化工原理课程设计--乙醇-水二元体系浮阀精馏塔的工艺设计

化工原理课程设计--乙醇-水二元体系浮阀精馏塔的工艺设计内容摘要：

液 相 密 度 ，气 相 密 度 ，负 荷 因 子 ， 取塔板间距  ， 板上液层高度 1 5 5 0 .0 5 5h m m m ， 塔板间距与塔径的关系 塔 径 /D， m ～ ～ ～ ～ ～ 板间距 /HT， mm 200～ 300 250～ 350 300～ 450 350～ 600 400～ 600 那么分离空间： 1 0 . 4 0 . 0 5 5 0 . 3 4 5TH h m    功能参数： 精精VLSSVL  从史密斯关联图查得： 浦化工 1010 04 号 朱筱 25 C 由于 0 8 2 2 20 20  精mCC  smCuVVLm / a x 精精精精   取安全系数 = 则 smuu /4 5 3 m a x  muVD S 1 8 5 3 5 9 4   取圆整得 D= 塔截面积 ： 222 13 )(44 mDA T   空塔气速： smAVu TS /  溢流装置的确定 浦化工 1010 04 号 朱筱 26 选用单溢流、弓形降液管、平行受液盘及平行溢流堰，不设进口堰。 单溢流又称直径流，液体自液盘横向流过塔板至溢流堰，流体流径较大，塔板效率高，塔板结构简单，加工方便，直径小于 的塔中广泛使用。 工业中应用最广的降液管是弓形降液管。 1) 溢流堰长 Wl 精馏段： 根据塔径 = 溢流堰长 mDl W 精 2)出口堰高 OWLW hhh  选用平直堰，堰上液层高度 液流收缩系数 浦化工 1010 04 号 朱筱 27 3） 弓形 降液管宽度 dW 和面积fA Dlw 查图知 ,  DWAA dTf 精馏段： fA Wd= = 验算液体在降液管内停留时间 0 1 4 2 0 1 STfL HAθ 停留时间 S5 故降液管尺寸可用。 4) 降液管底隙高度 mhhhhElLLLEhmLlLEhOWLWOWWhShhWhOW)(1000.0313600/10003233332，则近似取由图查得液流收缩系数，塔内液体流量，精浦化工 1010 04 号 朱筱 28 降液管底隙高度是指降液管下端与塔板间的距离，以 h0表示。 降液管底隙高度应低于出口堰高度 hw， (hwho)不应低于 6mm 才能保证降液管底端有良好的液封 . 工程上 ho 一般取 2025mm。 本次设计中取 22mm。 hwho=40 22 =18 mm 6 mm 故降液管底隙高度设计合理。 安定区与边缘区的确定 1) 入口 安定区 塔板上液流的上游部位有狭长的不开孔区，叫入口安定区，其宽度为 SW。 此区域不开孔是为了防止因这部位液层较厚而造成倾向性液封，同时也防止气泡窜入降液管。 一般取 SW =（ 50~100） mm,精馏段取 SW =70mm。 2） 出口安定区 在塔板上液流的下游靠近溢流堰部位也 有狭长的不开孔区，叫出口安定区，其宽度与入口安定区相同，亦为 SW。 这部分不开孔是为了减小因流进降液管的液体中含气泡太多而增加液相在降液管内排气的困难。 精馏段取 SW =70mm。 3） 边缘固定区 在塔板边缘有宽度为 WC 的区域不开孔，这部分用于塔板固定。 一般 CW =（ 25~50） mm。 精馏段取 CW =40mm。 鼓泡区阀孔数的确定及排列 塔径 D/mm 8001200 14001600 18002020 22002400 塔板分块数 3 4 5 6 D 精 =1200mm 所以查表得：塔板分块数（精馏） =3 浦化工 1010 04 号 朱筱 29 工艺要求：孔径 md  取 阀孔动能因子 F =10 孔速 smFuVC/ 100,0 精 浮阀 孔 数 )(44 2,020个 CSudVN 取无效区宽度 cW = 安定区宽度 sW = 弓形降液管宽度 W 开孔区面积 2 2 2 12 si n180a xA x R x R R   = 浦化工 1010 04 号 朱筱 30 其中 R=2 cD W= x= ()2 dD W Ws= 浮阀排列方式采用等腰三角形叉排 图如下： 经过精确绘图，得知，当 t=65mm,t=75mm 时，阀孔数 N 实际 =117 个 按 N=118 重新核算孔速及阀孔动能因数： 孔速 u0= VS/（π 1/4 d2 N） = m/s F0=uo (ρ V,M) = 阀孔动能因数变化不大，仍在 9～ 12 范围内。 