当前位置:
文档之家› 化工原理课程设计精馏板式塔的设计
化工原理课程设计精馏板式塔的设计
④ 降液管的宽度Wd和截面积Af: 可根据堰长lw与塔径D的比值,由图中查取Wd/D和Af/AT的值,。求得的降液 管的宽度和截面积,应按照下式进行验算液体在降液管内的停留时间,并
确保停留时间大于或等于3~5s,这样使得溢流中的泡沫有足够的时间在降
液管中分离。
(27)
⑤ 降液管底隙高度hb:
(28)
• 采用合适的回流比; • 蒸馏系统的合理设置,如采用中间再沸器和中间 冷凝器的流程,可以提高精馏塔的热力学效率。
3.板式精馏塔的工艺计算
釜。 (1) (2)
得出:
3.1物料衡算及操作线方程
• 常规塔:一处进料和塔顶、塔底各有一个产品,塔釜间接蒸汽加热的精馏
(3)
(4)
式中:F、D、W——分别为原料液、馏出液和釜残液流量,kmol/h;
2.2进料状态的选择
• • • • • • •
进料状态以进料热状态参数q表示,有五种进料状态; q>1.0时,为低于泡点温度的冷液进料; q=1.0时,为泡点下饱和液体; q=0时,为露点下的饱和蒸气; 1>q>0时,为介于泡点和露点间的气液混合物; q<0时,为高于露点的过热蒸气进料。 为使塔的操作稳定,免受季节气温影响,精、提馏段采 用相同塔径以便于制造,则采用饱和液体(泡点)进料, 但需增设原料预热器。
• 4、塔的负荷性能图(放在说明书的流体力学验算后、用 标准坐标纸绘制)
2.设计方案的确定
2.1操作压力
精馏操作可以在常压、减压和加压下进行。
除热敏性物料外,凡通过常压精馏即可实现分离要 求,并能用江河水或循环水将馏出物冷凝下来的 系统,都采用常压精馏;
对热敏性物料或混合物沸点过高的系统,宜采用减 压精馏; 常压下成气态的物料必须采用加压精馏。
5.2.3 溢流装置的设计
溢流装置的设计参数包括溢流堰长lw、堰高hw、弓形降 液管截面积Af、降液管底隙高度hb、堰上液层高度how。
① 堰长lw:依据溢流型式及液体负荷决定 单溢流型:lw一般取为(0.6~0.8)D; 双溢流型:两侧堰长lw取(0.5~0.7)D,D为塔径
② 堰上液层高度how: 对于平直堰,设计时how一般应大于0.006m。 可按下式计算:
5.2.2降液管
降液管是塔板间液体流动的通道,也是溢流液中夹带的气体得以分离的场合。 从形状上看,降液管可以分为弓形降液管和圆形降液管。
(a)圆形降液管;(b)内弓形降液管,均适用于直径较小的塔板; (c)弓形降液管,它由部分塔壁和一块平板围成,能充分利用塔内空间,提供较大 的降液面积及两相分离空间,普遍应用于直径较大、负荷较大的塔板; (d)倾斜式弓形降液管,它即增大了分离空间又不过多的占用塔板间距,适用于大 直径大负荷的塔板。下面介绍单流型具有弓形降液管塔板的溢流装置的设计。
(25)
Ls-液体体积流量,m3/h; E-液流收缩系数,一般情况取1。 当平堰上液层高度how< 6mm或液流强度Ls/lw < 3m3/(m h)时,需改为齿形流,此时how的计算 公式可参看手册。
③ 溢流堰高hw:
(26) 对于常压或加压塔,一般取hw=50~80mm;
对于减压塔或要求塔板阻力很小时,hw为25mm左右; 当液体量很大时,hw可适当取大。
利用体系的汽-液相平衡方程(A),精馏段操作线方程(A)和提 馏段操作线方程(C),自塔顶开始,向下逐板计算,可以求得各层 塔板上的汽、液相组成,计算结果较精确。
当计算至xn与xF相等或接近时,第n层为加料板。同理,于加料板以下, 改用方程(A)与方程(C)进行交叉计算,直至xN等于或略小于xw为 止,则再沸器相当于第NT块塔板,此塔的总理论板数为NT-1,提馏段 板数为(NT-n)块。
hb不宜小于0.02~0.025m,以免引起堵塞。当选定hb后,即可求得液体流经底隙 的流速μ0,其值不大于0.3~0.5m/s。
(29)
⑥ 受液盘及进口堰
受液盘有凹形和平形两种形式。 对于直径较小的塔或处理易聚合的物系时,塔板不易有死角存在,多采用平形受液盘。 对于直径大于800mm以上的塔板或有侧线抽出时,也可以采用凹形受液盘。 当大直径的塔采用平形受液盘时,一般需在塔板上设置进口堰。
板式塔大致可以分为两类: 1、降液管的塔板,如泡罩、浮阀、筛板等等; 2、无降液管塔板,如穿流式筛板,穿流式波纹板。 工业上应用较多的是有降液管的浮阀、筛板和泡罩塔板等。
泡罩塔主要优点是操作弹性大,液气比范围大,适用于多种介质,操作稳定 可靠;但其结构复杂,造价高,安装维修不便,气相压降较大。 浮阀塔是现今应用最广的一种板型,其主要优点是生产能力大,操作弹性较 大,分离效果较高,塔板结构较泡罩塔简单。制造费是泡罩塔板的60~80%, 是筛板塔的120~130%。目前国内多用F1型(重阀)浮阀塔。 筛板塔主要优点是结构简单,制造维修方便,造价低,相同条件下生产能力 高于浮阀塔,塔板效率接近浮阀塔。缺点是稳定操作范围窄,小孔径筛板易 堵塞,不适宜处理粘性大、脏的和带固体粒子的料液。
