填料式精馏塔的设计.docVIP

填料式精馏塔设计 前言 填料塔和精馏塔一样，同属于化工单元操作中精馏的过程设备。物料在填料塔中的传质、分离主要是分散在填料表面进行的。故分离效率的高低主要取决于填料的结构和性能。 由于高校填料塔比板式塔的压力将小，所以它比板式塔的操作能耗小。由于在一般情况下，高效填料塔的单位容积生产能力高，因而可以利用已有的板式塔改为高效填料塔，提高生产能力。 高效填料塔唯一的缺点是高效填料造价高，一次性投资高。但从板式塔的压力降小，能耗小，分离效率高，单位容积生产能力高考虑，高效填料塔的综合性费用还是比板式塔低。 设计条件 进料中苯的质量百分数：%=25% 塔顶产物中苯的质量百分数：%≥99.8% 塔底中苯的质量百分数：%≤0.5% 泡点进料，即q=1 年处理量：4000吨/年 常压蒸馏：P=101.325KPa 采用拉西环式填料 三 填料选择 拉西环是最古一种老、最典型的一种填料，由于它结构简单，制造容易，价格低廉，性能指数较齐全以及机械强度高，因此长久以来，尽管它存在严重缺点，但仍受厂家欢迎，沿用至今。拉西环的缺点是结构不敞开，有效空隙率比实际空隙率小得多，故压力降大得多。拉西环在塔内有两种填料方式：乱堆和整砌。乱堆装卸较方便，但压力降较大你，一般直径在50㎜以下的拉西环用乱堆填料，直径在50㎜以上的拉西环用整砌填料，整砌填料压力降小。 当填料的名义尺寸小于20㎜时各填料本身的分离效率随尺寸的变化不大，而当填料的名义尺寸大于20㎜时各填料本身的分离效率都明显下降。因此25㎜的填料可以认为是工业填料中选用的合理填料，故本次设计选用金属拉西环25㎜×25㎜×0.8㎜。 相关物性参数如下： 表1 金属拉西环25mm×25mm×0.8mm参数 项目 参数 项目 参数 公称直径 D＝25㎜ 比表面积 σ＝220m ／m 外径 d＝25㎜ 空隙率 ε＝95％ 高度 h＝25㎜ 堆积个数 n＝55000个／m 壁厚 δ＝0.8㎜ 堆积密度 ρ＝640㎏／m 干填料因子 a ／ε ＝257／m 等板高度 H＝0.46m 湿填料因子 φ＝390／m 平均压降 Δp＝0.5kPa／m 物料衡算 每小时处理量： 每年按300天计算（剩余时间为检修等其他时间），每天按24小时计算。 苯的相对分子量：78.108 甲苯的相对分子量：92.134 塔顶液体的摩尔质量 进料液体的摩尔质量 塔底液体的摩尔质量 进料的摩尔质量 进料中苯的摩尔分数 塔顶液体中苯的摩尔分数 塔顶液体中苯的摩尔分数 因为 即 解之得： 表1 苯（A）-甲苯（B）在各温度下的蒸汽压 t/℃ 80.1 84 88 92 96 100 104 108 110.6 /kPa 101.3 114.4 128.4 144.1 161.3 180.0 200.3 222.4 237.7 /kPa 39.0 44.5 50.8 57.8 65.6 74.2 83.6 94.0 101.3 因为溶液服从拉乌尔定律，所以可以用下列两式求出相应温度下的平衡组成x,y 表2 苯-甲苯的平衡数据 t/℃ 80.1 84 88 92 96 100 104 108 110.6 1 0.813 0.651 0.504 0.373 0.256 0.152 0.057 0 1 0918 0.825 0.717 0.594 0.455 0.300 0.125 0 图1 苯-甲苯的温度-组成相图 因为苯-甲苯的溶液可以近似看成理想溶液，相对挥发度可用下式来计算 可以得到下表 表3 苯-甲苯各温度下的相对挥发度 t/℃ 80.1 84 88 92 96 100 104 108 110.6 2.60 2.57 2.53 2.49 2.46 2.43 2.40 2.37 2.35 按照几何平均值可以求出平均相对挥发度 最小回流比 泡点进料时 因为 取 理论板数的确定 从第一块塔板上升的蒸汽组成与塔顶的组成相等，即 由相平衡方程 变形得 精馏段操作方程 进行理论塔板的逐板计算，得到表格4 气相组成 液相组成 因为 有因为 所以在第八块塔板和第九块塔板之间进料。 提留段的计算 因为 又因为泡点进料，即 由相平衡方程得 由提留段操作方程得 又因为 可得到提留段各个塔板的组成 气相组成 液相组成 因为 所以在第十九块塔板进料 填料高度的计算 因为采用25mm钢制拉西环，所以压力降取