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年产11万吨甲醇精馏工段设计

摘 要

甲醇作为一种用途广泛的有机化工产品，醇还能与有机酸、无机酸、氨、苯、一氧化碳、乙炔、金属钠、苯胺等作用。即可发生氧化反应、氨化反应、酯化反应、羰基化反应、卤化反应等多种化学反应，甲醇生产越来越受到重视。
仔细研究工艺设计任务书，明确设计任务后，查阅相关资料，选择了甲醇精馏的工艺流程。对工艺流程中的主塔进行工艺计算，即回流比及塔板数的计算、精馏塔的塔体工艺尺寸计算、塔板的主要工艺尺寸的计算、流体力学验算、绘制塔板负荷性能图，最后需要编写设计说明书，并绘制主塔设备图。
通过物料衡算，得出了主要的物料流量及塔温；对工艺结构进行设计，实际塔板数为20块，每层塔板高度为0.60m，总的塔高数为19.14m，塔径为2m；接着进行了流体力学验算，并绘制了操作性能图，结果表明计算符合要求；然后对主要接管和辅助设备根据要求进行了选择；其次对设计结果进行了列表；最后绘制了精馏塔设备图。通过这次设计，进一步的巩固了化工原理课程中的相关知识，且学会了对化工设备的设计，为今后从事化工打下了一定的基础。

关键词：甲醇；精馏；工艺设计

目 录

一、绪论 3
1.1甲醇的性质及用途 2
1.1.1 甲醇的物理性质 2
1.1.2 甲醇的化学性质 2
1.1.3 甲醇的用途 3
1.2甲醇的生产方法及工艺流程 3
1.2.1原料来源 3
1.2.2甲醇的生产方法 4
1.2.3工艺流程 4
1.3国内外甲醇生产概况 10
1.3.1国外甲醇的生产发展概况 10
1.3.2国内甲醇的生产发展概况 11
二、物料衡算 14
2.1 设计条件 14
2.2 操作条件 14
2.3物料衡算的关键组分 14
2.3.1甲醇的摩尔分数、、的计算 14
2.3.2原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 15
2.3.3物料衡算 15
2.4塔板的计算 15
2.4.1塔温的确定 15
2.4.2适宜回流比的确定 15
2.4.3操作线方程的确定 16
2.4.4理论板数的确定 17
2.4.5全塔效率 18
2.4.6实际塔板数 19
2.5精馏塔的工艺条件及有关物性数据 19
2.5.1操作压力计算 19
2.5.2操作温度计算 20
2.5.3平均摩尔质量计算 20
2.5.4平均密度计算 21
2.5.5液体平均表面张力计算 23
2.5.6液体平均粘度计算 24
2.6精馏段塔体工艺计算 25
2.6.1精馏段塔径计算 25
2.6.2塔高的确定 27
2.6.3壳体、封头尺寸的选择 27
2.6.4塔板形式的选择 28
2.6.5溢流堰的设计 29
2.6.6塔板上筛孔的布置 31
2.7流体力学验算 33
2.7.1塔板压降 33
2.7.2液沫夹带、漏液、液泛的验证 35
2.9流体力学验算 42
2.9.1塔板压降 42
2.9.2液沫夹带、漏液、液泛的验证 44
三、塔板负荷性能图 47
3.1精馏段 47
3.2提馏段 50
4塔板结构的确定 55
4.1塔高设计 55
4.2接管设计 56
项目 59
数值与说明 59
备注 59
符 号 说 明 60

