化工原理课程设计
五、精馏塔主要尺寸的计算
1、塔和塔板设计的主要依据和条件
1.1 精馏段与提馏段的汽液体积流量
精馏段的汽液体积流量
整理精馏段的已知数据列于表3(见下页)，由表中数据可知： 液相平均摩尔质量：MLm=(24.886+55.608)/2=40.247kg/kmol 液相平均温度：tm=(tf+td)/2=(63.7+57)/2=60.35℃ 表8. 精馏段的已知数据 位置 摩尔分数 进料板 xf=0.1714 yf=0.7960 MLf=24.886 Mvf=49.91 温度/℃ 63.7 塔顶(第一块板) xD=0.9383 yD=0.957 MLD=55.608 MvD=56.36 57 摩尔质量/kg/kmol 在塔顶57℃下查得?H2O?987.67kg/m3,?CH3COCH3?743.75kg/m3 液相密度为：
?LD??水?丙酮
??水?丙酮1所以，ρLD=747.44kg/m3
在进料板63.7℃下查得?H2O?981.20kg/m3,?CH3COCH3?730.47kg/m3 液相密度为：
?LF??水?丙酮
??水?丙酮1所以，?LF=862.75kg/m3
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液相的平均密度为
?Lm?
?LD??LF2=747.44+862.75=805.10kg/m32
精馏段的液相负荷L=RD=0.753*108.77=81.9kmol/h Lh =LMLm/?Lm=由PV?nRT?81.9?40.247=4.09m3/h
805.1mmRT PM?RT??RT MVPM所以 ??
RT精馏段塔顶压强P??101.325KPa 若取单板压降为0.7 Kpa, 则
进料板压强PF?PD?0.7?20?115.325KPa
101.325?115.325?108.325
249.91?56.36气相平均摩尔质量 MVm??53.135kg/kmol
2气相平均压强Pm?气相平均密度?vm?Pm?Mvm108.325?53.135??2.08kg/m3 RTm8.314?(60.35?273.15)汽相负荷 V=（R+1)D=(0.753+1)*108.77=190.67kmol/h
Vh?VMvm?vm?190.67?53.135?4870.79m3/h
2.08精馏段的负荷列于表9。 表9. 精馏段的汽液相负荷 名称 平均摩尔质量/kg/kmol 平均密度/kg/m3 体积流量/m3/h 提馏段的汽液体积流量
L’=L+F L’=81.9+613.91=695.81Kmol/h V’=V V=(R+1)D=190.67Kmol/h
汽相 53.135 2.08 4870.79 液相 40.247 805.10 4.09
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整理提馏段的已知数据列于表10，采用与精馏段相同的计算方法可以得到提馏段的负荷，结果列于表11。 表10.提馏段的已知数据 位置 摩尔分数 塔釜 Xw=0.00629 Yw=0.1744 进料板 Xf=0.1714 Yf=0.7960 MLf=24.886 Mvf=49.91 63.7 摩尔质量Mlw =18.272 /kg/kmol 温度/℃
表11.提馏段的汽液相负荷 名称 平均摩尔质量/kg/kmol 平均密度/kg/m3 体积流量/m3/h
液相 36.94 908.3 28.3 Mvw=25.006 95 汽相 37.458 1.501 4758.24 1.2精馏段与提馏段的物性参数
在塔顶的温度下查表面张力表 ?丙酮?19.01mN/m ?水?66.51mN/m ?mD?0.9383?19.01?(1?0.9383)?66.51?21.941mN/m
在进料板温度下查表面张力表：?丙酮=18.39mN/m ?水=65.37mN/m ?mF?0.1714?18.39?(1?0.1714)?65.37?57.32mN/m
在塔底温度下查表面张力表： ?丙酮=14.75mN/m ?水=59.25mN/m ?mW?0.00629?14.75?(1?0.00629)?59.25?58.97mN/m
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精馏段液相平均表面张力
?DF?'21.941?57.32?39.6305mN/m
257.32?58.97?58.145mN/m
221.941?57.32?58.97?46.077mN/m
3 提馏段液相平均表面张力
?FW?\ 全塔液相平均表面张力 ??在塔顶的温度下查粘度表 ?水?0.5059mP?s?丙酮?0.2397mPa?s
lg?mD?0.9383?lg0.2397?(1?0.9383)?lg0.5059??0.60
?mD?0.251mP?s
在进料板温度下查粘度表：?水?0.4435mP?s?丙酮?0.223mPa?s
lg?mf?0.1714?lg0.223?(1?0.1714)?lg0.4435??0.404 ?mf?0.394mP?s
在塔底温度下查粘度表: ?水?0.283mP?slg?mw?0.00629?lg0.1695?(1?0.00629)?lg0.283??0.550
?丙酮?0.1695mPa?s
?mw?0.282mP?s 精馏段液相平均粘度
?mDF?'0.251?0.394?0.3225mPa?s
20.394?0.282?0.338mPa?s
20.251?0.394?0.282?0.309mPa?s
3 提馏段液相平均粘度
?mFW?\ 全塔液相平均粘度 ??2、塔径和塔板间距的计算
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精馏段的体积流率计算：
Vvm??190.67?53.135s?VM?1.35m33600/sLM3600?2.08 LLMlmS?3600??81.9?40.247?0.00114m3/s
LM3600?805.10提留段：V’s=1.32m3/s, L’s=0.00786m3/s (史密斯关联图)图横坐标：
LsV(?L)12?0.00114?(805.102.08)12?0.02 s?V1.35提留段：
L's?L1V'()2?0.00786?(908.3)12?0.146 s?V1.321.501取板间距HT?0.35m，板上液层高度hL?0.06m HT?hL?0.35?0.06?0.29m
C20?0.058查图 C?C?L0.220?(20)?0.058?(39.630520)0.2?0.0665U?L??Vmax?C??0.0665805.10?2.08?1.307m/sV2.08表观空塔气速：
U'?(0.6?0.8)Umax 估算塔径：
D?4Vs?U'?1.4m 塔截面积：
AT??4?1.42?1.5386m2
实际塔气速： U?Vs1.35A??0.877m/s T1.5386
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提留段： C20=0.052
Umax=1.582m/s
提留段： D’=1.4m
At=1.5386m2
U=0.858m/s
Lw=0.98m