【正文】 7 層塔板。.? 精餾塔的工藝計(jì)算1).塔操作條件的確定（1） 操作壓力的確定由于初餾塔為近常壓操作。因此設(shè)塔頂壓力為 ，（絕壓） 。（2） 操作溫度的確定① 塔頂溫度：塔頂溫度的確定采用泡點(diǎn)法。對(duì)于這幾種組分設(shè)塔頂蒸汽組成，四氫化萘(4)、萘 (5)、硫雜茚(6)、二甲酚(7)、喹啉(8)、β 甲基萘(9) 、二甲基萘(10)、苊(11)分別為 ，與 成平衡的液相組成為 。451y?、 451y?、 451x?、各組分在塔頂溫度下物質(zhì)的飽和蒸氣壓為 ，塔頂操作總壓力 。00451P?、 P根據(jù)拉烏爾定律列出相平衡關(guān)系式為：河北聯(lián)合大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院220001211PyxyPxyPx???、由于相平衡常數(shù) ，故 ，因此，對(duì)任一組分而言 。iKiip0iiyxp?對(duì)于 8 種組分： 1541104 iiyxPypPp? ?????選萘為基準(zhǔn)，設(shè)萘在塔頂溫度下的蒸汽壓為 即得：N104NiyPp?根據(jù)相平衡常數(shù)定義： ??200ex??????????siiiiyKxPRT對(duì)于本工藝視氣相為理想氣體，液相為理想溶液，則0iipKP?而相對(duì)揮發(fā)度的定義： ，令0iiNKpP??N則 ，因此0iiNP??14iNiy??由于沸點(diǎn)高于萘的組分全部蒸出，因此，采用試差法確定塔頂溫度。由于雙塔工藝塔頂蒸汽溫度控制在 左右，設(shè)塔頂溫度為 ，在20℃ 20℃下對(duì)應(yīng)的塔頂各物質(zhì)組成 及 （取以萘為基準(zhǔn)，取其 ） ，則各組分20℃ y?1??的 及其 值列于表 211。?y表 211 塔頂組成組分名稱 0iPyy?四氫化萘 萘 硫雜茚 二甲酚 喹啉 β甲基萘 2 設(shè)計(jì)內(nèi)容23合計(jì) ― ― 由于萘在 下相平衡常數(shù) ，而 ，誤20℃ ????差為: ，在允許范圍內(nèi)，因此塔頂溫度為 。..615%???2℃② 塔底溫度根據(jù)液相等溫線方程來確定塔底溫度，設(shè)塔底壓力為 ，P由于, 000454.niPxPx???選萘為基準(zhǔn)，設(shè)萘在塔底溫度下的蒸汽壓為 ，則用 除上式即可得：?將液相視為理想溶液、氣相視為理想氣體。則 。1NK?根據(jù)相對(duì)揮發(fā)度的定義 。0iiNP??因此，上式可簡化為： ??對(duì)于該工藝確定塔底溫度時(shí)， ??采用試差法確定塔底溫度，由于塔底溫度一般控制在 左右，因此設(shè)270℃塔底溫度為 ，將 下 及 值列于表 212。270℃ ℃ x?表 212 塔底組成組分名稱 0iP?x萘 硫雜茚 二甲酚 喹啉 β甲基萘 二甲基萘 苊 合計(jì) ― ― 河北聯(lián)合大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院24下萘的相平衡常數(shù) ，而 ，270℃ ????誤差為: ，%.???為 。270℃(2) 所需塔板層數(shù)及回流比的確定① 最小理論板數(shù)的確定由物料衡算知最小理論板數(shù)。根據(jù)物料衡算平衡數(shù)據(jù)知：輕關(guān)鍵組分在餾出物和釜液的濃度為：， 。?Ⅰ ?Ⅰ重關(guān)鍵組分在餾出物和釜液的濃度為： ，?Ⅱ ?Ⅱ設(shè) 一 β甲基萘在 塔頂、塔底相對(duì)揮發(fā)度平均值?平 均則： ==?平 均根據(jù)芬斯克方程計(jì)算最小理論板數(shù)（不包括再沸器）： +1 ??????????????????????????????????平 均所以最小理論塔板數(shù) （不包括再沸器） 。.?② 最小回流比 mR選 β甲基萘為基準(zhǔn)時(shí)萘在塔頂、塔底相對(duì)揮發(fā)度平均值分別為 ，因此， ==??