筛板精馏塔课程设计

1、资料内容仅供您学习参考，如有不当之处，请联系改正或者删除化工原理课程设计说明书筛板式精储塔设计系别：化学工程系班级：水净化1001学号:08姓名：张泽于指导老师；黄秋颖目录第一部分概述错误!未才旨定书签。二、设计任务错误!未指定书签。三、设计条件错误!未指定书签。四、设计内容错误!未旨定书签。五、工艺流程图错误!未指定书签。第二部分工艺设计计算错误!未指定书签。一、设计方案的确定错误!未才旨定书签。二、精镭塔的物料衡算错误!未指定书签。1 .原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数错误!未才旨定书签。2 .原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量和质量分数错误!未才旨定书签。3.物料衡算原料处理量错误!未

2、指定书签。三、塔板数的确定错误!未指定书签。1 .理论板层数9的求取错误!未指定书签。2 .全塔效率Et错误!未3r旨定书签。3。实际板层数的求取错误!未指定书签。四、精馆塔的工艺条件及有关物性数据的计算错误!未指定书签。1«操作压强计算错误!未指定书签。3 .操作温度计算错误!未指定书签。3。平均摩尔质量计算错误!未指定书签。4。平均密度计算错误!未才旨定书签。2 / 37资料内容仅供您学习参考，如有不当之处，请联系改正或者删除4 .液相负荷下限线错误!未指定书签。2 / 375.液相平均表面张力计算错误!未指定书签。6。液相平均粘度计算错误!未指定书签。五、精储塔的塔体工艺尺寸计

3、算错误!未指定书签。1.塔径的计算错误!未指定书签。2。精馆塔的有效高度的计算错误!未指定书签。塔板主要工艺尺寸的计算错误!未指定书签。1段装置计算错误!未指定书签。2。塔板布置错误!未指定书签。3,筛孔数与开孔率。错误!未指定书签。七、筛板的流体力学验算错误!未指定书签。lo气体通过筛板压降相当的液柱高度力错误!未指定书签。2。雾沫夹带量与的验算错误!未指定书签。3,漏液的验算错误!未指定书签。4.液泛验算错误!未指定书签。八、塔板负荷性能图错误!未指定书签。错误!未指定书签。2。雾沫夹带线错误!未指定书签。资料内容仅供您学习参考，如有不当之处，请联系改正或者删除错误!未指定书签。错误!未指

4、定书签。错误!未指定书签。错误!未指定书签。4.液相负荷上限线5。液泛线6。操作线九、设计一览表3 / 37资料内容仅供您学习参考，如有不当之处，请联系改正或者删除错误!未指定书签。十、操作方案的说明:附表错误味指定书签。总结错误味指定书签。参考文献错误!未指定书签。3 / 37资料内容仅供您学习参考，如有不当之处，请联系改正或者删除5 / 37第一部分概述一、设计目标分离苯-甲苯混合液的精板式精微塔设计二、设计任务试设计分离苯一甲苯混合物的筛板精储塔.已知原料液的处理量为9000kg/h，组成为0.49（苯的摩尔分数），要求塔顶憎出液的组成为0。93，塔底釜液的组成为0.02.三、设计条件操

5、作压力进料热状况回流比与最小回流比比值单板压降全塔效率4kPa（塔顶表压）泡点2<0o 7kPaEr =50%四、设 计内 容编制一份设计说明书，主要内容包括:1、前言2、流程的确定和说明3、生产条件的确定和说明4、精微塔的设计计算：(1)工艺条件及有关物性数据的计算(2)精微塔塔体工艺尺寸的计算资料内容仅供您学习参考，如有不当之处，请联系改正或者删除（3）塔板主要工艺尺寸的计算（4）塔板的流体力学验算（5）塔板负荷性能图（精微段）（选作）5、设计结果列表6、设计结果的讨论和说明7、主要参考资料8、结束语五、工艺流程图精储装置包括精微塔，原料预热器，再沸器，冷凝器.釜液冷却器和产品冷凝器

6、等设备。热量自塔釜输入,物料在塔内经多次部分汽化与与部分冷凝器进行精播分离，由冷凝器和冷却器中的冷却介质将余热带走.在此过程中，热能利用率很低，为此，在确定流程装置时应考虑余热的利用，注意节能。另外，为保持塔的操作稳定性，流程中除用泵直接送入塔原料外，也可以采用高位槽送料以免受泵操作波动的影响。原料液由高位槽经过预热器预热后进入精储塔内。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

