化工原理课程设计.docx

1、化工原理课程设计化工原理课程设计板式精馏塔设计基础数据：（1） 组分的饱和蒸汽压t/80.184889296100104108110.6/kpa101.3114.1128.4144.1161.3180.0200.3222.4237.7/kpa39.044.550.857.865.674.283.694.0101.3（2） 组分的液相密度温度()8090100110120苯,kg/814805791778763甲苯,kg/809801791780768将表中的数据关联成下式：苯 A=919.2-1.29t甲苯 B=892.8-1.03t（3）组分的表面张力温度8090100110120苯，mN/

2、m甲苯，Mn/m21.221.72020.618.819.517.518.416.217.3 双组分混合液体的表面张力m可用下式计算：式中xA,xB为A,B组分的摩尔分数设计计算如下苯-甲苯板式精馏塔的计算书（精馏段部分）设计要求：年处理量：40000t料液初温：35苯的质量分率：55%塔顶产品浓度：98%，98.5%（苯）塔釜含甲苯不低于98%每年实际生产天数330精馏塔塔顶压强4Kpa冷却水温度30一、 设计方案及工艺流程原料液静卧式列管式预热器预热至泡点后送入连续板式精馏塔（筛板塔），塔顶上升蒸汽流采用列管式全凝器冷凝后流入回流罐，冷凝液用泵强制循环，一部分作为回流液，其余作为产品经冷却

3、后送至苯液储罐；塔釜采用热虹吸立式再沸器提供气相流，塔釜产品经卧式列管列管式冷却器冷却后送入甲苯液储罐。二、 全塔物料衡算(1) 料液及塔顶、塔底产品中苯的摩尔分数苯和甲苯的摩尔分数分别为78.11kg/kmol和92.13kg/kmolxF = 0.590xD =0.987xW =0.0235(2) 平均摩尔质量MF=78.110.590 +(1-0.590)92.13=83.96kg/kmolMD=78.110.987 +(1-0.987)92.13=78.29 kg/kmolMW=78.110.0235+(1-0.0235)92.13=91.80 kg/kmol(3) 料液及塔顶、塔底产

4、品的摩尔流率依题给条件：一年以330天、一天以24h计，有W=40000t/a=5051 kg/h全塔物料衡算：F= D+ W0.45F= 0.015 D+ 0.98W得出F=7728 kg/h F=7728/83.96=92.04kmol/hD=2677 kg/h D=2677/78.29=34.19 kmol/hW=5051 kg/h W=5051/91.80=55.02kmol/h三、塔板数的确定1.理论塔板数NT的求取苯-甲苯系属于理想体系，可采用梯级图解法求取NT步骤如下。(1) 相平衡数据的求取根据苯-甲苯的相平衡数据，利用泡点方程和露点方程求取x-y。根据，将所得计算结果列表见下

5、表表1 苯-甲苯的相平衡数据t/80.184889296100104108110.6/kpa101.3114.1128.4144.1161.3180.0200.3222.4237.7/kpa39.044.550.857.865.674.283.694.0101.3x10.8160.6510.5040.3730.2560.1520.0570y10.9190.8250.7170.5940.4550.3000.1250本题中，塔内压力接近常压（实际压力略低于常压），而表中所给为常压下的相平衡数据，因为操作压力偏离常压很小，所以其对x-y平衡关系的影响完全可以忽略。（2）确定操作的回流比将表1中数据作

6、图得x-y曲线（见图2）及t-x(y)曲线（见图3）。在x-y图上，因q=1，查得ye=0.799，而xe=xF=0.590,xD=0.987。故有：表2 甲苯-苯物系精馏分离理论塔板数的求解表3 苯-甲苯物系的温度组成图考虑到精馏段操作线离平衡线较近，理论回流不小，故取操作回流比为最小回流比的1.5倍，即： =1.50.900=1.350（3）求理论塔板数精馏段操作线为： 提馏段操作线为过点（0.0235,0.0235）和（0.590,0.713）两点的直线。图解得NT=17-1=16块(不含塔釜)。其中，精馏段NT1= 8块，提馏段NT2=8块，第9块为加料板位置。2.实际塔板数NP(1)

7、 全塔效率ET选用公式计算。该公式适用于液相粘度为 0.071.4mPas的烃类物系，式中的um为全塔平均温度下以进料组成表示的平均粘度。塔的平均温度为0.5（80.1+110.6）=95.4（取塔顶塔底的算术平均值），在此平均温度下查化工原理附录得：A=0.25mPas， B=0.28 mPasm=AxF+B(1-xF)=0.250.59+0.28（1-0.59）=0.262（2）实际塔板数NP（近似去两段效率相同）精馏段：NP1=8/0.53=15.1块，取NP1=16块提馏段：NP2=9/0.53=17.0块，取NP2=17块总塔板数NP= NP1 +NP2=33块。四、 精馏段操作工艺