平 均根據(jù)物料數(shù)據(jù)可知 ， ， ，96DX?Ⅰ %f?Ⅰ ?Ⅱ5.%fX?Ⅱ根據(jù)柯爾本法計(jì)算公式，計(jì)算最小回流比 ????????????????????????????????平 均平 均（3）實(shí)際板數(shù)的確定操作回流比取為： 2 設(shè)計(jì)內(nèi)容25則： ?????查吉利蘭圖知 ，則解得： ?8取塔板效率 ，則初餾塔實(shí)際塔板數(shù)為0.?.?實(shí)（4）進(jìn)料板位置的確定設(shè)精餾段和提留塔板數(shù)分別為 n 和 m，則按 kirkbride 提出的經(jīng)驗(yàn)公式求得和 。???????????????Ⅱ ⅠⅠ Ⅱ1nN??代入數(shù)據(jù)即得：? ?????? ?????????? ?n?將上式聯(lián)立解得： ，精餾段實(shí)際塔板數(shù)為 ，加料板位置為從上往下數(shù) 30 層塔板。 塔的工藝負(fù)荷計(jì)算 初餾塔工藝負(fù)荷計(jì)算1). 精餾段氣相、液相負(fù)荷① 精餾段氣相負(fù)荷由于無側(cè)線采出按式 計(jì)算，而 。故sVDL???RD?sVR??回流狀態(tài)參數(shù)： 21()rtc??式中：—酚油汽化熱 kcal/kg，r—塔頂氣相溫度，℃，2t—酚油回流溫度，℃，1， —酚油分別在 0～ ℃和 0～ ℃的平均比熱c21t2tkcalg?℃查得手冊(cè)煉焦化產(chǎn)理化常數(shù)知： 設(shè)酚油回流溫度 =100℃?1t河北聯(lián)合大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院26冷液回流，查手冊(cè)焦化設(shè)計(jì)參考資料知： ，??℃??℃因此 (9.).64.?????精餾段的氣相負(fù)荷為： ???在塔頂狀態(tài)下氣相流量： s??氣相重度的計(jì)算：由于酚油平均分子量 10M?故， . kgh?氣相重度： ?② 精餾段液相負(fù)荷精餾段液相負(fù)荷按下式計(jì)算： ????查手冊(cè)得：酚油 20℃的比重 ，酚油餾分在塔頂溫度下的重度按式 計(jì)算，20()tt????式中， ——系數(shù)（酚油取 ）?則， (195)8kg????在塔頂狀態(tài)下的液相流量： ??2）提餾段氣相、液相負(fù)荷①提餾段的氣相負(fù)荷提餾段的氣相負(fù)荷按式 計(jì)算，39。 39。(1)sVF????式中：—入塔原料量 ，F(xiàn)kgmol—進(jìn)料狀態(tài)參數(shù)39。?2 設(shè)計(jì)內(nèi)容27已洗酚萘洗混合餾分的平均分子量為： ?????式中：112157—分別為酚油、工業(yè)萘、洗油的平均分子量、—分別為酚油、工業(yè)萘、洗油的產(chǎn)率，%根據(jù)平均分子量由平均沸點(diǎn) 與混合物平均分子量的關(guān)系圖查得已洗酚萘kt洗混合餾分的平均沸點(diǎn) ，該工藝的進(jìn)料溫度取 210℃。235kt?℃因此，進(jìn)料狀態(tài)參數(shù) ，??39。39。39。139。 39。???rct式中：—入塔原料的平均汽化熱 ，39。rkcalg， —分別為進(jìn)料塔板和入塔物料的溫度 ℃，39。1t39。2， —分別為混合餾分在 0~235℃，0~210℃的平均比熱 。39。c39。 kcalg故， 39。 l?????、8—分別為酚油、工業(yè)萘、洗油的汽化熱 kcl查手冊(cè)知39。 ，39。?℃ 39。?℃????39。39。2139。 39。 .?????????rt提餾段的氣相負(fù)荷為： 39。..進(jìn)料層氣相壓力： ?????進(jìn)頂?shù)?底 實(shí)NP式中：——進(jìn)料板層數(shù)。N進(jìn)——總塔板數(shù)。