1 绪论
甲醇最早由木材干馏而得，故称“木精”，其化学式为CH3OH。相对分子质量为32.04，是一种结构最简单的饱和一元醇。甲醇取自天然气，是一种碳氢化合物，其本身是一种酒精，固有酒精气味。甲醇为无色液体，易燃，爆炸极限6.0%~36.5%（体积）。有毒性，甲醇蒸汽与眼接触可引起失明，饮用亦可致盲。常温常压下，纯甲醇是一种无色、中性、极性、易挥发、易流动、易燃的有毒液体。它可以与水、乙醇、酯、乙醚、苯、酮、卤代烃和大多数其他有机溶剂混合，只轻微地溶于脂肪和油。甲醇作为一种用途广泛的有机化工产品，同时也是一种重要的基本有机化工原料。随着国名经济的发展，甲醇的生产也促进了化学工业的发展。
1.1甲醇的性质及用途
1.1.1 甲醇的物理性质
甲醇是最简单的饱和一元醇，化学式为：CH3OH，在常温常压下，单质甲醇是无色、易发辉、有酒精气味的有毒液体。能与水、醇类、乙醚、苯、酯类、卤代烃和许多其他有机溶剂互溶，但是不与脂肪烃类化合物混溶。它相关的部分物理性质如表1-1。
表1-1 甲醇的部分物理性质
项目
数值
项目
数值
液体密度kg/m3
(20℃)
804.8
熔点/℃
-97.5
气体密度kg/m3
(100℃)
3.984
闪点（闭环）/℃
9.4
气体粘度
(100℃)
12.3
沸点/℃
64.6
液体粘度
（20℃）
0.580
表面张力mN/m
(20℃)
22.07
1.1.2 甲醇的化学性质
甲醇分子组成中羟基的碱性极微弱，因此对酚酞和石蕊均显中性。甲醇能发生完全氧化反应，生成二氧化碳和水，也能发生部分氧化生成甲醛，甲醇脱氢也可生成甲醛。此外，甲醇还能与有机酸、无机酸、氨、苯、一氧化碳、乙炔、金属钠、苯胺等作用。即可发生氧化反应、氨化反应、酯化反应、羰基化反应、卤化反应等多种化学反应。
1.1.3 甲醇的用途
甲醇是很重要的有机化工原料和溶剂，当前，世界上甲醇的生产能力为每年近千万吨，其中将近30%至40%的甲醇用于生产甲醛。此外，在合成材料、医药、农药、香料、染料和油漆等工业中，甲醛是不可缺少的溶剂和原料。
上世纪80年代以来，甲醇的非化工用途受到人们的重视，并为甲醇的用途开辟一个新的领域。甲醇和燃料油相比是一类廉价、辛烷值高（高达110）、热效率高、对环境的污染小的液体燃料。甲醇若直接作为汽车发动机的燃料，虽然热值只有汽油的一半，但它使汽车行驶一样的里程消耗的甲醇哈汽油之比不是2：1，而仅为1.07：1[7],其热效率高出汽油90%以上。可见，甲醇作发动机的燃料，经济上是合理的，所以可以代替汽油作为轮船、机车、飞机的燃料，也可以做发电厂轮机的燃料。甲醇还可以与汽油掺混 燃料，作为汽车的燃料。
1.2甲醇的生产方法及工艺流程
1.2.1原料来源
合成甲醇的原料主要有三种：一是以天然气为原料蒸汽转化法，二是以煤为原料煤气化法，三是重油部分（石脑油、重油、渣油等）部分氧化法。
从我国能源结构出发，甲醇由煤制的技术已经成熟，近几年由煤制甲醇的工艺已经全面工业化生产，将来在我国甲醇有希望替代石油燃料和石油化工的原料，蕴藏着潜在的巨大市场。由于由煤制的技术已经掌握，本设计中采用以煤为原料合成甲醇。
1.2.2甲醇的生产方法
当今甲醇生产技术主要采用中压法和低压法两种工艺，并且以低压法为主，这两种方法生产的甲醇约占世界甲醇产量的80%以上。
高压法：()是最初生产甲醇的方法，采用锌铬催化剂，反应温度，压力 高压法由于原料和动力消耗大，反应温度高，生成粗甲醇中有机杂质含量高，而且投资大，。其发展长期以来处于停顿状态。
低压法：5.0~8.0，低压法基于高活性的酮基催化剂，其活性明显高于锌铬催化剂，反应温度低（240~270℃）。在较低压力下可获得较高的甲醇收率，且选择性好，减少了副反应，改善了甲醇质量，降低了原料消耗，此外，由于压力低，动力消耗也相应降低，工艺设备制造相对容易。
中压法：9.8~12.0，随着甲醇工业的大型化，若采用低压法势必导致工艺管道和设备较大，因此在低压法的基础上适当提高合成压力，即发展成为中压法。中压法扔采用高活性的酮基催化剂，反应温度与低压法相同，但由于提高了压力，相应的动力消耗也有所增加。
1.2.3工艺流程
甲醇合成不论采用锌铬催化剂或铜基催化剂，均受其选择性的限制，且受合成条件压力、温度、合成气组成的影响，在生产甲醇反应的同时，还伴随着一系列副反应，其产品系主要是由甲醇以及水，有机杂质等组成的混合液，故为粗甲醇。合成得到的粗甲醇浓度一般达不到使用要求，还需要进行甲醇的精制过程。
（1）铜基催化剂合成粗甲醇的单塔精馏
由于催化剂为铜基催化剂，较使用锌铬催化剂得到的粗甲醇产品中的还原性杂质的含量大大的减少，特别是二甲醚的含量几十倍的降低了，因此在取消了化学净化步骤的同时，甚至可以将甲醇-水-重组分在一个塔内进行分离，这样就可以获得一般工业上所需要的精甲醇。其优点是节约投资，而且减少了热能的损耗。但是对于纯度由较高要求的下游生产流程，一步精馏得到的精甲醇远远不能满足其要求。
（2） 铜基催化剂合成粗甲醇的双塔精馏
甲醇精馏的双塔流程是最为普遍应用的方式。第一塔为预精馏塔，第二塔为主精馏，两者的再沸器的热源都是来自循环气压缩机驱动透平排出的低压蒸汽。
预精馏塔分离轻组分和溶解的气体，如氢气、一氧化碳、二氧化碳等，塔顶大部分的水和甲醇回流。同时从冷凝器里抽以小部分冷凝液以减少发挥性较小的轻组分。同时为了减少塔顶所排出气体中甲醇的损失，可以在塔顶设置冷凝器二级冷凝。
主精馏塔主要除去重组分，其中包括了水、乙醇和高级醇等，同时得到符合要求的精甲醇。原料液从预塔塔底输送到主塔进料口，高级醇从加料板以下侧线引出，含微量甲醇的水从塔底排除，而精甲醇则从塔顶处冷凝取出。
该生产流程突出的优点就是可以得到纯度很高的甲醇，来满足下游产品生产的需要。但是很明显，两个塔的能量消耗要高于单塔精馏，所以提高能量的利用、节约能耗是对该流程的一个展望。

