分离苯甲苯筛板式精馏塔设计方案9Word格式.docx
《分离苯甲苯筛板式精馏塔设计方案9Word格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《分离苯甲苯筛板式精馏塔设计方案9Word格式.docx（19页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
已知原料液的处理量为3800kg/h＜3700、3900）、组成为0.41（苯的质量分率，下同＞，要求塔顶馏出液0.96，塔底釜液的组成为0.01。
根据所学知识，设计一常压精馏塔。
＜设计
计算只求其板数与塔咼。
）
三、设计条件
操作压力
进料热状况
回流比
单板压降
全塔效率
塔径
塔板间距
4kPa＜塔顶
表压）
q=1
自选
|jQ.7kPa
寸
1m
0.4m
试根据上述工艺条件作出筛板的设计计算。
四、工艺流程图
原料液由高位槽经过预热器预热后进入精馏塔内。
操作时连续的从再沸器中取出部分液体作为塔底产品＜釜残液）再沸器中原料液部分汽化，产生上升蒸汽，依次通过各层塔板。
塔顶蒸汽进入冷凝器中全部冷凝或部分冷凝，然后进入贮槽再经过冷却器冷却。
并将冷凝液借助重力作用送回塔顶作为回流液体，其余部分经过冷凝器后被送出作为塔顶产品。
为了使精馏塔连续的稳定的进行，流程中还要考虑设置原料槽。
产品槽和相应的泵，有
时还要设置高位槽。
且在适当位置设置必要的仪表＜流量计、温度计和压力表）。
以测量物
流的各项参数。
设计方案的确定
本设计任务书为分离苯-甲苯混合物。
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，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。
、精馏塔的物料衡算
1•原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数
苯的摩尔质量_=78.11Kg/mol
甲苯的摩尔质量丨=92.14Kg/mol
2.原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量
I=0.46078.11+（1-0.460〉92.14=85.68Kg/mol
=0.96678.11+（1-0.966〉92.14=75.82Kg/mol
-J=0.01278.11+（1-0.012〉92.14=91.96Kg/mol
3.物料衡算原料处理量
=卜；
|=44.35Kmol/h
总物料衡算F=44.35=D+W
苯物料衡算44.350.460=0.966D+0.012W
联立解得D=20.83Kg/mol，W=23.52Kg/mol
三、塔板数的确定
1.理论板层数的求取
苯-甲苯属理论物系，可采用图解法求理论板层数。
①由手册查得苯-甲苯物系的气液平衡数据，绘出x-y图
x
0.058
0.155
0.256
0.376
0.508
0.659
0.83
1
y
0.128
0.304
0.453
0.596
0.72
0.943
2求最小回流比及操作回流比
采用作图法求最小回流比。
在图中对角线上，自点e<
0.42,0.42）做垂线，ef即为
进料线<
q线），该线与平衡线的交点坐标为：
F=0.642|=0.420
取操作回流比为：
一.11
3求精馏塔的气、液相负荷
Kmol/h
4
求操作线方程
精馏段操作线方程
提馏段操作线方程
5图解法求理论板层数
采用图解法求理论板层数，求解结果为:
四、精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算
以精馏段为例进行计算。
1.操作压力计算
塔顶操作压力一fkPa
每层塔板压降―IkPa
进料板压力
]kPa
提馏段平均压力
1kPa
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、甲苯的饱和蒸汽压由安托尼方程计算，计算过程略。
计算结果如下：
进料板温度』
塔顶温度.II
3.平均摩尔质量计算
⑴塔顶摩尔质量计算：
由
⑵进料板平均摩尔质量计算
由图解理论板，得
查平衡曲线，得
⑶提馏段平均摩尔质量
4.平均密度计算
⑴气相平均密度计算
由理想气体状态方程计算，即
⑵液相平均密度计算
液相平均密度依下式计算:
①塔顶液相平均密度计算:
②进料板液相平均密度计算
进料板液相的质量分数计算
精馏段液相平均表面张力为:
6.液相平均粘度计算
7.