實(shí)因此 ??37137..=???PkPa在進(jìn)料塔板狀態(tài)下氣相流量為：河北聯(lián)合大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院2839。 ??????氣相重度為： ????39。39。 339。 86..719...64830???????sF kg② 提餾段液相負(fù)荷液相負(fù)荷按下式計(jì)算： 39。 39。??????液相重度： ，??39。2???dt查手冊(cè)知己進(jìn)料混合餾分在20℃的比重 ，式中，系數(shù) ?故， ??39。 ?????L km提餾段液相體積流量： 39。 331..?精餾段、提餾段的氣液相負(fù)荷見下表213。表213 不同區(qū)域的的氣相、液相計(jì)算值名稱 精餾段 提餾段氣相流量 、sV39。 氣相重度 、?39。 kg6kgm液相流量 、sL39。 . 液相重度 、?39。 km8k 精餾塔工藝負(fù)荷的計(jì)算1). 精餾段氣相、液相負(fù)荷① 精餾段氣相負(fù)荷精餾段氣相負(fù)荷由于無側(cè)線采出按下式計(jì)算，sVDL???而， 。故RsR2 設(shè)計(jì)內(nèi)容29回流狀態(tài)參數(shù)： ??21????rtc式中：—工業(yè)萘汽化勢(shì) ，rkcalg—塔頂氣相溫度，℃，2t—工業(yè)萘回流溫度，℃，1， —工業(yè)萘分別在 0～ ℃和 0～ ℃的平均比熱c2 1t2tkcalg?℃查手冊(cè)知r=84kcal/kg。將萘在汽化冷凝器中冷卻至 100~110℃對(duì)于該工藝取110℃， 查手冊(cè)知： ,??℃246℃因此， ??.??????精餾段的氣相負(fù)荷為： .????在塔頂狀態(tài)下氣相流量： . s??氣相重度的計(jì)算： =.90867sVMkg???萘 均② 精餾段液相負(fù)荷精餾段液相負(fù)荷按下式計(jì)算: ..????查手冊(cè)得：塔頂物質(zhì)的比重 ，因此,塔頂餾分在塔頂溫度下的重度按式 計(jì)算，??20????tdt式中， ——系數(shù)（取 ）?則， ??3201..082086?????kgm河北聯(lián)合大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院30在塔頂狀態(tài)下的液相流量： ??2）提餾段氣相、液相負(fù)荷①提餾段的氣相負(fù)荷提餾段的氣相負(fù)荷按式 計(jì)算，??39。 39。1????sVF式中：—入塔原料量 ，F(xiàn)kmolh—進(jìn)料狀態(tài)參數(shù)39。?已洗酚萘洗混合餾分的平均分子量為： ?????式中：1312157—分別為酚油、工業(yè)萘、洗油的平均分子量、—分別為酚油、工業(yè)萘、洗油的產(chǎn)率,%根據(jù)平均分子量由平均沸點(diǎn) 與混合物平均分子量的關(guān)系圖查得已洗酚萘kt洗混合餾分的平均沸點(diǎn) ，該工藝的進(jìn)料溫度取 235℃。240kt?℃因此，進(jìn)料狀態(tài)參數(shù) ，??39。39。39。139。 39。???rct式中：—入塔原料的平均汽化熱 ，39。rkcalg， —分別為進(jìn)料塔板和入塔物料的溫度 ℃，39。1t39。2， —分別為混合餾分在在 0~240℃,0~235℃的平均比熱 。39。c39。 kcalg?℃故， 39。. l?????其中,、8—分別為酚油、工業(yè)萘、洗油的汽化熱 kcl查手冊(cè)知, ，39。?℃ 39。?℃????39。39。2139。 39。 ?????????rt提餾段的氣相負(fù)荷為： 39。..2 設(shè)計(jì)內(nèi)容31進(jìn)料層氣相壓力： ?????進(jìn)頂?shù)?底 實(shí)NP式中：——進(jìn)料板層數(shù)。