图1-1双塔精馏工艺流程图
（3） 铜基催化剂合成粗甲醇的三塔
精馏过程对能量的消耗很大，而且对热能的利用率也很低，所以精馏工序的节能又很多潜力可以发展。采用三塔精馏的目的就是为了更合理的利用能量，达到节能目的。
三塔精馏与双塔精馏的主要区别在于三塔精馏采用了两个主精馏塔，第一个主精馏塔为加压操作，第二个塔为常压操作，利用加压塔的塔顶蒸汽冷凝热作为第二主精馏塔再沸器的加热源。这样不仅节约了加热蒸汽，而且也节省冷却用水，有效的利后用了热能。
粗甲醇在槽内加入碱液进行中和进再沸器加热，然后进入预塔，然后进入预塔，在预塔顶分离出轻组分，塔釜液由预塔的塔釜送至加压塔。在加压塔塔顶位置形成高纯度甲醇蒸气，这些蒸气作为常压塔的塔底再沸器的热源，甲醇蒸气冷凝后通过加压泵再送
回塔底回流槽，其中一部分送往加压塔塔顶作为回流液，而另外一部分冷却后作为产品储存。加压塔塔釜没有气化的粗甲醇溶液则靠加压精馏塔内部压力直接输送到常压塔。常压塔塔顶生成低压高纯度的甲醇气体，进入常压塔冷凝器降温冷凝后一部分回流到塔内，一部分作为产品冷却后送往储槽，常压塔塔底残夜再做处理。
可见，对于三塔精馏过程，两个主精馏的塔板数总和比双塔精馏主塔的塔板数增多了很多，自然而然分离的效率提高了很多，但能量的消耗反而降低了。但是对加压塔的设备要求却提高了，长远来看，总的效益还是很明显的。

