1、(1)精馏塔全塔物料衡算1 确定塔顶、塔底物料量及组成有全塔物料衡算式 WDFxx联立得：D=81.08 ，W=29.92hkmol hkmol汇总列表如下：F/（ hkmolD/klW/klFxDxWx111 81.08 29.92 0.712 0.96 0.042.确定塔板数查表得，常压下甲醇的沸点 =64.6，乙醇的沸点 =78.3，bTbT在 6578之间甲醇和乙醇的平衡数据如下图示：温度 T() 甲醇液相摩尔分数 x 甲醇气相摩尔分数 y65 0.9202 0.953266 0.8362 0.899867 0.7575 0.845568 0.6837 0.790669 0.6142
2、0.734970 0.5488 0.678771 0.4638 0.599172 0.3846 0.518073 0.3108 0.435774 0.2417 0.352175 0.1781 0.263976 0.1161 0.181977 0.0589 0.095578 0.0049 0.0082不同温度下甲醇的气、液相组成：（图）t-x-y（图）进料状态方程： 1qxyF在 - 图上画出 线， ，xy764.0851.0qy259.1.85.096minqDR取 .2.1in精馏段操作线方程： 2743.01.1xRxyD提溜段操作线方程： 048.195.xWqFLqL利用 - - 图查
3、得： 塔顶温度： txy 65Dt塔底温度： 3.7W进料温度： Ft712.8.64底顶平 tt在 下查 化工数据手册 并利用内差法求取：71， 。smPacpLA300 smPacpLB519.0.查 图， 时：yxt71t ,370AAyx)375.01(.37)( LBLsPacp48.3.0根据公式： 求 ，BA顶 底在 时： 651.7644.582顶顶顶 BAp在 时： 3.7 1.6873.524底底底 BAp.7125.底顶全塔效率： )0.5(9.0)438.01(9.)(49.0.245.0 TLT EE 取在 组成图上绘制的理论塔板数 块（不包括再沸器） ，则实yxTN
4、际塔板数为: 块（不包括再沸器） 365.08TpN（图）两个1、塔径计算1.1、精馏段塔径计算1.1.1、气相和液相流量计算计算得： Ct3.627.5平在 下查表的3.6809.Ax19.0bx6y4y气相千摩尔质量为：kmolgyMBAg /596.314.068.321 液相千摩尔质量：kolgL /7.19.0468.32气相密度为： 3v /062.1)32(.35mRTpg07581.DL8.1.)(V）（气相体积流量： smVMgs /2.1947360.271.583603v 液相甲醇的质量分数：746.019.4680.32BAAwxx液相中乙醇的质量分数：.50.746-
5、1AwBx液相密度的计算：在 66.3下查数据并利用内差法求取： 3/1.76mkgA58B315.7.02461.1BwALx则： 3/.758mkg液相体积流量为：smLMs /10567.2.70364.2360 31.1.2、塔径计算取 mHT0.5hl08.0294.67.1594.2673v LsV查表得 0.2C在 时甲醇的表面张力为：6.3 mN/10.5-3乙醇的表面张力为： 962-则混合物的表面张力为：mN/10836.719.019.6320.816.5 -3-3 2.7.20 C泛点气速： suLf /375.06.1-58920.v 取 sm/345.127.60.
6、uVDs 940根据标准塔径圆整为： 1.6D则板间距取 0.5m 是可用的塔截面积： 222.0964.3mAT空塔气速： sVuTs /1.096.2701.2、提馏段塔径计算1.2.1、气相及液相流量计算Ct72.45平在 72.45下查得.3460Ax.60Bx8y52by气相千摩尔质量为：kmolgMg /3952046.32液相千摩尔质量：klL /41.6气相密度为： 3v /1.85)72.43(8.190mkgRTpMg 气相体积流量： sVgs /.60.563v液相甲醇的质量分数：.2690.5406.342BAAwxMx液相中乙醇的质量分数： .731.-1Awx在 7
7、2.45下查数据并利用内差法求取： 3/5.746mkgA1B液相密度的计算： .31.750.4629BwALx则： 3/750mkg.281.2qF液相体积流量为： smMLs /.04757360436031.2.2、塔径计算取 则：mHT0.45mhL07.HT38.0.45461.2vLsV查图得 0.8312C时：甲醇的表面张力为：7.45 mN/105.97-3乙醇的表面张力为： 2-则混合物的表面张力为：mN/1095.764.019.30.4615.9 3-3 82.2578.20 C泛点气速： suLf /1.9.35-01.v 取 sm/.32189.70.0uVDg.4
8、671.40根据标准塔径圆整为： .D则板间距取 0.5m 是可用的塔截面积： 222.014.631mAT空塔气速： sVuTs /.0.202、溢流装置2.1 精馏段溢流装置2.1.1、堰长选单溢流弓形降液管，不设进口堰取堰长 =0.66D=0.61.6=1.056mwl2.1.2、溢流堰上液流高度 owh= E( )owh2.8410sLl233.56708.75swLl0.6wld取 E=1 则： 012.75.8104.232owh2.1.3、出口堰高度.2.69wLo2.1.4、降液管底隙高度 oh取降液管底隙处液体流速：smu/07.mlLhws 0347.56.120取 =40
