化工原理课程设计说明书-2778kg-h苯-甲苯筛板式精馏塔设计

2778kg/h苯-甲苯筛板式精馏塔设计⑤提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⑴塔顶液相平均表面张力计算由，查手册得mN/M⑵进料板液相平均表面张力计算由，查手册得(3)塔底液相平均表面张力计算由，查手册得mN/m(4)精馏段液相平均表面张力为：(5)提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：⑴塔顶液相平均粘度计算由，查手册得解得⑵进料板液相平均粘度计算 由，查手册得解得(3)塔底液相平均黏度计算由，查手册得解得(4)精馏段液相平均粘度为(5)提馏段液相平均粘度为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：m3/s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取安全系数为0.7，则空塔气速为按标准塔径圆整后为塔截面积为实际空塔气速为2.提馏段的气、液相体积流量为由，式中C由上式求取，其中的由史密斯关联图查取，图中横坐标为；取板间距，则查史密斯关联图得取安全系数为0.7，则空塔气速为m按标准塔径圆整后为：塔截面积为：实际空塔气速为：3.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：⑴堰长取⑵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，则同理可得，提馏段中⑶弓形降液管宽度和截面积由查图5-7，得,故依式（5-9）验算液体在降液管中停留时间，即同理，提馏段中液体在降液管中停留时间，故降液管设计合理。⑷降液管底隙高度取同理，提馏段中取，则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⑴塔板的分块因，故塔板采用分块式。查表5-3得，板块分为3块。⑵边缘区快读确定取⑶开孔区面积计算开孔区面积按式（5-12）计算，即其中故同理提馏段为⑷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同理，提馏段筛孔数目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⑴干板阻力干板阻力由故液柱同理，提馏段为液柱⑵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。故同理，提馏段的为查图5-11，得。故⑶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：液柱气体通过每层塔板的液柱高度可按下式计算：液柱气体通过每层塔板的压降为：（设计允许值）同理，提馏段中液体表面的阻力由下式求得：液柱气体通过每层塔板的液柱高度可按下式计算：液柱气体通过每层塔板的压降为：（设计允许值）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。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。同理提馏段：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。同理提馏段中：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。同理提馏段：液柱故在本设计中不会发生液泛现象。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。0.00060.3000.00150.3060.00300.3190.00450.329 由此表数据即可作出漏液线1。同理，提馏段的为：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。0.00060.2760.00150.2850.00300.2970.00450.3062.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eV≤0.1kg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。0.00061.2550..00151.1940.00301.1170.00451.052 由此表数据即可作出液沫夹带线2。同理，提馏段的为：，故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。0.00061.2470..00151.1880.00301.1130.00451.0493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，则同理提馏段的为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）得同理提馏段的为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：故或在操作范围内，任取几个值，依上式计算出值，计算结果列于下表：0.00061.1210.00151.0830.00301.0260.00450.963 由此表数据即可作出液泛线5同理对于提馏段故或在操作范围内，任取几个值，依上式计算出值，计算结果列于下表：0.00061.0130.00150.9800.00300.9280.00450.874根据以上各线方程，可作出筛板塔的负荷性能图：下图为精馏段板塔的负荷性能图：泡沫夹带线2下 液泛线5限线 上3限线 4 A 漏液线10 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，故操作弹性为下图为提馏段板塔的负荷性能图：下限线3上限线4泡沫夹带线2液泛线5漏液线1在负荷性能图上，作出操作线。由上图可看出，该筛板的操作上限为液泛控制，下限为漏液控制。由图查得故操作弹性为九、塔附件设计1.再沸器（蒸馏釜）该设备是用于加热塔底料液合之部分气化提供蒸馏过程所需要的热量的热交换设备，常用的有以下几种：内置式再沸器，釜式再沸器，热虹吸式再沸器，强制循环式再沸器。综合考虑其生产的传热条件及经济效率选择热虹吸式再沸。采用饱和水蒸气由160℃的蒸汽到160℃的液体，发生相变。由塔底再沸器的热负荷，取安全系数为0.7，实际面积2.塔顶回流冷凝器塔顶回流冷凝器通常是采用管壳式换热器,有卧式、立式、或管外冷凝器等形式。按冷凝器与塔的相对位置区分有这样的两类：整体式及自流式、强制循环式。在这个设计的生产中，由于产量比较大，宜选用强制循环式。苯—甲苯的蒸发潜热与临界温度物质沸点0C蒸发潜热KJ/Kg临界温度TC/K苯80.0393.9288.5甲苯110.8363.0318.6取进口（冷却水）温度为t1=20℃(当地)冷却水出口温度一般不超过40℃，否则易结垢，取出口温度t2=30℃。泡点回流温度：塔顶热量衡算：依式，其中：塔顶回流液为饱和回流液且由气态变为液态，则，取安全系数为0.7，实际面积3.进料管管径本设计采用直管进料管，管径的计算公式时的进料时进料板液相平均密度进料板液相平均摩尔质量取u=1.5m/s,代入上式可得故查图得管子规格为热轧钢管，其规格为4.回流管管径回流量D=16.82Kmol/h=0.98378.11+(1-0.983)92.14=78.35Kg/mol则液体流量取管内流速，则回流管直径故查图得管子规格为热轧钢管，其规格为5.釜残液出料管出料管管径塔顶上升蒸汽的体积流量：W=21.95Kmol/h=0.02478.11+(1-0.024)92.14=91.80Kg/mol取管内流速故查图得管子规格为热轧钢管，其规格为6塔顶蒸气出料管直管出气，取出口气速故管子规格为热轧钢管,其规格为7.塔底进气管采用直管取气速，则故管子规格为热轧钢管,其规格为8.人孔人孔是安装或检修人员进出塔的唯一通道，人孔的设置应便于人进出任何一层塔板。由于设置人孔处塔间距离大，且人孔设备过多会使制造时塔体的弯曲度难以达到要求，一般每隔10~20块板才设一个孔，本塔中共32块板，需设置2个人孔，每个人孔直径为800mm，板间距为350mm,人孔深入塔内部应与塔内壁修平，其边缘需倒棱和磨圆，人孔法兰的密封面形状及垫片用材，一般与塔的接管法兰相同，本设计也是如此。十、设计一览表将设计筛板的主要结果汇总于下表：序号项目精馏段提馏段1平均温度90.8107.52平均压力108.8113.73气相流量0.5360.5364液相流量0.00150.00305实际塔板数10146有效段高度Z，m3.65.27塔径D，m1.01.08板间距，m0.40.49溢流形式单溢流单溢流10降液管形式弓形弓形11堰长，m0.660.6612堰高，m0.0440.04213板上液层高度，m0.060.0614堰上液层高度，m0.0160.01815降液管底隙高度0.0280.03016安定区宽度，m0.0650.06517边缘区宽度，m0.0350.03518开孔区面积0.5320.53219筛孔直径，m0.0050.00520筛孔数目n2731273121孔中心距t，m