附录二 精馏塔设计
2.1 塔的设计要求
塔的主要目的是将物质进行分离，本设计以丙烯丙烷分离为例来设计塔。设 计要求分离的丙烯纯度≥99.5%以上。
通过对设计要求的分析我们对工业上广泛应用的塔设备进行比较和选型。选 型的依据是：在保证工艺要求的前提上，做到安全生产，稳定操作，较低的设备 费用和操作费用。
2.2 塔设备选型
工业用的精馏塔种类主要有填料塔和板式塔。两种类型的塔各有特点：不同 任务、操作条件、介质性质情况下，选择合适的精馏塔能够充分发挥塔德作用， 既能保证安全稳定生产，又能够降低生产成本，表 2-1 列出了填料塔和板式塔的 使用特点。
附表 2-1 填料塔和板式塔的性能比较
项目 塔型 填料塔 小尺寸填料，压降较大，而大尺 寸填料及规整填料，则压降较小 小尺寸填料气速较小，而大尺 寸填料及规整填料则气速可较大 板式塔 压降 较大 空塔气速 较大 塔效率 传统的填料，效率较低，而新 型乱堆及规整填料则他效率较高 较稳定、效率高 液气比 对液体量有一定的要求 适用范围较大
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持液量 材质 安装检修 造价 较小 金属及非金属材料均可 较难 新型填料，投资较大 较大 一般用金属材料 较容易 大直径塔时造价低 通过以上比较，我们可以看出，板式塔虽然压降高，但其空塔气速大、塔效 率高 ，且稳定、液气比适用范围较大、安装和检修容易、大直径塔的造价低， 这些特点能够的 满足我们设计中处理量大，塔效率高，液气比范围广等要求。 综合考虑，我们优先选择板式塔。
2.3 塔板性能比较
板式塔种类很多，随着生产技术的不断创新，板式塔的结构也在不断的变 化，不同类型的塔设备使用范围不同，根据操作特点选择合适的塔盘的类型可以 降低生产成本。表 2-2 对工业生产中常用的板式塔进行比较。
附表 2-2 塔盘的性能比较
性能 与泡罩塔相比的相对 气体负荷 效率 操作弹性 85%最大负荷时的 单板压降 与泡罩塔的相对价格 可靠性 塔型 泡罩塔 浮阀塔 筛板塔 蛇形塔 栅板塔 1 良 超 1.3 优 超 1.3 优 良 1.35 良 超 2 良 中 45-80 45-80 30-50 40-70 25-40 0.5 中 1 优 0.7 良 0.7 优 0.7 良 从上表的比较可以看出，筛板塔和浮阀塔的相对气相负荷较大、效率高，同
时具有价格较低等特点但浮阀塔相对效率较高，弹性较好，价格较低，因此选择
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浮阀塔
2.4 精馏塔具体设计
2.4.1 基本数据
精馏塔的设计基本数数据有 aspen 模拟得，具体数据见表 2-3：
附表 2-3 aspen 模拟数据
Vapor Frac Mole Flow kmol/hr Mass Flow kg/hr Volume Flow cum/hr Mass Flow kg/hr C3H6-2 C3H8 C4H8--01 Mass Frac C3H6-2 C3H8 进料 0 3005.52274 126590.381 281.352669 124122.331 2451.68763 15.9049382 0.98050365 1.94E-02 塔顶流出 1 2944.78686 123932.582 3815.02873 123623.15 309.251674 1.56E-19 0.99750323 2.50E-03 塔釜流出 0 60.7358791 2657.79946 6.45038603 499.180565 2142.43596 15.9049382 0.18781724 0.80609391 0.00598425 C4H8--01 Mole Flow kmol/hr C3H6-2 C3H8 C4H8--01 Mole Frac C3H6-2 C3H8 C4H8--01 0.00012564 2949.63031 55.5982112 0.28347249 0.98140342 0.01849868 9.43E-05 16
1.26E-24 2.94E+03 7.01306302 2.77E-21 0.99761645 0.00238151 9.41E-25 11.8624756 48.5851481 0.28347249 0.19531249 0.79994146 0.00466729
Vapor Density kg/cum Density kg/cum Viscosity N-sec/sqm Surface Ten N/m
33.03 449.934886 6.63E-05 0.00574915 32.4853599 466.99 1.01E-05 33.57 412.037272 6.76E-05 0.00521931
2.4.2 塔径的初步设计
由 aspen 软件模拟结果得出摩尔回流比 R=8.2，塔板数为 120 块塔板 进料位置塔内液体密度 ? F ??1 0.98 ?0.02 ?
478 466.9
? 477.77
则精馏段平均密度为：
? D ? ? F 3
? 472.38kg / m ? L1 ??
2
? D ? ? F 3? 32.76kg / m ?V 1 ??2
本设计因为处理量较大，一个精馏塔不能满足要求，所以改用三个精馏塔处 理。
质量流量： L1 ? RD / 3 ? 8.2 ? 41310.86 ? 338759.1kg / h
V1 ? (R ? 1)D / 3 ? 380059.92kg / h
?L3 1 体积流量： L S1 ? ?? 717.11m/ h ?L1 ?
?
?V1 VS1 ? ?? 11601.34m3 / h
?V1
空塔气速 u ? kumax
，安全系数 k ? (0.6 ~ 0.8)
?
? ? L 1
? ?V1
umax ? c ??
V1
计算式中的 c 可由史密斯关联图查出 ，
LS1 ? L1
) 0.5 ? 0.235 横坐标值： ( ? ??V1
VS1
取板间距 HT ? 0.8m ， hL ? 0.18m
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由史密斯关联图查出： C20 ? 0.11 塔顶液体表面张力 ? D ? 5.14675mN / m 精馏段表面张力：
? D ? ? F
? 5.44795mN / m ? 1 ?
2 ? 1 0.2
()? 0.085 20 则： C ? C 20
umax ? c
? L1 ? ?
? 0.311m / s ?V1 ??
V1
u1 ? 0.8umax ? 0.249m / s
4Vs?D1 ??u1 则塔径为 ：
1
? 4.06m
最终取塔径为 D ? 5m
横截面积： AT ? ? D 2 ? 0.785 ? 52 ? 19.63m 2 4 VS1 / 3600
空塔气速 u ? ? 0.164m / s
AT
' 1
同理可算出提馏段塔径 D2 ? 4.31m 圆整后取塔径为： D ? 5m
横截面积： AT ? ? D 2 ? 0.785 ? 52 ? 19.63m 2
4
V/ 3600 '
空塔气速为： u 2 ? S 2 ? 0.161m / s
AT
2.4.3 溢流装置
2.4.3.1 堰长
取 lw ? 0.7D ? 3.5m
出口堰高：本设计采用平直堰，堰上液层高度按下式计算：
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