2021設備設計計算與選型

1、設備設計計算與選型。-可編輯修改- 第三部分 設備設計計算與選型3.1苯甲苯精餾塔的設計計算通過計算D=1.435kmol/h ，=FD F D x x ，設%98=可知原料液的處理量為F=7.325kmol/h ，由于每小時處理量很小，所以先儲存在儲罐里，等20小時后再精餾。故D=28.7h kom l ,F=146.5kmol/h ,組分為18.0x =F ,要求塔頂餾出液的組成為90.0x D =,塔底釜液的組成為01.0x W =。設計條件如下：操作壓力:4kPa （塔頂表壓）； 進料熱狀況:自選；回流比:自選； 單板壓降:0.7kPa ； 全塔壓降:%52=T E 。3.1.1精餾塔

2、的物料衡算(1) 原料液及塔頂、塔底產品的摩爾分率苯的摩爾質量 11.78M A =kg/kmol甲苯的摩爾質量 13.92M B =kg/kmol18.0x =F 90.0x D = 01.0x W =(2) 原料液及塔頂、塔底產品的平均摩爾質量=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) 物料衡算原料處理量 F=146.5kmol/h總物料衡算 146.5=D+W。-可編輯修改-

3、苯物料衡算 146.50.18=0.9D+0.01W聯(lián)立解得 D=27.89kmol/hW=118.52kmol/h3.1.2 塔板數(shù)的確定(1)理論板層數(shù)T N 的求取苯甲苯屬理想物系，可采用圖解法求理論板層數(shù)。由物性手冊查得苯甲苯物系的氣液平衡數(shù)據，繪出x y 圖，見下圖3.1 圖3.1圖解法求理論板層數(shù)求最小回流比及操作回流比。采用作圖法求最小回流比。在圖中對角線上，自點e （0.45，0.45）作垂線ef 即為進料線（q 線），該線與平衡線的交點坐標為667.0y q = 450.0x q =。-可編輯修改- 故最小回流比為1.1217.0233.045.0667.0667.09.0x

4、 y y x q q qmin =-=-=D R 取操作回流比為R=22.21.12min =R求精餾塔的氣、液相負荷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求操作線方程精餾段操作線方程為3215.0x 6875.09.0248.8989.27x 248.89358.61x x y +=+=+=D V D V L 提餾段操作線方程為0132.0x 329.201.0248.8952.118x 248.89

5、858.207x x y 1111111-=-=W V W V L 圖解法求理論板層數(shù)采用圖解法求理論板層數(shù)，如圖5.1。求解結果為 總理論板層數(shù)T N =12.5（包括再沸器）進料板位置 6=F N(2)實際板層數(shù)的求取精餾段實際板層數(shù) 6.952.5=精N 取10提餾段實際板層數(shù) 42.1452.05.7=F N 取15。-可編輯修改- 3.1.3精餾塔的工藝尺寸及有關物性數(shù)據的計算以精餾段為例計算。(1) 操作壓力計算塔頂操作壓力 3.10543.101=+=D P kPa每層塔板壓降a k 7.0P P = 進料板壓力3.112107.03.101=+=F P kPa 精餾段平均壓力a

6、 k 8.1082/3.1123.105m P P =+=）（ (2) 操作溫度計算依據操作壓力，由泡點方程通過試差法計算出泡點溫度，其中苯，甲苯的飽和蒸氣壓由安托尼方程計算，計算過程略。計算結果如下：塔頂溫度1.82t =D 進料板溫度5.99t =F 精餾段平均溫度8.902/5.991.82t m =+=）（(3) 平均摩爾質量計算塔頂平均摩爾質量計算:由9.0y x 1=D ,查平衡曲線得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、進料板平均摩爾質量計算:由圖解理論板得=F y 0.604查平衡曲線得=F x 0.388=m VF M 0.60478.11+（1-0.604）92.13=83.66kg kmol。-可編輯修改- =m LF M 0.38878.11+（1-0.388）92.13=86.69kg kmol 精餾段平均摩爾質量:=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) 平均密度的計算(1)氣相平均密度計算=m vm m m RT M P V 93.215.2738.90314.8586.818

