精馏塔设计-苯和甲苯

1、LOGO精馏精馏塔塔设计设计 目录目录精馏塔设计设计项目介绍设计项目介绍1塔板数计算塔板数计算2塔板设计塔板设计3力学衡算力学衡算4其他部分的设计其他部分的设计5设计任务设计任务年产年产8万吨产品；万吨产品；年生产年生产300天，天，24h运行运行 进料液中轻组分质量分数为进料液中轻组分质量分数为30的摩尔分的摩尔分率率塔顶轻组分质量分数为塔顶轻组分质量分数为98的摩尔分率的摩尔分率塔底轻组分质量分数为塔底轻组分质量分数为2的摩尔分率的摩尔分率 物料衡算物料衡算Step 1Step 2Step 3原料液及塔顶、塔底摩尔分率原料液及塔顶、塔底摩尔分率XF、XD、XW原料液、塔顶、塔底产品的平均原

2、料液、塔顶、塔底产品的平均摩尔质量摩尔质量Step 1物料衡算物料衡算产品生产量产品生产量D、进料流量、进料流量F、塔底产品流量塔底产品流量W 物料衡算物料衡算 1.原料液及塔顶、塔底摩尔分率原料液及塔顶、塔底摩尔分率 苯苯:M:MA A=78.11kg/kmol =78.11kg/kmol 甲苯甲苯:M:MB B=92.14 kg/kmol=92.14 kg/kmol进料液中轻组分质量分数为进料液中轻组分质量分数为3030的摩尔分率的摩尔分率X XF F= =（0.30/78.110.30/78.11）/ /（0.30/78.11+0.70/92.140.30/78.11+0.70/92.1

3、4）=0.336=0.336塔顶轻组分质量分数为塔顶轻组分质量分数为9898的摩尔分率的摩尔分率X XD D= =（0.98/78.110.98/78.11）/ /（0.98/78.11+0.02/92.140.98/78.11+0.02/92.14）=0.983=0.983塔底轻组分质量分数为塔底轻组分质量分数为2 2的摩尔分率的摩尔分率X XW W= =（0.02/78.110.02/78.11）/ /（0.02/78.11+0.98/92.140.02/78.11+0.98/92.14）=0.024=0.024 物料衡算物料衡算2.原料液、塔顶、塔底产品的平均摩尔质量原料液、塔顶、塔底产

4、品的平均摩尔质量原料液原料液:M:MF F=x=xF FM MA A+(1-x+(1-xF F)M)MB B=0.336=0.33678.11+(1-78.11+(1-0.336)0.336)92.14=87.43kg/kmol92.14=87.43kg/kmol塔顶塔顶: M: MD D=x=xD DM MA A+(1-x+(1-xD D)M)MB B=0.983=0.98378.11+(1-78.11+(1-0.983)0.983)92.14=78.35kg/kmol92.14=78.35kg/kmol塔底塔底: M: MW W=x=xW WM MA A+(1-x+(1-xW W)M)MB

5、 B=0.024=0.02478.11+(1-78.11+(1-0.024)0.024)92.14=91.80kg/kmol92.14=91.80kg/kmol塔顶的平均摩尔质量塔顶的平均摩尔质量由由x xD D=y=y1 1=0.983=0.983代入气液平衡方程得代入气液平衡方程得x x1 1=0.959=0.959M MvDmvDm= x= xD DM MA A+(1-x+(1-xD D)M)MB B=0.983=0.98378.11+(1-78.11+(1-0.983)0.983)92.14=78.35kg/kmol92.14=78.35kg/kmolM MLDmLDm= x= x1

6、1M MA A+(1-x+(1-x1 1)M)MB B=0.959=0.95978.11+(1-78.11+(1-0.959)0.959)92.14=78.68kg/kmol92.14=78.68kg/kmol 物料衡算物料衡算2.原料液、塔顶、塔底产品的平均摩尔质量原料液、塔顶、塔底产品的平均摩尔质量进料板平均摩尔质量进料板平均摩尔质量由由X XF F =0.336 =0.336代入气液平衡方程得代入气液平衡方程得y yF F=0.556=0.556M MvFmvFm= y= yF FM MA A+(1-y+(1-yF F)M)MB B=0.556=0.55678.11+(1-0.556)7

7、8.11+(1-0.556)92.14=84.34kg/kmol92.14=84.34kg/kmolM MLFmLFm= x= xF FM MA A+(1-x+(1-xF F)M)MB B=0.336=0.33678.11+(1-0.336)78.11+(1-0.336)92.14=87.43kg/kmol92.14=87.43kg/kmol塔底平均摩尔质量塔底平均摩尔质量由由x xw w=0.024=0.024代入气液平衡方程得代入气液平衡方程得y yw w=0.046=0.046M MvFmvFm= y= yw wM MA A+(1-y+(1-yw w)M)MB B=0.046=0.046

