完整word版10萬噸年苯 甲苯分離板式精餾塔設(shè)計(jì)

1、10 萬噸年苯-甲苯分離板式精餾塔設(shè)計(jì) 苯-甲苯分離板式精餾塔的設(shè)計(jì) 1.概述 1 1.1設(shè)計(jì)題目1 1.2操作條件1 2.設(shè)計(jì)內(nèi)容 12.1本設(shè)計(jì)任務(wù)為分離苯甲苯混合物1 2.2 精餾塔的物料衡算1 2.2.1原料液及塔頂、塔底的摩爾分率1 2.2.2 原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量2 2.2.3 物料衡算2 2.3塔板數(shù)的確定2 N的求取2 2.3.1 理論板層數(shù)T2.3.2實(shí)際板層數(shù)的求取3 2.4精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算3 2.4.1操作壓力的計(jì)算3 2.4.2 操作溫度計(jì)算3 2.4.3 平均摩爾質(zhì)量計(jì)算4 2.4.4平均密度計(jì)算4 2.4.4.1氣相平均密度計(jì)算4

2、 2.4.4.2液相平均密度計(jì)算4 2.4.5 液體平均表面張力的計(jì)算5 2.4.6液體平均粘度5 2.5精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算6 2.5.1塔徑的計(jì)算6 7精餾塔有效高度的計(jì)算2.5.22.6塔板主要工藝尺寸的計(jì)算7 2.6.1溢流裝置計(jì)算7 l 72.6.1.1堰長wh7溢流堰高度 2.6.1.2wAW8和截面積 2.6.1.3弓形降液管寬度fdh8 2.6.1.4降液管底隙高度o2.6.2塔板布置8 2.6.2.1塔板的分塊8 2.6.2.2邊緣區(qū)寬度確定8 2.6.2.3開孔區(qū)面積計(jì)算8 2.6.2.4篩孔計(jì)算及排列. 9 2.7 塔板的流體力學(xué)驗(yàn)算9 2.7.1塔板壓降9 h計(jì)算干

3、板阻力9 2.7.1.1ch2.7.1.2氣體通過液層的阻力計(jì)算9 1h計(jì)算10 2.7.1.3液體表面張力的阻力?2.7.2液面落差10 2.7.3液沫夾帶10 2.7.4漏液10 2.7.5液泛11 2.8 塔板負(fù)荷性能圖11 2.8.1漏液線11 2.8.2液沫夾帶線12 2.8.3液相負(fù)荷下限線13 2.8.4液相負(fù)荷上限線13 2.8.5液泛線13 3. 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)一覽表 15 4.總結(jié) 16 5.參考文獻(xiàn)及設(shè)計(jì)圖 16 苯-甲苯分離板式精餾塔的設(shè)計(jì) 1.概述 1.1設(shè)計(jì)題目 試設(shè)計(jì)一座連續(xù)精餾塔用于分離苯甲苯混合液，原料液中含苯 20% （質(zhì) 量分?jǐn)?shù)）。要求年產(chǎn)純度為 95% 的苯

4、10 萬噸/年，塔釜餾出液中含苯不得 高于 3% （質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。 要求塔頂苯的含量為 95% （質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。 要求苯的回收率為 95% 。 （說明：和的條件滿足其一） 1.2操作條件 1.2.1塔頂壓力 常壓 1.2.2進(jìn)料熱狀態(tài) 泡點(diǎn)進(jìn)料 1.2.3回流比 取最小回流比的2倍 1.2.4塔底加熱蒸氣壓力 0.5Mpa（表壓） 1.2.5單板壓降 0.7kPa 1.2.6塔板類型 篩板塔 1.2.7工作日 每年工作日為300天，每天24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行。 2.設(shè)計(jì)內(nèi)容 2.1本設(shè)計(jì)任務(wù)為分離苯甲苯混合物。對于二元混合物的分離，應(yīng)采用連續(xù)精餾流程。設(shè)計(jì)中采用泡點(diǎn)進(jìn)料，將原料液通過預(yù)熱器加熱至泡點(diǎn)后送