图1-2 三塔精馏工艺流程图
表1-2 三种类型的塔对比表
项目
单塔精馏
双塔精馏
三塔精馏
运行操作
运行简单
运行相对简单、稳定
运行比较复杂
产品质量
相对于粗甲醇得到了很好的提高
可以获得比较优质的精甲醇
可以得到高纯度的精甲醇
能量消耗
相对较低
能量消耗很高，而且热能的利用率低
相对于双塔精馏节约很多热能
产品适合方向
获得燃料级甲醇
可以满足下游产品生产
对甲醇高纯度的要求

2物料衡算
2.1 设计条件
①甲醇产量：110000（吨/年）
②主塔进料液浓度：75 (wt%)(甲醇含量)
③产品浓度 ：98% (wt%)(甲醇含量)
④残液中甲醇含量：3 (wt%)(甲醇含量)
⑤每年实际生产时间：330天/年
2.2 操作条件
塔顶压力：6—7KPa；　 塔底压力：0.05—0.06MPa
回流液温度：50—65℃； 进料温度：82—85℃
塔底温度：102—110℃；　塔顶温度：60—67℃
原料液的处理量:
2.3物料衡算的关键组分
2.3.1甲醇的摩尔分数、、的计算
甲醇的摩尔质量：
水的摩尔质量：
主塔进料中甲醇的摩尔分数：
精甲醇中甲醇的摩尔分数：
残液中甲醇的摩尔分数：
2.3.2原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量

2.3.3物料衡算
原料处理量 :

甲醇物料衡算:

2.4塔板的计算
2.4.1塔温的确定
塔顶温度: ℃
塔底温度:
进料板温度: ℃
精馏段平均温度:
提馏段平均温度:
2.4.2最小回流比及操作回流比
常压下甲醇和水的气液平衡数据如下表2-1
t
x
y
t
x
y
100
0
0
77.8
29.09
68.01
92.9
5.31
28.34
76.7
33.33
69.18
90.3
7.67
40.01
76.2
35.13
69.18
88.9
9.26
43.53
73.8
46.20
77.56
86.6
12.57
48.31
72.7
52.92
79.71
85.0
13.15
54.55
71.3
59.37
81.83
83.2
16.74
55.85
70.0
68.49
84.92
82.3
18.18
57.75
68.0
85.62
89.62
81.6
20.83
62.73
66.9
87.41
91.94
80.2
23.19
64.85
64.7
100
100
78.0
28.18
67.75

相对挥发度
求得相对挥发度
相平衡方程
因为泡点进料，所以 代入上式得
最小回流比
操作回流比
2.4.3操作线方程的确定
（1）求精馏塔的气、液相负荷.

