分离苯甲苯筛板式精馏塔设计方案

筛板式精馏塔设计目录第一部分 概述1、 设计题目.32、 设计任务.33、 设计条件.34、 工艺流程图.3第二部分 工艺设计计算1、 设计方案的确定.42、 精馏塔的物料衡算.41.原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数.4 2.原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量.4 3.物料衡算原料处理量.4三、塔板数的确定.4 1.理论板层数的求取.4 2.实际板层数的求取.64、 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算.6 1.操作压力计算.6 2.操作温度计算.6 3.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提馏段平均摩尔质量.7 4.平均密度计算.7气相平均密度计算.7液相平均密度计算.7 5.液相平均表面张力计算.7塔顶液相平均表面张力计算.7进料板液相平均表面张力计算.7 6.液相平均粘度计算.8塔顶液相平均粘度计算.8进料板液相平均粘度计算.8五、精馏塔的塔体工艺尺寸计算.8 1.塔径的计算.8 2.精馏塔有效高度计算.96、 塔板主要工艺尺寸的计算.9 1.溢流装置计算.9堰长.9溢流堰高度.9弓形降液管宽度和截面积.9 2.塔板布置.9塔板的分块.9边缘区宽度确定.9 开孔区面积计算.9筛孔计算及其排列.107、 筛板的流体力学验算.11 1.塔板压降.11干板阻力计算.11气体通过液层的阻力计算.11液体表面张力的阻力计算.11 2.液面落差.12 3.液沫夹带.12 4.漏液.12 5.液泛.128、 塔板负荷性能图.13 1.漏液线.13 2.液沫夹带线.13 3.液相负荷下限线.14 4.液相负荷上限线.14 5.液泛线.14九、设计一览表.16 十、参考文献17第一部分 概述1、 设计题目：筛板式精馏塔设计2、 设计任务：在一常压操作的连续精馏塔内分离苯甲苯混合物。已知原料液的处理量为3800kg/h，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高。）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0.7kPa1m0.4m三、设计条件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92.14=85.68Kg/mol=0.96678.11+(1-0.96692.14=75.82Kg/mol=0.01278.11+(1-0.01292.14=91.96Kg/mol3.物料衡算原料处理量 =44.35Kmol/h总物料衡算 F=44.35=D+W 苯物料衡算 44.350.460=0.966D+0.012W 联立解得 D=20.83Kg/mol，W=23.52Kg/mol3、 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x00.0580.1550.2560.3760.5080.6590.831y00.1280.3040.4530.5960.720.830.94311.0 1 3 4 5 f 6 7 q线 8 e(0.42,0.42 9 101.00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，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：=0.642 =0.420 故最小回流比为：= 取操作回流比为：求精馏塔的气、液相负荷Kmol/hKmol/hKmol/hKmol/h求操作线方程 精馏段操作线方程 提馏段操作线方程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，进料板位置2. 实际板层数的求取 精馏段实际板层数： 提馏段实际板层数：4、 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 kPa每层塔板压降 kPa进料板压力 kPa提馏段平均压力 kPa 2.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: 塔顶温度 进料板温度 3.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： 由，查手册得 进料板液相平均密度计算 由，查手册得 进料板液相的质量分数计算精馏段液相平均密度为 5.液相平均表面张力计算 液相平均表面张力依下式计算，即塔顶液相平均表面张力计算 由，查手册得 进料板液相平均表面张力计算 由，查手册得 精馏段液相平均表面张力为： 6.液相平均粘度计算 液相平均粘度依下式计算：塔顶液相平均粘度计算 由，查手册得 解得 进料板液相平均粘度计算 由，查手册得 解得 精馏段液相平均粘度为 5、 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，其中的由图5-1查取，图的横坐标为： 取板间距，则查图5-1得=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 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6、 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 取溢流堰高度 由，选用平直堰，堰上液层高度 近似取E=1，则取板上清液层高度 弓形降液管宽度和截面积 由 故 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 取 故降液管底隙高度设计合理。 选用凹形受液盘，深度 2.塔板布置塔板的分块 因，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 取开孔区面积计算 开孔区面积按式5-12）计算，即 其中 故 筛孔计算及其排列 本例所处理的物系无腐蚀性，可选用碳钢板，取筛孔直径 筛孔按正三角形排列，取孔中心距 筛孔数目 开孔率为 气体通过筛孔的气速为 七、筛板的流体力学验算 1.塔板压降干板阻力 干板阻力 由 故气体通过液层的阻力计算 气体通过液层的阻力由式5-20）计算： 查图5-11，得。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5-24）计算： 故 在本设计中液沫夹带量在允许范围内。4.漏液 对筛板塔，漏液点气速可由式5-25）计算： 实际孔速 稳定系数为 故在本设计中无明显漏液。5.液泛 为防止塔内发生液泛，降液管内液层高 苯-甲苯物系属一般物系，取，则 板上不设进口堰，可由式5-30）计算，即 故在本设计中不会发生液泛现象。八 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。 整理得 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。0.00060.3030.00150.3130.00300.3250.00450.335 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eV0.1kg液/kg气。以ev=0.1kg液/kg为限,求Vs-Ls关系如下: 由 整理得 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。0.00061.2090.00151.1490.00301.0720.00451.007 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，取堰上液层高度作为最小液体负荷标准。由式5-7）得 取E=1，则 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令联立得 式中 将有关数据带入，得： 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： 泡沫夹带线2 下 液泛线5 限 线上 3 限 线4A 漏液线1 0 在负荷性能图上，作出操作点A，连接OA，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 故操作弹性为 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90.817边缘区宽度，m0.0352平均压力108.818开孔区面积0.5243气相流量0.61419筛孔直径，m0.0054液相流量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，%10.17塔径D，m1.023空塔气速u，m/s0.7828板间距，m0.424筛孔气速，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，kPa0.62911堰长，m0.6627负荷上限液泛控制12堰高，m0.04728负荷下限漏液控制13板上液层高度，m0.0629液沫夹带，k