5、入精餾塔內(nèi)。塔頂上升蒸氣采用全凝器冷凝，冷凝液在泡點(diǎn)下一部分加回流至塔內(nèi)，其余部分經(jīng)產(chǎn)品冷卻器冷卻后送至儲(chǔ)罐。該物系屬易分離物系，最小回流比較小，故操作回流比取最小回流比的2倍。該物系塔釜采用間接蒸汽加熱，塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后 送至儲(chǔ)罐。2.2 精餾塔的物料衡算 2.2.1原料液及塔頂、塔底的摩爾分率： kg/kmolM 苯的摩爾質(zhì)量 =78.11Akg/kmolM =92.13甲苯摩爾質(zhì)量B0.20/78.11?0.228X? F92.130.80/0.20/78.11?78.11/0.95?X?0.957 D92.13?0.05/0.95/78.1178.110.03/0.035?X? W92

6、.13?/0.0378.110.97/1 2.2.2 原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量 ?92.13?88.93kg/?78.11?kmol1?0.228 0.228M?F?92.13?78.71kg?/1?0.957kmol M?0.957?78.11D?92.13?91.64kg?0.035/kmol0.035M?78.11? 1W2.2.3 物料衡算 100000000D?176.46kmol/h 原料處理量 78.71?300?24 總物料衡算 F = 176.46 + W 苯物料衡算 0.228F =0.957176.46 + 0.035W 聯(lián)立解得 F = 842.99kg/h

7、 W = 666.53kg/h 2.3塔板數(shù)的確定 N的求取 2.3.1 理論板層數(shù)T苯甲苯屬理想物系，可采用圖解法求理論板層數(shù) 2.3.1.1由手冊查得苯甲苯物系的汽液平衡數(shù)據(jù)，繪出x-y圖， 2.3.1.2 求最小回流比及操作回流比 eef）作垂線，0.228采用作圖法求最小回流比，在圖中對角線上，自點(diǎn)0.228（即為進(jìn)料線（q線），該線與平衡線的交點(diǎn)坐標(biāo)為 xy=0.228 =0.425 qq2 故最小回流比為 x?y0.957?0.425qD?R?2.70 min y?x0.425?0.228qq取操作回流比為 =2=22.70=5.40 RR?min2.3.1.3 求精溜塔的氣，液相

8、負(fù)荷 kmol/h 176.46=952.88 L=RD=5.40kmol/h 176.46=1129.34（5.40+1）V=（R+1）D= kmol/h =L+F=952.88+842.99=1795.87Lkmol/h = V =1129.34V2.3.1.4求操作線方程 精餾段操作線方程為 LD952.88176.46y?x?x?x?0.957?0.844x?0.150 DVV1129.341129.34提餾段操作線方程為 LW1795.87666.53 0.021?1.590xx?0.035?y?x?x wVV1129.341129.342.3.1.5逐板法求理論板層數(shù) N=11（包

9、括再沸器）總理論板層數(shù) TN=7 進(jìn)料板位置F2.3.2實(shí)際板層數(shù)的求取 精餾段實(shí)際板層數(shù)=6/0.52=11.5412 N精提餾段實(shí)際板層數(shù)=4/0.52=7.698 N提2.4精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算 2.4.1操作壓力的計(jì)算 kPaP 塔頂操作壓力 =101.30 Dkpa P=0.7 每層塔板壓降 kpaP =101.30+0.7進(jìn)料板壓力 12=109.70 ?F kpaP 精餾段平均壓力=(101.30+109.70)/2=105.50M2.4.2 操作溫度計(jì)算 查苯甲苯的氣液平衡數(shù)據(jù)，由內(nèi)插法求得 t=81.2C 塔頂溫度 D3 =102.2進(jìn)料板溫度 tF =(81

10、.2+102.2)/2=91.7精餾段平均溫度 tm2.4.3 平均摩爾質(zhì)量計(jì)算 塔頂平均摩爾質(zhì)量計(jì)算 由 = =0.957，查平衡曲線，得 yx1D = 0.899 x1kg/kmol *92.13=78.71 1-0.957） =0.957*78.11+（MVDmkg/kmolM ）*92.13=79.53 =0.899*78.11+（1-0.899 LDm進(jìn)料板平均摩爾質(zhì)量計(jì)算 y=0.348 Fx=0.176 Fkg/kmolM ）*92.13=87.25=0.348*78.11+（1-0.348VFmkg/kmolM *92.13=89.661-0.176=0.176*78.11+（

11、）LFm精餾段平均摩爾質(zhì)量 kg/kmolM /2=82.98 （78.71+87.25）=Vmkg/kmolM /2=84.6079.53+89.66）=（Lm2.4.4平均密度計(jì)算 2.4.4.1氣相平均密度計(jì)算 由理想氣體狀態(tài)方程計(jì)算，即 PM105.50*82.983? kg/vmm2.886?m vmRT8.314?(91.7?273.15)m2.4.4.2液相平均密度計(jì)算 液相平均密度依上式計(jì)算，即 ?iai/1/? Lm塔頂液相平均密度的計(jì)算 t= 91.7 ，查手冊得由 D0.957*78.11?0.950?a AD0.957*78.11?(1?0.957)*92.134 33