（2）求操作线方程
精馏段操作线方程为：

提馏段操作线方程为：

2.4.4理论板数的确定
采用图解法求理论板层数。如图2-1所示

图2-1 图解法求理论板层数
求解结果为：
总理论板数: (包括再沸器)
进料板位置:

2.4.5全塔效率
温度℃

温度℃

20
0.597
60
0.469
40
0.439
70
0.406
60
0.344
80
0.357
80
0.277
90
0.317
100
0.228
100
0.286
表2-2
用奥康奈尔（）对全塔效率进行估算：
在温度下查得相应黏度及用公式计算黏度，表2-3
表2-3
温度℃
质量分数x

66
0.965
0.3239
0.4316
0.3272
82
0.628
0.2721
0.3470
0.2990
105
0.017
0.2200
0.2710
0.2700
全塔液体的平均粘度：

全塔效率：
式中：——全塔效率；
——塔顶、塔底平均温度下相对挥发度；
——进料液在塔顶、塔底平均温度下的粘度，单位：厘泊（）（法定计量单位为：）
2.4.6实际塔板数
精馏段实际板数：
提馏段实际板数：

2.5精馏塔的工艺条件及有关物性数据
2.5.1操作压力计算
塔顶操作压力：
每层塔板压降：
进料板压力：

精馏段平均压力：
提馏段平均压力：
2.5.2操作温度计算
塔顶温度：
进料板温度：
塔底温度：
精馏段的平均温度：
提馏段的平均温度：
2.5.3平均摩尔质量计算
塔顶平均摩尔质量计算
由,查相平衡曲线得:

进料板平均摩尔质量计算
由相平衡曲线得:

塔底平均摩尔质量：
由相平衡曲线得：

精馏段平均摩尔质量：

提馏段平均摩尔质量：

2.5.4平均密度计算
精馏段气相平均密度计算
由理想气体状态方程计算，即：

提馏段气相平均密度计算
由理想气体状态方程计算，即：

液相平均密度计算
塔顶液相平均密度的计算
由，通过物性数据软件查得：

进料板液相平均密度的计算
由，通过物性数据软件查得：

进料板液相的质量分率：

塔底液相平均密度的计算
由，通过物性数据软件查得：

进料板液相的质量分率：

精馏段液相平均密度为：

提馏段液相平均密度为：

2.5.5液体平均表面张力计算
塔顶液相平均表面张力的计算：
由，得

进料板液相平均表面张力的计算：
由，得

塔底液相平均表面张力为：
由，得

精馏段液相平均表面张力为：

提馏段液相平均表面张力为：

2.5.6液体平均粘度计算
液相平均粘度依下式计算，即：

塔顶液相平均粘度的计算:
由，得

解出：
进料板液相平均粘度的计算:
由，得

解出：
塔底液相平均粘度的计算:
由，得

解出：
精馏段液相平均粘度为：

提馏段液相平均粘度为：

2.6精馏段塔体工艺计算
2.6.1精馏段塔径计算
精馏段的气、液相体积流率为：

最大空塔气速可依据悬浮液滴沉降原理导出，其结果为：

式中：—液相密度，；
—气相密度，；
C—负荷因子，m/s，
负荷因子C值与气液负荷、物性及塔板结构有关，一般由实验确定。史密斯等人汇集了若干泡罩、筛板和浮阀塔的数据，整理成负荷因子与影响因素间的关系曲线，
图中横坐标为无因次比值，称为液气动能参数，它是反映液、气两相的负荷与密度对负荷因子的影响；纵坐标为物系表面张力为的负荷系数；参数反映液滴沉降空间高度对负荷因子的影响。
C的值由下式求得：

式中： C—操作物系的负荷因子，m/s；
　 —操作物系的液体表面张力，mN/m。
其中由图查取，图的横坐标为：　

取板间距，板上液层高度，则：

负荷因子C,由图查得：

甲醇-水属不易发泡物系，故取安全系数为0.7。
则空塔气速u为：
塔径用下式计算，即：
式中： —塔径，m；
—气体体积流量，；
—空塔气速，m/s
按标准塔径圆整后为
塔截面积为：
实际空塔气速为：
2.6.2塔高的确定
精馏段有效高度为：

