2021设备设计计算与选型

1、设备设计计算与选型。-可编辑修改- 第三部分 设备设计计算与选型3.1苯甲苯精馏塔的设计计算通过计算D=1.435kmol/h ，=FD F D x x ，设%98=可知原料液的处理量为F=7.325kmol/h ，由于每小时处理量很小，所以先储存在储罐里，等20小时后再精馏。故D=28.7h kom l ,F=146.5kmol/h ,组分为18.0x =F ,要求塔顶馏出液的组成为90.0x D =,塔底釜液的组成为01.0x W =。设计条件如下：操作压力:4kPa （塔顶表压）； 进料热状况:自选；回流比:自选； 单板压降:0.7kPa ； 全塔压降:%52=T E 。3.1.1精馏塔

2、的物料衡算(1) 原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率苯的摩尔质量 11.78M A =kg/kmol甲苯的摩尔质量 13.92M B =kg/kmol18.0x =F 90.0x D = 01.0x W =(2) 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量=F M 0.1878.11+(1-0.18)92.13=89.606kg/kmol=D M 0.978.11+(1-0.9)92.13=79.512kg/kmol=W M 0.0178.11+(1-0.01)92.13=91.9898kg/kmol(3) 物料衡算原料处理量 F=146.5kmol/h总物料衡算 146.5=D+W。-可编辑修改-

3、苯物料衡算 146.50.18=0.9D+0.01W联立解得 D=27.89kmol/hW=118.52kmol/h3.1.2 塔板数的确定(1)理论板层数T N 的求取苯甲苯属理想物系，可采用图解法求理论板层数。由物性手册查得苯甲苯物系的气液平衡数据，绘出x y 图，见下图3.1 图3.1图解法求理论板层数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e （0.45，0.45）作垂线ef 即为进料线（q 线），该线与平衡线的交点坐标为667.0y q = 450.0x q =。-可编辑修改- 故最小回流比为1.1217.0233.045.0667.0667.09.0x

4、 y y x q q qmin =-=-=D R 取操作回流比为R=22.21.12min =R求精馏塔的气、液相负荷L=RD=2.227.89=61.358kmol/hV=(R+1)D=(2.2+1)27.89=89.248kmol/h 858.2075.146358.611=+=+=F L L kmol/h 248.891=V V kmol/h求操作线方程精馏段操作线方程为3215.0x 6875.09.0248.8989.27x 248.89358.61x x y +=+=+=D V D V L 提馏段操作线方程为0132.0x 329.201.0248.8952.118x 248.89

5、858.207x x y 1111111-=-=W V W V L 图解法求理论板层数采用图解法求理论板层数，如图5.1。求解结果为 总理论板层数T N =12.5（包括再沸器）进料板位置 6=F N(2)实际板层数的求取精馏段实际板层数 6.952.5=精N 取10提馏段实际板层数 42.1452.05.7=F N 取15。-可编辑修改- 3.1.3精馏塔的工艺尺寸及有关物性数据的计算以精馏段为例计算。(1) 操作压力计算塔顶操作压力 3.10543.101=+=D P kPa每层塔板压降a k 7.0P P = 进料板压力3.112107.03.101=+=F P kPa 精馏段平均压力a

6、 k 8.1082/3.1123.105m P P =+=）（ (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，甲苯的饱和蒸气压由安托尼方程计算，计算过程略。计算结果如下：塔顶温度1.82t =D 进料板温度5.99t =F 精馏段平均温度8.902/5.991.82t m =+=）（(3) 平均摩尔质量计算塔顶平均摩尔质量计算:由9.0y x 1=D ,查平衡曲线得1x =0.916=m VD M 0.978.11+（1-0.9）92.13=79.512kg kmol =m LD M 0.91678.11+（1-0.916）92.13=79.288kg kmol

7、进料板平均摩尔质量计算:由图解理论板得=F y 0.604查平衡曲线得=F x 0.388=m VF M 0.60478.11+（1-0.604）92.13=83.66kg kmol。-可编辑修改- =m LF M 0.38878.11+（1-0.388）92.13=86.69kg kmol 精馏段平均摩尔质量:=m V M （79.512+83.66）/2=81.586 kg kmol =m L M （79.299+86.69）/2=82.99 kg kmol(4) 平均密度的计算(1)气相平均密度计算=m vm m m RT M P V 93.215.2738.90314.8586.818

