精馏塔设计流程

2000吨、组成为在一常压操作的连续精储塔内分离水一乙醇混合物。已知原料的处理量为36% （乙醇的质量分率，下同），要求塔顶储出液的组成为 82%塔底釜液的组成为 6%设计条件如下：操作压力 5kPa（塔顶表压）；进料热状况自选；回流比 自选；单板压降 5s0.000055 3600故降液管设计合理。降液管底隙高度h0h。Lh36001wUoU0 0.08 m/sh00.000055 3600 0.00066m3600 0.396 0.21故降液管底隙高度设计合理。选用凹形受液盘，深度 hw 50 mm2 .塔板布置(1)塔板的分块因D 300mm,故塔板采用分块式，查表得，塔板分为3块。(2)边缘区宽度确定查化工原理课程设计P114得，取 WS WS 0.07m, WC 0.05m。(3)开孔区面积计算开孔区面积依下式计算，即Aa 2(x.r2 x22r - isin180其中 xD(WdWS) 03(0.03720.07) 0.0428 m22rDWC030.050.10 m22Aa2(0.0428.0.102 0.0428220.0162m0.102 . 1 0.0428、sin)1800.10(4)筛孔计算及其排列本题所处理的物系无腐蚀性，可选用3mne钢板，取筛孔直径 d0 5 mm筛孔按正三角形排列，取孔中心距t为t 3d0 3 5 15mm1.155A0t2筛孔数目n为84个1.155 0.016220.015开孔率为0.907(d0)2 0.907(01005)2 10.1 %t0.015气体通过阀孔的气速为Vs0.082u0 50.12 m/sA0 0.101 0.0162(七)筛板的流体力学验算1 .塔板压降(1)干板阻力hc计算干板阻力依下式计算，即hc0.051(%)2(1)c0LC0 0.772由d。/5J3 1.67 ,查化工原理课程设计图 5-10得,故hc0.051(249)2(30) 0.0851m 液柱0.772810.6li 5. JO干箫孔的流，系数(2)气体通过液层的阻力hl计算气体通过液层的阻力 h依下式计算，即hl hLVsAtAf0.0820.0707 0.00511.25m/sF01.25.1.30 1.43 kg12/(s m12)查化工原理课程设计图 5-11得， 0.61。图5H充气系数芟联黑(3)液体表面张力的阻力 h计算液体表面张力所产生的阻力h依下式计算，即4 ,4 43 1 10 3h 一4 0.043 m液柱Lgd0810.6 9.81 0.005气体通过每层塔板的液柱高度hp可依下式计算，即hp hc h hhp 0.0451 0.0353 0.0043 0.0847 m 液柱气体通过每层塔板的压降为Pp hp Lg 0.0847 810.6 9.81 673.5 pa U0,minU0U0,min稳定系数为24.909.96 22.5故在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Hd应服从如下式的关系，即Hd (Ht hW)水一乙醇物系属不易起泡物系，取(Ht hW)0.6(0.30 0.0573) 0.214m而 Hd hp hL hd板上不设进11堰，hd可依下式计算，即hd0.153(u0)20.153(0.08)2 0.001 m 液柱Hd 0.0847 0.06 0.0010.1448 m 液柱Hd (Ht hW)故在本设计中不会发生液泛现象。(八)塔板负荷性能图1 .漏液线由U0,min4.4C0 , (0.00560.131h )-vVS,minU0,minAohL (hW hOW )4.4整理得hOWVS,min0.772VS, min2.84 E(Lh)2310001w4.4CoAo 0.0056 0.13 hWV2.84 Lh 2 3E( ) h L V10001w0.101 0.01620.0056 0.13 0.0573 2.84:10000.0118. 5.455 158.11Ls233600Ls 23(s)0.0043 810.6 1.300.215-4 。在操作范围内，任取几个 Ls值，依上式计算出 Vs值，计算结果列于表表5-4Ls, m3/sVs, m3/s由上表数据即可作出漏液线1。