分离苯-甲苯筛板式精馏塔设计


    






    化工原理
    课程设计说明书




    筛板式精馏塔设计








    目录
    第部分 概述
    设计题目3
    二 设计务3
    三 设计条件3
    四 设计容3
    五 工艺流程图………………………………………………………3
    第二部分 工艺设计计算
    设计方案确定5
    二 精馏塔物料衡算5
    1原料液塔顶塔底产品摩尔分数5
    2原料液塔顶塔底产品均摩尔质量5
    3物料衡算原料处理量5
    三塔板数确定5
    1理板层数求取5
    2实际板层数求取7
    四 精馏塔工艺条件关物性数计算7
    1操作压力计算7
    2操作温度计算7
    3均摩尔质量计算7
    ⑴塔顶摩尔质量计算7
    ⑵进料板均摩尔质量计算7
    ⑶提馏段均摩尔质量7
    4均密度计算8
    ⑴气相均密度计算8
    ⑵液相均密度计算8
    5液相均表面张力计算8
    ⑴塔顶液相均表面张力计算8
    ⑵进料板液相均表面张力计算8
    6液相均粘度计算9
    ⑴塔顶液相均粘度计算9
    ⑵进料板液相均粘度计算9
    五精馏塔塔体工艺尺寸计算9
    1塔径计算9
    2精馏塔效高度计算10
    六 塔板工艺尺寸计算10
    1溢流装置计算10
    ⑴堰长10
    ⑵溢流堰高度11

    ⑶弓形降液宽度截面积11
    2塔板布置11
    ⑴塔板分块11
    ⑵边缘区宽度确定11
    ⑶ 开孔区面积计算11
    ⑷筛孔计算排列12
    七 筛板流体力学验算12
    1塔板压降12
    ⑴干板阻力计算12
    ⑵气体通液层阻力计算12
    ⑶液体表面张力阻力计算13
    2液面落差13
    3液沫夹带 13
    4漏液13
    5液泛13
    八 塔板负荷性图14
    1漏液线14
    2液沫夹带线15
    3液相负荷限线15
    4液相负荷限线15
    5液泛线16
    6 操作线17
    7负荷性图17
    九设计览表 18
    十操作说明19
    十参考文献20
    十二结束语20


    第部分 概述

    设计题目:分离苯—甲苯混合液筛板式精馏塔设计

    二设计务
    试设计分离苯甲苯混合物筛板精馏塔已知原料液处理量4500kgh组成035(苯质量分数)求塔顶馏出液组成097塔底釜液组成002
    操作压力
    进料热状况
    回流回流值
    单板压降
    全塔效率
    4kPa(塔顶表压)
    泡点

    07kPa

    三设计条件
    四设计容
    编制份设计说明书容包括:
    1前言
    2流程确定说明
    3生产条件确定说明
    4精馏塔设计计算:
    (1)工艺条件关物性数计算
    (2)精馏塔塔体工艺尺寸计算
    (3)塔板工艺尺寸计算
    (4)塔板流体力学验算
    (5)塔板负荷性图(精馏段)(选作)
    5设计结果列表
    6设计结果讨说明
    7参考资料
    8结束语
    五工艺流程图
    精馏装置包括精馏塔原料预热器沸器冷凝器釜液冷器产品冷凝器等设备热量塔釜输入物料塔次部分汽化部分冷凝器进行精馏分离冷凝器冷器中冷介质余热带走程中热利率低确定流程装置时应考虑余热利注意节外保持塔操作稳定性流程中泵直接送入塔原料外采高位槽送料免受泵操作波动影响
    原料液高位槽预热器预热进入精馏塔操作时连续沸器中取出部分液体作塔底产品(釜残液)沸器中原料液部分汽化产生升蒸汽次通层塔板塔顶蒸汽进入冷凝器中全部冷凝部分冷凝然进入贮槽冷器冷冷凝液助重力作送回塔顶作回流液体余部分冷凝器送出作塔顶产品精馏塔连续稳定进行流程中考虑设置原料槽产品槽相应泵时设置高位槽适位置设置必仪表(流量计温度计压力表)测量物流项参数
    塔顶冷凝装置根生产状况决定采全凝器便准确控制回流继装置气态物料宜全分凝器总言确定流程时较全面合理兼顾设备操作费操作控制安全素