8、78.11+(1-0.046)78.11+(1-0.046)92.14=91.49kg/kmol92.14=91.49kg/kmolM MLFmLFm= x= xw wM MA A+(1-x+(1-xw w)M)MB B=0.024=0.02478.11+(1-0.024)78.11+(1-0.024)92.14=91.80kg/kmol92.14=91.80kg/kmol 物料衡算物料衡算2.原料液、塔顶、塔底产品的平均摩尔质量原料液、塔顶、塔底产品的平均摩尔质量精馏段的平均摩尔质量精馏段的平均摩尔质量M Mvmvm=(78.35+84.34)/2=81.34 kg/kmol=(78.35+

9、84.34)/2=81.34 kg/kmolM MLmLm=(78.68+87.43)/2=83.06kg/kmol=(78.68+87.43)/2=83.06kg/kmol提馏的平均摩尔质量提馏的平均摩尔质量M Mvmvm=(91.49+84.34)/2=87.92 kg/kmol=(91.49+84.34)/2=87.92 kg/kmolM MLmLm=(91.80+87.43)/2=89.62kg/kmol=(91.80+87.43)/2=89.62kg/kmol 物料衡算物料衡算3.物料衡算物料衡算产品生产量产品生产量总物料衡算总物料衡算 F=D+W F=D+W 轻组分物料衡算轻组分物

10、料衡算 Fx FxF F=Dx=DxD D+Wx+Wxw w代入数据可得代入数据可得F F= =127.09127.09+W +W F F* *0.0.336336=0.9=0.98383* *127.09127.09+0.0+0.02424W W所以可得所以可得F=F=435.88 435.88 kmol/hkmol/hW=W=294.07 294.07 kmol/hkmol/h78 1011111.1124 300141.81/78.35DDkmol hM理论塔板计算理论塔板计算相对挥发度相对挥发度回流比回流比R精馏塔的气、液相负荷精馏塔的气、液相负荷V、L操作线方程操作线方程理论板计算理

11、论板计算实际板数实际板数计算计算 理论塔板计算理论塔板计算1.相对挥发度的求取相对挥发度的求取 理论塔板计算理论塔板计算2.回流比回流比R的求取的求取 理论塔板计算理论塔板计算3精馏塔的气、液相负荷精馏塔的气、液相负荷 理论塔板计算理论塔板计算4.操作线方程操作线方程 理论塔板计算理论塔板计算5.理论板计算理论板计算理论板（不包括再沸器）理论板（不包括再沸器）为为13块，进料板为第块，进料板为第8板。板。 理论塔板计算理论塔板计算5.理论板计算理论板计算 实际板的计算实际板的计算 实际板的计算实际板的计算 实际板的计算实际板的计算 精馏塔的塔体工艺尺寸计算精馏塔的塔体工艺尺寸计算 1.塔径的计

12、算塔径的计算1.2.3.4.操作压力的计算操作温度的计算液体平均表面张力平均密度的计算 精馏塔的塔体工艺尺寸计算精馏塔的塔体工艺尺寸计算操作压力的计算操作压力的计算塔顶操作压力塔顶操作压力 P PD D=P0+P=P0+P表表=101.3+4=105.3kPa=101.3+4=105.3kPa每层塔板压降每层塔板压降 P=0.9kPaP=0.9kPa进料板压力进料板压力 P PF F=105.3+0.9=105.3+0.9* *13=117kPa13=117kPa塔底板压力塔底板压力 PF=105.3+0.9 PF=105.3+0.9* *25=127.8kPa25=127.8kPa精馏段平均

13、压力精馏段平均压力 Pm1=(105.3+117)/2=111.2kPa Pm1=(105.3+117)/2=111.2kPa提馏段平均压力提馏段平均压力 Pm2=(105.3+127.8)/2=116.6kPa Pm2=(105.3+127.8)/2=116.6kPa操作温度的计算操作温度的计算塔顶温度塔顶温度 t tD D=80.40=80.40进料板温度进料板温度 t tF F=97.33=97.33塔底温度塔底温度 t tW W=111.52=111.52精馏段平均温度精馏段平均温度 t tm m= =（80.40+97.3380.40+97.33）/2=88.87/2=88.87提馏

