分离苯甲苯筛板式精馏塔设计方案9.docx

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分离苯甲苯筛板式精馏塔设计方案9

筛板式精馏塔设计

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：

在一常压操作的连续精馏塔内分离苯一甲苯混合物。

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

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。

第二部分工艺设计计算

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

0.058

0.155

0.256

0.376

0.508

0.659

0.83

0.128

0.304

0.453

0.596

0.72

0.83

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

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

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

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]

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。

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

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

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

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

平均温度a

90.8

边缘区宽度回,m

0.035

平均压力三1

108.8

开孔区面积=1

0.524

气相流里*1

0.614

筛孔直径目,m

0.005

液相流里[=1

0.0017

筛孔数目n

2690

实际塔板数

孔中心距t,m

0.015

有效段高度Z，m

9.6

开孔率日,%

10.1

塔径D，m

1.0

空塔气速u,m/s

0.782

板间距凶，m

0.4

筛孔气速日,m/s

11.56

溢流形式

单溢流

稳定系数

1.93

降液管形式

弓形

每层塔板压降凶,kPa

0.629

堰长凶，m

0.66

负荷上限

液泛控制

堰咼目，m

0.047

负荷下限

漏液控制

板上液层咼度耳,m

0.06

液沫夹带凶,

0.014

堰上液层咼度凶,m

0.013

气相负荷上限凹,—'

1.063

降液管底隙高度叵3

0.032

气相负荷下限凶,勻

0.309

安定区宽度凶,m

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

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