[工学]30吨每日二级酒精精馏塔的设计.doc

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1、目 录摘 要21 引 言31.1 精馏操作对塔设备的要求31.2 筛板塔的发展和优点42 设计方案确定和说明42.1 设计依据42.2 设计任务52.3 设计方案63 板式精馏塔的工艺设计计算73.1 精馏塔的物料衡算73.2 最小回流比及操作回流比的确定83.3 理论及实际塔板数的确定103.4 精馏塔的物性数据123.5 塔径的确定163.6 精馏塔的结构和塔有效高度183.7 塔板主要工艺尺寸的计算193.8 筛板的流体力学验算223.9 塔板性能负荷图254 精馏塔附属设备的热负荷和各接管尺寸计算314.1 再沸器热的热负荷和加热蒸汽消耗量314.2 冷凝器的热负荷324.3 各接管尺

2、寸的计算325 设计结果一览表346 结束语34参考文献36谢 辞37附 录3830吨/日二级酒精精馏塔的设计摘 要：精馏是应用最广泛的分离技术，是分离互溶液体混合物最常用的方法。在化工生产中，不仅要得到高浓度的酒精，还要求有经济合理的设备，这也是化工设计中需要考虑的重要因素。本设计采用板式精馏塔中的筛板塔，以连续精馏方式从二元物系乙醇-水溶液中分离乙醇。在对全塔进行物料衡算的基础上，依次完成了实际塔板数、塔体和塔板工艺尺寸的计算和确定，并对筛板进行了流体力学验算，作出了塔板负荷性能图。由此选择合适的辅助设备和各接管尺寸。设计出的塔径 1.0m,有效高度10.5m,该精馏塔能达到乙醇-水的分离

3、要求。关键词：筛板塔；连续精馏；乙醇-水；力学验算30t/d the design of plate distillation column of thesecondary alcoholAbstract: Rectification is the most widely used separation technology, and the most common to separate liquid mixtures. Not only the high purity of alcohol and economic equipment were demanded in the chemic

4、al production, also these important factors were considered in the design process. This design used in the sieve plate Distillation tower, and separated ethanol from binary of ethanol-water liquid in continuous Distillation. On the basis of material accounting in the whole tower, the number of actua

5、l plate and technical dimension of tower and plate were calculated successively. The hydrodynamic data of plate was computed and the diagram of load of plate was drawled. According to them, appropriate auxiliary equipment and the size of various over were choosed. The diameter and effective height o

6、f tower are 1.0 m and 10.5 m, respectively. The design can achieve ethanol - the separation of water requirements. Key Word: sieve plate tower; continuous distillation; ethanol- water; mechanics calculation1 引言众所周知, 乙醇是一种很重要的原料，广泛用于食品工业、化学试剂、医学、农药、油漆、颜料、化妆品、燃料、香料、国防工业、电子工业、航天工业等许多行。按产品系列（BG384-81）分为

7、优级、一级、二级、三级和四级。其中一、二级相当于高纯度酒精及普通精馏酒精。三级相当于医药酒精，四级相当于工业酒精。新增二级标准是为了满足不同用户和生产的需要，减少生产与使用上的浪费，促进提高产品质量而制订的。鉴于乙醇在不同领域要求的纯度不同，且具有挥发性，因此无法采用常压精馏的方法得到无水酒精,但可采用真空精馏、恒沸精馏、液- 液萃取或吸附脱水等方法得。本设计在常压下采用连续精馏的方法来提高酒精的纯度。精馏是多次分离过程，即同时进行多次部分汽化和部分冷凝的过程，因而可使混合液得到几乎完全的分离。在化工厂中，精馏操作常在直立圆形的精馏塔内进行，塔内装有若干层塔板或充填一定高度的填料。为实现精馏分

