精馏设备设计
出处：按学科分类—工业技术 南京大学出版社《工程师实用手册》第669页（2790字）
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：FxF=DxD+WxW
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)；
xF——原料液中的易挥发组分的摩尔分率；
xD——馏出液中易挥发组分的摩尔分率；
xW——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 yn+1——精馏段第n+1层上升蒸气中易挥发组分的摩尔分率；
xn——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′=xn(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；
NT——理论板层数；
NP——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)；
vs——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：
QC=(R十1)D(IVD－IcD)
式中 QC——冷凝器的热负荷(kJ／h)；
IVD——塔顶上升蒸气的焓(kJ／kmol)；
ILD——塔顶馏出的焓(kJ／kmol)。
(2)冷却介质消耗量：
式中 WC——冷却介质消耗量(kg／h)；
CPC——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：
QB=V′IVW+WILW－L′ILm+QL
式中 QB——再沸器的热负荷(kJ／h)；
QL——再沸器的热损失(kJ／h)；
IVW——再沸器上升蒸气的焓(kJ／kmol)1
ILW——釜残液的焓(kJ／mol)；
ILm——提馏段底层塔板下降液体的焓(kJ／mol)。
若近似取ILW=ILm，且因V′=L′－W，则：
QB=V′(IVW－ILm)+QL
加热介质消耗量
式中 Wh——加热介质消耗量(kg／h)；
IB1，IB2——分别为加热介质进出再沸器的焓(kJ／kg)。