提馏段有效高度为：

故在进料板上方开—人孔，其高度为。
故精馏塔的有效高度为：

2.6.3壳体、封头尺寸的选择
封头又称为端盖或顶盖，是容器的重要组成部分。常见形式有半球形、椭圆形、圆锥形和平板形。平板封头由于受力状态不好，要求的厚度大，故一般用于直径小、压力低的容器，但因平板封头的制造容易，也常用于高压容器。锥形封头用作底盖，便于收集或御除含固体的物料，它的锥角越大，其厚度也越大。承压容器以半球形和椭圆形封头最有利，半球形封头的深度较深，制造较困难。
标准椭圆形封头无论是几何形状或受力状态都比较好，制造难度又不大，是圆筒形容器较合理的封头形式。因此，在化工生产中得到较广泛的应用。在本设计中，采用标准椭圆形封头。
表2-4 标准椭圆形封头的尺寸范围
封头材料
碳素钢、普通低合金钢
不锈钢、耐酸刚
公称直径/mm
300-2600
400-3200

300-2600
400-3200

封头厚度/mm
4-8
10-18

3-9
10-18

直边高度/mm
25
40
50
25
40
50
由D=2m，选择封头厚度为8mm的不锈钢，取筒体壁厚与封头厚度相等，直边高度。
2.6.4塔板形式的选择
塔板形式有：泡罩塔板、筛孔塔板、浮阀塔板。
由于筛板结构简单，造价低；板上液面落差小，气体压降低，生产能力较大；气体分散均匀，传质效率较高。故本设计选择筛孔塔板。
2.6.5溢流堰的设计
因塔径，可选用单溢流弓形降液管，采用凹形受液盘。各项计算如下：
（1）堰长
单溢流：
双溢流：
式中：——塔内径，。
取
（2）溢流堰高度

式中：—板上清液层高度，；
—堰上液层高度，。
由
选用平直堰，堰上液层高度由下式计算，即：

式中：—塔内液体流量，；
　 E—液流收缩系数。（近似取）
设计中，板上液层高度由设计者选定。对常压塔一般取为。
取板上清液层高度：
故
（3）降液管的设计
弓形降液管宽度和截面积
由

故

依下式验算液体在降液管中停留时间，即：

故降液管设计合理。
（4）降液管底隙高度
降液管底隙高度一般不应低于。

式中：—液体通过底隙时的流速，m/s。

故降液管底隙高度设计合理。
选用凹形受液盘，深度。
2.6.6塔板上筛孔的布置
（1）塔板的分块
对于单溢流型塔板，塔板分块数按表2-5进行分块。

表2-5塔板分块数
塔径，mm
800—1200
1400—1600
1800—2000
2200—2400
2600—2800
3000—3200
塔板分块数
3
4
5
6
7
8
因D≥800mm，故塔板采用分块式。查表2-5得，塔板分为5块。
(2)边缘区宽度确定
溢流前堰的安定区宽度：　
进口堰后的安全区宽度：　
取，。
（3）开孔区面积计算
开孔区面积按下式计算，即：

式中：，；
　 ，；
　 为以角度表示的反正弦函数。

故

=3.7587m/s
（4）筛孔计算及其排列
所处理的物系无腐蚀性，可选用碳钢板，取筛孔直径。
筛孔按正三角形排列，取孔中心距t为：
当采用正三角形排列时，
筛孔按正三角形排列时开孔率为：
气体通过阀孔的气速为：
2.7流体力学验算
2.7.1塔板压降
（1）干板阻力的计算
干板阻力由下式计算，即：

