精馏设备设计

---

精馏是分离液体混合物的典型单元操作。这种操作是将液体混合物部分气化，利用其各组分挥发度不同的特性以实现分离的目的。

(一)双组分连续精馏塔的计算步骤

1．双组分连续精馏塔的工艺计算主要包括以下内容：

(1)确定产品的流量和组成。

(2)确定精馏塔的类型，如选择板式塔或填料塔，根据塔型，计算理论板层数或填料层高度。

(3)确定塔高和塔径。

(4)对板式塔，进行塔板结构尺寸的计算及塔板流体力学验算，对填料塔需确定填料类型及尺寸，并计算填料塔的流体阻力。

(5)计算冷凝和再沸器的负荷，并确定两者的类型和尺寸。

2．物料衡算和操作线方程

《1)全料物料衡算(图16－5)。

图16－5 精馏塔的物料衡算

总物料：F=D+W

易挥发组分：Fx_F=Dx_D+Wx_W

式中 F——原料液流量(kmol／h)；

D——塔顶产品(馏出液)流量(kmol／h)；

W——塔底产品(釜残液)流量(kmol／h)；

x_F——原料液中的易挥发组分的摩尔分率；

x_D——馏出液中易挥发组分的摩尔分率；

x_W——釜残液中易挥发组分的摩尔分率。

(2)精馏段操作线方程。

式中 y_n+1——精馏段第n+1层上升蒸气中易挥发组分的摩尔分率；

x_n——精馏段第n层板下降液体中易挥发组分的摩尔分率。

(3)提馏段操作线方程。

式中 x′_m——提馏段第m层板下降液体中易挥组分的摩尔分率；

y′_m+1——提馏段第m+1层板上升蒸气中易挥发组分的摩尔分率。

(4)理论板层数的求法(逐板计算法)。

式中q为进料热状况号数。

由图16－6可知：y₁=xD(已知)，从而求得y₂；x₁′=x_n(已知)，从而求得y₂′。

图16－6 逐板计算法示意图

3．塔高和塔径的计算

(1)塔高的计算。对于板式精馏塔利用板塔效率将理论板层数折算成实际板层数，然后从实际板层数与板间距求塔高。

式中 E——全塔效率；

N_T——理论板层数；

N_P——实际板层数。

(2)塔径的计算：

式中 D——精馏塔内径(m)；

v——空塔速度(m／s)；

v_s——塔内上升蒸气的体积流量(m³／s)。

(二)连续精馏装置的热量衡算

(1)冷凝器的热量衡算：

Q_C=(R十1)D(I_VD－I_cD)

式中 Q_C——冷凝器的热负荷(kJ／h)；

I_VD——塔顶上升蒸气的焓(kJ／kmol)；

I_LD——塔顶馏出的焓(kJ／kmol)。

(2)冷却介质消耗量：

式中 W_C——冷却介质消耗量(kg／h)；

C_PC——冷却介质的比热(kJ／kg·℃)；

t₁，_t2——分别为冷却介质在冷凝器进出口处的温度(℃)。

(3)再沸器的热量衡算：

Q_B=V′I_VW+WI_LW－L′I_Lm+Q_L

式中 Q_B——再沸器的热负荷(kJ／h)；

Q_L——再沸器的热损失(kJ／h)；

I_VW——再沸器上升蒸气的焓(kJ／kmol)₁

I_LW——釜残液的焓(kJ／mol)；

I_Lm——提馏段底层塔板下降液体的焓(kJ／mol)。

若近似取I_LW=I_Lm，且因V′=L′－W，则：

Q_B=V′(I_VW－I_Lm)+Q_L

加热介质消耗量

式中 W_h——加热介质消耗量(kg／h)；

I_B1，I_B2——分别为加热介质进出再沸器的焓(kJ／kg)。