8、离操作，除精馏塔外，还必须从塔底引入上升蒸汽流和从塔顶引入下降液。可见，单有精馏塔还不能完成精馏操作，同时必须有塔底再沸器和塔顶冷凝器，有时还要配原料液预热器，回流液泵等附属设备，才能实现整个精馏操作。1.1 精馏操作对塔设备的要求 精馏塔是精馏装置的主体核心设备，气、液两相在塔内多级逆向接触进行传质、传热、实现混合物的分离。为保证精馏过程能稳定、高效地操作，适宜的塔型及合理的设计是十分关键的。为使精馏塔具有优良的性能来满足生产的需要，通常考虑以下几方面的因。（） 生产能力大：即单位塔截面可通过较大的气、液流量时，仍不致发生大量 的雾沫夹带、拦液或液泛等破坏操作的现象。（） 效率高：气、液两相

9、在塔内流动时能保持充分的密切接触，具有较高的塔板效率或较大的传质速率。（） 流体流动的阻力小：即流体流经塔设备的压力降小，这将大大节省动力消耗，从而降低操作费用。对于减压精馏操作，过大的压力降还将使整个系统无法维持必要的真空度，最终破坏物系的操作。（） 有一定的操作弹性比：当气、液相流量有一定波动时，两相均能维持正常的流动，且不会效率产生较大的变化。（） 结构简单，材料耗用量小，制造和安装容易。（） 能满足物系某些工艺特性，如腐蚀性、热敏性、起泡性等特殊要求等。实际上，任何塔设备都难以满足上述所有要求，况且上述要求中有些也是互相矛盾的。不同的塔型各有某些独特的优点，设计时应根据物系性质和具体要

10、求，抓住主要矛盾，进行选型。1.2 筛板塔的发展和优点板式塔为逐级接触型气液传质设备，其种类繁多，根据塔板上气液接触元件的不同，可分为泡罩塔、浮阀塔、筛板塔、穿流多孔板塔、舌形塔、浮动舌形塔和浮动喷射塔等多种。由于本此设计采用工业上常用的筛板塔，下面主要介绍板式塔：筛板塔是很早出现的一种板式塔。五十年代起对筛板塔进行了大量工业规模的研究，逐步掌握了筛板塔的性能，并形成了较完善的设计方法与泡罩塔相比，筛板塔具有下列优：生产能力大2040%，塔板效率高1015%，压力降低3050%，而且结构简单，塔盘造价减少40%左右，安装、维修都较容易。从而一反长期的冷落状况，获得了广泛应用。近年来对筛板塔盘的

11、研究还在发展，出现了大孔径筛板（孔径可达2025mm），导向筛板等多种形式。筛板塔盘上分为筛孔区、无孔区、溢流堰及降液管等几部分。工业塔常用的筛孔孔径为38mm，按正三角形排列空间距与孔径的比为2.55。近年来有大孔径（1025mm）筛板的，它具有制造容易，不易堵塞等优点，只是漏液点低，操作弹性小。筛板塔的特点如下：（） 结构简单、制造维修方便（） 生产能力大，比浮阀塔还高（） 塔板压力降较低，适宜于真空蒸馏（） 塔板效率较高，但比浮阀塔稍低（） 合理设计的筛板塔可是具有较高的操作弹性，仅稍低与泡罩塔（） 小孔径筛板易堵塞，故不宜处理脏的、粘性大的和带有固体粒子的料液2 设计方案确定和说明2.

12、1 设计依据设计方案选定所涉及的主要内容有：操作压力，进料状况，冷凝加热方式及其热能的利用等。2.1.1 操作压力精馏可在常压，加压或减压下进行，确定操作压力主要是根据处性质，技术上的可行性和经济上的合理性来考虑。一般来说，常压精馏最为简单经济，若物料无特殊要求，应尽量在常压先操作。加压操作可提高平衡温度，有利于塔顶蒸汽冷凝热的利用，或可以使用较便宜的冷却剂，减少冷凝，冷却费用。在相同的塔径下，适当提高操作压力还可提高塔的处理能力，但增加塔压，也提高了再沸器的温度，并且相对挥发度也有所下降。降低操作压力，组分的相对挥发度增大，有利于分离。减压操作降低了平衡温度，这样可以使用较低温位的加热剂。但