7、产品。为了使精储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（流量计、温度计和压力表）.以测量物流的各项参数。塔顶冷凝装置根据生产状况以决定采用全凝器，以便于准确地控制回流比。若后继装置使用气态物料，则宜用全分凝器.总而言之确定流程时要较全面，合理的兼顾设连续精镭操作流程图第二部分工艺设计计算一、设计方案的确定9 / 37本设计任务书为分离苯-甲苯混合物。对于二元混合物的分离，应采用连续精微流程。设计中采用泡点进料,将原料液通过预热器加热至泡点后送入精储塔内，其余部分经产品冷却器冷却后送至储罐。该物系属易分离物系,最小回流比较小

8、,故操作回流比取最小回流比的2倍。二、精微塔的物料衡算L原科液及塔顶、塔底产品的摩尔分数苯的摩尔质量Ma=78。llkg/mol甲苯的摩尔质量Mb=92.13kg/mol20原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量和质量分数M产0。49x78。11+(1-0.49)x92.14=85。26kg/molMD=0.93x78.11+(l-0.93)x92.14=79.09kg/molMw=0.02x78。11+(10.02)x92o14=91。85kg/mol0.49x78.110.93x78.110.49x78.11+(l-0.49)x92.13xdMaxDMA-(-xD)Mli0.93x78.11

9、+(1-0.93)x92.130.02x78.11xwMa+(1-)灼0.02x78.11+(1-0.02)x92.133.物料衡算原料处理量总物料衡算D'+W'=9000苯物料衡算0。92D'+0o02W'=0.45x9000联立解得D'=4300kg/h,W'=4700kg/h,F'=9000kg/hF=9000/85o26=105o56kmol/h,D=4300/79.09=54.39kmol/lnW=4700/9K85=51.17kmol/h三、塔板数的确定lo理论板层数Nt的求取苯-甲苯属理论物系，可采用图解法求理论板层数。资料

10、内容仅供您学习参考，如有不当之处，请联系改正或者删除由附表查得苯一甲苯物系的气液平衡数据，绘出x-y图及t-x-y图8 / 37资料内容仅供您学习参考，如有不当之处，请联系改正或者删除10 / 37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。49。49）做垂线,ef即为进料线（q线），该线与平衡线的交点F坐标为：%=0.70%=0.49故最小回流比为:力儿_0.93-°7°_1095凡-乙0.70-0.49.取操作回流比为：R=2Rn.n=2x1.095=2.19求操作线方程精憎段操作线方程：)，=_%+/叵=出工+丝=0.676X+0.3R

11、+lR+13.093.09图解法求理论板层数采用图解法求理论板层数，由图可知求解结果为：总理论板层数Nr=(ll-1)=10层，精微段4层，提憎段6层。进料板是第五块板2 .全塔效率与Et=0»170.616Igm，T=T二一=86.5度根据塔顶、塔底液相组成查图，求得平均温度为86.5度，该温度下进料液相平均黏度为析=0.49/+(10.49)甲不=0.49x0.2935+0.51x0.2985=0.269。尸"-s)故Et=0.17-0.6161g0.296=0.495弓0.503 .实际板层数的求取精福段实际板层数：2精=2=8(层)提储段实际板层数："松=

12、”=12(层)四、精馈塔的工艺条件及有关物性数据的计算以精储段为例进行计算.10操作压强计算塔顶操作压强P/)=101.3+4=105.3kPa每层塔板压降邸=0.7kPa资料内容仅供您学习参考，如有不当之处，请联系改正或者删除进米斗板压强Pf=105.3+0.7x8=110.9kPa提储段平均压强=(105.3+110.9)/2=108.IkPa2 .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Td=81.5进料板温度Tf=91.5平均温度T="-I9=865oC23 .平均摩尔质量计算塔

13、顶摩尔质量计算：由X”=y=0.93查表得：Xi=0.83Mvi)m=Md="akglkmolM.=0.83x78.11+(10.83)x92.13=80.49kg/进料板平均摩尔质量计算由图解理论板，得打=0.70查平衡曲线，得*=0.49Mvl.in=0.7x78.11+(1-0.7)x92.13=S2.36kg/kmolM*=0.49x78.11+(1-0.49)x92.13=85.26kg/"?。/精福段平均摩尔质量79.09+82.316。八”一,80.49+85.268,MVni=80.7kg/kmolMVm=82.88kg/kniol224.平均密度计算气相平