9、mmo2.1.5、弓形降液管宽度 和面积dWfA查化工原理:=0.0721fTA=0.07212.01=0.1449f 2m=0.124dWD=0.1241.6=0.199md液体在降液管内停留时间:=fTsAHL= 30.149.5267=25.4s5s,故可用2.2、提馏段溢流装置2.2.1、堰长选单溢流弓形降液管，不设进口堰取堰长 =0.65D=0.651.6=1.04mwl2.2.2、溢流堰上液流高度 owh321084.2wsowlLEh= =14.78swLl3.760= =0.65d1.04取 E=1 则： = 14.78 =0.0171owh2.8410232.2.3、出口堰高
10、度= - =0.07-0.0171=0.0529mwhlo2.2.4、降液管底隙高度 oh取降液管底隙处液体流速：smu/08.= = =0.0513moh0swLl34.2718取 =40mmo2.2.5、弓形降液管宽度 和面积dWfA查化工原理:=0.0721fTA=0.07212.01=0.1449f 2m=0.124dWD=0.1241.6=0.199md液体在降液管内停留时间:=fTsAHL= 30.149.527=15.3s5s,故可用三、塔板布置及浮阀数排列3.1 精馏段塔板布置及浮阀数排列3.1.1、塔板布置及浮阀数计算取阀孔动能因子 =12，求孔速0F0usmuV/924.1
11、67.每层塔板上浮阀数为：1689240.)03.(14.02 udNs取边缘区域宽度： mWC5.破沫区宽度： s8塔板上鼓泡面积：)sin180(2122RxxRAa mWDC756)(2sdx= )08.19.(26=0.521m 21222 458.)7.0sin5.1805.7.051.(2 mAa 3.1.2、浮阀排列浮阀排列方式采用等腰三角形叉排，取同一横排孔心距 t=75mm, 则排间距： mNAtta 2.13096.75.16842 考虑到塔的直径较大，必须采用分块式塔板，而各分块的支承与 衔接也要占去一部分鼓泡区面积，因此排间距不宜采用 113.2mm,而应小于此值， m
12、t80按 t=75mm, 以等腰三角形叉排方式作图，排得阀数mt80N=184 个。按 N=184 重新核算孔速及阀孔动能因数：smu/9.184)03.(785.920 97.1026vuF阀孔动能因数变化不大，仍在 912 范围。塔板开孔率：%3.149.2610u3.2、提馏段塔板布置及浮阀数排列3.2.1、塔板布置及浮阀数取阀孔动能因子 =12，求孔速0F0usmuV/2.1385.每层塔板上浮阀数为：1832.0)39.(14.02 udVNs取边缘区域宽度： mWC6.破沫区宽度： s塔板上鼓泡面积： )sin180(2122RxxRAa mDC74.6.)(2sdWx= 10.9
13、.61=0.50121222 36.)74.05sin.1805.74.051.(2 mAa 3.2.2、浮阀的排列 浮阀排列方式采用等腰三角形叉排，取同一横排孔心距t=75mm,则排间距： mNAtta9075.1836 考虑到塔的直径较大，必须采用分块式塔板，而各分块的支承与衔接也要占去一部分鼓泡区面积，因此排间距不宜采用 86.35mm,而应小于此值， mt80按 t=75mm, 以等腰三角形叉排方式作图，排得阀数N=184 个。按 N=184 重新核算孔速及阀孔动能因数：smu/17.084)039.(785.20 97.1385.17.00 vuF阀孔动能因数变化不大，仍在 912
14、范围。塔板开孔率：%137.0210u四、塔板流体力学验算4.1 精馏段塔板流体力学验算4.1.1、压力降的计算气相通过浮阀塔的压力降可根据塔板压力降公式：hhlcp干板阻力：阀全开前： 5.7609.19.11.75.0ocLocc uuh阀全开后： .2678.34.234. ocLvoccg解得 smuoc/7.9所以 mhLc 0391.5.6.1.117.05.0板上充气液层阻力：本设备分离甲醇和乙醇的混合液，可取充气系数 5.0mhLl 04.8.50液体表面张力所造成的阻力，此相阻力，可忽略不计。因此，气体流经一层浮阀塔板的压力降所相当的液柱高度为：mhlcp 0791.4.03
15、91.（单板压降 ）aLp pg5.89.6.4.1.2、淹塔为了防止淹塔现象的发生，要求控制液管中清液层高度:)(wTdhHdLpmlwsp 056.)4.056.127(3.)(153.02 hHdlpd 197.89.取 已知 5.0.Thw063.mwT 25)067345.()(可见： 符合防止淹塔的要求dH)wTh4.1.3、雾沫夹带板上流体流经长度 LZ1.20m.9-1.62-dWDZL板上液流面积 bA2fb .78.4-.0-AT甲醇-乙醇可按正常系统取物性系数 K=1.0，查图得泛点负荷系数 求泛点率：0.127FC42%101.7980.2.25636-7.512.94
16、.6- 3-bsvs1 AKZLVFL4%0.78-vs1TFLAKCV对于大塔，为避免过量雾沫夹带，应控制泛点率不超过 0.8，通 过计算出的泛点率都在 0.8 以内，故可知雾沫夹带量能够满足：的要求。气液 kge/1.0v4.2 提留段塔板流体力学验算4.2.1、压力降计算气相通过浮阀塔的压力降可根据塔板压力降公式：hhlcp干板阻力：阀全开前： 7509.19.11.75.0ocLocc uuh阀全开后： 75038.234.234. ocLvoccg解得 smuoc/78.所以 039.519.0ch板上充气液层阻力：本设备分离甲醇和乙醇的混合液，可取充气系数 5.0mhLl 035.