8、.108=+）（3/kg m (2)液相平均密度计算液相平均密度依下式计算，即=i i m a 1L 塔顶液相平均密度的计算: 由D t =82.1,查手册得 A =812.7kg m 3 =B 807.93/kg m5.8129.80704.07.81296.01m =+=）（LD 3/kg m 进料板液相平均密度的计算: 由=F t 99.5,查手册得 A =793.13/kg m=B 790.83/kg m进料板液相的质量分率 350.013.92612.011.78388.011.78388.0a =+=A 6.7918.79065.01.79335.01m =+=）（LF 3/kg

9、m 精馏段液相平均密度为=m L (812.5+791.6)/2=802.13/kg m。-可编辑修改- (5) 液体平均表面张力计算液体平均表面张力依下式计算，即 =i i m x L塔顶液相平均表面张力的计算 由D t =82.1,查手册得=A 21.24mN m =B 21.42mN m =m LD 0.921.24+0.121.42=21.25mN m 进料板液相平均表面张力的计算: 由=F t 99.5,查手册得=A 18.90mN m =B 20.0mN m m LF =0.38818.90+0.61220.0=19.57mN m 精馏段液相平均表面张力为m L =（21.25+1

10、9.57）/2=20.41mN m(6) 液体平均粘度计算液体平均粘度依下式计算，即 i i m lg x =L Lg塔顶液相平均粘度的计算由D t =82.1,查物性手册得=A 0.302mPa s =B 0.306mPa s Lg =m LD 0.9Lg （0.302）+0.1Lg （0.306） 解出 =m LD 0.302mPa s进料板液相平均粘度的计算:。-可编辑修改- 由=F t 99.5,查物性手册得=A 0.256mPa s =B 0.265mPa s m LF Lg =0.388Lg （0.256）+0.612Lg （0.265） 解出 =m LF 0.261mPa s精馏

11、段液相平均表面张力为=m L （0.302+0.261）/2=0.282mPa s3.1.4 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 =93.23600586.81248.893600m m V V S VM V 0.690s /m 3 s m 0017.01.802360099.82358.6136003m m =L L S LM L 由max = 式中C 由式计算，其中的20C 由课本查取，图的横坐标为 21h h93.21.8023600007.036000017.0）（=V L V L =4.018 取板间距m 40.0=T H ，板上液层高度h L=0.

12、06m ，则 -T H h L =0.40-0.06=0.34m 查图得20C =0.0720723.02041.20212.0)20(2.02.020= =LC C 。-可编辑修改- max 1.196m = 取安全系数为0.7，则空塔气速为U=0.7max =0.71.196=0.837m s1.02D m = 按标准塔径园整后为 D=1.2m塔截面积为221.20.942m 44T A D =实际空塔气速为s m 883.0785.0693.0= (2) 精馏塔有效高度的计算精馏段有效高度为=-=T H N Z ）（精精1（10-1）0.4=3.6m提馏段有效高度为=-=T H N Z

13、）（提提1（15-1）0.4=5.6m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Z=+8.0提精Z Z 3.6+5.6+0.8=10m3.1.5 塔板主要工艺尺寸的计算1 溢流装置计算因塔径为D=1.0m ，可选单溢流弓形降液管，采用凹形受液盘。各项计算如下：。-可编辑修改- （1） 堰长W l取W l =0.66D=0.661.0=0.66m（2）溢流堰高度W h取OW L W h h h -=选用平直堰，堰上液层高度OW h 由下式计算 即32h l 100084.2h =W OW L E 近似取E=1，则m 0013.0l 1100084.2h 32h = =W OW L

14、 取板上清液层高度L h =60mm故W h =0.06-0.013=0.047m（3）弓形降液管宽度f d A W 和截面积 由66.0l =DW 查课本图得0722.0f =T A A 124.0d =DW 故f A =0.0722T A =0.07220.785=0.0567m 2 =D W 124.0d 0.1241.0=0.124m依下式验算液体在降液管中提留时间，即 s 34.1336000017.040.00567.036003600h f =L H A T 5s 故降液管设计合理。（4）降液管底隙高度h 0。-可编辑修改- 10h 0l 3600h W L = 取m 08.010=s 则m 032.008.066.0360036000017.0h 0= m 015.0032.0047.0h h 0=-=-W 0.006m故降液管底隙高度设计合理。选用凹形受液盘，深度为m W 05.0h =2 塔板布置(1)塔板的分块因D 0.8m ，故塔板采用分块式。查课本得，塔板分为3块。(2)边缘区宽度确定取m 035.0m 065.0c 1s s =W W W ，(3)开孔区面