化工原理课程设计--分离苯-甲苯的混合物Word格式文档下载.doc
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8塔板负荷性能图 16
8.1液漏线 16
8.2液沫夹带线 17
8.3液相负荷下限线 18
8.4液相负荷上限线 19
8.5液泛线 19
1设计方案的确定
本设计任务为分离苯-甲苯的混合物。
对于二元混合物的分离,应采用连续精馏流程。
设计中采用泡点进料,将原料液通过预热器加热至泡点后送入精馏塔内。
塔顶上升蒸气采用全凝器冷凝,冷凝液在泡点下一部分回流至塔内,其余部分经产品冷却器冷却后送至储罐。
该物系属易分离物系,最小回流比较小,故操作回流比取最小回流比的2倍。
塔釜采用间接蒸汽加热,塔底产品经冷却后送至储罐。
2精馏塔的物料衡算
2.1原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数
苯的摩尔质量
甲苯的摩尔质量
2.2原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量
2.3物料衡算
原料处理量
总物料衡算
苯物料衡算
联立解得
3塔板数的确定
计算最小回流比,因
当选取时,即
解得,因为,所以
相平衡方程或(a)
由式(a)得
精馏段操作线
(b)
提馏段操作线(因q=1)
式中
代入可得(c)
泡点进料q=1,
y
x
第1块板
0.966
0.
第2块板
第3块板
第4块板
第5块板
第6块板
表3-1塔板数解法(a)
因,第7块板上升的气相组成由提馏段操作方程(c)计算,
第7块板
第8块板
第9块板
第10块板
第11块板
第12块板
第13块板
表3-2塔板数解法(b)
同样,所需总理论板数为13块,第6块加料,精馏段需5块板。
实际板层数的求取
精馏段实际板层数
提馏段实际板层数
4精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算
4.1操作压力计算
塔顶操作压力
每层塔板压降∆p=0.7kPa
进料板压力
精馏段平均压力
塔釜压强
提馏段平均压力
4.2操作温度计算
依据操作压力,由泡点方程通过试差法计算出泡点温度,其中苯、甲苯的饱和蒸气压由安托尼方程计算,计算过程略。
计算结果如下:
苯
甲苯
得
由表格得
塔顶温度
同理可得
进料板温度
精馏段平均温度
塔釜温度
提馏段平均温度
4.3平均摩尔质量计算
(1)塔顶平均摩尔质量计算
由,得
(2)进料板平均摩尔质量计算
,得
(3)精馏段平均摩尔质量计算
(4)塔釜平均摩尔质量计算
(5)提馏段平均摩尔质量计算
4.4平均密度计算
(1)气相平均密度计算
由理想气体状态方程计算,即
精馏段的计算
提馏段的计算
(2)液相平均密度计算
塔顶液相平均密度计算:
由查手册得
进料板液相平均密度计算:
由
进料板液相的质量分数为
精馏段液相平均密度为
塔釜液相平均密度为
查手册得
提馏段液相平均密度为
4.5液体平均表面张力计算
塔顶液相平均表面张力计算:
进料板液相平均表面张力计算:
由,
精馏段液相平均表面张力为
塔釜液相平均表面张力为
由,查手册得,
提馏段平均表面张力为
4.6液体平均粘度计算
塔顶液相平均粘度的计算:
,解得
进料板液相平均粘度的计算:
由查手册得,
精馏段液相平均粘度为
塔釜液相平均粘度的计算:
提馏段液相平均粘度为
5精馏塔的塔体工艺尺寸的计算
5.1塔径的计算
(1)精馏段的气、液相体积流量为
(D表示的是馏出液的流率)
式中由计算,经查表得,图的横坐标为
取板间距板上液层高度,则
查图得
取安全系数为,则空塔气速为
(表示的是塔径)
按标准塔径圆整后为
塔截面积为
实际空塔气速为
(2)提馏段的气、液相体积流量为
式中由计算,经查表得,图的横坐为
(表示的是塔径)
实际空塔气速为
5.2精馏塔有效高度的计算
精馏段有效高度为
提馏段有效高度为
在进料板上方开一人孔,其高度为
6塔板主要工艺尺寸的计算
6.1溢流装置计算
因为塔径,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
取
(2)溢流堰高度
选用平直堰,堰上液层高度由
近似取E=1,则
取板上清液高度,则
(3)弓形降液管宽度和截面积
由弓形降液管的参数图
得
故
依式
则
,故降液管设计合理。
(4)降液管底隙高度
,满足
取,则
,
故降液管底隙高度设计合理。
选用凹形受液盘,深度。
6.2踏板布置
(1)塔板的分块
因,故塔板采用分块式。
查表得,塔板分为3块。
塔径/mm
800~1200
1400~1600
1800~200
塔板分块数
3
4
5
表6-1单溢流型塔板分块数
(2)边缘区宽度确定
取。
(3)开孔区面积计算
开孔区面积按
其中
故
(4)筛孔计算及其排列
本例处理的物系无腐蚀性,可选用的碳钢板,取筛孔直径。
筛孔按正三角形排列,取孔中心距为
筛孔数目为
开孔率为
气孔通过阀孔的气速为
7筛板的流体力学验算
7.1塔板压降
(1)干板阻力计算
干板阻力由式
由查图得,故
液柱
(2)气体通过液层的阻力好计算
气体通过液层的阻力由式,由计算
(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式计算
气体通过每层塔板的液柱可按下式计算,即
气体通过每层塔板的压降为
(设计允许值)
(设计允许值)
7.2液面落差
对于筛板塔,液面落差很小,切本例的塔径和液面量均不大,故忽略液面落差的影响。
7.3液沫夹带
液沫夹带量由式计算,一般取,即
故在本设计中液沫夹带量在允许范围内。
7.4漏液
对筛板塔,漏液点气速可由式计算,即
实际孔速
稳定系数为
,
故在本设计中无明显漏液。
7.5液泛
为防止塔内发生液泛,降液管内液层高应服从式关系,苯-甲苯物系属一般物系,取则
而
板上不设进口堰,由式计算,即
液柱
因
故在本设计中不会发生液泛现象。
8塔板负荷性能图
8.1液漏线
由
得
整理得
整理得
0.0006
0.0015
0.0030
0.0045
0.0060
0.307
0.317
0.329
0.339
0.347
0.290
0.299
0.310
0.320
0.328
表8-1计算结果
由上表数据可作出液漏线1.
8.2液沫夹带线
以,关系如下:
整理得
1.809
1.723
1.614
1.522
1.440
1.792
1.708
1.601
1.511
1.430
表8-2计算结果
由上表数据可作出液沫夹带线2.
8.3液相负荷下限线
对于平直堰,取堰上液层高度作为最小液体负荷标准。
由式得
取,则
据此可作出与气体流量无关的垂直液相负荷下线线3.
8.4液相负荷上限线
以作为液体在降液管中停留时间的下限,由式得
故
据此可作出与气体流量无关的垂直液相负荷上限线4.
8.5液泛线
令
联立得
忽略,将的关系代入上式,并整理得
,式中
将有关数据代入,得
,
1.081
1.042
0.978
0.905
0.817
1.026
0.990
0.934
0.873
0.801
表8-3计算结果
由上表数据可作出液泛线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8.1精馏段筛板塔负荷性能图
图8.2提馏段筛板塔负荷性能图
在负荷性能图上,作出操作线,有图可以看出,该筛塔的操作上限为液泛控制,下限为漏液控制。
由图可得
故操作弹性为
过操作弹性为
所设计筛板塔的主要结果汇总如下表:
表8-4筛板塔设计计算结果
序号
项目
数值