N進(jìn)——總塔板數(shù)。實(shí)因此 ??.=???PkPa在進(jìn)料塔板狀態(tài)下氣相流量為： 39。 . mhs????氣相重度為： ????39。39。 339。..6856??????????ssMF kgm② 提餾段液相負(fù)荷液相負(fù)荷按下式計(jì)算： 39。 39。?????液相重度： ，??39。2???Ldt查手冊(cè)知己進(jìn)料混合餾分在20℃的比重 ，式中，系數(shù) ?故， ??39。 ?????L kgm提餾段液相體積流量： 39。 ?精餾段、提餾段的氣液相負(fù)荷見下表214。表214 不同區(qū)域的液相、氣相計(jì)算值名稱 精餾段 提餾段氣相流量 、sV39。 氣相重度 、?39。 4kgkgm液相流量 、sL39。 . 液相重度 、?39。 86km52k河北聯(lián)合大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院32 塔尺寸的計(jì)算 初餾塔尺寸的計(jì)算1). 塔徑的計(jì)算① 精餾段塔徑計(jì)算按Smith 法計(jì)算最大空塔速度： ，其中maxLVWC????????????C式中——計(jì)算物料的負(fù)荷系數(shù)，C?——液體表面張力為 時(shí)物系的Smith 系數(shù)。20 20dync取板間距 ，塔板上清液層高度 ，則分離空間為：.4THm??.??由于， 由不同分離空間下動(dòng)能參數(shù)與負(fù)荷???????????????系數(shù)之間的關(guān)系，查smith關(guān)聯(lián)圖得 。?酚油在塔頂溫度195℃下的表面張力，按下式計(jì)算，??11????ttt其中， —校正系數(shù)查手冊(cè)知，酚油在100℃下表面張力 ，??????????則，. ?????????????最大空塔速度為： max ???????設(shè)計(jì)采用空塔氣速為： ，??~精餾塔徑： ????2 設(shè)計(jì)內(nèi)容33② 提餾段塔徑計(jì)算按Smith 法求最大空速 ,39。39。39。39。max39。LVWC????——提餾段物系的負(fù)荷系數(shù)。39。C?板間距與板上清液高度與精餾段相同， ???因此???????????????由不同分離空間下動(dòng)能參數(shù)與負(fù)荷系數(shù)之間的關(guān)系圖查得 2039。.67C?100℃下查得酚油、工業(yè)萘、洗油的表面張力分別為： ,， ,。???????酚359. 3dn?萘 ??因此原料在235℃下的表面張力：39。????? ?39。39。 64C?????????????最大空塔速度為： max39。39。39。39。39。 . .024LVWCms????????設(shè)計(jì)采用空塔氣速為： ，max(~85)0..89W精餾塔徑： 4134..9sVD????因此選用初餾塔徑 60則，塔截面積： 則實(shí)際空塔速度：精餾段： ????河北聯(lián)合大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院34提餾段： ????將精餾段、提餾段的工藝計(jì)算值列于下表，見表215。表215 不同區(qū)域的液相、氣相計(jì)算值計(jì)算值項(xiàng)目精餾段 提餾段塔徑/m 板間距/m 空塔速度 m/s 2). 初餾塔有效高度的計(jì)算板式塔的有效高度是指安裝塔板部分的高度，可按下式計(jì)算 1????????TNZHEZ——板式塔的有效高度，mNT——塔內(nèi)所需的理論板層數(shù)ET——總板效率HT——塔板間距，m則： ??????????Z 精餾塔尺寸的計(jì)算1. 塔徑的計(jì)算① 精餾段塔徑計(jì)算按 Smith 法計(jì)算最大空塔速度： ，maxLVWC????式中： ????????——計(jì)