2 .液沫夹带线以ev0.1 kg液/kg气为限,求Vs Ls关系如下:Uahf5.7 10 6 (LUa.3.2Ht hfVsAtAf2.5hL0.707 0.00512.5(鼠how)1.43Vs0.0573hoW2.8410003600Ls 23231 ( s)1.95Ls0.21hf0.1434.88Ls2 3Ht2 3hf0.157 4.88Ls5.7 10 6 , e3 (43.1 10 31.43Vs0.157 4.88Ls23)3.20.1整理得 Vs 0.807 26.84Ls235-5 。在操作范围内，任取几个 Ls值，依上式计算出 乂值，计算结果列于表表5-5L, m3/sVs, m3/s由上表数据即可作出漏液线2。3 .液相负荷下限线对于平直堰，取土g上液层高度how 0.006 m作为最小液体负荷标准。由下式得how2.843600 23E()0.0061000lwLs, min0.0058 10002.84)2 3 0396 0.00024 n3/s3600据此可作出与气体流量无关的垂直液相负荷下限线3。4.液相负荷上限线4s作为液体在降液管中停留的下限，由下式得AH, Af Ht 0.0204 0.30%Ls,min0. 00204 m/s据此可作出与气体流量无关的垂直液相负荷上限线4。5.液泛线令 Hd(Hthp Ahd ; hp hchih ；hLhL ； hLhWhOW联立得 H t1)hw (1)how hchd h忽略h ,将how与Ls,hd与Ls, hc与Vs的关系式代入上式，并整理得222 3a VsbcLsd Ls式中 a0.051(AoCo)2(上)bHt(1)hwc0.153(lwho)233600 23d2.8410 E(1)()1w将有关数据带入，得0.051 ( V) (A0C0)2l0-12(造)0.0569 (0.101 0.489 0.772)2 839.3b Ht (0.1532(0.53 0.014)1)hW 0.6 0.40 (0.6 0.61 1) 0.052 0.1872779.0d2.84 10 3 1 (1 0.61)(舞)231.6400.0569/s2 0.187 2779.0L： 1.640Ls2 3222 3Vs 3.29 48840Ls28.82Ls在操作范围内，任取几个 Ls值，依上式计算出 Vs值，计算结果列于表 5-6。Ls, m3 /sVs, m3/s表5-6由上表数据即可作出漏液线5。根据以上各线方程，可作出筛板塔的负荷性能图，如图5-20所示。A,连接OA即作出操作线4。由图可看出，该筛板的操作在负荷性能图上，作出操作点上限为液泛控制，下限为漏液控制。由图 5-20查得Vs, max2.350 m3/sVs, min0.4100 m7s故操作弹性为Vs maxVs, min2.3505.7300.4100所设计的筛板的主要结果汇总于表5-7。表5-7筛板塔设计计算结果序号项目数值1平均温度tm, 0c2平均压力 Pm , kpa3气相流里 Vs, (m/s)4液相流里 Ls, (m.，-s)5实际塔板数266有效段高度Z, m7塔径，m8板间距，m9溢流形式单溢流10降液管形式弓形11堰长，m12堰高，m13板上液层局度，m14堰上液层局度，m15降液管底隙高度，m16定安区宽度，m17边缘区宽度，m18开孔区面积，m19筛孔直径，m20筛孔数目251121孔中心距，m22开孔率，%23空塔气速，m/s24筛孔气速，m/s25稳定系数26每层塔板压降，pa51927负荷上限液泛控制28负荷卜限漏液控制29液沐夹带 ev, （kg液/kg气）30气相负荷上限，m3/s31气相负荷卜限，m3/s32操作弹性参考文献1化工过程及设备手册，华南化工学院化工原理教研组，华南化工学院出版社，19862陈敏恒，丛德慈，方图南， 化工原理上册.北京：化学工业出版社，19993冯疆，食品工程原理.北京：中国轻工业出版社，20064大连理工大学化工原理教研室.化工原理课程设计.大连：大连理工大学出版社，19945柴诚敬，刘国维，李阿娜.化工原理课程设计.天津：天津科学技术出版社，1995