内容发布更新时间 : 2024/12/25 14:50:41星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

F＝ 85.234 kmol/h ， F’＝ 1666.67 kJ/h ， tF＝86.7°C (1)汽相平均相对分子量：

根据甲醇－水汽液相平衡方程，xF ＝11.1%，可得yF ＝0.4502 MVF ＝0.4502 ×32＋0.5498 ×18 ＝ 24.303 kg/kmol (2)汽相密度：

ρVF＝(MVF/22.4)×(TO/T)×(p/po)＝(24.303/22.4)×[273.15/(273.15＋86.7)] ＝0.824 kg/m3 (3)液相密度：

tF＝86.7°C， 查常用溶剂相对密度表可得：ρ甲醇＝ 715.64 kg/m3 同以上塔顶温度下水的密度求解，利用内插法可得：ρ水＝967.45 kg/m3 1/ρLF＝xF’/ρ甲醇＋(1－ xF’)/ ρ水 ，可得 ρLF ＝909.1 kg/m3 (4)液相粘度：

tF＝86.7°C ，查有机化合物液体粘度表可得，μ甲醇＝0.27 mPa?s 同理用内插法可得：μ水＝0.329 mPa?s

lg?L?xlg?CH3OH?(1?x)lg?H2O ，μLF＝0.322 mPa?s (5)液体表面张力：

tF＝86.7°C ，查醇类水溶液表面张力图可得，σ甲醇＝24.5 mN/m 同理用内插法可得：σ水＝61.32 mN/m

σLF＝σ甲醇×xF ＋σ水×(1－xF)＝24.5×0.111＋61.32×0.889＝57.233 mN/m

表十二 精熘塔进料数据结果列表

符号 MLF MVF ρVF ρLF μLF 数值

19.554 24.303 0.824 909.1 0.322 kg/kmol

kg/kmol

kg/m3

kg/m3

mPa?s

4、精熘段的流量及物性参数：

(1) 汽相平均相对分子质量

MV1＝(MVD＋MVF) /2 ＝ (31.51 ＋ 24.303)/2＝ 27.91 kg/kmol (2) 液相平均相对分子质量

ML1＝(MLD＋MLF) /2 ＝ (31.51 ＋ 19.554)/2＝ 25.53 kg/kmol

σLF 57.233 mN/m

(3) 汽相密度 ρV1＝(ρVD＋ρVF) /2＝ (1.134 ＋0.824)/2＝0.979 kg/m3 (4) 液相密度 ρL1＝(ρLD＋ρLF) /2＝ (746.27＋909.1)/2＝836.68 kg/m3 (5) 液相粘度 μL1＝(μLD＋μLF) /2＝ (0.334＋0.322)/2＝0.328 mPa?s (6) 汽相流量 V1＝(R＋1)D＝4.03×9.786＝39.44 kmol/h V1’＝39.44×27.91＝1100.77 kg/h (7) 液相流量 L1＝RD＝3.03×9.786＝29.65 kmol/h L1’＝29.65×25.53＝756.96 kg/h

5.提熘段的流量及物性参数：

(1) 汽相平均相对分子质量

MV2＝(MVW＋MVF)/2 ＝ (18.00 ＋ 24.303)/2＝ 21.15 kg/kmol (2) 液相平均相对分子质量

ML2＝(MLW＋MLF)/2 ＝ (18.00 ＋ 19.554)/2＝ 18.78 kg/kmol (3) 汽相密度 ρV2＝(ρVW＋ρVF) /2＝ (0.588 ＋0.824)/2＝0.706 kg/m3 (4) 液相密度 ρL2＝(ρLW＋ρLF) /2＝ (958.4＋909.1)/2＝933.75 kg/m3 (5) 液相粘度 μL2＝(μLW＋μLF)/2＝ (0.288＋0.322)/2＝0.305 mPa?s (6) 汽相流量 V2＝V1＝39.44 kmol/h

V2’＝39.44×21.15＝834.156 kg/h

(7) 液相流量 L 2＝L 1＋F＝29.65＋85.234＝114.89 kmol/h L 2’＝114.89×18.78＝2157.6 kg/h

表十三 精熘段，提熘段数据结果表

精熘段

汽相平均相对分子质量 液相平均相对分子质量

汽相密度 液相密度 液相粘度 汽相摩尔流量 汽相质量流量

27.91 kg/kmol 25.53 kg/kmol 0.979 kg/m3 836.68 kg/m3 0.328 mPa?s 39.44 kmol/h 1100.77 kg/h

提熘段 21.15 kg/kmol 18.78 kg/kmol 0.706 kg/m3 933.75 kg/m3 0.305 mPa?s 39.44 kmol/h 834.156 kg/h

液相摩尔流量 液相质量流量

29.65 kmol/h 756.96 kg/h

114.89 kmol/h 2157.6 kg/h

六、精馏塔塔体工艺尺寸计算

1、塔径的计算

填料塔直径依据流量公式计算，即

式中的气体体积流量VS由设计任务给定，因此主要是确定空塔气速u。本设计采用的泛点气速法确定。泛点气速是填料塔操作气速的上限，填料塔的操作空塔气速与泛点气速之间的关系：