8、.108=+）（3/kg m (2)液相平均密度計算液相平均密度依下式計算，即=i i m a 1L 塔頂液相平均密度的計算: 由D t =82.1,查手冊得 A =812.7kg m 3 =B 807.93/kg m5.8129.80704.07.81296.01m =+=）（LD 3/kg m 進料板液相平均密度的計算: 由=F t 99.5,查手冊得 A =793.13/kg m=B 790.83/kg m進料板液相的質量分率 350.013.92612.011.78388.011.78388.0a =+=A 6.7918.79065.01.79335.01m =+=）（LF 3/kg

9、m 精餾段液相平均密度為=m L (812.5+791.6)/2=802.13/kg m。-可編輯修改- (5) 液體平均表面張力計算液體平均表面張力依下式計算，即 =i i m x L塔頂液相平均表面張力的計算 由D t =82.1,查手冊得=A 21.24mN m =B 21.42mN m =m LD 0.921.24+0.121.42=21.25mN m 進料板液相平均表面張力的計算: 由=F t 99.5,查手冊得=A 18.90mN m =B 20.0mN m m LF =0.38818.90+0.61220.0=19.57mN m 精餾段液相平均表面張力為m L =（21.25+1

10、9.57）/2=20.41mN m(6) 液體平均粘度計算液體平均粘度依下式計算，即 i i m lg x =L Lg塔頂液相平均粘度的計算由D t =82.1,查物性手冊得=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進料板液相平均粘度的計算:。-可編輯修改- 由=F t 99.5,查物性手冊得=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精餾

11、段液相平均表面張力為=m L （0.302+0.261）/2=0.282mPa s3.1.4 精餾塔的塔體工藝尺寸計算(1) 塔徑的計算精餾段的氣、液相體積流率為 =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 由式計算，其中的20C 由課本查取，圖的橫坐標為 21h h93.21.8023600007.036000017.0）（=V L V L =4.018 取板間距m 40.0=T H ，板上液層高度h L=0.

12、06m ，則 -T H h L =0.40-0.06=0.34m 查圖得20C =0.0720723.02041.20212.0)20(2.02.020= =LC C 。-可編輯修改- max 1.196m = 取安全系數(shù)為0.7，則空塔氣速為U=0.7max =0.71.196=0.837m s1.02D m = 按標準塔徑園整后為 D=1.2m塔截面積為221.20.942m 44T A D =實際空塔氣速為s m 883.0785.0693.0= (2) 精餾塔有效高度的計算精餾段有效高度為=-=T H N Z ）（精精1（10-1）0.4=3.6m提餾段有效高度為=-=T H N Z

13、）（提提1（15-1）0.4=5.6m在進料板上方開一人孔，其高度為0.8m故精餾塔的有效高度為Z=+8.0提精Z Z 3.6+5.6+0.8=10m3.1.5 塔板主要工藝尺寸的計算1 溢流裝置計算因塔徑為D=1.0m ，可選單溢流弓形降液管，采用凹形受液盤。各項計算如下：。-可編輯修改- （1） 堰長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 -=選用平直堰，堰上液層高度OW h 由下式計算 即32h l 100084.2h =W OW L E 近似取E=1，則m 0013.0l 1100084.2h 32h = =W OW L

14、 取板上清液層高度L h =60mm故W h =0.06-0.013=0.047m（3）弓形降液管寬度f d A W 和截面積 由66.0l =DW 查課本圖得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依下式驗算液體在降液管中提留時間，即 s 34.1336000017.040.00567.036003600h f =L H A T 5s 故降液管設計合理。（4）降液管底隙高度h 0。-可編輯修改- 10h 0l 3600h W L = 取m 08.010=s 則m 032.008.066.0360036000017.0h 0= m 015.0032.0047.0h h 0=-=-W 0.006m故降液管底隙高度設計合理。選用凹形受液盤，深度為m W 05.0h =2 塔板布置(1)塔板的分塊因D 0.8m ，故塔板采用分塊式。查課本得，塔板分為3塊。(2)邊緣區(qū)寬度確定取m 035.0m 065.0c 1s s =W W W ，(3)開孔區(qū)面