13、降低压力也导致塔径增大和塔顶蒸汽冷凝温度降低，且必须使用抽真空的设备，增加了相应的设备和操作费用。故本次设计采用塔顶压力为常压下进行操作。2.1.2 进料状况进料状态有多种，但一般都是将料液预热到泡点或接近泡点才送入塔中，这样，进料温度就不受季节，气温变化和前道工序波动的影响，塔的操作就比较容易控制。此外，泡点进料时，精馏段与提馏段的塔径相同，设计制造均比较方便。但泡点进料需预热，热耗很大。在此次设计中，我们选用35C左右冷液进料。2.1.3 冷凝方式冷却剂的选择由塔顶蒸汽温度决定。如果塔顶蒸汽温度低，可选用冷冻盐水或深井水作冷却剂。如果能用常温水作冷却剂，是最经济的。水的入口温度由气温决定，

14、出口温度由设计者确定。冷却水出口温度取得高些，冷却剂的消耗可以减少，但同时温度差较小，传热面积将增加。冷却水出口温度的选择由当地水资源确定，但一般不宜超过50C，否则溶于水中的无机盐将析出，生成水垢附着在换热器的表面而影响传热。一般来说，设计时冷却水两端温度差可取510C。缺水地区选用较大的温度差，水源丰富地区选用较小温。2.1.4 加热方式精馏塔通常设置再沸器，采用间接蒸汽加热，以提供足够的能量，若待分离的物系为某种轻组分和水的混合物，往往可采用直接蒸汽加热方式，即把蒸汽直接通入塔釜汽化釜液。这样操作费用和设备费用均可降低。但在塔顶轻组分回收率一定时，由于蒸汽冷凝水的稀释作用，使残液轻组分浓

15、度降低，所需塔板数略有增加。综合考虑，我们采用间接蒸汽加热的方式,绝对压强为200kpa的水蒸气加热。2.1.5 热能的利用蒸馏过程的原理是多次进行部分汽化和冷凝，因此热效率很低，通常进入再沸器的能量仅有5%左右被有效利用。塔顶蒸汽冷凝放出的热量是大量的，但其能位较低，不可能直接用来做塔釜的热源，但可用作低温热源，供别处使用。或可采用热泵技术，提高温度后再用于加热釜液。此外，通过蒸馏系统的合理设置，也可取得节能的效果。例如，可采用设置中间再沸器和中间冷凝器的流程。2.1.6 技术来源目前，精馏塔的设计方法以严格计算为主，也有一些简化的模型，但是严格计算法对于连续精馏塔是最常采用的，我们此次所做

16、的计算也采用严格计算法。2.2 设计任务书2.2.1 设计题目设计生产能力为30吨/日的二级酒精精馏塔2.2.2 设计条件（） 处理能力：30 吨/日，每天24小时连续运转（） 原料乙醇-水溶液：35 %组成（乙醇的质量分数）（） 产品要求：塔顶产品组成（质量分数）：95 %（） 塔顶易挥发组分回收率：99%（） 塔底的产品组成（质量分数）：0.2 %2.2.3 塔型选择根据生产任务，每天开动设备24小时计算，产品流量为30吨/日,由于产品黏度较小，流量增大，为减少造价，降低生产过程中压降和塔板液面落差的影响，提高生产效率，选择板式精馏塔中的筛板塔。2.2.4 设计内容对于精馏过程的设计型计算

17、，已知原料液流量、组成和分离程度，需要计算或确定的项目如下:（） 精馏过程有关的计算（物料衡算、热负荷、理论塔板数、回流比、塔径和塔结构确定、塔板设计、流体力学验算及进出管径等）；（） 设计结果一览表；（） 塔板负荷性能图，绘制设备流程图等。2.3 设计方案2.3.1 设计原则（） 生产能力大，操作弹性好；（） 满足工艺要求，分离效率高；（） 运转可靠性高、操作、维修方便；（） 结构简单、加工方便、造价较低。2.3.2 设计方案的确定（） 操作压力：P=1atm；（） 单板压降：0.7KPa；（） 进料状况：冷液进料；（） 加热方式：再沸器加热（绝压为200kPa的水蒸汽）；（） 塔顶冷凝方式