14、均密度计算由理想气体状态方程计算，即PmV =PMf108.1x80.7RT 8.314x(86.5 + 273.1)= 2.92 kg/m3液相平均密度计算液相平均密度依下式计算:=Zq /月塔顶液相平均密度计算: Pim由 Td=81。5 ,查附表得外=813.5 p,ti = 808.5PbnD _ 0.92/813.5 + 0.08/808.5 =813.1必/进料板液相平均密度计算由 Tf=9L 5查附表得。八=805C pli =802进料板液相的质量分数计算0.49 x 78.11八“=0.450.49 x 78.11+(1-0.49)x92.130.45/805 + 0.55/

15、802= 803.35Ag/J精微段液相平均密度为Pb"=8。8.23心/"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%“=4七x5塔顶液相平均表面张力计算由Td=81o5z查附表得cr八=21.24W/m(rB=21A2niN/in29 / 375江=0.93x21.24+(1-0.93)x21.42=21.25W/m进料板液相平均表面张力计算aTf=91.5,查附表得=18,9W/7复=20.4W/?分进=0.49xl8.9+(l-0.49)x20.4=19.67W/?精镭段液相平均表面张力为：b“,=J-I；'=20.46?N/m6.液相平均粘度计算

16、乙液相平均粘度依下式计算:小.=Z七从塔顶液相平均粘度计算/=|由Td=81o5由,查附表彳导i=0.303?尸jlib=0.3O5rnPas出3=0.93x0.303+(1-0.93)x0.305=0.303niPas进料板液相平均粘度计算由Tf=91.5°C渣附表得八=0.274mPas/?=0.2SmPas=0.49x0.274+(1-0.49)x0.28=0277mPas精储段液相平均粘度为0.303+0.277”=0.29mP(fs求精储塔的气、液相负荷V=(R+1)D=3.19x54.39=73.5kmol/hVs=""包=i33/53600pVm36

17、00x2.92L = RD=2,O9x54.39 = 113.68kmol/h Ls3600 pbn113.68x82.88=00032/53600x808.23Lh=3600Ls=ll.68J/s五、精馈塔的塔体工艺尺寸计算1.塔径的计算取板间距"r=0.30/77,取板上液层身度色=0.06/，则凡Ff24m冷沙=（管）嗤*=0041;SW3 加:S;SX0 谓187 g;=i;gQw，K,nmJl.l =5s £ rhbf=5smith图得C2o=O.O72,依式校正到物系表面张力为20.46mN/m时的CC=ci()()0-2=0.072(生妁产=0.072J)20

18、20Wmax取安全系数为0.70,则空塔气速为:=0.70wmax=0.70x1.2=0.84"sD个=*=闻,按标准塔径圆整后为D印42。精微塔的有效高度的计算精福段有效高度为Z=(N精-1)%=(8-1)X0.4=2.8机提储段有效高度为Z福=(%储一1)”丁=(121)x04=4.4？在进料板上方开一人孔，其高度为0o64m,故精微塔的有效高度为Z=Z椅+Zj0.64=2.8+4.4+0.64=7.84/»六、塔板主要工艺尺寸的计算L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

19、=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：溢流堰长/取堰长、为0.66D即lw=0.66x1.4=0.924m溢流堰高度儿,计算如下：由,警=°66，笄髭=心查下图知03W2.84W00月2.84右反2.841168j4mhz=E(-)3=xl.03x(”=0.01/77°”1000110000.924取板上清液层局度九=60,故hw = 0.06-0.01 =0.05/?z帙减收愉系败讨”明弓形降液管宽度也和降液管面积4由 k = 0.66 ,查下图得眩=0.124 , 土 = 0.0722 DDAt故 1% = 0.124 £

20、;> = 0.124 X1.4 = 0.3472 mII , 3 14,oA7= D- =1xl.4- =1.5386 Af = 0.0722A. =0.1111厂,44f丁验算液体在降液管中停留时间以检验降液管面积，即r =。/"凶3）= 10,40（>5s ,符合要求）Is 0.0032故降液管设计合理。强降浓饮的R2降液管底隙高度%取液体通过降液管底隙的流速询=0.08”$计算降液管底隙高度即：,40.0032八h=0.0433mlwxI，。0.942x0.082o塔板布置取边缘区宽度卬=0.035安定区宽度1%=0.065？开孔区面积计算开孔区面积A”计算，得4=