12、 kg/kg/ ? = 801.84 =798.48 mmBA13 kg/?m?801.67? LDm798.48/?（1-0.950）0.950/801.84 進(jìn)料板液相平均密度的計(jì)算由 =102.2，查手冊得 tF33kg/ kg/? = 789.79=788.07 mmBA進(jìn)料板液相的質(zhì)量分率 0.176*78.11 0.153?a? AF0.176*78.11?(1?0.176)*92.1313kg/?m ?788.33? LFm788.071-0.153）/0.153/789.79?（ 精餾段液相平均密度為3?kg/m 794.992?(801.67?788.33)/Lm2.4.5

13、液體平均表面張力的計(jì)算 液相平均表面張力依下式計(jì)算 ?ixi? Lm塔頂液相平均表面張力的計(jì)算 ?C t?81.2查手冊得 由D-1-1?m?m?,21.56mN21.12mN? LBLA-1?m?21.14mN?0.957)?21.560.957?21.12?(1 LDm進(jìn)料板液相平均表面張力的計(jì)算 t?102.2由 查手冊得 F-11-?mN5m.19?N2.,m?1859m BALL-1?m19.13mN?19.25?0.176?18.59?(10.176) LFm21.14?19.13-1?m?20.14mN? 精餾段液相平均表面張力： 1mL2 2.4.6液體平均粘度 液相平均粘度依

14、下式計(jì)算，即?lgx?lg? iLmi塔頂液相平均粘度的計(jì)算 由t=81.2查手冊得 D5 ? smpas*?0.308?0.305mpa*BA? 0.043*lg(0.308)0.957*lg(0.305)lg?LDm? 解出 smpa*?0.279LDm進(jìn)料板液相平均粘度的計(jì)算 由t=102.2，查手冊的 F? smpa*?0.251mpa*s0.260BA? 0.824*lg(0.260)0.176*lg(0.251)lg?LFm?0.258mpa*s 解出 LFm精餾段液相平均粘度的計(jì)算 ?(0.279?0.358)/2?0.269mpa*s Lm2.5精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算 2.5

15、.1塔徑的計(jì)算 精餾段的氣、液相體積流率為 VM1129.34*82.983VM/s?9.020m?V S?3600?36002.886VMLM952.88*84.603LM/sL?0.028m S?794.9936003600?LM ?VLC? 由 mas?VCC由圖5-1查取，圖的橫坐標(biāo)為5-5計(jì)算，其中的式中 由20?L0.028?3600794.991/21/2hL()?()?0.0515 ?9.020?36002.886VVhH?0.400mh?0.10m，則取板間距 ，板上液層高度LTmHh =0.400-0.10=0.300-TLC=0.062 查圖5-1得20?20.140.2

16、0.2CLC)()(?0.0621 = =0.062 202020 794.99?2.886?1.029?0.0621 mas2.8866 取安全系數(shù)為0.70 ，則空塔氣速為 ? sm/?1.029?0.700.7203?0.70mas 4V4?9.020s mD?3.994?0.7203m 按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后為 D=4.0塔截面積為 ?222 mD?12.56?4A? r44 實(shí)際空塔氣速為9.020? s/?0.718m? 12.56 精餾塔有效高度的計(jì)算2.5.2 精餾段有效高度為Z?（N-1）H?（12?1)*0.400?4.400m T精精提餾段有效高度為 Z?（N-1）H?（7-1

17、）?0.400?2.400m T提提m 在進(jìn)料板上方開一人孔，其高度為：0.8故精餾塔的有交高度為 Z?Z?Z?0.8?4.400?2.400?0.8?7.600m 提精2.6塔板主要工藝尺寸的計(jì)算 2.6.1溢流裝置計(jì)算 m，可選用雙溢流弓形降液管，采用凹形受液盤。各項(xiàng)計(jì)算如下： D4.0 因塔徑l 堰長2.6.1.1wml 4.0=2.4= 0.60 D= 0.60 取?wh 溢流堰高度2.6.1.2wh?h?h 由OWwLh由式5-7計(jì)算，即選用平直堰，堰上液層高度 OWL2.842/3hE()h = OW1000lw近似取E=1，則 2.840.028?36002/3h?1?()?0.