18、: 卧式全凝器（冷却水进口温度30C）；（） 回流比：R = 3.5 Rmin。2.3.3 工艺流程的说明常压下，原料液由泵从原料储罐中引出含乙醇35%(质量分数)，在预热器中预热至36.5后送入连续板式精馏塔（筛板塔），塔顶上升蒸汽流采用强制循环式列管全凝器冷凝后一部分作为回流液，其余作为产品含乙醇95%（质量分数），经冷却至25后送至产品槽；塔釜采用绝压为200kPa的水蒸气再沸器间接加热来提供气相流，塔釜残液送至废热锅炉。简单工艺流程如图1所示。图1 精馏塔的工艺流程图3 板式精馏塔的工艺设计计算精馏塔的工艺设计，包括塔高、塔径、塔板各部分尺寸的设计计算，塔板的布置，塔板流体力学性能的校

19、核及绘出塔板性能负荷图。3.1 精馏塔的物料衡算已知： 则乙醇在进料、塔顶和塔底的摩尔分数分别为：已知进料量为30吨/日，则进料平均分子摩尔量：摩尔进料量：由 得摩尔塔顶采出量、摩尔塔底采出量分别为：表1 物料衡算数据记录F54.648kmol/h0.1740D10.692kmol/h0.8814W43.956kmol/h0.00083.2 最小回流比及操作回流比的确定由查得乙醇-水溶液的气液平衡数据如下表2所示。从表2查出，组成的乙醇-水溶液泡点为84.0C，在平均温度为（84+36.5）/2=60.3C下，由查得乙醇与水的有关物性为：乙醇的摩尔热容：；乙醇的摩尔汽化潜热：；水的摩尔热容：；

20、 水的摩尔汽化潜热：.比较水与乙醇的摩尔汽化潜热知，系统满足衡摩尔流的假定。加料液的平均摩尔热容：加料液的平均汽化潜热：表2 乙醇-水溶液的气液平衡数据乙醇摩尔分数温度/乙醇摩尔分数温度/液 相气 相液 相气 相0.000.001000.32730.582681.50.1900.170095.50.39650.612280.70.07210.389189.00.50790.656479.80.09660.437586.70.51980.659979.70.12380.470485.30.57320.684179.30.16610.508984.10.67630.738578.740.23370

21、.544582.70.74720.781578.410.26080.558082.30.89430.894378.15则加料热状态参数图2 操作线的实际做法（） q线方程（或进料方程），代表两操作线交点的轨迹方程： 已知a、f、c点，过f点作q线与气液平衡线相交于点e1（0.21，0.53），即，如图2所示，则精馏段操作线的斜率为：，得（） 最小回流比还与平衡线的形状有关。当回流比减小至某一数值时，精馏段操作线首先与平衡线相切于e2点。此时，即使无穷多塔板及组成也不能跨越e2切点，故该回流比即为最小回流，如图2所示。因此，过点（0.8814，0.8814）做气液平衡线的切线，切点e2（0.75

22、，0.78）则，得。根据经验应取较大的最小回流比，即；已知，则有，圆整取 。3.3 理论及实际塔板数的确定3.3.1 精馏段和提馏段操作线的确定精馏段液相流量：精馏段汽相流量：精馏段操作线方程：提馏段液相流量：提馏段汽相流量：提馏段操作线方程：3.3.2 用图解法求解理论板数在坐标纸y-x图上，根据提馏段方程和精馏段方程分别作出提馏段和精馏段操作线，并利用图解法（即阶梯法）得到，塔的理论塔板数为16块（含塔釜1块）。其中第14块理论板为进料板。可参照上图2 。3.3.3 用奥康奈尔法对全塔效率进行估算实际塔板数（） 由相平衡方程式，可得根据（101.3kpa）乙醇-水体系的相平衡数据可以查得：