21、2卜.,/?2一/十二r2sill-i£L180R=20.288<0,6652-0.2882+x0.6652sin-1吧L1800.665J=0.38/工=?一0匕+WS)=0.7-(0.3472+0.065)=0.288wR=-Wc=0.7-0.035=0.665z3.筛孔数与开孔率夕2本例所处理的物系无腐蚀性,取筛孔孔径=5，正三角形排列，可选用5=3碳钢板，取40=4.0,故孑L中心叱巨/=4.0x5.0=20.0/77/27依式计算塔板上开孔区的开孔率夕,即(P=-x100%=。，'。7,x100%=x100%=5.67%每层塔板上的开孔面积A()A04)3.O

22、2为A（）=（pAa=0.101x0.38=0.3842气体通过筛孔的气速为。=坛=?=3.36"$Ag0.384七、筛板的流体力学验算10气体通过筛板压降相当的液柱高度与干板压降相当的液柱高度儿.，计算如下依4）/b=5/3=1.67,查图得C。=0.78儿=0.051（察尸（九）C。Pl=0.051（生虫尸（284）0.84800.49气体通过板上液层压降相当的液柱高度脑计算如下：=0.0277/7?&一 Af0.249-0.249-0.0213=0.91z/s Fa = uaylpv = 1.53由图查取板上液层充气系数£。=0.61hx=sJiL=£

23、;0（hw+how）=0.0366克服液体表面张力压降相当的液柱高度%加汗,4b4x20.46x10-3依式/心=0.002mPLg(h808.23x9.81x0.005气体通过每层塔板的液柱高度即可按下式计算：hp=0.055+0.0366+0.002012=0.0658/气体通过每层塔板的压降为：APp=hppLg=0.0658x808.49x9.81=521Pa<Q.lkPa(设计允许值)2.雾沫夹带量Q的验算°_5.7*101I"3.2_5.7xl()w(0.95132bHt-h,20.46x10-30.4-2.5x0.15；=0.0168kg液/kg气<

24、;0.1kg液/心气故在设计负荷下不会发生过量雾沫夹带.3。漏液的验算对筛板塔漏液点气速可由式(525)计算：How=4.4。J(0.0056+0.13比一%/亿,=7而6稳定系数为K='=片=1.57(>1.5)uow7.108故在本设计中无明显漏液。4.液泛验算为防止塔内发生液泛，降液管内液层高“，应服从如下关系：Hd<<p(HT+hw)依式计算，即况=hp+/+hd=0.153(-Ls%)2 = 0.153(0.00320.924x0.0433)2 = 0.0009&/?H=h+h,+/?,=0.0468+0.06+0.00098=0.205m(1rL(

25、I苯一甲苯物系属一般物系，取。=0.5,则(/)(*+Hw)=0.5(0.4+0.05M)=0.2252小故Hd<+Hw),在设计负荷下不会发生泛液。根据以上塔板的各项流体力学的验算，可认为精储段塔径及各工艺尺寸是适的。八,塔板负荷性能图L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。=44C。J(00056+0.134一h°p、匕.min,。5 +。.7通代入原式得Vs.nun=4.4 x 0.78J 0.0056 + 0.13(0.0504 + 0.704L”) 一 0.002012808.452.92已算出4=

26、0.135,代入整理得%=0刀4+9小在操作范围内，任取几个L,值，依上式计算出匕值,计算结果列于下表。2。雾Ls /(m3 /s)Vv/(m3/s)0o 00060o 790o 00150.850.00300.860o 00450o 88由此表数据即可作出漏液线1.沫夹带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。对于精储，一般控制ev<0o1kg液/kg气。以ev=O。1kg液/kg为限求UL关系如下:5.7xlO ua 3.2 比(万才由”ArA, 1.5386-0.1111=O.7VShf=2.5(%+how)=2.5”川+2.84x10-3顼:Ly近似取七.1。，

27、Avhw=0.05/72,lw=0.924mhf =2.5 0.0504+2.84x10-3(空等版=0.125+1.76/3取雾沫夹带极限值V/Jq=0.lkg液/k点,已知b=20.46x10-3N/m,%=04，代入原式得：5.76xlO-60.7匕3.2U1T（-）20.46xl00.4-0.125-1.76L5i整理得匕=0.16-1.03lJ在操作范围内，任取几个L,值，依上式计算出匕值，计算结果列于下表。L,/(m'/s)V/(m3/s)由此0.00060o15表数据即可作出液0.o00150.15沫夹田线2。3。液0o00300.14相负荷下限线0o00450.13液相

