分离苯甲苯筛板式精馏塔设计方案9.docx

1、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 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.液面落差 123.液沫夹带

2、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：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/h3700、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

3、|jQ.7kPa寸1m0.4m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

4、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/mol2.原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量I =0.460 78.11+(1-0.46092.14=85.68Kg/mol=0.966 78.11+(1-0.96692.14=75.82Kg/mol-J =0.

5、012 78.11+(1-0.01292.14=91.96Kg/mol3.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 44.35 0.460=0.966 D+0.012 W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。由手册查得苯-甲苯物系的气液平衡数据，绘出 x-y图x00.0580.1550.2560.3760.5080.6590.831y00.1280.3040.4530.5960.720.830.94312求最小回流比及操作回流比采

6、用作图法求最小回流比。在图中对角线上，自点 e0.42 , 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 .113求精馏塔的气、液相负荷Kmol/hKmol/hKmol/hKmol/h4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f kPa每层塔板压降 I kPa进料板压力 kPa提馏段平均压力1 kPa2.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，

7、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 .II3.平均摩尔质量计算塔顶摩尔质量计算：由进料板平均摩尔质量计算由图解理论板，得查平衡曲线，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由理想气体状态方程计算，即液相平均密度计算液相平均密度依下式计算:塔顶液相平均密度计算: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

8、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：堰长溢流堰咼度_近似取E=1，则取板上清液层咼度一 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。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 = I2.塔板布置塔板的分块因 一，

9、故塔板采用分块式。查表 5-3得，板块分为3快。边缘区快读确定取 N 开孔区面积计算开孔区面积 口按式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5-2

10、4）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 X 1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 |0.00060.3030.00150.3130.00300.3250.00450.335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

11、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X 11 = 1 0.00061.2090.00151.1490.00301.0720.00451.007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 。 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

12、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:riri0.00

13、061.2380.00151.1550.00301.0360.00450.919由此表数据即可作出液泛线 521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a90.817边缘区宽度回,m0.0352平均压力三1108.818开孔区面积 =10.5243气相流里 * 10.61419筛孔直径目,m0.0054液相流里 =10.001720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开孔率日,%10.

14、17塔径D，m1.023空塔气速u, m/s0.7828板间距凶，m0.424筛孔气速日,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每层塔板压降凶,kPa0.62911堰长凶，m0.6627负荷上限液泛控 制12堰咼目，m0.04728负荷下限漏液控 制13板上液层咼度耳,m0.0629液沫夹带凶,kg液/kg气）0.01414堰上液层咼度凶,m0.01330气相负荷上限凹,1.06315降液管底隙高度 叵30.03231气相负荷下限凶,勻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， 200120053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