23、 则相对挥发度为：平均相对挥发度的求取：（） 根据乙醇-水体系的相平衡数据可以查表2得：塔顶： 塔釜： 塔顶和塔釜的算术平均温度：由液体粘度共线图查得：在89.11C下， ， 根据公式 得（） 由奥康奈尔关联：求解实际塔板数 取N=33（块）精馏段 取N=29（块）;提馏段 （块）3.4 精馏塔的物性数据3.4.1 操作压力和温度计算（） 由查得得有关乙醇与水的安托因方程：乙醇： 水 ： 将代入 进行试差，求塔顶、进料板及塔釜的压力和温度： A. 塔顶压力： ， 试差得塔顶温度： B. 进料板压力： ， 试差得进料板温度： C. 塔釜压力： ， 试差得塔底温度： （） 求得精馏段及提馏段的平均

24、压力及温度：精馏段： 提馏段： 表3 精馏段和提馏段的平均温度和平均压强塔顶78.38精馏段平均81.19105.3k Pa115.45 k Pa进料板84.00提馏段平均91.93125.6 k Pa126.65 k Pa塔釜99.85127.7 k Pa3.4.2 平均摩尔质量的计算 塔 顶： 进料板： 塔 釜： 精馏段平均摩尔质量： 提馏段平均摩尔质量：表4 平均摩尔质量的计算塔顶精馏段平均摩尔质量进料板提馏段平均摩尔质量塔釜3.4.3 平均密度的计算（） 汽相平均密度计算：精馏段汽相平均密度： 提馏段汽相平均密度： （） 液相平均密度计算： 由查得不同温度下的密度物性数据如下：a) 塔

25、 顶：， b) 进料板：，, c) 塔 釜：， 表5 液相平均密度的计算塔顶塔釜进料板精馏段液相平均密度1.463提馏段液相平均密度1.045精馏段液相平均密度：提馏段液相平均密度：3.4.4 液体平均表面张力计算液体平均表面张力按下式计算： （1）塔 顶：，查：，得：（2）进料板：，查：，得：（3）塔 釜：，查：，得：精馏段液体表面平均张力： 提馏段液体表面平均张力： 表6 液体平均表面张力计算塔顶塔釜进料板精馏段液体表面平均张力提馏段液体表面平均张力3.4.5 汽液相负荷计算精馏段汽相体积流率：液相体积流率： 提馏段汽相体积流率：液相体积流率： 表7 气液相体积流率计算3.5 塔径的确定求

26、塔的最大气速，C由下式计算：，由图3查取。板间距的选定很重要，塔与塔高、塔径、物系性质、分离效率、塔的操作弹性，以及塔的安装检修等都有关，可参板间距与塔径的经验关系表8。表8 板间距与塔径的关系塔径D, m0.30.50.50.80.81.61.62.42.44.0板间距,mm200300250350300450350600400600取板间距取板间距，板上液层高度，则 图3 smith图（） 精馏段塔径的最大气速根据图的横坐标 查smith图3，得，而则有：（） 提馏段塔径的最大气速由图的横坐标为：查smith图3，得，而 （） 塔径确定比较取较小者，精馏段气速取安全系数为0.8 ，则空塔气

27、速为：；精馏塔塔径目前，塔的直径已标准。所求得的塔径必须圆整到标准值。塔径在1米以下者，标准化先按100mm增值变化；塔径在1米以上者，按200mm增值变化，即1000mm、1200mm、1400mm、1600mm塔径标准化以后，应重新验算雾沫夹带量，必要时在此先进行塔径的调整，然后再决定塔板结构的参数，并进行其它各项计算。当液量很大时，亦宜先按核查一下液体在降液管中的停留时间。如不符合要求，且难以加大板间距来调整时，也可在此先作塔径的调整。本设计中，按标准塔径圆整后，塔径 。塔截面积：精馏段实际空塔气速为：提馏段实际空塔气速为：3.6 精馏塔的结构和塔有效高度3.6.1 塔的总体结构塔的外壳