17、7.50液体表面张力所造成的阻力，此相阻力，可忽略不计。因此，气体流经一层浮阀塔板的压力降所相当的液柱高度为：mhlcp 0748.35.098.（单板压降 ）aLp pg78.5494.2.2、淹塔为了防止淹塔现象的发生，要求控制液管中清液层高度:)(wTdhHdLpmlwsp 016.)4.0127(53.)(153.02 hHdlpd .6.748.取 已知 5.05.Thw0529.mwT 1)029.()(可见 符合防止淹塔的要求dH)(wTh4.2.3、雾沫夹带板上流体流经长度 LZ1.20m.9-1.62-dWDZL板上液流面积 bA2fb .7.4-.0-AT甲醇-乙醇可按正常
18、系统取物性系数 K=1.0，查图得泛点负荷系数 求泛点率：0.128FC 46.8%101.720.8.24365-7012.34.36- 3-bsvs1 AKZLVFL47.8%0.78-vs1TFLC对于大塔，为避免过量雾沫夹带，应控制泛点率不超过 0.8，通 过计算出的泛点率都在 0.8 以内，故可知雾沫夹带量能够满足： 的要求。气液 kge/1.0v五、塔板负荷性能图5.1 精馏段塔板负荷性能图5.1.1、雾沫夹带上限线按泛点率=0.8 算出 关系sLV根据公式 1.7980.2.2036-7650.8ss整理得： 413.4ssLV或： ss6-53在操作范围内任取 3 个 值，算出
19、相应s sV）（ /sm3sL0.001 0.004 0.007）（sV5.31 5.19 5.075.1.2、液泛线0.174687.51201.910.92V5 NaL.5.9-.4-b0wThH75.8.56.13. 220lcw32wlEd取 E=1，则9648.05.17.032d整理： 322-ssdLcbaV3229648.0-75.4185.00.174sss L或 ： 32.9-63sss在操作范围内任取 3 个 值，算出相应LsV）（ /sm3sL0.001 0.005 0.009）（sV3.70 3.44 3.185.1.3、液相负荷上限线以 5s 作为降液管中停留时间下
20、限： sHALTs /m013.54.19.0fmax 5.1.4、液漏线以 作为规定气体最小负荷标准：50F sNdVs /1.0m.26751840.39.7854 32v20min 5.1.5、液相负荷下限线以 作为规定最小液体负荷标准：how06.06312.8432sminwlLE取 E=1，则：0483.3612.84062min ws lL根据塔板负荷性能图（图）sV/3.5maxs10ins操作弹性=3.55/1.0=3.555.2、提留段塔板负荷性能图5.2.1、雾沫夹带上限线按泛点率=0.8 算出 关系sLV根据公式 1.720.8.365-70.8ssL整理得： 1.63
21、0.42ssV或： ss-L在操作范围内任取 3 个 值，算出相应s sV）（ /sm3sL0.001 0.004 0.007）（sV4.09 3.98 3.865.2.2、液泛线0.1428751.30.910.922V5 NaL.7.59-4-b0wThH41.853.20lcw3267.wlEd取 E=1，则： 974.0.165.032d整理： 22-ssdLcbaV322974.0-.87.00.14sss L或 2 56-5sss在操作范围内任取 3 个 值，算出相应 sV）（ /sm3sL0.001 0.005 0.009）（sV3.95 3.68 3.435.2.3、液相负荷上
22、限线以 5s 作为降液管中停留时间下限：sHALTs /m013.5fmax5.2.4、液漏线以 作为规定气体最小负荷标准：0F sNdVs /0.93m85.140.39.78542v20min 5.2.5、液相负荷下限线以 作为规定最小液体负荷标准：how06.06312.8432sminwlLE取 E=1，则：0476.3612.84062min ws lL根据塔板负荷性能图（图）sV/3.6maxs09ins操作弹性=3.6/0.97=3.7 该设计时可用的六、塔高的确定塔高 TTPHSNH-2fbd式中:塔高， m；H塔顶空间，m（取 1.21.5m） ；d塔底空间， m（取 1.21.5m） ；b塔板间距，m；TH进料段高度，m；f实际塔板数；PN人孔直径，m（取 0.8m） 。TH求取人孔数 ,取 S=66.38S塔高 (m）2.40.86.45-21.5