4.3.4 塔底空间高度HB
为了保证塔底产品抽出稳定,使塔底液体不致流空,一般可取塔底产品的 停留时间为10~15min,因此可按残液量和塔径进行计算,也可取经验值, 常取1.3~3m。
4.3.5 塔体总有效高度H
(24)
S—人孔的数目(不包括塔顶空间和塔底空间的人孔))
5.塔板类型及主要参数
5.1塔板类型的选择
1.1 化工原理课程设计的目的
• 学生需要培养的能力: • 1、查阅资料,选用公式和搜集数据的能力; • 2、综合分析设计任务要求,确定化工工艺流 程,进行设备选型; • 3、迅速准确进行工程计算的能力; • 4、用简洁的文字,清晰的图表来表达自己设 计思想的能力。
1.2 化工原理课程设计的内容
4.塔体主要尺寸的设计
4.1塔板间距(HT)
需要考虑以下几个因素: 1、雾沫夹带:板间距小,则雾沫夹带量大,板间距增加则 雾沫夹带量可以减小,当板间距增大到一定程度,雾沫夹 带量的改变很小,过大的板间距就没有必要了。 2、物料的起泡性:易起泡的物系,板间距较大,反之则小。 3、操作弹性:当有较大的操作弹性时,选较大的板间距。 4、与塔径的大小有关。不同的塔径范围的塔板间距建议采 用下表的数据。
4.3 其它塔体的主要尺寸
4.3.1塔顶高度HD
塔顶空间高度作用是安装塔板和人孔的需要,也使气体中的液滴自由沉降,塔顶空间
高度一般取1.0~1.5m。
4.3.3进料段高度 HF
进料如果是液相,则HF应稍大于一般的板间距,并满足安装人孔的 需要。如果是两相进料,则HF需要取得大一些,以利于进料两相分 离。一般可取: HF=(1.0~1.2)m。
3.3 理论板数的确定
3.3.1 作图法
由(xD,xD)点开始,在精馏段操作线与平衡线间做梯级,当跨过 第m块理论板后液相浓度首次出现xm<xq,则取第m块理论板为加料 板可使总的理论板数最小。梯级的总个数即为理论塔板数。 作图法的缺点:当平衡线和操作线较靠近时,作图法画梯级的误差 较大。
3.3.2 逐板计算法
(12)
(13)
(3)对于理想溶液或在相对挥发度可取为常数时,可以用 解析法计算Rmin; 进料为饱和液体时:
(14)
进料为饱和蒸气时:
(15)
a全塔—全塔平均相对挥发度,α全塔变化不大时,可取塔顶和塔底的α几何平均值。
3.2.2 适宜的回流比 分别取不同的系数,求出对应的塔板数,然后画出R-N图, 由图可知最合适的回流比。
3.3.3 简捷法求理论板数
a. 在全回流下求出所需理论板数Nmin,对于接近理想体系的混合物,可以采用芬斯克 方程计算;
(16)
b.使用吉利兰图,根据 在内的理论板数N;
,由曲线查出
,即可求出不包括再沸器
C.确定进料板位置,利用公式(16),以xF代xw,α精馏代替α全塔,求得精馏段 的最小理论板数Nmin(精),按照步骤b法求得精馏段的理论板数N精,则加料板
4.2塔径D的计算
适宜的空塔气速:
(22)
对于直径较小或板间距小的塔,以及起泡严重的物系,系数取 低限,反之则取高限。 初步估算的塔径为:
(23)
目前,塔的直径已标准化,所求得的塔径必须圆整到标准值。 塔径在1米以下者,标准化先按100mm增值变化;塔径在1米 以上者,按200mm增值变化,即1000mm,1200mm,1400 mm….。 圆整后的直径,再按实际塔径按(23)式求出实际空塔气速, 验算其是否在最大允许空塔气速的0.6~0.8范围内,做为后面 有关计算中的空塔气速值。
(20)
(21)
C20—为液相表面张力σ为0.02N/m时的负荷因数,可由Smith气相负荷 因数关联图查出。需要先知道液滴沉降高度(HT-hL),液气流动
参数 有关。
hL——为板上清液高度,由于塔径和降液管的尺寸未定,hL可以取估计值: 对于常压及加压塔: hL=60~ 80mm 对于减压塔: hL=20~ 30mm
另外,考虑安装检修的需要,在塔体人孔处的板间距不 应小于600mm;对只需开手孔的小型塔,开手孔处的板间距 可取为450mm以下。
4.2塔径D的计算
以不发生气速,求得塔径。 最大允许空塔气速: 其中C为气相负荷因数:
式中σ —为表面张力,N/m;
1.2.2图纸的主要内容:
• 1、工艺流程简图 • 2、一张塔设备工艺条件图,用A1纸画,标准机械制图方 法制图,包括塔和关键部位图、技术特性表、接管表 (塔 径在1.5m米以上须开人孔,0.8mm以下,只开手孔)。 • 技术特性表:注明操作压强、温度、工作介质、容器类别 等。 • 用标准标注方法 • 3、Y-X相图,N-R图用标准坐标纸绘制
5.2 塔板有关参数的计算
5.2.1板上液流型式的确定
常用的塔板流动型式有下面几种: (1)单流型:这是最普遍和最常用的,液体的流径较长,板面利用好; 塔板结构简单,直径小于2.2m以下的塔普遍采用此型; (2)双流型:用于大塔径及液相负荷较大的场合; (3)回流型:又称U型流型,用于液气比较小的场合; (4)其他流型:当塔径及液流量都特大式,双流型无法满足,可以用四 流型或阶梯型。