开孔率的计算 ∴ 开孔率 % 0 1 0 5 6 )( 20 DdN 实际 浦化工 1010 04 号 朱筱 31 (∵ 5%%14%,∴ 符合要求 ) 故： t=85mm 阀孔数 N 实际 =117 个 ∴则每 层板上的开孔面积 AO =A a φ = %= 塔盘流体力学验算 干板压强降 浮阀由部分全开转为全部全开时的临界速度为 U0,c U0,c=（ ,M） （ 1/） = 液柱精精 mguhLVoC 22      液层阻力 )(1 oww hhh   ε取 液柱mh  液体表面张力 数值很小，设计时可以忽略不计 液柱mhhhh cp   气体通过每层塔板的压降△ P 为 PaPagL 6 0 8 ,p  精 降液管停留时间 a. 液体在降液管内停留时间 浦化工 1010 04 号 朱筱 32 ssL HAhTf   故降液管设计合理 b. 液 泛的校核 为了防止塔内发生液泛，降液管高度应大于管内泡沫层高度。 即： Hd≤ψ（ HT+hW） Hd=hw+how+hd+hp+△ hd=(LS/(lwho))2 乙 醇 水属于一般物系，ψ取 对于浮阀塔△≈ 0 Hd=hw+how+hd+hp+△ =+(( ))2+= ψ（ HT+hW） =(+)= 因 ， 故本设计中不会出现液泛 雾沫夹带 综合考虑生产能力和塔板效率，一般应使雾沫夹带量 eV限制在 10%以下，校核方法常为：控制泛点百分率 F1 的数值。 所谓泛点率指设计负荷与泛点负荷之比的百分数。 其经验值为大塔 F180%82% 浦化工 1010 04 号 朱筱 33 CF 泛点负荷因素由 mHT  3, /2 8 0 mkgV 精 查表得 FC K= mWDZ dL  Ab=AT2Af= = bFLsVLVsACKZLVF 39。 1 ，精，精，精泛点率  %80%  故本设计中的雾沫夹带量在允许范围之内。 ∵对于大塔，为避免过量雾沫夹带，应控制泛点率不超过 80%。 计算出的泛点率在 80%以下，故可知雾沫夹带 量能够满足 ev 液 /kg(干气 )的要求。 e. 漏液验算 55,m i n,000精因数对于浮阀塔，阀孔动能VuFF 浦化工 1010 04 号 朱筱 34 smuV/ 55m i n,0 精 smnduV s / 3220m i n,0m i n,   Vs= m3/s, 可见不会产生过量漏液。 浮阀塔工艺设计计算结果 负荷性能图 液相下限线 因堰上液层厚度 how’ 为最小值时，对应的液相流量为最小。 设 how,小 ’ = LW= 0 0 0 7 1 6 5 6 0 1 0 0 23  wS lL 液相上限线 当停留时间取最小时， LS’为最大，求出上限液体流量 LS’值（常数），在 VS—LS图上，液相负荷上限线为与气体流量 VS无关的竖直线。 以 作为液体在降液管中停留时间的下限 ， 因 Af= ， HT= ∵ θ=A fHT/LS 则 LS,大 = / 5= 漏液线 浦化工 1010 04 号 朱筱 35 55,m i n,000精因数对于浮阀塔，阀孔动能VuFF smuV/ 55m i n,0 精 smnduV s / 3220m i n,0m i n,   据此可作出与液体流量无关的水平漏液线。 过量雾沫夹带线 CF 泛点负荷因素由 mHT  3, /2 8 0 mkgV 精 查表得 FC K= mWDZ dL  Ab=AT2Af= = bFLsVLVsACKZLVF 1，精，精，精泛点率  根据经验值，因该塔径 控制其泛点率为 80% 代入上式 K 物性系 数查表得 K=1, CF 泛点负荷因素，查表得 CF= 代入计算式，整理可得： 3 1 0 6  SS LV 由上式知雾沫夹带线为直线，则在操作范围内任取两个 LS值，依式算出相应的VS值列于下表中。 LS 浦化工 1010 04 号 朱筱 36 VS 液泛线 为了防止塔内发生液泛，降液管高度应 大于管内泡沫层高度。 联立以下三式： hhh scp h dLpd hhhH   wTd hHH   由上式确定液泛线。 忽略式中 项，将以下五式代入上式， guhLvc 20 Ll hh 0 owwL hhh  321000 whow lLEh 2020   uhl LhwSd 得到：   dLlcdLpwT hhhhhhhhhH  浦化工 1010 04 号 朱筱 37    3202020 36001000 wwwSLvwT l LEhhl LguhH 因物系一定，塔板结构尺寸一定，则 、 、 、 、 、 、 及φ等均为定值，而 与 又有如下关系，即： NdVu S200 4 式中阀孔数 N 与孔径 亦为定值。 因此，可将上式简化成 与 的如下关系式： 322 SsS dLcLbaV  其中 ：  3232025)3600()1()()1()(wwwTLVlEdhlchHbnβρρ  .50取 带入数据： dcba。