18、0343m = OW10002.40mm?h 取板上清液層高度100L7 m 0.10-0.0343=0.0657故 ?hwAW 弓形降液管寬度和截面積2.6.1.3fdlw0.60 由 ? D 查圖5-7 得AWfd0.120 0.0555 ? DATA=0.0555=0.055512.56=0.697 故 A?TfW= 0.120D=0.1204.0=0.480 ?d依式5-9 驗(yàn)算液體在降液管中停留時(shí)間，即 3600AH3600?0.697?0.40Tf? s?59.957s? 0.028?3600Lh故降液管設(shè)計(jì)合理 h 降液管底隙高度2.6.1.4oLh?h 03600lu0W?0.

19、25m/su 取 00.028?3600 則mh?0.0467? 03600?2.4?0.25mm?0.0211?0.0678?0.0467hh? 0.006 0W故降液管底隙高度設(shè)計(jì)合理 mm 選用凹形受液盤，深度=50hw2.6.2塔板布置 2.6.2.1塔板的分塊 因 D800mm，故塔板采用分塊式。查表5-3得，塔板分為6塊以上。 ?2.6.2.2邊緣區(qū)寬度確定 ?0.100m,W?W?0.050mW 取 css2.6.2.3開孔區(qū)面積計(jì)算 A按式 開孔區(qū)面積a22?xrrx 2222?111A?2xr?x?sinsin?2xr?x?計(jì)算 ? 1a1180r180r?8 Wd其中 0.

20、480/2+0.1000.340?x?W? 1s2D?m ）=1.4204.0/2-（0.480+0.100?WW?x sd2Dm 4.0/2-0.05=1.950?r?W c2 故22?0.340?1.950?1.4201.950 22222?1?1m7.358?0.340?1.420?sinsin?20.3401.950A?21.4201.950? a1801.9501801.950? . 2.6.2.4篩孔計(jì)算及排列 t為篩孔按正三角形排列，取孔中心距mm153?d?3?5?t 0 為篩孔數(shù)目nA1.1557.358?1.1550 個(gè)n?=37772 220.015t 開孔率為22d0.

21、005?0 10.1%?0.907?0.907? 0.015t? 氣體通過閥孔的氣速為V9.020ss/u?12.14?m 07.358A?0.1010 塔板的流體力學(xué)驗(yàn)算2.7 塔板壓降2.7.1h 干板阻力計(jì)算2.7.1.1c2?u0V0.051h?h 計(jì)算干板阻力由式? cc?c?L0d?c0.772 得，5/3=1.667，查圖由5-10 ?0?022.88612.14? 故 液柱mh?0.0510.0458? c794.990.772?h 2.7.1.2氣體通過液層的阻力計(jì)算1?hh?h 計(jì)算氣體通過液層的阻力由式1L1V9.020ssm0.760/?u? a0.697?A?A12.

22、56fT9 ? 1/21/2 mkgs/0.760F?2.886?1.290 ? 。0.62查圖5-11，得?m 故 液柱0.062?0.62*0.100?h?h(?h)howL1w 計(jì)算2.7.1.3液體表面張力的阻力h?4L?hh 可按式液體表面張力的阻力計(jì)算，即 ?gd0L3?4104?20.14?L 液柱m?0.00207h ?0.0059.81?gd794.99?0Lh 可按下式計(jì)算，即氣體通過沒層塔板的液柱高度Phh?h?h ?1Pcm?0.109870.062?0.00207h?0.0458? 液柱 P 氣體通過每層塔板的壓降為?kpaPa9.81?656.860g?0.1098

23、7?794.99?P?h? 0.7LPP 液面落差2.7.2故可忽略液面落差且本例的塔徑和液流量均不大，對于篩板塔，液面落差很小， 的影響。 液沫夾帶2.7.3 液沫夾帶量由下式計(jì)算，即3.2?6?u105.7?a ?e? V?h?H?Tfm?0.250?2.5?0.10h?2.5h Lf3.26?0.760?105.7?氣/液kgkg 故0.1氣?e?0.0509kgkg液/? V3?0.2500.400?20.1410? 2.7.4漏液u 可由下式計(jì)算，即對篩板塔，漏液點(diǎn)氣速0,min ?h?4.4C0.0056?0.13h?u?V00,minLL s/7.248m2.8860.10?0.