28、多用钢板焊接，如外壳采用铸铁铸造，则往往以每层塔板为一节，然后用法兰连接。板式塔除内部装有塔板、降液管及各种物料的进出口之外，还有很多附属装置，如除沫器、人（手）孔、基座，有时外部还有扶梯或平台。此外，在塔体上有时还焊有保温材料的支承圈。为了检修方便，有时在塔顶装有可转动的吊柱。本次设计中较完整的筛板精馏塔设备图如附录图一所示。一般说来，各层塔板的结构是相同的，只有最高一层，最低一层和进料层的结构有所不。最高一层塔板与塔顶的距离常大于一般塔板间距，以便能良好的除沫。最低一层塔板到塔底的距离较大，以便有较大的塔底空间贮液，保证液体能有1015min的停留时间，使塔底液体不致流空。塔底大多是直接通

29、入由塔外再沸器来的蒸气，塔底与再沸器间有管路连接，有时则再塔底釜中设置列管或蛇管换热器，将釜中液体加热汽化。若是直接蒸汽加热，则在釜的下部装一鼓泡管，直接接入加热蒸汽。另外，进料板的板间距也比一般间距大。 3.6.2 塔的有效高度精馏段有效高度的计算：提馏段有效高度的计算：（） 塔体总高度（不包括裙座）由下式决定： 式中 HD塔顶空间，m； HB塔底空间，m；HT塔板间距，m； HT开有人孔的塔板间距，m； HF进料段高度，m； Np实际塔板数；S人孔数目（不包括塔顶空间和塔底空间的人孔）。a) 塔顶空间HD 塔顶空间指塔内最上层塔板与塔顶空间的距离。为利于出塔气体夹带的液滴沉降，其高度应大于

30、板间距，通常取HD为（ 1.52.0）HT或根据除沫器的安装要求确定塔顶空间。本设计中取b) 塔底空间HB塔底空间指塔内最下层塔板到塔底间距。其值视具体情况而定。塔底贮液空间依贮存液量停留35分钟或更长时间（易结焦物料可缩短停留时间）而定；塔底液面至最下层塔板之间应有12m的间距，大塔可大于此。取停留时间为5分钟，则所需的液面高度为：考虑到液面距最下层塔板距离，塔径为1m，因此取c) 人孔数目S人孔数目根据塔板安装方便和物料的清洗程度而定。对于处理不需要经常清洗的物料，可隔810块塔板设置一个人孔；对于易结垢、结焦的物系需经常清洗，则每隔46块塔板开一个人孔。设人孔处的板间距等于或大于600m

31、m，人孔直径一般为450500mm（特殊的也有长方形人孔），其伸出塔体的筒体长为200250mm，人孔中心距操作平台约8001200 。（） 本次设计中， 每隔6层塔板开一人孔，HT =600mm,人孔高度为500mm则人孔数：S=(336)-1=4.55（个）所以一般情况下，塔径不太大的时候，裙座高度取2m，则塔的实际高度：3.7 塔板主要工艺尺寸的计算3.7.1 溢流装置计算降液管的结构型式，有弓形和圆形两种。常用的是弓形降液，它具有将液能力大，气液分离效果好等优点；介质腐蚀不严重时，材料可选用Q235-A.F，板厚取3mm。已知塔径D=1.0m，液体流量很小，故选用单溢流弓形降液管。（）

32、 单溢流堰长：=（0.60.8）D，取lw=0.71.0=0.7m（） 溢流堰高度hw：根据选用平直堰，则堰上液层高度how可用 Francis计算，即a) 精馏段：，查图4得，E=1.02, 则how=（2.84/1000）1.0（5.550/0.7）2/3=0.011m取板上清夜层高度h2=0.05m, 故hw=0.05-0.011=0.039mb) 提馏段： ，查图4得， E=1.02，则hOW=(2.84/1000)1.0（4.365/0.7）2/3=0.010m取板上清夜层高度hL=0.05m, 故hW=0.05-0.010=0.040m图4 液体收缩系数计算图3.7.2 降液管（）

