江苏科技大学化工原理课程设计-苯—甲苯精馏塔的设计.doc

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除化工原理课程设计题目：苯甲苯精馏塔的设计专业：应用化学姓名：邱松 司红阳 吴建良 谢峰 潘长祯 徐磊 汪洋指导教师：陆君江苏科技大学生物与化学工程学院2013年6月 任务书- 一.设计要求- 二.设计方案的确定- 三设计计算- 1.精馏塔的物料衡- 2.塔板数的确定- 3. 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算- 4.精馏塔的塔体工艺尺寸计算- 5塔板的主要工艺尺寸计算- 6.塔板的流体力学计算- 7.塔板负荷性能图- 8.精馏塔接管尺寸计算 - 9.绘制生产工艺流程图-10.绘制精馏塔的设计条件图-任务书在一常压的连续精馏塔分离苯甲苯的混合物。已知原料液的处理量为3000kg/h，组成为0.56（乙醇的质量分数，下同），要求塔顶流出液的组成为0.98，塔底釜液的的组成为 0.005 。设计条件如下：操作压力 常压进料热状况 自选回流比 自选单板压降 0.006m故降液管底隙高度设计合理。选用凹形受液盘，深度h,w=50mm。2.塔板布置（1）塔板的分块表（4）塔径/mm8001200140016001800200022002400塔板分块数3456因D800mm，故塔板采用分块式。查表（4）得，塔板分为3块。（2）边缘区宽度确定取 Ws=W，s=0.065m，Wc=0.035m（3）开孔区面积计算开孔去面积按式A=2(xr2-x2+r2180sin-1xr)其中 x=D2-Wd+Ws=1.02-(0.124+0.065)=0.311m r= D2-Wc=1.02-0.035=0.465mAa=20.3110.4652-0.3112+3.141800.4652sin-10.3110.465=0.532（m2）（4）筛孔计算及其排列本设计所处的物系无腐蚀性，可选用=3mm的碳钢板，取筛孔直径d0=5mm。筛孔按正三角形排列，取孔中心距为： t=3d0=35=15（mm）筛孔数为： n= 开孔率为：=0.907(d0t)2=0.907(0.0050.015)2=10.1%气体通过阀孔的气速为： u0=Vs/Ao=0.518/(0.101*0.532)=9.64（m/s）六、塔板的流体力学计算1.塔板压降（1）干板阻力hc计算干板阻力hc=0.051uC02(VL)由d0/=5/3=1.67，查图得，C0=0.772hc=0.0512.869806.0459.640.7722=0.0283（m）（2）气体通过液层的阻力hl计算hl=hlua=VsAt-Af=0.5180.785-0.0567=0.711（m/s）F0=0.8532.869=1.4451/2/(s*m1/2)查图得，=0.62，故 hl=hL=0.620.06=0.0372（m）液柱（3）液体表面张力的阻力h计算 h=4LLgdo=420.750.001806.0459.810.005=0.0021（m）液柱气体通过每层塔板的液柱高度hp可按下式计算，即hp=hc+hl+ h=0.0283+0.0372+0.0021=0.0676（m）液柱气体通过每层塔板的压降为 pp=hpLg=0.0676806.0459.81=534.53pa0.7kpa（允许）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.液沫夹带液沫夹带量ev=5.710-6L(uaHT-hf)3.2 hf=2.5hL=2.50.06=0.15m故 ev=7.78810-3kg液/kg气0.1（允许）4.漏液对筛板塔，漏液点气速u0，min可由下式计算 u0，min=4.4c00.0056+0.13hL-hLV =4.40.7720.0056+0.130.06-0.0021806.0452.869=6.052（m/s）实际孔速u0=9.64（m/s）u0，min。稳定系数为K= u0/ u0，min =1.5881.5故在本设计中无明显漏液。5.泛液为防止塔内发生泛液，降液管内液层高度Hd应服从Hd(HT+hW)乙醇-水属一般物系，取=0.5，则(HT+hW)=0.5(0.40+0.047)=0.224而 Hd=hp+hL+hd板上不设进口堰，hd=0.153(u,0)2,取u,0=0.08（m/s）hd =0.153(0.08)2=0.001(m)液柱Hd= 0.0676+0.06+0.001=0.1286（m）液柱Hd(HT+hW)故在本设计中不会发生泛液现象。七、塔板负荷性能图1.漏液线由u0，min=4.4c00.0056+0.13hL-hLV u0，min=Vs,minA0hL=hw+howhow=2.841000E(Lhlw)23得Vs，min= 4.4COAO0.0056+0.13hw+2.841000ELhlw-hLV=4.40.7720.1010.5320.0056+0.130.047+2.84100013600LS0.6623-0.0021806.0452.869整理得Vs，min=0.18251.6455+32.14Ls23=在操作范围内，任取几个Ls值，依上市计算出Vs值，计算结果列于表（6）。