24、13?0.00207)794.99/?(0.0056?4.40.772usm/12.14?u 實(shí)際孔速0,min010 穩(wěn)定系數(shù)為 u12.140?1.675?1.5K 7.248u0,min2.7.5液泛 為防止塔內(nèi)發(fā)生液泛，降液管內(nèi)液層高度應(yīng)服從下式的關(guān)系，即 Hd?hH?H? WdT?，則丙酮水物系屬一般物系，取 0.6?0.6(0.400?0.0657)?0.279H?hm WTH?h?h?h 而 dLpdh可由下式計(jì)算，即 板上不設(shè)進(jìn)口堰，d?22 液柱 mu?0.153(0.25)0.0096h?0.1530dH?0.10987?0.10?0.0096?0.2195m液柱 d?h?

25、HH ?dWT故在本設(shè)計(jì)中不會(huì)發(fā)生液泛現(xiàn)象 2.8 塔板負(fù)荷性能圖 2.8.1漏液線 ? 由 /h?h)?4.4C(0.0056?1.3?V0,minL0LVS,min? = 0,minA0h?h?h OWWLL2.842/3hE()h = OW1000lw L2.842/3?h/?h)E(?A?V4.4C0.00560.13h 得 V,mins0w00L1000lw ?4.4?0.772?0.101?7.358 3600L2.842/3S?0.0056?0.130.0657?1.000?()?0.00207794.99/2.88610002.411 2/3L13.3272.5243.325?

26、V? 整理得Ss.min 值，依上式計(jì)算出值，計(jì)算結(jié)果列于表在操作數(shù)據(jù)內(nèi)，任取幾個(gè)LVSS 3Lsm/ 0.001 0.010 0.020 0.030 0.040 ，S 3Vsm/ 4.693 5.236 6.574 5.843 6.019 ，S 1 由上表數(shù)據(jù)即可作出漏液線 液沫夾帶線2.8.2/kgkg 關(guān)系如下= 0.1 以 氣為限，求液eL?Vvss6?105.7?3.2a 由 )?(e v?hH?fLTVV?ssV?0.0843? = Sa0.69712.56?A?AfT)h2.5(h?hh?2.5? owLfwh=0.0657 wL36002.842/32/3Sh =L0.372?

27、()?1 owS2.410002/3L0.930h?0.164? 故 Sf2/3L?0.930.236H?h? SfT6?V0.0843105.7?3.2S 0.1?e v2/3?3L0.93?1020.14?0.236S12 2/3V 整理得 =17.509-69.018LSS 在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)值，依上式計(jì)算出值，計(jì)算結(jié)果列于表 3Lsm/ 0.0010 0.0100 0.0200 0.0300 0.0400 ，S 3Vsm/ 16.819 12.424 9.4370 6.9310 5.2350 ，S2 由上表數(shù)據(jù)即可作出液沫夾帶線 2.8.3液相負(fù)荷下限線mh5-7對于平直堰，取堰上

28、液層高度作為最小液體負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)。由式= 0.006 ow 得L36002.842/3S0.006h?)?E( owl1000w ，則取 E=1.000.6410000.006?3/2 0.002047?L()?1.00 ,minS36002.843 據(jù)此可作出與氣體流量無關(guān)的垂直液相負(fù)荷下限線 液相負(fù)荷上限線2.8.4 s ? 5-9 = 4得作為液體在降液管中停留時(shí)間的下限，由式以 HATf?4 ? LsHA0.4000.697?Tf?L?0.0697? 故 ass.m444 據(jù)此可作出與氣體流量無關(guān)的垂直液相負(fù)荷下限線 液泛線2.8.5?h?H)?H( 令 wdT13 ?h;h?h?h?h?

29、h?h;h;H?h?h?hh 由 ?owL1LLdc1pdwp? 聯(lián)立得hh?h?1)h?(1)H?(?h?dwcowT hhLLVhh 與的關(guān)系式代入上式，并整理得，將與與忽略?owcSSSd222/3?L?db?cVL? SSS?0.051V)(a? 式中 2?)Ac(L00?h1)?(?b?H wT2)h0.153/(l?c 0w36002/33?)2.84?10?)(E(1d lw 將有關(guān)的數(shù)據(jù)代入，得2.8860.0510.0005625?(a?) 2794.99?0.772)(0.101?7.358 0.1264?1)?0.06570.62b?0.5?0.400?(0.5?0.15312.180?c? 20.0467)?(2.436002/3?30.6029?0.62)()?d2.84?10?1.00(1 2.4222/30.6029?LL?0.0005625V0.126412.180 故SSS14 在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)值，依上式計(jì)算出值，計(jì)算結(jié)果列于表 LVSS 3Lsm/ 0