板式塔——精馏装置的设计.doc

板式塔——精馏装置的设计
精馏装置设计的内容与步骤大致如下:
1、收集基础数据
设计所需的基础数据包括:
①进料流量及组成。
②分离要求。
③原料的热力学状态。
④冷却介质及其温度、加热介质及温度。
⑤物性数据(如密度、表面张力等)。
上述基础数据中①、②两项由设计任务给出。③、④两项若任务中未曾给出,则应根据具体情况确定。物性数据可从有关资料中查取。
2、工艺流程的选择
精馏装置一般包括塔顶冷凝器,塔釜再沸器,原料预热器及流体输送泵等。流程选择应结合实际进行,考虑经济性、稳定性。如进料是否需要预热、冷凝器的型式及布置、及再沸器的型号等。
当塔顶需汽相出料时,采用分凝器,除此之外,一般均采用全凝器。对于小塔,通常将冷凝器放于塔顶,采用重力回流。对于大塔,冷凝器可放至适当位置,用泵进行强制回流。
再沸器的型式有立式与卧式、热虹吸式与强制循环式之外。当传热量较小时,选用立式热式再沸器较为有利。传热量较大时,采用卧式热虹吸式再沸器。当塔釜物料粘度很大,或易受热分解时,宜采用泵强制循环型再沸器。几种再沸器型式如图1所示。
产品
加热介质
加热介质
1)立式热虹吸型 1)立式热虹吸型
(a) (b)
(3)卧式再沸器
图1 几种再沸器型式
3、做全塔的物料衡算
对于双组分的连续精馏塔,由总物料平衡及分物料平衡有:
(1)

根据进料流量qn,F及组成xF,分离要求,解方程组(1)即可求得馏出液流率qn,D及残液流率qn,W。
4、确定操作条件(压力、温度)
精馏操作最好在常压下进行,不能在常压下进行时,可根据下述因素考虑加压或减压操作。
(1)对热敏性物质,为降低操作温度,可考虑减压操作。
(2)若常压下塔釜残液的泡点超过或接近200℃时,可考虑减压操作。因为加热蒸汽温度一般低于200℃。
(3)最方便最经济的冷却介质为水。若常压下塔顶蒸汽全凝时的温度低于冷却介质的温度时可考虑加压操作。
还应该指出压力增大时,操作温度随之升高,轻、重组分相对挥发度减少,分离所需的理论板数增加。
在确定操作压力时,除了上面所述诸因素之外,尚需考虑设备的结构、材料等。
通常按下述步骤确定操作压力。
(1)选择冷却介质,确定冷却介质温度。
最为方便、来源最广的冷却介质为水。设计时应了解本地区水的资源情况及水温。
(2)确定冷却器及回流罐系统压力。
塔顶蒸汽全部冷凝时的温度一般比冷却介质温度高10~20℃。冷却器和回流罐系统压力即为该温度下的蒸汽压(平衡压力),可由泡点方程式得。
式中—平衡指数。烃类可由资料查得。
5、确定回流比
对于平衡线向下弯曲的物系,最小回流比的计算式为:

式中: 线与平衡线交点坐标。
~2倍,设计时应根据理论板和回流比的关系图确定。N

6、理论板数与实际板数
对于双组份精馏塔,求解理论板数可用图解法或简捷法。若理论板数较多,且溶液接近理论溶液时,可作简捷法计算。
简捷法求理论板数时,有吉利兰(Gilliland)。图解法和简捷法的具体操作法可参考参阅教材,此处不再讨论。
实际板数等于理论板数除以总板效率,即
(12)
式中: ——实际板数
——不包括分凝器、再沸器在内的理论板数。
——