分离苯甲苯筛板式精馏塔设计方案8.docx

1、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 41.原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数 42原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 43物料衡算原料处理量 4三、塔板数的确定 42.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 61. 操作压力计算 62. 操作温度计算 63.平均摩尔质量计算 6塔顶摩尔质量计算 6进料板平均摩尔质量计算 6气体通过液层的阻力 计算 11液体表面张力的阻力 E计算 112.液

2、面落差 123.液沫夹带 124.漏液 125.液泛 12八、塔板负荷性能图 131.漏液线 132.液沫夹带线 133.液相负荷下限线 144.液相负荷上限线 145.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

3、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

4、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.-II I2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。由手册查得苯-甲苯物系的气液平衡数据，绘出 x-y图x00.020.060.100.200.400.700.901y00.1340.3040.4180.580.7290.870.9581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，

5、 自点e0.45 0.45 ）做垂线，即进料线q线），该线与平衡线的交点坐标为：求精馏塔的气、液相负荷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 I2.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

6、下 ：塔顶温度：丨 进料板温度 .：-：丨塔釜温度 I3.平均摩尔质量计算0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 :提馏段平均摩尔质量4.平均密度计算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液相平均密度计算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r xi5.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 ，查手册得进料板液相平均表面张力计

7、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：堰长溢流堰高度E依式5-9 ）验算液体在降液管中停留时间，即故降液

8、管设计合理。降液管底隙高度 I取 I则:1 11 故降液管底隙高度设计合理。2.塔板布置取查表得 :开孔区面积计算开孔区面积 也按式5-12 ）计算，即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

9、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。0.00060.3030.00150.3130.00300.3250.00450.335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F j 0.1kg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。1 K 11 K 10.00061.20

10、90.00151.1490.00301.0720.00451.007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

11、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:0.00061.2380.00151.1550.00301.0360.00450.919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

12、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a90.817边缘区宽度m ， m0.0352平均压力三1108.818开孔区面积 二10.5243气相流里 * 10.61419筛孔直径弓,m0.0054液相流量 土 |0.001720筛孔数目n26905实际塔板数2421孔中心距t, m0.0156有效段高度Z，m9.622开孔率tl , %10.17塔径D，m1.023空塔气速u, m/s0.7828板间距因，m0.424筛孔气速因,m/s11.569溢流形式单溢流25稳定系数1.9310降液管形式弓形26每层塔板压降叵,kPa0.62911堰长凶，m

13、0.6627负荷上限液泛控 制12堰咼回，m0.04728负荷下限漏液控 制13板上液层咼度 z! , m0.0629液沫夹带U , kg液/kg气）0.01414堰上液层咼度凶,m0.01330气相负荷上限凹,回1.06315降液管底隙高度 H0.03231气相负荷下限凹,匀0.30916安定区宽度凶,m32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，20013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， 20054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