表（6），Vs计算结果Ls/m3.s-10.00060.00150.00300.0045Vs/ m3.s-10.24980.26240.27760.2898由上表数据即可作出漏液线1。2.液沫夹带线以ev =0.1kg液/kg气为限，求Vs - Ls 关系如下： ev=5.710-6L(uaHT-hf)3.2 ua=VsAT-Af=Vs0.7287 hf=2.5hL=2.5(hw-how) hw=0.047 how=2.8410001(3600Ls0.66)23=0.88Ls23故 hf=0.118+2.2Ls2/3HT-hf=0.282-2.2Ls2/3 ev=5.720.7510001.373Vs0.282-2.2Ls233.2=0.1整理得Vs=1.2969-10.1178Ls2/3在操作范围内，任取几个Ls 值，依上式计算出Vs 值，计算结果列于表（7）。表（7） Vs计算结果Ls/m3.s-10.00060.00150.00300.0045Vs/ m3.s-11.22491.16431.08641.0211由上表数据即可作出液沫夹带线2。3.液相负荷下限对于平直堰，去上液层高度how=0.006m作为最小液体负荷标准。由 how=2.841000E(3600Lslw)23=0.006m取E=1，则Ls,min=(0.00610002.84)320.663600=0.00056m3/s据此可作出与气体流量无关的垂直液相负荷下限线3。 4.液相负荷上限线以=4s作为液体在降液管中停留时间的下限，由 =AfHTLs=4故 Ls,min=0.05670.404=0.00567m3/s据此可作出与气体流量无关的垂直液相负荷上限线4。5.液泛线令 Hd=(HT+hW) Hd=hp+hL+hd ，hp=hc+hl+h，hl=hL，hL=hw+how联立得HT+(-1)hw=(+1)how+hc+hd+h忽略hc，将how与Ls，hd与Ls，hc与Vs的关系式代入上式，并整理得 a,Vs2=b,-c,Ls2-d,Ls2/3式中 b,= HT+(-1)hw c,=0.153/(lwh0)2 将有关的数据代入，得b,=0.50.4+(0.5-0.62-1)0.047=0.148c,=0.153/(0.660.025)2=561.98故 0.1055 Vs2=0.148-561.98Ls2-1.4256Ls2/3或 Vs2=1.403-5326.82Ls2-13.513Ls2/3在操作范围内，任取几个Ls值，依上式计算出Vs值，计算结果列于表（8）。表（8） Vs计算结果Ls/m3.s-10.00060.00150.00300.0045Vs/ m3.s-11.30501.21391.07400.9268由上表数据即可作出泛液线5。根据以上各线方程，可作出筛板塔的负荷性能图，如图9所示。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，该筛板塔的操作上限为液泛控制，下限为夜沫夹带控制。由图9查得 Vs,max=1.0821m3/s,Vs,min=0.2410m3/s故操作弹性为八、精馏塔接管尺寸计算1.进料管进料管的结构类型有很多，有直管进料管、弯管进料管、T型进料管。本设计采用直管进料管。管径计算如下 取，VS=0.0013m3 /sD=40.00131.6=32.2mm2.回流管采用直流回流管，取uR=1.6m/s, L=45.18 kmol/h, W=14 kmol/h3.塔底出料管取uw=1.6m/s,直管出料，dw=4140.0278+140.98923600797.453.141.6=13.3mm4.塔顶蒸汽出料管直管出气，取出口气速u=20m/s,D=40.51820=181.6mm5.塔底进气管采用直管，取出口气速u=23m/s, D=40.51823=169.3mm九、绘制生产工艺流程图通甲苯储罐通苯储罐十、绘制精馏塔的设计条件图1.降液管类型本设计采用弓形管2.溢流方式本设计采用单溢流3.溢流装置（1）塔板结构参数（2）受液盘本实验采用凹形受液盘4.筛孔的排列筛孔按正三角形排列5.板式塔塔高示意图6.塔板结构塔板分块数所设计筛板塔的主要结果汇总于表（10）。表（10） 筛板塔设计计算结果序号项目数值备注1平均温度Tm/87.172平均压力Pm/KPa108.83气象流量Vs/ (m3/s)0.5184液相流量Ls/( m3/s)0.00135实际塔板数266塔径有效高度Z/m10.47塔径/m18塔间距/m0.49溢流形式单溢流10降液管形式弓型11堰长/m0.6612堰高/m0.049513板上液层高度/m0.0614堰上液层高度/m0.010515降液管底隙高度/m0.02516安定区宽度/m0.06517边缘区宽度/m0.03518开孔区面积/ m20.63219筛孔直径/m0.00520筛孔数目273121孔中心距/m0.01522开孔率/10.123空塔气速/（m/s）0.66024筛孔气速/（m/s