精馏塔和塔板的主要工艺尺寸的计算

塔和塔板的主要工艺尺寸的计算

（一）塔径D 参考下表 初选板间距H T =0.40m,取板上液层高度

H L =0.07m 故： ①精馏段：

u=0.7 CAE 有限元 工程仿真 有限元软件 工程分析

H T -h L =0.40-0.07=0.3

L 11

(s V )(ρL ρ) 2=(0.0023)(1394.3) 2=0.0425 查图表 s V 1.043.78C 20=0.078；依公式

C =C σ

) 0.2=0.078(

26.0620(

) 0.2

=0.0733

；

u =max

=0.078

=1.496m /s

，则：

⨯u =0.7⨯2.14=1.047m/s 故：D =

==1.265m ； 按标准，塔径圆整为1. ４m,

则空塔气速为u =

4V s πD 2=4⨯1.04

π⨯1.32=0.78m /s 塔的横截面积A ππ

T =4D 2=4

1.42=0.636m 2

②提馏段：

(L ' ' 11

s ρL 20.002771574.8

2V ' )(' ) =()(5.14) =0.0507；查图

s ρV 0.956C

C =C σ22.09⎫

0.2

0.2

⎛20() =0.068⨯ ⎝20⎪⎭

=0.0694； u =

max =

1.213m /s ，

u ' =0.7⨯u =0.7⨯1.213=0.849m /s ； D ' ===1.20m ； 为了使得整体的美观及加工工艺的简单易化, 在提馏段与精馏段的塔径相差不大的情况下选择相同的尺寸; 故:D' 取1. ４m 塔的横截面积:A ' T =

π

4D '2=

π

4

1.42=1.327m 2

空塔气速为u ' =

4V s 4⨯0.956

==0.720m /s 22

πD π⨯1.3

板间距取0.4m 合适

（二）溢流装置

采用单溢流、弓形降液管、平形受液盘及平形溢流堰，不设

进流堰。各计算如下： ①精馏段：

1、溢流堰长 l w 为0.7D ，即：l w =0.7⨯1.4=0.91m ； 2、出口堰高 hw hw =hL -h ow 由l w /D=0.91/1.４=0.7, L h l 2.5w =知：

E 为1.03 依下式得堰上液高度：

2.84⎛L h ⎫2.84⎛8.28⎫h ow =E ⎪=⨯1.03 ⎪=0.013m 1000⎝l w ⎭10000.91⎝⎭故：h w =h L -h ow =0.07-0.013=0.057m

8.28

=10.48m 查手册2.5

0.91

3、 降液管宽度W d 与降液管面积A f

有l w /D =0.7查手册得W d /D =0.14, A f /A T

π

π

=0.08

故：W d =0.14D=0.14 ⨯1.3=0.182m

A f =0.08D 2=0.08⨯⨯1.32=0.1062m 2

44A f H T 0.1062⨯0.4τ===18.5s (>5s , 符合要求)

L s 0.0023

4、降液管底隙高度h 0

取液体通过降液管底隙的流速u 0=0.1m/s 依式计算降液管底隙高度h 0， 即：h 0=

②提馏段：

1、 2、

L s 0.0023

==0.025m l w u 00.91⨯0.1

溢流堰长l ' w 为0.7D ' ，即：l ' w =0.7⨯1.4=0.91m ；

' '

出口堰高h w h' w =hL -h ow ；

由 l ' w /D=0.91/1.4=0.7，L h l '2.5w =

9.98

=12.63m 查手册知 2.5

0.91

E 为1.04依下式得堰上液高度：

CAE 有限元 工程仿真 有限元软件 工程分析

h ' ow

2.84⎛L h ⎫2.84⎛9.98⎫=E ' ⎪=⨯1.04 ⎪=0.0146m 1000⎝l w ⎭1000⎝0.91⎭

h w =0.07-0.0146=0.0554m 。

‘‘

降液管宽度W d 与降液管面积A f

3、

‘’‘’

有‘=0.7查手册得W l w /D ’d /D =0.14, A f /A T =0.08‘故：W d =0.14D=0.14 ⨯1. ４=0.182m ‘A f =0.08

π

44

A H 0.1062⨯0.4τ=f T ==18.5s (>5s , 符合要求)降液管底隙高度h ' 0

L s 0.0023

取液体通过降液管底隙的流速u 0=0.008m/s

D ' 2=0.08⨯

π

⨯1.42=0.1062m 2

依式计算降液管底隙高度h ' 0 ：即

L ' s 0.00142

h 0=' ==0.0317m

l w u 00.56⨯0.08

'

（三）塔板布置

1、取边缘区宽度W c =0.035m ,安定区宽度W s =0.065m ①精馏段：依下式计算开孔区面积

π2-1x ⎫ A α=2⎛R sin ⎪ 180R

⎝⎭

D 1.3

其中x =-(W d +W s )=-(0.182+0.065)=0.403m

22D 1.3

R =-W c =-0.035=0.615m

22

故:

π2-10.403⎫ A α=2⎛0.615sin ⎪ 1800.615

⎝

2

=0.915m

⎭

②提馏段：依下式计算开孔区面积

⎛π'2-1x ' ⎫ A α=2 x R sin

' ⎪⎭⎝

π0.223⎫⎛

=2 0.3652sin -1⎪ 1800.365⎝⎭

2

=0.304 m

'

D ' 0.8

其中x =-(W ' d +W ' s )=-(0.112+0.065)=0.223m

22

'

CAE 有限元 工程仿真 有限元软件 工程分析

D '

R =-W c =0.8-0.035=0.365m

22

（四）筛孔数n 与开孔率ϕ

'

取筛孔的孔径d 0为5mm 正三角形排列，一般碳钢的板厚δ为

4mm, 取t /d 0=3.5 故孔中心距t=3.5 ⨯ 5.0=17.5mm

依下式计算塔板上筛孔数n ,即

⎛1158⨯103⎫⎛1158⨯103⎫ n = ⎪A α= ⎪⨯0.915=3460孔 22

t ⎝⎭⎝17.5⎭

依下式计算塔板上开孔区的开孔率ϕ，即：

ϕ=A 0%=0.9072=7.5%（在5~15%范围内） 精馏段每层板上的开孔面积A o 为

A o =ϕ⨯A α=0.075⨯0.915=0.0686m 2

A α

(t /d 0)

气孔通过筛孔的气速u 0=V s =1.04=15.16m /s

0.6086

提馏段每层板上的开孔面积A ' o 为

A o

A ' o =ϕ⨯A ' α=0.101⨯0.304=0.0307m 2

V ' s 0.627

气孔通过筛孔的气速u 0=' ==20.42m /s

A o 0.0307

'

（五）塔有效高度

精馏段Z 精=（12-1）⨯0.4=4.4m ； 提馏段有效高度Z 提=（6-1）⨯0.4=2.0m ；

在进料板上方开一人孔，其高为0.8m ，一般每6~8层塔板

设一

人孔（安装、检修用），需经常清洗时每隔3~4层块塔板处设一人孔。设人孔处的板间距等于或大于600m 。根据此塔人孔设3个。故：精馏塔有效高度

Z =Z 精+Z 提+3⨯0.8=8.0+2.0+2.4=12.4m

CAE 有限元 工程仿真 有限元软件 工程分析