33、 降液管高度和截面积因为，查下图5（弓形降液管参数图）得：, 所以，图5 弓形降液管参数图依下式验算液体在降液管中的停留时间：精馏段：提馏段：故降液管设计合理。（） 降液管底隙高度采用垂直弓形降液管和凹形受液盘，取降液管底部与下块塔板的间隙高度为 :由化工原知降液管底部与下块塔板的间隙高度应小于堰高,但不应小于20-25mm以免堵塞。为使液体进入板时更加平稳，防止前几排筛孔因冲击而漏液，对于直径大于800mm的塔板。可使用凹形受液盘。已知堰高=0.039 m, hW=0.040 m,故降液管底隙高度设计合理。（） 塔板布置 (塔板的分块)根据塔板分块，下表9知：D=1000mm,故塔板采用分块

34、式，塔板分为3块。表9 塔板分块数塔径/mm8001200140016001800200022002400塔板分块数34563.7.3 边缘区宽度确定根据化工原，入口安定区宽度可取为50100mm ，出口安定区宽度一般等于。但根据大量的工业实践，目前多主张不设出口安定区。边缘区宽度为与塔径有关，一般取2550mm。故取，溢流堰前的安定区宽度：WS=0.07m，边缘区宽度：WC=0.035m3.7.4 开孔区面积计算开孔区面积按下式计算：其中 ；故 3.7.5 筛孔数与开孔率鼓泡型操作的筛板塔，所用筛孔一般较小，通常是38mm,处理固体物料应该用较大孔径的筛孔，本实验采用小孔径的。在有效传质区内

35、，筛孔按正三角形排；一般碳钢的板厚为3mm,取，故: 孔中心距按下式计算筛板上的筛孔数n，即（孔）计算塔板上开孔区的开空率，即（在5-15%范围内，设计合理）则每层塔板上的开孔面积为气体通过筛孔的气速为：精馏段： 提馏段：3.8 筛板的流体力学验算塔板的流体力学验算目的是为检验以上初算塔径及各项工艺尺寸的计算是否合理，塔板能否正常操作。验算项目如下：3.8.1 精馏段筛板流体力学验算（） 气体通过筛板的压力降（单板压降）相当的液柱高度单板压降：A. 干板压降相当的液柱高度依 查下图6知： B. 气流穿过板上液层压降相当的液柱高度由图7查取板上液层充气系数即为0.58C. 气体克服液体表面张力压

36、降相当的液柱高度所造成的阻力可由下式计算： 单板压降为（设计允许值）图6 孔流系数 与关系 图7 板上液层充气系数和动能因子Fa间的关系（） 雾沫夹带的验算依式计算已知， kg液/kg气故在此设计下不会发生过量雾沫夹带。（） 漏液的验算依式计算筛板的稳定性系数：故在此设计下不会发生过量漏液现象。（） 液泛的验算为防止降液管液泛的发生，应使降液管中清液的高度由于，（已算出）， 而 则 鉴于酒精-水是不易气泡物系，因此取=0.1387m故，在此设计下不会发生液泛。根据以上塔板的各项流体力学验算，可认为精馏段塔径及各工艺尺寸是合适的。3.8.2 提馏段筛板流体力学验算验算原理与精馏段的筛板流体力学验

37、算相同，因此有：（） 气体通过筛板的压力降（单板压降）相当的液柱高度单板压降：A. 干板压降相当的液柱高度依 查图6知： B. 气流穿过板上液层压降相当的液柱高度m由图7查取板上液层充气系数即为0.60C. 气体克服液体表面张力压降相当的液柱高度由下式计算： 单板压降：（设计允许值）（） 雾沫夹带的验算依式计算已知， kg液/kg气故在此设计下不会发生过量雾沫夹带。（） 漏液的验算依式计算筛板的稳定性系数 故在此设计下不会发生过量漏液。（） 液泛的验算为防止降液管液泛的发生，应使降液管中清液的高度已知，（已算出）， 而 则 =0.06683+0.05+0.000508=0.1164m由于酒精-

