x R x n n D n dx

N y x x y R =

---⎰

(4)

提馏段 1

1 S

f

W

N x S x n n

dx

N dN x x +=

=-⎰

⎰

因 11

W n n x R y x R R +'+=

-''

蒸汽回流比(1)(1)(1)(1)V R D q F D F R R q W W W W

+--'=

==+-- 所以 ()/(1)

f

w

x S x n n n w dx

N y x y x R =

'---+⎰

(5) 式(4)、(5)中塔板由下往上计数。

5 冷凝器和再沸器热负荷

冷凝器的热负荷 ()C DV DL Q V I I =-

再沸器的热负荷

B C D W F Q Q DI WI FI =++-

待求量：进料温度t F 、塔顶上升蒸汽温度t DV (与x D 对应的露点温度)、回流温度t DL (与x D 对应的泡点

温度)、再沸器温度tw (与x W 对应的泡点温度)。

物性数据：

① 各组分在平均温度下的液相热容、气相热容或汽化热。 ② 各组分的热容方程常数

如 2

3

p c A BT CT DT =+++

③ 由沃森公式计算汽化热 21

0.38211(

)1r V V r T H H T -∆=∆-

6 计算实际塔板数

全塔效率：0.245

0.49()

T L E αμ-=——O'Connel 公式

式中：α——塔顶与塔底平均温度下的相对挥发度； μL ——塔顶与塔底平均温度下的液相粘度, mPa.s ① 精馏段

0.245

0.49()

T L E αμ-=

式中：α——精馏段平均温度下的相对挥发度；μL ——精馏段平均温度下的液相粘度, mPa.s

p (N )R

T

N E =精 注意：要圆整塔板数 ② 提馏段

0.245 0.49()T L E αμ-=

式中：α——提馏段平均温度下的相对挥发度；μL ——提馏段平均温度下的液相粘度, mPa.s p 1

(N )S T

N E -=

提 注意：要圆整塔板数 全塔所需塔板数：()()p p p N N N =+精提 全塔效率： (1)/T T p E N N =-

提醒：全塔效率的工业测定值通常在0.3~0.7之间

7 估算塔径

初高板间距，估算塔径。

D =max (0.6~0.8) u u = 0.5

m a x (

)L G G

u C ρρρ-= 0.220=(

)20

L

C C σ 0.5

20L =f (,-h ) ( )

G

L T

G L

W

C H W ρψψρ= 式中：C ——操作物系的负荷因子; σL ——操作物系的液体表面张力，mN/m ；HT ——板间距；hL ——板上液层高度。

注意：(1) 板上液层高度由设计者选定。对常压塔一般取为0.05~0.08m ，对减压塔一般取为0.025~0.03m 。(2) 一定要按压力容器标准圆整塔径。常用的标准塔径为400、500、600、700、800、1000、1200、1400、1600、2000、2200mm 等。(3)以上计算的塔径只是初估值，要根据流体力学原则进行验算。(3) 因精馏段与提馏段的气液负荷及物性数据不同，故设计中两段的塔径应分别计算，若二者相差不大，应取较大者作为塔径，若二者相差较大，应采用变塔径。

所需物性数据

物性数据：气体混合物的密度、液体混合物的密度、液体混合物的表面张力 计算式：

气体混合物 G pM

RT

ρ= 液体混合物：

1

i

L

i

w ρρ=∑

wi ——组分i 的质量分数

含水溶液的表面张力：

1/41/41m S W W S O O

σϕσϕσ=+ 式中：/ / SW SW W S SO SO O S x V V x V V ϕϕ== 计算精馏段塔径时物性数据的处理：