14、段平均温度提馏段平均温度 t tm m= =（111.52+97.33111.52+97.33）/2=104.43/2=104.431.塔径的计算塔径的计算 精馏塔的塔体工艺尺寸计算精馏塔的塔体工艺尺寸计算液体平均表面张力的计算液体平均表面张力的计算塔顶：塔顶：由由t tD D=80.40=80.40，查手册得，查手册得1 1=21.22mN/m, =21.22mN/m, 2 2 =21.65N/m =21.65N/m所以可得所以可得D D =0.983 =0.983* *21.22+0.01721.22+0.017* *21.65=21.23N/m21.65=21.23N/m进料板：进料板：

15、由由t tF F=97.33=97.33，查手册得，查手册得1 1 =19.17 mN/m =19.17 mN/m； 2 2 =19.78mN/m =19.78mN/m所以可得所以可得F F =0.336 =0.336* *19.17+0.66419.17+0.664* *19.78=19.75mN/m19.78=19.75mN/m精馏段液相平均表面张力精馏段液相平均表面张力L L = =（21.13+19.7521.13+19.75）/2=20.44mN/m/2=20.44mN/m1.塔径的计算塔径的计算 精馏塔的塔体工艺尺寸计算精馏塔的塔体工艺尺寸计算1.塔径的计算塔径的计算 精馏塔的塔体

16、工艺尺寸计算精馏塔的塔体工艺尺寸计算1.塔径的计算塔径的计算 精馏塔的塔体工艺尺寸计算精馏塔的塔体工艺尺寸计算1.塔径的计算塔径的计算 精馏塔的塔体工艺尺寸计算精馏塔的塔体工艺尺寸计算1.塔径的计算塔径的计算 精馏塔的塔体工艺尺寸计算精馏塔的塔体工艺尺寸计算1.塔径的计算塔径的计算 精馏塔的塔体工艺尺寸计算精馏塔的塔体工艺尺寸计算1.塔径的计算塔径的计算 精馏塔的塔体工艺尺寸计算精馏塔的塔体工艺尺寸计算1.塔径的计算塔径的计算 精馏塔的塔体工艺尺寸计算精馏塔的塔体工艺尺寸计算2.精馏塔有效高度的计算精馏塔有效高度的计算 塔板塔板工艺结构工艺结构及及尺寸尺寸溢流溢流装置装置塔板塔板布置布置降液管

17、得降液管得底隙高度底隙高度h0降液管得降液管得宽度宽度Wd和和降液管的降液管的面积面积Af溢流堰长（溢流堰长（出口堰长）出口堰长）Lw，出口堰出口堰高高 hw塔板分块塔板分块边缘区宽边缘区宽度度Wc与安与安定区宽度定区宽度Ws开孔区面开孔区面积积Aa 塔板塔板工艺结构工艺结构及及尺寸尺寸 1.溢流装置溢流装置 采用单溢流型的平顶弓形溢流堰、弓形降液管、平形降液盘。采用单溢流型的平顶弓形溢流堰、弓形降液管、平形降液盘。 溢流堰长（出口堰长）溢流堰长（出口堰长）Lw Lw 取取Lw=0.7DLw=0.7DT T=1.75m=1.75m。 堰上溢流强度堰上溢流强度: Lh/Lw=32.92m: Lh

18、/Lw=32.92m3 3/ /（m.hm.h） 100130m0.006=0.0303m0.006（满足要求）（满足要求）所以可得所以可得 h hw w= h= hL L-h-howow=0.0697m=0.0697m 塔板塔板工艺结构工艺结构及及尺寸尺寸 1.溢流装置溢流装置 降液管得宽度降液管得宽度WdWd和降液管的面积和降液管的面积Af Af 由由Lw/DLw/DT T=0.7,=0.7,查弓形降液管几何关系图得查弓形降液管几何关系图得Wd/ Wd/ D DT T=0.14=0.14，Af/AT=0.09Af/AT=0.09，即，即Wd=0.35m , Wd=0.35m , AT=0.

19、785DAT=0.785DT T2 2=4.91m=4.91m2 2,Af=0.441m,Af=0.441m2 2 液体在降液管内的停留时间为：液体在降液管内的停留时间为： =AfH=AfHT T/Ls=16.54s5s/Ls=16.54s5s（满足要求）（满足要求） 降液管得底隙高度降液管得底隙高度h0h0 液体通过降液管底隙的流速一般为液体通过降液管底隙的流速一般为0.070.25m/s0.070.25m/s，取液体通过降液管底隙的流速，取液体通过降液管底隙的流速u u，0 0=0.15m/s=0.15m/s，则，则 h h0 0=Ls/Lw u=Ls/Lw u，=0.0610m=0.0610m hw-hhw-h0 0=0.008 0.006=0.008 0.006（满足要求）（满足要求） 塔板塔板工艺结构工艺结构及及尺寸