精馏塔管径规则
精馏塔管径规则「篇一」
1.精馏工段设计
1.1.塔的选择
我选择的是填料塔。传统的设计中，蒸馏过程多选用板式塔。近年来，随着塔设备设计水平的提高及新型塔构件的出现，填料塔在精馏过程中的应用已非常普遍。 填料塔有以下优点: 1)填料塔的生产能力高； 2)填料塔具有较高的分离效率； 3)填料塔操作费用低，节约能耗； 4)易发泡物系，宜选用填料塔； fsr5)对于热敏系物系的分离，宜选用填料塔。1.2.设计方案
对于邻硝基甲苯—对硝基甲苯，属二元混合物的分离，应采用连精馏流程。采用泡点进料，
将原料液通过预热器加热至泡点后送入精馏塔内。对硝基甲苯的沸点为238.5℃，邻硝基甲苯的沸点为221.7℃，故采用减压操作。采取减压精馏，系统为负压操作，一般真空度控制在4kPa= 30mmHg此时对应邻硝基甲苯的沸点是125℃，对硝基甲苯的沸点是140℃，本设计取工作温度130℃。塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，其余部分经冷凝冷却器冷却后送至储槽。该物系属难分离物系，故操作回流选择最小回流比的2倍，塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。1.3.精馏塔的物料衡算
1.3.1.原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数 对硝基甲苯的摩尔质量：
M1=137.14kg /kmol 邻硝基甲苯的摩尔质量：
M2=137.14kg /kmol 由上步计算知邻硝基甲苯含量为0.67，对硝基甲苯为0.33（质量分数），取塔顶邻硝基甲苯占产物的95%，塔底对硝基甲苯占产物的95%；渝安集团
XF=
0.67/137.14=0.67(0.67/137.14) (0.33/137.14)0.95/137.14=0.95(0.95/137.14) (0.05/137.1
4)0.05/137.14=0.05(0.95/137.14) (0.05/137.14)XD= XW=1.3.2.原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 原料液的平均摩尔质量：
XF=0.60×137.14+(1-0.60)×137.14=137.14kg /kmol 塔顶产品的平均摩尔质量：
XD=0.95×137.14+（1-0.95）×137.14=137.14kg/kmol 塔底产品的平均摩尔质量：
XW=0.05×137.14+(1-0.05)×137.14=137.14kg /kmol 1.3.3.物料衡算
阿塞拜疆总统
总物料F的处理量为14579.67吨/年，每年按300个工作日计算。原料处理量： F 14579670 14.77kmol/h
300 24 137.14全塔物料衡算：
14.77=D+W(b)14.77×0.67=0.95×D+0.05×W(c)联立两式解得：
D=9.08kmol/h W=5.69kmol/h 塔顶产品的质量流量：
MD=137.14×9.08=1245.23kg/h 塔釜产品质量流量：
MW=137.14×5.69=780.33kg/h
丽水学院图书馆
料衡算结果 表3
质量流量/（kg/h）
质量分数/% 摩尔流量/(kmol/h)摩尔分数/%
塔顶出料 1245.23 61.48 9.08 95
塔底出料 780.33 38.52 5.69 5
进料 2029.95 67 14.77 67
1.4.精馏塔的模拟计算
系统为负压操作，一般真空度控制在4kPa= 30mmHg此时对应邻硝基甲苯的沸点是125℃，对硝基甲苯的沸点是140℃，本设计取工作温度130℃。
巴塞尔委员会
假设该组分是理想溶液，理想溶液中组分的相对挥发度等于同温度下两纯组分的饱和蒸气
压之比。由于PA°和PB°均随温度沿相同方向变化，因而两者的比值变化不大，故一般可视 为常数，计算时可取操作温度范围内的平均值。
在143℃下，邻硝基甲苯的饱和蒸气压约是10 kPa，对硝基甲苯的饱和蒸气压约是7kPa。
故相对挥发度 = PA°/ PB°=1.43 1.5.材料的类型与选择 1.5.1.填料的类型
填料的种类很多，根据装填方式的不同，可分为散装填料和规整填料两大类。规整填料具有比表面积大，结构规则，空隙率、流通量大，压降小，操作弹性大等优点。随着填料塔塔径的增大，人们对于优化填料结构，开发多种规格和材质 的具有高效率、低压降、大通量的填料，塔填料与塔内件的优化匹配，以及填料层内液体的流动与分布的研究更加重视。20世纪60年代以后开发出来的丝网波纹填料和板波纹填料是目前使用比较广泛的规整填料。近年来，随着精细化工，石油化工，化肥等行业的蓬勃发展，各种新型塔填料的研究工作引起了人们的重视。高效填料的开发与工业应用表明，规整填料，尤其是波纹填料具有明显的优越性，在取代原有填料及部分板式塔的技术改造中效果显著。新型填料的开发及大规模工业应用是当前国际上塔器研究与应用的一项重要成就。其特点如下： （1）规整填料压降显著低
由于规整填料中气一液两相呈膜式接触，不同于筛板塔中两相的鼓泡接触，因此填料塔的压降只有筛板塔的1/4～1/6。如规整填料上塔的操作阻力为3.5～4.2kPa，底部的操作压力仅为35～45kPa，下塔一般仍采用筛板塔，操作阻力亦未改变，因此下塔的操作压力相应下降了0.05～0.06MPa，一般为0.44～0.48MPa，这样空压机的轴功率可降低5%～7%。
（2）规整填料分离效率高
上塔的操作压力越低，就大大有利于氧、氮、氩的分离，尤其是氧和氩的分离，一般氧的提取率可以提高1%～3%、氩的提取率可以提高5%～10%，实践证明，空分设备氧的提取率已达到99%以上，氩的提取率已达到80%以上。精馏塔的提取率在很大程度上还取决于进上塔的膨胀空气量大小，尤其对氩的提取率影响甚大，因此不断提高透平膨胀机的等熵效率和增压机的增压比，是提高精馏塔提取率的关键。
（3）规整填料持液量少
规整填料塔持液量一般仅为塔容积的1%~6%，而筛板塔的持液量为塔容积的8%~10%。持液量少，意味着液体在塔内停留时间短，操作压降小，有利于变工况操作。规整填料塔设
中北大学学报计范围可达40%～120%。上钢五厂12000m3/h空分设备规整填料上塔氧气产量可在9000～14000mm3/h范围内调整，操作负荷范围仅为75％～117％。
（4）规整填料空隙大
规整填料的空隙率达95%以上。在筛板塔中孔板面积占塔截面的80%，而开
孔率均为8%～12%，均远远少于填料层的空隙率。对同一负荷而言，填料塔的塔经比筛板塔小；一般情况下其截面积只有筛板塔的70%左右，这对于大型空分设备来说，塔经缩小有利于运输。
规整填料是按一定的几何图形排列，整齐堆砌的填料。规整填料种类很多，根据其几何结构可分为格栅填料、波纹填料、脉冲填料等。工业上应用的规整填料绝大部分为波纹填料。波纹填料按结构分为网波纹填料和板波纹填料两大类，可用陶瓷、金属、塑料等材质制造。加工中，波纹与塔轴的倾角有30°和45°两种，倾角为30°以代号BX（或X）表示，倾角为45°以代号CY（或Y）表示。
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