板式精馏塔设计1课件.ppt
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- 板式 精馏塔 设计 课件
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1、 板式精馏塔课程设计板式精馏塔课程设计课程目的课程目的先修课程的综合训练,培养工程能力的训练先修课程的综合训练,培养工程能力的训练n掌握化工设计的基本程序和方法;掌握化工设计的基本程序和方法;n学会查阅技术资料、选用公式和数据;学会查阅技术资料、选用公式和数据;n用简洁文字和图表表达设计结果;用简洁文字和图表表达设计结果;n用用CADCAD制图以及计算机辅助计算等能力方面制图以及计算机辅助计算等能力方面得到一次基本训练。得到一次基本训练。设计主要内容设计主要内容n设计方案简介设计方案简介n主要设备的工艺设计计算主要设备的工艺设计计算 n板式塔的结构板式塔的结构 n辅助设备的选型辅助设备的选型n
2、主要设备的工艺条件图主要设备的工艺条件图 n设计说明书的编写设计说明书的编写 对给定或选定的工艺对给定或选定的工艺流程、主要设备的型流程、主要设备的型式进行简要的论述式进行简要的论述 设计方案的确定设计方案的确定(一)装置流(一)装置流程的确定程的确定要求在设计说明要求在设计说明书上画出流程书上画出流程简图。简图。n塔顶冷凝装置根据生产情况以决定采用塔顶冷凝装置根据生产情况以决定采用分凝器或全凝器。一般,塔顶分凝器对分凝器或全凝器。一般,塔顶分凝器对上升蒸汽虽有一定增浓作用,但在石油上升蒸汽虽有一定增浓作用,但在石油等工业中获取液相产品时往往采用全凝等工业中获取液相产品时往往采用全凝器,以便于
3、准确地控制回流比。若后继器,以便于准确地控制回流比。若后继装置使用气态物料,则宜用分凝器。装置使用气态物料,则宜用分凝器。二)二)操作压强的选择操作压强的选择n精馏操作可在常压、减压或加压下进行。操作精馏操作可在常压、减压或加压下进行。操作压强常取决于冷凝温度。压强常取决于冷凝温度。n一般,除热敏性物料以外,凡通过常压蒸馏不一般,除热敏性物料以外,凡通过常压蒸馏不难实现分离要求,并能用江河水或循环水将馏难实现分离要求,并能用江河水或循环水将馏出物冷凝下来的系统,都应采用常压蒸馏;对出物冷凝下来的系统,都应采用常压蒸馏;对热敏性物料或混合液沸点过高的系统则宜采用热敏性物料或混合液沸点过高的系统则
4、宜采用减压蒸馏;对常压下馏出物的冷凝温度过低的减压蒸馏;对常压下馏出物的冷凝温度过低的系统,需提高塔压或采用深井水、冷冻盐水作系统,需提高塔压或采用深井水、冷冻盐水作为冷却剂;而常压下呈气态度物料必须采用加为冷却剂;而常压下呈气态度物料必须采用加压蒸馏。压蒸馏。(三)(三)进料热状况的选择进料热状况的选择n原则上,在供热量一定的情况下,热量原则上,在供热量一定的情况下,热量应尽可能由塔底输入,使产生的气相回应尽可能由塔底输入,使产生的气相回流在全塔发挥作用,即宜冷进料。但为流在全塔发挥作用,即宜冷进料。但为使塔的操作稳定,免受季节气温影响,使塔的操作稳定,免受季节气温影响,精、提馏段采用相同塔
5、径以便于制造,精、提馏段采用相同塔径以便于制造,则常采用饱和液体(泡点)进料,但需则常采用饱和液体(泡点)进料,但需增设原料预热器。若工艺要求减少塔釜增设原料预热器。若工艺要求减少塔釜加热量避免釜温过高、料液产生聚合或加热量避免釜温过高、料液产生聚合或结焦,则应采用气态进料。结焦,则应采用气态进料。n蒸馏大多采用间接蒸汽加热,设置再沸器。有蒸馏大多采用间接蒸汽加热,设置再沸器。有时也可采用直接蒸汽,例如蒸馏釜残液中的主时也可采用直接蒸汽,例如蒸馏釜残液中的主要成分是水,且在低浓度下轻组分的相对挥发要成分是水,且在低浓度下轻组分的相对挥发度较大时(如乙醇与水混合液)宜用直接蒸汽度较大时(如乙醇与