    连续精馏操作流程图


    第二部分 工艺设计计算
    设计方案确定
    设计务书分离苯甲苯混合物二元混合物分离应采连续精馏流程设计中采泡点进料原料液通预热器加热泡点送入精馏塔余部分产品冷器冷送储罐该物系属易分离物系回流较操作回流取回流2倍
    二精馏塔物料衡算
    1原料液塔顶塔底产品摩尔分数
    苯摩尔质量 7811kgmol
    甲苯摩尔质量 9214kgmol
    0388
    0974
    0024
    2原料液塔顶塔底产品均摩尔质量
    03887811+ (10388)92148670kgmol
    09747811+ (10974)92147835kgmol
    00247811+ (10024)92149180kgmol
    3物料衡算原料处理量
    5190kmolh
    总物料衡算 5190D+W
    苯物料衡算 519003880974D+0024W
    联立解 D1989 kmolhW3201 kmolh
    三 塔板数确定
    1理板层数求取
    苯甲苯属理物系采图解法求理板层数
    ①手册查苯甲苯物系气液衡数绘出xy图

    0
    0088
    0200
    0300
    0379
    0489
    0592
    0700
    0803
    0903
    0950
    1

    0
    0212
    0370
    0500
    0618
    0710
    0789
    0853
    0914
    0957
    0979
    1


    10 1
    3
    4
    5
    f
    6
    7
    q线


    8 e (0388 0388)

    9

    10


    11
    12 10
    0
    ②求回流操作回流
    采作图法求回流图中角线点e(0388 0388)做垂线ef 进料线(q线)该线衡线交点坐标:
    0602 0388q
    回流:
    取操作回流:
    ③求精馏塔气液相负荷
    kmolh
    kmolh
    kmolh
    kmolh
    ④求操作线方程
    精馏段操作线方程
    提馏段操作线方程
    ⑤图解法求理板层数
    采图解法求理板层数求解结果:
    总理板层数进料板位置
    2 实际板层数求取
    精馏段实际板层数:
    提馏段实际板层数:
    四 精馏塔工艺条件关物性数计算
    精馏段例进行计算
    1操作压力计算
    塔顶操作压力 kPa
    层塔板压降 kPa
    进料板压力 kPa
    提馏段均压力 kPa
    2操作温度计算
    操作压力泡点方程通试差法计算出泡点温度中苯甲苯饱蒸汽压安托尼方程计算计算程略计算结果
    塔顶温度 进料板温度
    3均摩尔质量计算
    ⑴塔顶摩尔质量计算:


    ⑵进料板均摩尔质量计算
    图解理板
    查衡曲线


    ⑶提馏段均摩尔质量


    4均密度计算
    ⑴气相均密度计算
    理想气体状态方程计算

    ⑵液相均密度计算
    液相均密度式计算:

    ①塔顶液相均密度计算:
    查手册

    ②进料板液相均密度计算
    查手册
    进料板液相质量分数计算

    ③精馏段液相均密度
    5液相均表面张力计算
    液相均表面张力式计算

    ⑴塔顶液相均表面张力计算
    查手册

    ⑵进料板液相均表面张力计算
    查手册

    精馏段液相均表面张力:

    6液相均粘度计算
    液相均粘度式计算:

    ⑴塔顶液相均粘度计算
    查手册


    ⑵进料板液相均粘度计算
    查手册


    精馏段液相均粘度
    五 精馏塔塔体工艺尺寸计算
    1塔径计算
    精馏段气液相体积流率:


    式中式(55)计算中图51查取图横坐标:
    取板间距

    查图5100716


    取安全系数07空塔气速

    标准塔径圆整
    塔截面积
    实际空塔气速
    2精馏塔效高度计算
    精馏段效高度
    提馏段效高度
    进料板方开孔高度08m精馏塔效高度

    六 塔板工艺尺寸计算
    1溢流装置计算
    筛板式塔溢流装置包括溢流堰降液受液盘等部分尺寸结构塔性着重影响根验结合影响素D10m选单溢流弓形降液设进口堰采凹形受液盘项计算:
    ⑴堰长

    ⑵溢流堰高度
    选直堰堰液层高度
    似取E1
    取板清液层高度

    ⑶弓形降液宽度截面积


    验算液体降液中停留时间

    降液设计合理
    ⑷降液底隙高度



    降液底隙高度设计合理
    选凹形受液盘深度
    2塔板布置
    ⑴塔板分块
    塔板采分块式查表板块分3块
    ⑵边缘区快读确定

    ⑶开孔区面积计算
    开孔区面积计算



    ⑷筛孔计算排列
    例处理物系腐蚀性选碳钢板取筛孔直径
    筛孔正三角形排列取孔中心距
    筛孔数目
    开孔率
    气体通筛孔气速
    七筛板流体力学验算
    1塔板压降
    ⑴干板阻力
    干板阻力


    ⑵气体通液层阻力计算
    气体通液层阻力式(520)计算:

    查图511

    ⑶液体表面张力阻力计算
    液体表面张力产生阻力式(523)计算:

    气体通层塔板液柱高度式计算:

    气体通层塔板压降:
    2液面落差
    筛板塔液面落差例塔径液流量均忽略液面落差影响
    3 液沫夹带
    液模夹带量式(524)计算:


    设计中液沫夹带量允许范围
    4漏液
    筛板塔漏液点气速式(525)计算:


