分离苯甲苯筛板式精馏塔设计方案8.docx

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分离苯甲苯筛板式精馏塔设计方案8

食品工程原理

课程设计说明书

筛板式精憎塔设计

第一部分概述

一、设计题目3

二、设计任务3

三、设计条件3

四、工艺流程图...3

第二部分工艺设计计算

、设计方案的确定4

、精馏塔的物料衡算4

1.原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数4

2•原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量4

3•物料衡算原料处理量4

三、塔板数的确定4

2.实际板层数的求取6

四、精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算6

1.操作压力计算6

2.操作温度计算6

3.平均摩尔质量计算6

⑴塔顶摩尔质量计算6

⑵进料板平均摩尔质量计算6

⑵气体通过液层的阻力计算11

⑶液体表面张力的阻力E计算11

2.液面落差12

3.液沫夹带12

4.漏液12

5.液泛12

八、塔板负荷性能图13

1.漏液线13

2.液沫夹带线13

3.液相负荷下限线14

4.液相负荷上限线14

5.液泛线14

九、设计一览表16

十、参考文献17

第一部分概述

、设计题目：

筛板式精馏塔设计

二、设计任务：

试设计分离甲醇-水混合物的筛板精馏塔。

已知原料液的处理量为

5000kg/h，组成为0.45＜摩尔分数），要求塔顶馏出液的组成为0.94,塔底釜液

的组成为0.01。

三、设计条件

操作压力

进料热状况

回流比

常压

泡点进料

自选

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。

第二部分工艺设计计算

二、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

甲醇的摩尔质量.--III

2•原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量

3•物料衡算原料处理量

总物料衡算

甲醇物料衡算

LKI

塔板数的确定

1•理论板层数叵的求取

甲醇一水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

0.02

0.06

0.10

0.20

0.40

0.70

0.90

1

y

0

0.134

0.304

0.418

0.58

0.729

0.87

0.958

1

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<0.450.45）做垂线，即

进料线

③求精馏塔的气、液相负荷

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：

总理论板层数丨:

、"II＜包括在沸器）进料板位置

2.实际板层数的求取

查表得此温度下甲醇和水的饱和蒸汽压

查化工原理下册关联图得，全塔效率一

精馏段实际板层数：

加料板位置：

-=[

提馏段实际板层数

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u

每层塔板压降

进料板压力

提馏段平均压力I

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，其中甲醇和水由安托尼方程计算，计算过程略。

计算结果如下：

塔顶温度：

■：

丨进料板温度.：

-：

丨

塔釜温度I

3.平均摩尔质量计算

0

⑵进料板平均摩尔质量计算

由图解理论板，得I

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

塔顶气相密度近似为甲醇在该温度下的密度，有理想气体状态方程

⑵液相平均密度计算

①塔顶液相平均密度计算：

20度下甲醇的密度

塔顶液相密度计表面扩张力近似接近甲醇计算，又上册附录二

体积膨胀系数f

-=I甲醇的密度为

②进料板液相平均密度计算

由—I，查手册得

进料板液相的质量分数计算

rxi

5.液相平均表面张力计算

液相平均表面张力依下式计算，即

0

⑴塔顶液相平均表面张力近似以甲醇计算

由I二LI，查手册得

⑵进料板液相平均表面张力计算

由二J，查手册得

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:

取空塔气速最大允许速率的0.7倍

-—-

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

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

0.8m，故精馏塔的有效高度为

五、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溢流堰高度E

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I

取I则:

1—1

1—■

故降液管底隙高度设计合理。

2.塔板布置

取

查表得:

⑶开孔区面积计算

开孔区面积也按式＜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I碳钢板，取筛孔直径

七、筛板的流体力学验算

1.降液管液泛

其中

液柱

计算液体通过降液管的压降

计算降液管内清夜层高度」，并取泡沫相对密度一I

降液管内不会发生液泛

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

液模夹带量计算：

kg干气—液体kg干气

在本设计中液沫夹带量匚在允许范围内。

4•漏液

克服液体表面张力作用引起的压降

漏液点气速

故在本设计中无明显漏液。

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。

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Fj0.1kg液/kg气。

以=0.1kg液/kg为限,求VS-Ls关系如下

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。

1K1

1K1

0.0006

1.209

0..0015

1.149

0.0030

1.072

0.0045

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于平直堰，取堰上液层高度I作为最小液体负荷标准。

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。

以亠.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

式中

将有关数据带入，得:

a

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:

㈢

0.0006

1.238

0.0015

1.155

0.0030

1.036

0.0045

0.919

由此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:

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

序号

工程

数值

1

平均温度a

90.8

17

边缘区宽度m，m

0.035

2

平均压力三1

108.8

18

开孔区面积二1

0.524

3

气相流里*1

0.614

19

筛孔直径弓,m

0.005

4

液相流量土|

0.0017

20

筛孔数目n

2690

5

实际塔板数

24

21

孔中心距t,m

0.015

6

有效段高度Z，m

9.6

22

开孔率tl,%

10.1

7

塔径D，m

1.0

23

空塔气速u,m/s

0.782

8

板间距因，m

0.4

24

筛孔气速因,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

每层塔板压降叵],kPa

0.629

11

堰长凶，m

0.66

27

负荷上限

液泛控制

12

堰咼回，m

0.047

28

负荷下限

漏液控制

13

板上液层咼度z!

m

0.06

29

液沫夹带U,

0.014

14

堰上液层咼度凶,m

0.013

30

气相负荷上限凹,回

1.063

15

降液管底隙高度H

0.032

31

气相负荷下限凹,匀

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

[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，2005

[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