8、条件及相关物性数据的计算（1） 平均压力Pm取每层塔板压降为0.7kPa计算塔顶：PD=101.3+4=105.3kPa加料板：PF=105.3+0.716=116.5kPa平均压力Pm=(105.3+116.5) /2=110.9 kPa（2）平均温度查温度组成图表3得：塔顶温度为80.1，加料板为92.6。 tm=(80.1+92.6)/2=86.4（3） 平均分子量Mm塔顶:y1=xD=0.987,x1=0.981MVD,m=0.98778.11+(1-0.987) 92.13=78.29kg/kmolMLD,m=0.98178.11+(1-0.981) 92.13=78.38kg/km

9、ol加料板：yF=0.799，xF=0.590MVF,m=0.79978.11+(1-0.799) 92.13=80.93kg/kmolML,m=0.59078.11+(1-0.590) 92.13=83.86kg/kmol精馏段：MV,m=(78.29+80.39)/2=79.61kg/kmol ML,m=(78.38+83.86)/2=81.12kg/kmol（4） 平均密度m液相密度L,m塔顶： LD,A=919.2-1.29t=912.9-1.2980.1=809.57kg/m3 LD,B=892.8-1.03t=892.8-1.0380.1=810.30 kg/m3进料板：LF,A=

10、919.2-1.29t=912.9-1.2992.6=793.4 kg/m3 LF,B=892.8-1.03t=892.8-1.0392.6=797.4 kg/m3精馏段：L,m=(809.6+795.2)/2=802.2kg/m3气相平均密度V，m(4) 液体的平均表面张力m塔顶：D，A=21.08mN/m；D，B=26.02 mN/m 进料板：F，A=20.18 mN/m；F，B=26.18 mN/m 精馏段：m=(21.12+22.46)/2=21.79 mN/m(5)液体的平均粘度L，m塔顶：在80.1下有：LD，m=(AxA)D+BxB)D=0.250.987+0.2800.013=

11、0.250mPas加料板：LF，m=0.250.590+0.280.410=0.262 mPas精馏段：L，m=（0.250+0.262）/2=0.256 mPas五、 精馏段的气液负荷计算气相摩尔流率V=(R+1)D=2.35034.19=80.35kmol/h气相体积流量气相体积流量液相回流摩尔流率L=RD=1.35080.35=108.47kmol/h液相体积流量液相体积流量冷凝器的热负荷 Q=Vr=80.3578.59310/3600=544kW六、 塔和塔板主要工艺结构尺寸的计算1. 塔径初选用塔板间距HT =500mm及板上液层高度hL=60mm，则 HT-hL=0.5-0.06=

12、0.44m 按Smith法求取允许的空塔气速max(即泛点气速F) 查Smith通用关联图5-40，的C20=0.0874负荷因子： 泛点气速： m/s操作气速，取m/s精馏塔的塔径 圆整取D=900mm，此时的操作气速=0.614m/s2. 塔板工艺结构尺寸的设计与计算（1） 溢流装置采用单溢流型的平顶弓形溢流堰、弓形降液管，平行受液盘，且不设进口内堰。溢流堰长（出口堰长）LW 取，堰上溢流强度（mh）,满足筛板塔的堰上溢流强度要求。出口堰高hW 对平直堰由LW/D=0.7及，查图得E=1.04，于是：0.006（满足要求），取hW=0.05m降液管的宽度Wd和降液管的面积Af 由LW/D=

13、0.7，查得Wd/D=0.14,Af/AT=0.09,即Wd=0.126m,AT=0.785D2=0.636m2,Af=0.0572m2液体在降液管内的停留时间为 =AfHT/Ls=0.05720.5/0.000536=53.4s 3s(满足要求)降液管的底隙高度h0 液体通过降液管底隙的流速一般为,取液体通过降液管底隙的流速为，则（ho不宜小于，本结果满足要求）（2） 塔板布置塔板分块，因D=900mm，根据表5-6将塔板分作四块安装。边缘区宽度WC与安定区宽度WS边缘区宽度WC：一般为，D2m时，WC可达100mm。安定区宽度WS：规定D1.5m时WS=100mm。本设计取WC=60mm,WS=100mm。开孔区面积Aa式中（3） 开孔数n和开孔率取筛孔的孔径do=5mm，正三角形排列，筛板采用碳钢，其厚度=3mm，取t/d0=3.0,故孔心距=35=15mm。每层塔板的开孔数（个）每层塔板的开孔率每层塔板的开孔面积气体通过筛孔的孔速（4） 精馏段的塔高Z1 七、 塔板上的流体力学验算（1） 气体通过筛板压降hf和的验算 气体通过干板的压降 式中，孔流系数由得出=0.8。气体通过板上液层的压降 式中的求取如下：气体通过有效流通截面积的气速，对单流型塔板有： 动能因子查图2-35得，（一般可近似取）。 气体通过筛板的压降（单板压降）和 （2） 雾沫夹带量eV的验算 0.1