28、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，取堰上液层高度儿w=0.006m作为最小液体负荷标准。由式（5-7）得2843600L.2,2843600L、-力=£（3）3取E=1,贝U0.006=（）31000lw10000.924整理上式得LSmin=12.66x1CT1/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，=4s作为液体在浆液管中停留时间的下限,

29、由式（5-9）得ht-a.04x0min_-=0.011113/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联立式得队H.f+Hw)=hp+hw+how+hd近似取E.LO/卬=0.924/，由式“36009.3600i.how=2.84x10-3£(尸=2.84xl0-3(尸故lw0.405/?=0.7032LJ(Jr>Dhp=

30、hc+九+hahc=0.051()2()=0.051()2C()PlGHPl=0.01665V?22%=%(%+11ow)=0.6(0.0504+0.7032LJ)=0.03024+0.4219Lj%=0.002069加(已算出)故/“=0.01665V/+0.03024+0.42193+0.002069=0.032+0.01665V.2+0.4219hd =0.153( 4 kx/zo= 0.153(A0.924x0.0433)2=95058 L：将Hr=04、hw=0.0504m、。=0.5以及以上式代入得：220.5(0.4+0.0504)=0.0322+0.01665V/+0.4219

31、+0.0504+0.7032+95.58整理得下式：8.58-68.17/尸-5740.51/=1在操作范围内，任取几个匕值，依上式计算出匕值，计算结果列于下表：Ls/(m3/s)匕/(m'/s)由此0.00062.85表数据即可作0.00152O77出液泛线50o00302.680.00452.596 .操作线由-min=12.66X/S,4.ax=0.0111Wl”S,及人与.之间的关系可作出筛板塔的负荷性能图：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乜吧 Vs.min0.011110.001266

32、= 8.776九、设计一览表将设计筛板的主要结果汇总于下表：序号项目数值序号项目数值1平均温度386O517边缘区宽度叱，m0.0352平均压力P”kPa108.118开孔区面积4,cm-0o323气相流量力,nf/s1。3319筛孔直径.，m0.0054液相流量“m'/s0.003220筛孑殿目n8655实际塔板数1021孔中心距t,m0.0186有效段高度Z,m7O8422开孔率9,%10o17塔径D,m1.423空塔气速u,m/s0o848板间距斗,m0.424筛孔气速u。，m/s3.369溢流形式单溢流25稳定系数2。8410降液管形式弓形26每层塔板压降斗，kPa0.711堰

33、长,m0.92427负荷上限液泛控制12堰悬1m0。050428负荷卜限漏液控制13板上液层高度%,m0。0629液沫夹带.，（kg液/kgf0。016814堰上液层高度儿“一m0.01130气相负荷上限匕,max，m'/S0.0036315降液管底隙高度0。31气相负荷卜限%min，m7s0.0004%m043353资料内容仅供您学习参考，如有不当之处，请联系改正或者删除16安定区宽度Wm0。06532操作弹性8.776十、操作方案的说明：本设计任务为分离苯-甲苯混合物.对于二元混合物的分离,应采用连续精微流程.设计中采用泡点进料，降原料液通过预热器加热至泡点后送入精福塔内。塔顶上升

34、蒸汽采用全凝器冷凝。冷凝器在泡点下一部分回流到塔内，其余部分经产品冷却器冷却后送入储罐.该物系属于易分离物系，最小回流比较小，故操作回流比去最小回流比的两倍。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品冷却送到储罐.27 / 37资料内容仅供您学习参考，如有不当之处，请联系改正或者删除31 / 37附表表1苯和甲苯的物理性质项目分子式相对分子质量Mr沸点/临界温度tc/r临界压强pc/kPa苯C凡78o1180.1288.56833.4甲苯CbH5CH,92.13110o6318.574107.7表2常压下苯一甲苯的气液平衡数据温度t/r液相中苯的摩尔分数/x气相中苯的摩尔分数/y110o560.000a00109o911.002O50108.793.007O11107.615.0011.2105.0510o020.8102o7915c029.4100.7520.037.298.8425。044o297o1330c050.795o5835.056.694.0940.061.992o69450066。791o4050c071.390.1155.075o580.8060«079o18