填料式精馏塔的设计

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1、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

2、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

3、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

4、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/℃80.184889296100104108110.6/kPa101.3114.4128.4144.1161.3180.0200.3222.4237.739.044.550.857.865.674.283.694.0101.3/kPa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

5、的平衡组成x,y表2苯-甲苯的平衡数据t/℃80.184889296100104108110.610.8130.6510.5040.3730.2560.1520.0570109180.8250.7170.5940.4550.3000.1250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/℃80.184889296100104108110.62.602.572.532.492.462.432.402.372.35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

6、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，等板高度HEPT=0.46m。填料塔总板数N=19所以，填料总高度为精馏段填料高度为提留段填料高度为压力降计算精馏塔的总压降精馏段的压降提留段的压降因为采用常压操作，所以顶部压强为常压，即进料口处压强

7、为塔底的压强为精馏塔塔径的计算物料的液体密度塔顶由图1得：查化工物性算图手册[1]得进料处查化工物性算图手册得塔底查化工物性算图手册得物料气体密度计算塔顶，因为所以，塔顶气体摩尔质量塔顶气体密度进料时，,所以，塔顶气体摩尔质量进料中气体的密度塔底,查图1得所以，塔底气体摩尔质量塔底气体密度塔顶和塔底气液体积流速的计算在泡点回流条件下，精馏段每层塔板下降的液体量等于回流量。精馏段每层塔板上升的量为提留段塔顶气体体积流速塔顶液体体积流速塔底气体体积流速塔底液体体积流速泛点气速的计算泛点气速在精馏段的第一块塔板上的速度最大，在提留段