6、水混合液)宜用直接蒸汽加热,其优点是可以利用压强较低的加热蒸汽加热,其优点是可以利用压强较低的加热蒸汽以节省操作费用,并省掉中间加热设备。但由以节省操作费用,并省掉中间加热设备。但由于直接蒸汽的加入,对釜内溶液起一定的稀释于直接蒸汽的加入,对釜内溶液起一定的稀释作用,在进料条件和产品纯度、轻组分收率一作用,在进料条件和产品纯度、轻组分收率一定的前提下,釜液浓度相应降低,故需在提馏定的前提下,釜液浓度相应降低,故需在提馏段增加塔板以达到生产要求。段增加塔板以达到生产要求。二元连续板式精馏塔的工艺计算二元连续板式精馏塔的工艺计算n物料衡算物料衡算n实际塔板数的确定实际塔板数的确定n塔高和塔径的计算
7、塔高和塔径的计算n塔板结构参数的确定塔板结构参数的确定n塔板流动性能校核塔板流动性能校核n全塔物料衡算全塔物料衡算 间接加热时:间接加热时:F=D+W F=D+W FxFxF F=Dx=DxD D+Wx+WxW W 可以解出可以解出F,WF,W。1.确定理论板数确定理论板数 可以采用图解法或逐板计算法可以采用图解法或逐板计算法.n平衡数据平衡数据n回流比回流比n精馏段操作线精馏段操作线n加料线加料线n提馏段操作线提馏段操作线 相关说明相关说明n平均挥发度平均挥发度的求法的求法:NN.21nav的计算的计算:平均粘度由乙醇和水在平均温平均粘度由乙醇和水在平均温度下的粘度线性加和得到度下的粘度线性
8、加和得到 av=乙醇乙醇xF+水水(1xF)n 平均塔温为塔顶和塔底温度的算术平均值平均塔温为塔顶和塔底温度的算术平均值其中其中 i=yi(1-xi)/xi(1-yi)2.总板效率总板效率 Oconnel关联图查得,见关联图查得,见化化工原理工原理书书图图8-32精馏精馏塔总板效率关联图,塔总板效率关联图,由横坐标由横坐标L可求得总板效率可求得总板效率E3.实际板数实际板数NE NE=(N-1)/E,N为理论板为理论板数,分别算出精馏段和提馏段的实际板数,分别算出精馏段和提馏段的实际板数并标明加料板的位置。数并标明加料板的位置。三三 塔高、塔径的计算塔高、塔径的计算n物性参数的查找、计算物性参
9、数的查找、计算塔径由精馏塔内各段物料的摩尔流率(或说塔径由精馏塔内各段物料的摩尔流率(或说体积流率)决定的,其影响因素有体积流率)决定的,其影响因素有F F(进料(进料流率)、流率)、R R(回流比)及(回流比)及q q,涉及单位换算,涉及单位换算1、平均分子量的计算平均分子量的计算(1)塔顶的平均分子量)塔顶的平均分子量 x1为与为与y1=XD平衡平衡 的液相的液相组成)组成)MVDM=XDM轻组分轻组分+(1XD)M重组分重组分MLDM=x1M轻组分轻组分+(1x1)M重组分重组分(2)进料板的平均分子量)进料板的平均分子量 进料板对应的组成进料板对应的组成Xn 和和yn (进料板对应的组
10、成由逐进料板对应的组成由逐板计算得到,板计算得到,n值各人不同值各人不同)MVFM=ynM轻组分轻组分+(1yn)M重组分重组分MLFM=XnM轻组分轻组分+(1Xn)M重组分重组分1、平均分子量的计算平均分子量的计算(3)塔底的平均分子量()塔底的平均分子量(yw为与为与xw平衡的气相组成)平衡的气相组成)MVWM=ywM轻组分轻组分+(1yw)M重组分重组分MLWM=xwM轻组分轻组分+(1xw)M重组分重组分(4)精馏段、提馏段的平均分子量)精馏段、提馏段的平均分子量精馏段平均分子量精馏段平均分子量 MLM=(MLDM+MLFM)/2=MVM=(MVDM+MVFM)/2=提馏段平均分子量
11、提馏段平均分子量 MLM=(MLWM+MLFM)/2=MVM=(MVWM+MVFM)/2=2、平均密度的计算、平均密度的计算(1)液相平均密度)液相平均密度查物性数据:查物性数据:易挥发组分密度易挥发组分密度1 Kg/m3 难挥发组分密度难挥发组分密度2 Kg/m3举例:举例:LD1/a1/1+(1-a1)/2 Kg/m3(2)汽相平均密度)汽相平均密度根据塔顶温度根据塔顶温度TD、进料板温度、进料板温度TF及塔底温度及塔底温度TW分别确定精馏段及提馏段的汽相平均密度分别确定精馏段及提馏段的汽相平均密度如:如:TM=(TF+TD)/2 VMPMV/RTM=Kg/m33 3塔的有效高度和板间距的