液相平均粘度依下式计算:
五、精馏塔的塔体工艺尺寸计算
1.塔径的计算
精馏段的气、液相体积流率为：
由*||，式中由式＜5-5）计算，其中的同由图5-1查取，图的横
取板间距I，则
查图5-1得I=0.070
按标准塔径圆整后为
塔截面积为
实际空塔气速为
2.精馏塔的有效高度的计算
六、塔板主要工艺尺寸的计算1.溢流装置计算
筛板式塔的溢流装置包括溢流堰，降液管和受液盘等几部分。
其尺寸和结构对塔的性
能有着重要影响。
根据经验并结合其他影响因素，当因D=1.0m,可选用单溢流弓形降液
管，不设进口堰，采用凹形受液盘。
各项计算如下：
⑴堰长
⑵溢流堰咼度_
近似取E=1，则
取板上清液层咼度
「一■
⑶弓形降液管宽度
回和截面积
依式＜5-9）验算液体在降液管中停留时间，即
故降液管设计合理。
⑷降液管底隙高度耳
故降液管底隙高度设计合理。
选用凹形受液盘，深度I=I
2.塔板布置
⑴塔板的分块
因一——'
，故塔板采用分块式。
查表5-3得，板块分为3快。
⑵边缘区快读确定
取■—N⑶开孔区面积计算
开孔区面积口按式＜5-12）计算，即
⑷筛孔计算及其排列
本例所处理的物系无腐蚀性，可选用亠1碳钢板，取筛孔直径
筛孔按正三角形排列，取孔中心距
七、筛板的流体力学验算
1.塔板压降
⑴干板阻力丨
气体通过液层的阻力由式＜5-20）计算:
查图5-11，得I。
故
⑶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＜5-23）计算:
气体通过每层塔板的液柱高度可按下式计算:
气体通过每层塔板的压降为:
2.液面落差
对于筛板塔，液面落差很小，且本例的塔径和液流量均不大，故可忽略液面落差的影响。
3•液沫夹带
液模夹带量由式＜5-24）计算：
在本设计中液沫夹带量匚在允许范围内。
4•漏液
对筛板塔，漏液点气速讨可由式＜5-25）计算:
故在本设计中无明显漏液。
苯-甲苯物系属一般物系，取一，则
板上不设进口堰，可由式＜5-30）计算，即
\X1
故在本设计中不会发生液泛现象。
8.塔板负荷性能图
1漏液线
漏液线，又称气相负荷下限线。
气相负荷低于此线将发生严重的漏液现
象，气、液不能充分接触，使塔板效率下降。
在操作范围内，任取几个也值，依上式计算出值，计算结果列于下表。
「乂|
0.0006
0.303
0.0015
0.313
0.0030
0.325
0.0045
0.335
由此表数据即可作出漏液线1。
2.液沫夹带线
当气相负荷超过此线时，液沫夹带量过大，使塔板效率大为降低。
对于精
馏，一般控制eVW0.1kg液/kg气。
以ev=0.1kg液/kg为限,求VS-Ls关系如下:
由L■
整理得
在操作范围内，任取几个囹值，依上式计算出引值，计算结果列于下表。
丨X1
1=1]
1.209
0..0015
1.149
1.072
1.007
由此表数据即可作出液沫夹带线2。
3液相负荷下限线
液相负荷低于此线，就不能保证塔板上液流的均匀分布，将导致塔板效率下降。
对
于平直堰，取堰上液层高度I作为最小液体负荷标准。
由式<
5-7）得
据此可作出与气体流量无关的垂直液相负荷下限线3。
4.液相负荷上限线
该线又称降液管超负荷线。
液体流量超过此线，表明液体流量过大，液体在降液管内停留时间过短，进入降液管的气泡来不及与液相分离而被带入下层塔板，造成气相返混，降低塔板效率。
以二.作为液体在浆液管中停留时间的下限，由式<
5-9）得
据此可作出与气体流量无关的垂直液相负荷上限线4。
5.液泛线
若操作的气液负荷超过此线时，塔内将发生液泛现象，使塔不能正常操作。
液泛可分为降液管液泛和液沫夹带液泛两种情况，在浮阀塔板的流体力学验算中通常对降液管液泛进行验算。
为使液体能由上层塔板顺利地流入下层塔板，降液管内须维持一定的液层高度Hd
联立得
&
J
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:
r^i
1.238
1.155
1.036
0.919
由此表数据即可作出液泛线5
21
在负荷性能图上，作出操作点A，连接0A，即作出操作线。
由图可看出，该筛板上限为液泛控制，下限为漏液控制。
由图查得
九、设计一览表
将设计筛板的主要结果汇总于下表:
序号
工程
数值
平均温度a
90.8
17
边缘区宽度回,m
0.035
2
平均压力三1
108.8
18
开孔区面积=1
0.524
3
气相流里*1
0.614
19
筛孔直径目,m
0.005
液相流里[=1
0.0017
20
筛孔数目n
2690
5
实际塔板数
24
孔中心距t,m
0.015
6
有效段高度Z，m
9.6
22
开孔率日,%
10.1
7
塔径D，m
1.0
23
空塔气速u,m/s
0.782
8
板间距凶，m
0.4
筛孔气速日,m/s
11.56
9
溢流形式
单溢流
25
稳定系数
1.93
10
降液管形式
弓形
26
每层塔板压降凶,kPa
0.629
11
堰长凶，m
0.66
27
负荷上限
液泛控制
12
堰咼目，m
0.047
28
负荷下限
漏液控制
13
板上液层咼度耳,m
0.06
29
液沫夹带凶,<
kg液/kg气）
0.014
14
堰上液层咼度凶,m
0.013
30
气相负荷上限凹,—'
1.063
15
降液管底隙高度叵3
0.032
31
气相负荷下限凶,勻
0.309
16
安定区宽度凶,m
32
操作弹性
3,440
十、参考文献
[1]王国胜.化工原理课程设计[M].大连：
大连理工大学出版社，2005.
[2]杨同舟.食品工程原理.北京：
中国农业出版社，2001
2005
[3]匡国柱，史启才.化工单元过程及设备课程设计[M].北京：
化学工业出版社，
[4]贾绍义，柴诚敬.化工原理课程设计[M].大连：
天津大学出版社，2005
升级会员 