精馏塔工艺工艺设
计计算
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第三章 精馏塔工艺设计计算
塔设备是化工、石油化工、生物化工、制药等生产过程中广泛采用的气液传质设备。根据塔内气液接触构件的结构形式，可分为板式塔和填料塔两大类。
板式塔内设置一定数量的塔板，气体以鼓泡或喷射形势穿过板上的液层，进行传质与传热，在正常操作下，气象为分散相，液相为连续相，气相组成呈阶梯变化，属逐级接触逆流操作过程。
本次设计的萃取剂回收塔为精馏塔，综合考虑生产能力、分离效率、塔压降、操作弹性、结构造价等因素将该精馏塔设计为筛板塔。
3.1 设计依据[6]
3.1.1 板式塔的塔体工艺尺寸计算公式
（1） 塔的有效高度
T T
T H E N Z )1(-= （3-1） 式中 Z –––––板式塔的有效高度，m ；
N T –––––塔内所需要的理论板层数；
E T –––––总板效率；
H T –––––塔板间距，m 。
（2） 塔径的计算 u V D S
π4= （3-2）
式中 D –––––塔径，m ；
3 2020年4月19日 V S –––––气体体积流量，m 3/s u –––––空塔气速，m/s
u =（0.6~0.8）u max （3-3） V
V
L C u ρρρ-=max （3-4）
式中 L ρ–––––液相密度，kg/m 3
V ρ–––––气相密度，kg/m 3
C –––––负荷因子，m/s 2
.02020⎪⎭⎫
⎝⎛=L C C σ （3-5） 式中 C –––––操作物系的负荷因子，m/s
L σ–––––操作物系的液体表面张力，mN/m
3.1.2 板式塔的塔板工艺尺寸计算公式
(1) 溢流装置设计
W OW L h h h += (3-6) 式中 L h –––––板上清液层高度，m ； OW h –––––堰上液层高度，m 。 3
2100084.2⎪⎪
⎭⎫ ⎝⎛=W h OW l L E h （
3-7）
式中 h L –––––塔内液体流量，m ； E –––––液流收缩系数，取E=1。 h
T
f L H A 3600=θ≥3~5 (3-8)
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006.00-=W h h (3-9) '
360000u l L h W h = (3-10) 式中 u 0ˊ–––––液体经过底隙时的流速，m/s 。
(2) 踏板设计
开孔区面积a A ： ⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛+-=-r x r x r x A a 12
22sin 1802π （3-11） 式中 ()s d W W D x +-=
2 c W D r -=2
开孔数n ：
2155.1t A n a
= (3-12)
式中 a A –––––鼓泡区面积，m 2； t –––––筛孔的中心距离，m 。
200907.0⎪⎭
⎫ ⎝⎛==t d A A a φ (3-13) 3.1.3 筛板流体力学验算
（1） 塔板压降
g h P L P P ρ=∆ (3-14) σh h h h l c P ++= (3-15) 式中 c h –––––与气体经过筛板的干板压降相当的液柱高度，
m 液柱；
l h –––––与气体经过板上液层的压降相当的液柱高度，m
5 2020年4月19日 液柱；
σh –––––与克服液体表面张力的压降相当的液柱高度，m
液柱。 ⎪⎪
⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=L V
c c u h ρρ2
00
051.0 (3-16)
式中 0h –––––气体经过筛孔的速率，m/s ； 0c –––––流量系数。
()OW W L l h h h h +==ββ (3-17) f
T s
a A A V u -= (3-18)
V a u F ρ=0 (3-19) 式中 0F –––––气相动能因子，()2121m s kg ⋅ a u –––––经过有效传质区的气速，m/s ； T A –––––塔截面积，m 2。 0
4gd h L L
ρσσ= (3-20)
（2） 液沫夹带 2
.36107.5⎪⎪⎭
⎫
⎝⎛-⨯=-f T a L V h H u e σ (3-21)
式中 V e –––––液沫夹带量，kg 液体/kg 气体； f h –––––塔板上鼓泡层高度，m 。 （3） 漏液 ()V L L h h C u ρρσ-+=13.00056.04.40min ,0 (3-22) min
,00
u u K = (3-23)