式中：　 —流量系数。
由，查图得：=0.8
（2）气体通过液层的阻力计算
气体通过液层的阻力由下式计算，即：

式中：—充气系数。

式中：—气相动能因子，；
　 —通过有效传质区的气速，m/s；
　 —塔截面积，。
代入数据得：

查图，得
故
（3）液体表面张力的阻力计算
液体表面张力所产生的阻力由下式计算，即：

式中：—液体的表面张力，

气体通过每层塔板的压降为：

故气体通过每层塔板的压降设计合理。
（4）液面落差
当液体横向流过塔板时，为克服板上的摩擦阻力和板上构件的局部阻力，需要一定的液位差，此即液面落差。
2.7.2液沫夹带、漏液、液泛的验证
（1）精馏段液沫夹带的验证
液沫夹带造成液相在塔板间的返混，严重的液沫夹带会使塔板效率急剧下降，为保证塔板效率的基本稳定，通常将液沫夹带量限制在一定范围内，设计中规定液沫夹带量。
液沫夹带量由下式计算，即：

=
式中 ：—液沫夹带量，液体气体；
—塔板上鼓泡层高度，。
根据设计经验，一般取。
故在本设计中液沫夹带量在允许范围内。
（2）漏液
对筛板塔，漏液点气速可由下式计算，即：

实际孔速
稳定系数由下式计算，即：

式中： K—稳定系数，无因次。K值的适宜范围为。
故在本设计中无明显漏液。
（3）液泛
可用下式计算，即：

式中：—流体流过降液管底隙时的流速，m/s。
为防止塔内发生液泛，降液管内层高度应服从以下关系式，即：

—安全系数。
甲醇-水物系属不易发泡物系，取，则：

， 故在本设计中无明显漏液
2.8提馏段塔体工艺计算
2.8.1提馏段塔径计算
提馏段的气、液相体积流率为：

由图查取，图的横坐标为：

取板间距，板上液层高度，则：

甲醇-水属不易发泡物系，故取安全系数为0.7。
则空塔气速u为：
塔径:
按标准塔径圆整后为
实际空塔气速为：
2.8.2溢流堰的设计
因塔径，可选用单溢流弓形降液管，采用凹形受液盘。各项计算如下：
(1）堰长

（2）溢流堰高度

得
选用平直堰，堰上液层高度由下式计算，即：

取板上清液层高度：
故
（3）降液管的设计
已知

依下式验算液体在降液管中停留时间，即：

故降液管设计合理。
（4）降液管底隙高度
降液管底隙高度一般不应低于。
取
则

故降液管底隙高度设计合理。
选用凹形受液盘，深度。
2.8.3塔板布置
(1)边缘区宽度确定
，。
(2)由精馏段塔板布置已知开孔面积：
（3）筛孔计算及其排列
提馏段的筛孔开孔率及其排列与精馏段的一样
气体通过阀孔的气速为：
2.9流体力学验算
2.9.1塔板压降
干板阻力由下式计算，即：

（2）气体通过液层的阻力计算
气体通过液层的阻力由下式计算，即：

式中：—气相动能因子，；
　 —通过有效传质区的气速，m/s；
　 —塔截面积，。
代入数据得：

查图，得
故
（3）液体表面张力的阻力计算
液体表面张力所产生的阻力由下式计算，即：

式中： —液体的表面张力，

气体通过每层塔板的压降为：

故气体通过每层塔板的压降设计合理。
（4）液面落差
当液体横向流过塔板时，为克服板上的摩擦阻力和板上构件的局部阻力，需要一定的液位差，此即液面落差。
2.9.2液沫夹带、漏液、液泛的验证
（1）精馏段液沫夹带的验证
液沫夹带量由下式计算，即：

=
式中 ：—液沫夹带量，液体气体；
—塔板上鼓泡层高度，。
根据设计经验，一般取。
故在本设计中液沫夹带量在允许范围内。
（2）漏液
对筛板塔，漏液点气速可由下式计算，即：