    实际孔速
    稳定系数
    设计中明显漏液
    5液泛
    防止塔发生液泛降液液层高

    苯甲苯物系属般物系取

    板设进口堰式(530)计算

    设计中会发生液泛现象
    八. 塔板负荷性图
    1漏液线
    漏液线称气相负荷限线气相负荷低线发生严重漏液现象气液充分接触塔板效率降

    整理
    操作范围取值式计算出值计算结果列表


    00006
    0422
    00015
    0434
    00030
    0449
    00045
    0460







    表数作出漏液线1
    2液沫夹带线
    气相负荷超线时液沫夹带量塔板效率降低精馏般控制eV≤01kg液kg气ev01kg液kg限求VsLs关系



    整理
    操作范围取值式计算出值计算结果列表


    00006
    1751
    00015
    1675
    00030
    1578
    00045
    1497







    表数作出液沫夹带线2
    3液相负荷限线
    液相负荷低线保证塔板液流均匀分布导致塔板效率降 直堰取堰液层高度作液体负荷标准式(57)

    取E1
    作出气体流量关垂直液相负荷限线3
    4液相负荷限线
    该线称降液超负荷线液体流量超线表明液体流量液体降液停留时间短进入降液气泡液相分离带入层塔板造成气相返混降低塔板效率
    作液体浆液中停留时间限式(59)

    作出气体流量关垂直液相负荷限线4
    5液泛线
    操作气液负荷超线时塔发生液泛现象塔正常操作液泛分降液液泛液沫夹带液泛两种情况浮阀塔板流体力学验算中通常降液液泛进行验算液体层塔板利流入层塔板降液须维持定液层高度Hd

    联立

    式中
    关数带入:



    操作范围取值式计算出值计算结果列表:



    00006
    1532
    00015
    1489
    00030
    1432
    00045
    1382







    表数作出液泛线5


    6 操作线






    根线方程作出筛板塔负荷性图:

    泡沫夹带线2

    液泛线5

    线
    3 限
    线


    A 漏液线1

    0




    负荷性图作出操作点A连接OA作出操作线图出该筛板限液泛控制限漏液控制图查


    操作弹性



    九设计览表

    设计筛板结果汇总表:
    序号
    项目
    数值
    序号
    项目
    数值
    1
    均温度
    913
    17
    边缘区宽度m
    0050
    2
    均压力
    1088
    18
    开孔区面积
    0731
    3
    气相流量
    069
    19
    筛孔直径m
    0006
    4
    液相流量
    00020
    20
    筛孔数目n
    2606
    5
    实际塔板数
    22
    21
    孔中心距tm
    0018
    6
    效段高度Zm
    92
    22
    开孔率
    101
    7
    塔径Dm
    12
    23
    空塔气速ums
    061
    8
    板间距m
    04
    24
    筛孔气速ms
    935
    9
    溢流形式
    单溢流
    25
    稳定系数
    157
    10
    降液形式
    弓形
    26
    层塔板压降kPa
    0629
    11
    堰长m
    0816
    27
    负荷限
    液泛控制
    12
    堰高m
    00479
    28
    负荷限
    漏液控制
    13
    板液层高度m
    006
    29
    液沫夹带(kg液kg气)
    000619
    14
    堰液层高度m
    00121
    30
    气相负荷限
    1332
    15
    降液底隙高度
    00245
    31
    气相负荷限
    0311
    16
    安定区宽度m
    0085
    32
    操作弹性
    428



    十 操作方案说明:
    设计务分离苯—甲苯混合物二元混合物分离应采连续精馏流程设计中采泡点进料降原料液通预热器加热泡点送入精馏塔塔顶升蒸汽采全凝器冷凝冷凝器泡点部分回流塔余部分产品冷器冷送入储罐该物系属易分离物系回流较操作回流回流两倍塔釜采间接蒸汽加热塔底产品冷送储罐




    十参考文献
    [1]王国胜 化工原理课程设计[M] 连:连理工学出版社2005
    [2]连理工学化工原理[]连高等教育出版社2009
    [3]陈敏恒化工原理[] 北京:化学工业出版社2006
    [4]杨舟食品工程原理北京:中国农业出版社2001
    [5]匡国柱史启 化工单元程设备课程设计[M] 北京:化学工业出版社2005
    [6] 贾绍义柴诚敬 化工原理课程设计[M] 连:天津学出版社2005
    [7]化工原理课程设计化工原理教研室
    [8]姚玉英编化工原理(册)新版天津:天津学出版社19998
    [9]化工设计设计基础海科学技术出版社
    [10]化工设备设计基础编写组编1987年6月版
    [11]塔设备工设备设计全书编辑委员会海科学技术出版社化1988
    十二结束语
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    文档贡献者

    文***享

    贡献于2023-01-14

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