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
选
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
解
⑵进料板液相均粘度计算
查手册
解
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
取
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
取
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
取
⑶开孔区面积计算
开孔区面积计算
中
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
令
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
限
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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