对于DN25金属环矩鞍散装填料：u / uF = 0.5~0.85 泛点气速采用贝恩－霍根关联式计算，即

查得，DN25金属环矩鞍散装填料，a?185m2/m3，??0.96，

A?0.06225，K?1.75

(1)精馏段塔径计算：

将ρV＝0.979 kg/m3，ρL＝836.68 kg/m3，μL＝0.328 mPa?s

L1’＝Wl＝29.65×25.53＝756.96 kg/h，V1’＝WV＝39.44×27.91＝1100.77 kg/h 代入上式可以求得: uf＝3.45 m/s 空塔气速： u＝0.75uf＝0.75×3.45=2.588 m/s t = (tF ＋tD)/2 = (86.7＋65.19)/2 ＝75.945 ℃

体积流量：Vs=39.44×8.31×(75.945＋273.15)/(3600×100×0.979)

=0.325 m3/s

可得D = [ 4Vs / (πu) ]1/2 = [ 4×0.325 / (3.14×2.588) ] 1/2 = 0.39 m 圆整后，D=400 mm ， 对应的空塔气速u=1.725 m/s 校核D / d= 400 / 25 = 16 >8，符合条件。 (2)提馏段塔径计算

将ρV＝0.706 kg/m3，ρL＝933.75 kg/m3，μL＝0.305 mPa?s L1’＝Wl＝2157.6 kg/h，V1’＝WV＝834.156 kg/h 代入上式可以求得: uf＝3.4m/s 空塔气速： u＝0.75uf＝0.75×3.4=2.55 m/s

t = (tF＋tW)/ 2 = (86.7＋99.93) / 2 ＝93.315 ℃

体积流量：Vs=39.44×8.31×(93.315＋273.15) / (3600×100×0.706)

=0.473 m3/s

D= [ 4Vs/ (πu) ] 1/2 = [ 4×0.473 / (3.14×2.355) ] 1/2 = 0.50m 圆整后，D=500mm ，对应的空塔气速u=2.55m/s 校核D / d = 500 / 25 = 20 >8，符合条件。 (3)全塔塔径的确定

精馏段塔径圆整后，D=400mm，提馏段塔径圆整后，D=500mm。 因此，选用D=500mm为精馏塔的塔径。 (4)最小喷淋密度的校核

填料塔中汽液两相间的传质主要是在填料表面流动的液膜上进行的。要形成液膜，填料表面必须被液体充分润湿，而填料表面的润湿状况取决于塔内的液体喷淋密度及填料材质的表面润湿性能。

液体喷淋密度是单位塔截面积上，单位时间内喷淋的液体体积量，U表示。 精馏段：U＝4L’ / (πD2ρL)＝4×765.318 / (836.68×0.1521×3.14)

＝7.57 m3/ (m2?h)

提馏段：U＝4L’ / (πD2ρL)＝4×2157.6 / (933.75×0.25×3.14)

＝11.78 m3/ (m2?h)

为保证填料层的充分润湿，必须保证液体喷淋密度大于某一极限值，该极限值称为最小喷淋密度，以Umin表示。最小喷淋密度是以下式计算：

取(LW)min?0.08m3/ (m?h)，a=185 m2/m3 可得 Umin?0.08?185?14.8m3/ (m2?h)

从计算上看精馏段与提馏段的喷淋密度都小于计算出的最小喷淋密度。在吸收操作中，最小喷淋密度可能会达到计算得出的这个值，但是在精馏过程中，最小喷淋密度可能只有所计算得的1/3，甚至更小。故符合条件。

2、塔高的计算

对于DN25金属环矩鞍填料，一般取的HETP =355～485mm。 本设计选用HETP = 450mm。

(1) 精馏段的填料层高度

在精馏段，空塔气速u＝2.588 m/s，精馏塔的塔板数是6.5。

Z=HETP×NT = 0.45×6.5=2.925 m

采用上述方法计算出填料层高度后，留出一定的安全系数，取0.1 Z’= 1.1Z= 1.1×2.925=3.2175 m (2) 提馏段的填料层高度

在提馏段，空塔气速u＝2.55 m/s，精馏塔的塔板数是5。

Z=HETP×NT = 0.45×5=2.25 m

采用上述方法计算出填料层高度后，留出一定的安全系数，取0.1

Z’=1.1Z=1.1×2.25=2.475 m

(3) 精馏塔的填料层高度

Z=3.22＋2.475=5.695 m

3、填料层压力降的计算

本设计中，散装填料的压降值由埃克特通用关联图来计算。计算时，先根据有关物

W性数据求出横坐标LWV??V????L???值，再根据操作空塔气速、压降填料因子以及有关的物性?0.5u2?P???V?数据，求出纵坐标

g???L出每米填料层压降值。

?0.2???值。通过作图得出交点，读出过交点的等压线值，得?查得，DN25金属环矩鞍散堆填料的压降填料因子?P?138m－1。 (1) 精馏段的压降

经计算得：横坐标： 0.0235

纵坐标： 0.0449

查埃克特通用关联图，可得 ?p/Z=30×9.81=294.3 pa/m 因此，精馏段的压降 ?p1=294.3×3.22=947.65 pa (2) 提馏段的压降

横坐标： 0.0711 纵坐标： 0.0249