实际孔速
稳定系数由下式计算，即：

故在本设计中无明显漏液。
（3）液泛

， 故在本设计中无明显漏液

3塔板负荷性能图
3.1精馏段
3.1.1漏液线
由

得：
整理得:
在操作范围内，任取几个值，依上式计算出值，计算结果列于下表：
表3-1 漏液线计算结果

0
0.015
0.025
0.035
0.045

2.71
3.68
3.94
4.14
4.32
由上表数据即可做出漏液线1
3.1.2液沫夹带线
以为限，求关系如下：

整理得
在操作范围内，任取几个值，依上式计算出值，计算结果列于下表
表3-2 液沫夹带线计算结果

0
0.015
0.025
0.035
0.045

9.37
7.85
7.25
6.71
6.23
由上表数据即可作出液沫夹带线2
3.1.3液相负荷下限线
对于平直堰，取堰上液层高度=0.006作为最小液体负荷标准:

故
据此可作出与气体流量无关的垂直液相负荷下限线3
3.1.4液相负荷上限线
以作为液体在降液管中停留时间的下限

故
据此可作出与气体流量无关的垂直液相负荷上限线4。
3.1.5液泛线
令
由；；；
联立得:
忽略，将与，与，与的关系式代入上式，并整理得：

式中:

将有关的数据代入，得：
在操作范围内，任取几个值，依上式计算出值，计算结果如表3-4。
表3-3 液泛线计算结果

0
0.02
0.025
0.03

21.17
15.09
11.48
4.24
由上表数据即可作出液泛线5。
根据以上各线方程，可作出筛板塔的负荷性能图，如下图所示
图3-1负荷性能图
在负荷性能图上，做出操作点,连接,即作出操作线。由图可看出，该筛板的操作上限为液泛控制，下限为漏液控制。由负荷性能图查得：

故操作弹性为：

3.2提馏段
3.2.1漏液线
由

得：
整理得:
在操作范围内，任取几个值，依上式计算出值，计算结果列于下表：
表3-4 漏液线计算结果

0
0.01
0.02
0.03
0.04

3.6
4.27
4.61
4.88
5.11
由上表数据即可做出漏液线1
3.1.2液沫夹带线
以为限，求关系如下：

整理得
在操作范围内，任取几个值，依上式计算出值，计算结果列于下表

表3-5 液沫夹带线计算结果

0
0.01
0.02
0.03
0.04

10.68
9.34
8.56
7.90
7.31
由上表数据即可作出液沫夹带线2
3.2.3液相负荷下限线
对于平直堰，取堰上液层高度=0.006作为最小液体负荷标准:

故
据此可作出与气体流量无关的垂直液相负荷下限线3
3.2.4液相负荷上限线
以作为液体在降液管中停留时间的下限

故
据此可作出与气体流量无关的垂直液相负荷上限线4。
3.2.5液泛线
令
由；；；
联立得:
忽略，将与，与，与的关系式代入上式，并整理得：

式中:

将有关的数据代入，得：
在操作范围内，任取几个值，依上式计算出值，计算结果如表3-4。
表3-6 液泛线计算结果

0
0.01
0.02
0.022

25.12
21.47
10.19
2.76
由上表数据即可作出液泛线5。
根据以上各线方程，可作出筛板塔的负荷性能图，如下图所示
图3-2 负荷性能图
在负荷性能图上，做出操作点,连接,即作出操作线。由图可看出，该筛板的操作上限为液泛控制，下限为漏液控制。由负荷性能图查得：

故操作弹性为：

4塔板结构的确定
4.1塔高设计
塔总体高度利用下式计算

式中:—塔高，m；
—实际塔板数；
—进料板数；
—进料板处板间距，m；
—人孔数；
—人孔处板间距，m；
—塔顶空间，m；
—塔底空间，m；
—塔顶封头高度，m；
—裙座高度，m。

4.1.1塔顶封头
查椭圆型封头JB/T 4746—2002表，本设计采用椭圆形封头，由公称直径为，曲面高度，直边高度，则封头高度。
4.1.2塔顶空间
塔顶空间指塔内最上层塔板与塔顶封头底边的距离，其作用是供安装塔板和开人孔的需要，也使气体中的液滴自由沉降，减少塔顶出口气体中的液体夹带。设计中通常取塔顶间距(1.5