38、水是不易气泡物系，因此取=0.1164m故，在此设计下不会发生液泛。根据以上塔板的各项流体力学验算，可认为提馏段塔径及各工艺尺寸是合适的。3.9 塔板性能负荷图对各项结构参数已定的筛板，须将气液负荷限制在一定范围内，以维持塔板的正常操作，可用汽液负荷关系线（即VsLs线）表达允许的气液负荷波动范围，这种关系线称塔板符合性能图。3.9.1 精馏段塔板负荷性能图（） 雾沫夹带线依式 式中 （a）近似取E1.0, =0.039m, =0.7故有： （b）取雾沫夹带极限值 为0.1 kg液/kg气。已知 ，并将（a）（b）代入得: 整理得：在操作范围内任取几个 值，依上式算出相应的 值列于下表中LS，

39、m3/sVS, m3/s1.191.131.050.980.92依表中数据在VSLS图中作出雾沫夹带线(1)。（） 液泛线由及联立得: 近似取 则: 由于，则(已算出) ，所以：而 （已算出），将 及以上各式代入得： 整理得： 在操作范围内任取几个 值，依上式计算Vs值列于下表中LS，m3/sVS, m3/s1.681.631.561.471.40依表中数据在VSLS图中作出液泛线（2）。（） 液相负荷上限线取液体在降液管中停留时间为4秒，由下式液相负荷上限线（3）在VSLS图中为与气相流量无关的垂线。（） 漏液线（气相负荷下限线）由 ， 代入漏液点气速（前已算出），代入上式整理得：在操作范围

40、内任取几个 值，依上式计算相应的值，列于下表LS，m3/sVS, m3/s0.330.370.3860.400.42依表中数据作气相负荷下限线（4）。（） 液相负荷下限线取平堰堰上液层高度作为液相负荷下限条件，取，而整理得：依此值在VSLS图中作线即为液相负荷下限线（5）。将以上5条线标绘于下图8中，即精馏段负荷性能图。5条线包围区域为精馏段塔板操作区，P为操作点，操作线OP过坐标原点。OP线与（1）线的交点为气相负荷为，OP线与气相负荷下限线（4）的交点为气相负荷为 。P点（0.00154, 0.9854）。可知本设计精馏段塔板上限由雾沫夹带控制，下限由漏液控制。由图8知，精馏段的操作弹性

41、因此，精馏段塔的操作弹性相对较高。另外，设计塔板时，可适当调整塔板结构参数使操作点P在图中适当位置，以提高塔的操作弹性。3.9.2 提馏段塔板负荷性能图计算原理与精馏段负荷性能图的计算相同，则有：（） 雾沫夹带线依式 式中 （a）近似取E1.0, =0.040m, =0.7m故 （b）取雾沫夹带极限值 为0.1 kg液/kg气。已知并将（a）（b）代入得整理得： 在操作范围内任取几个 值，依上式算出相应的 值列于下表中1.311.241.151.071.00依表中数据在图中作出雾沫夹带线(1)。（） 液泛线由及联立得近似取 则由 而(已经算出)，所以有：（已经算出），将 及以上各式代 整理得：

42、 在操作范围内任取几个 值，依上式计算值列于下表中2.162.102.001.911.80依表中数据在图中作出液泛线（2）。（） 液相负荷上限线取液体在降液管中停留时间为4秒，由下式液相负荷上限线（3）在图中为与气相流量无关的垂线。（） 漏液线（气相负荷下限线）由 ， 代入漏液点气速（已算出），代入上式并整理得 在操作范围内任取几个 值，依上式计算相应的 值，列于下表0.4370.460.4850.5070.525依表中数据在图中作气相负荷下限线（4）。（） 液相负荷下限线取平堰堰上液层高度作为液相负荷下限条件，取，则整理上式得：依此值在图中作线即为液相负荷下限线（5）。将以上5条线标绘于下图9中，即提馏段负荷性能图。5条线包围区域为提馏段塔板操作区