12、初选塔的有效高度和板间距的初选 板式塔的有效高度是指安装塔板部分的高板式塔的有效高度是指安装塔板部分的高度,可按下式计算:度,可按下式计算:(1)ETZNH塔板间距,塔板间距,m 板间距的初选板间距的初选板间距板间距NT的选定很重要。选取时应考虑塔高、塔的选定很重要。选取时应考虑塔高、塔径、物系性质、分离效率、操作弹性及塔的安装检径、物系性质、分离效率、操作弹性及塔的安装检修等因素。修等因素。4 塔径的计算塔径的计算 计算塔径的方法有两类:计算塔径的方法有两类:1)据适宜空塔气速,求出塔截面积,求出塔径据适宜空塔气速,求出塔截面积,求出塔径2)确定适宜孔速进而求出塔径确定适宜孔速进而求出塔径塔
13、径的计算塔径的计算n初步计算塔径初步计算塔径4sVDu塔内气体流量塔内气体流量m3/s空塔气速空塔气速m/smax(0.6 0.8)uumaxLVVuC允许空塔气速,允许空塔气速,m/s气相和液相的密度,气相和液相的密度,kg/m3气体负荷系数,气体负荷系数,m/s2.020)02.0(CC 6.10.5 筛板塔化工设计计算筛板塔化工设计计算(1)塔的有效高度)塔的有效高度 Z 已知:已知:实际塔板数 NP ;塔板间距 HT;pTNHZ 选取塔板间距选取塔板间距 HT:理论塔板数计算软件塔径塔径D,m0.3-0.50.5-0.80.8-1.61.6-2.02.0-2.42.4塔板间距塔板间距H
14、T,m0.2-0.30.3-0.35 0.35-0.45 0.45-0.6 0.5-0.80.6塔板间距和塔径的经验关系塔板间距和塔径的经验关系塔体高度:有效高塔体高度:有效高+顶部顶部+底部底部+其它其它 有效塔高:有效塔高:VVLfCuLVmVmLvlVVVLLVqqqqFss C:气体负荷因子,与 HT、液体表面张力和两相接触状况有关。有关。液泛气速液泛气速两相流动参数两相流动参数 FLV:(2)塔径)塔径 确定原则:确定原则:防止过量液沫夹带液泛 步骤:步骤:先确定液泛气速 uf(m/s);然后选设计气速 u;最后计算塔径 D。2.02020CC对于筛板塔(浮阀、泡罩塔),可查图,C2
15、0=(HT、FLV)0.2HT=0.60.450.30.150.40.30.21.00.70.10.040.030.020.070.010.040.030.020.070.010.10.090.060.05vlVVVLLVssqqFVLVf20 uC筛板塔泛点关联图 选取设计气速选取设计气速 u 选取泛点率:泛点率:u/uf 一般液体,0.6 0.8 易起泡液体,0.5 0.6uVAs所需气体流通截面积所需气体流通截面积设计气速设计气速 u=泛点率泛点率 ufADAd 计算塔径计算塔径 DTdTAAAA1塔截面积:塔截面积:A=AT-AdTAD4塔径塔径说明:计算塔径需圆整,且重新计算实际气速
16、及泛点率。说明:计算塔径需圆整,且重新计算实际气速及泛点率。(3)溢流装置设计)溢流装置设计 溢流型式的选择溢流型式的选择 依据:依据:塔径、流量;型式型式:单流型、U 形流型、双流型、阶梯流型等。降液管形式和底隙降液管形式和底隙 降液管:弓形弓形、圆形。降液管截面积:由Ad/AT=0.06 0.12 确定;底隙 hb:通常在 30 40 mm。溢流堰(出口堰)溢流堰(出口堰)作用作用:维持塔板上一定液层,使液体均匀横向流过。型式型式:平直堰、溢流辅堰、三角形齿堰及栅栏堰。堰长堰长 lW:影响液层高度。堰高堰高 hW:直接影响塔板上液层厚度 过小,过小,相际传质面积过小;过大过大,塔板阻力大,
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