分離苯-甲苯篩板式精餾塔設(shè)計(jì)69235

1、4000kg/h苯-甲苯篩板式精餾塔設(shè)計(jì)食品工程原理課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)篩板式精餾塔設(shè)計(jì)目錄第一部分 概述1、 設(shè)計(jì)題目.32、 設(shè)計(jì)任務(wù).33、 設(shè)計(jì)條件.34、 工藝流程圖.3第二部分 工藝設(shè)計(jì)計(jì)算1、 設(shè)計(jì)方案的確定.42、 精餾塔的物料衡算.41.原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分?jǐn)?shù).4 2.原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量.4 3.物料衡算原料處理量.4三、塔板數(shù)的確定.4 1.理論板層數(shù)的求取.4 2.實(shí)際板層數(shù)的求取.64、 精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算.6 1.操作壓力計(jì)算.6 2.操作溫度計(jì)算.6 3.平均摩爾質(zhì)量計(jì)算.6 塔頂摩爾質(zhì)量計(jì)算.6 進(jìn)料板平均摩爾質(zhì)量計(jì)算.6

2、提餾段平均摩爾質(zhì)量.7 4.平均密度計(jì)算.7 氣相平均密度計(jì)算.7 液相平均密度計(jì)算.7 5.液相平均表面張力計(jì)算.7 塔頂液相平均表面張力計(jì)算.7 進(jìn)料板液相平均表面張力計(jì)算.7 6.液相平均粘度計(jì)算.8 塔頂液相平均粘度計(jì)算.8 進(jìn)料板液相平均粘度計(jì)算.8五、精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算.8 1.塔徑的計(jì)算.8 2.精餾塔有效高度計(jì)算.96、 塔板主要工藝尺寸的計(jì)算.9 1.溢流裝置計(jì)算.9 堰長(zhǎng).9 溢流堰高度.9 弓形降液管寬度和截面積.9 2.塔板布置.9 塔板的分塊.9 邊緣區(qū)寬度確定.9 開(kāi)孔區(qū)面積計(jì)算.9 篩孔計(jì)算及其排列.107、 篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算.11 1.塔板壓降.11 干

3、板阻力計(jì)算.11 氣體通過(guò)液層的阻力計(jì)算.11 液體表面張力的阻力計(jì)算.11 2.液面落差.12 3.液沫夾帶.12 4.漏液.12 5.液泛.128、 塔板負(fù)荷性能圖.13 1.漏液線.13 2.液沫夾帶線.13 3.液相負(fù)荷下限線.14 4.液相負(fù)荷上限線.14 5.液泛線.14 九、設(shè)計(jì)一覽表.16 十、參考文獻(xiàn)17第一部分 概述1、 設(shè)計(jì)題目：篩板式精餾塔設(shè)計(jì)二、設(shè)計(jì)任務(wù)：試設(shè)計(jì)分離苯-甲苯混合物的篩板精餾塔。已知原料液的處理量為4000kg/h，組成為0.38（苯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)），要求塔頂餾出液的組成為0.98，塔底釜液的組成為0.01。操作壓力進(jìn)料熱狀況回流比單板壓降全塔效率4kPa（

4、塔頂表壓）自選自選0.7kPa三、設(shè)計(jì)條件試根據(jù)上述工藝條件作出篩板的設(shè)計(jì)計(jì)算。四、工藝流程圖原料液由高位槽經(jīng)過(guò)預(yù)熱器預(yù)熱后進(jìn)入精餾塔內(nèi)。操作時(shí)連續(xù)的從再沸器中取出部分液體作為塔底產(chǎn)品（釜?dú)堃海┰俜衅髦性弦翰糠制a(chǎn)生上升蒸汽，依次通過(guò)各層塔板。塔頂蒸汽進(jìn)入冷凝器中全部冷凝或部分冷凝，然后進(jìn)入貯槽再經(jīng)過(guò)冷卻器冷卻。并將冷凝液借助重力作用送回塔頂作為回流液體，其余部分經(jīng)過(guò)冷凝器后被送出作為塔頂產(chǎn)品。為了使精餾塔連續(xù)的穩(wěn)定的進(jìn)行，流程中還要考慮設(shè)置原料槽。產(chǎn)品槽和相應(yīng)的泵,有時(shí)還要設(shè)置高位槽。且在適當(dāng)位置設(shè)置必要的儀表（流量計(jì)、溫度計(jì)和壓力表）。以測(cè)量物流的各項(xiàng)參數(shù)。第二部分 工藝設(shè)計(jì)計(jì)算一、

5、 設(shè)計(jì)方案的確定本設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)為分離苯-甲苯混合物。對(duì)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(guò)預(yù)熱器加熱至泡點(diǎn)后送入精餾塔內(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。二、精餾塔的物料衡算1.原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分?jǐn)?shù) 苯的摩爾質(zhì)量 =78.11Kg/mol 甲苯的摩爾質(zhì)量 =92.14Kg/mol =0.420=0.983=0.0122.原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量=0.42078.11+(1-0.420)92.14=86.25Kg/mol =0.98378.11+(1-0.983)92

6、.14=78.35Kg/mol =0.01278.11+(1-0.012)92.14=91.96Kg/mol3.物料衡算原料處理量 =46.38Kmol/h總物料衡算 46.38=D+W 苯物料衡算 46.380.420=0.983D+0.012W 聯(lián)立解得 D=19.49Kg/mol，W=26.89Kg/mol3、 塔板數(shù)的確定 1.理論板層數(shù)的求取 苯-甲苯屬理論物系，可采用圖解法求理論板層數(shù)。 由手冊(cè)查得苯-甲苯物系的氣液平衡數(shù)據(jù)，繪出x-y圖x00.0580.1550.2560.3760.5080.6590.831y00.1280.3040.4530.5960.720.830.9431

7、1.0 1 3 4 5 f 6 7 q線 8 e(0.42,0.42) 9 101.00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(duì)角線上，自點(diǎn)e（0.42，0.42）做垂線，ef即為 進(jìn)料線（q線），該線與平衡線的交點(diǎn)坐標(biāo)為： =0.642 =0.420 故最小回流比為：= 取操作回流比為：求精餾塔的氣、液相負(fù)荷 Kmol/h Kmol/h Kmol/h Kmol/h求操作線方程 精餾段操作線方程 提餾段操作線方程圖解法求理論板層數(shù) 采用圖解法求理論板層數(shù)，求解結(jié)果為： 總理論板層數(shù)，進(jìn)料板位置2. 實(shí)際板層數(shù)的求取 精餾段實(shí)際板層數(shù)： 提餾段實(shí)際板層數(shù)：4、 精餾塔的工藝條件

8、及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算 以精餾段為例進(jìn)行計(jì)算。 1.操作壓力計(jì)算塔頂操作壓力 kPa每層塔板壓降 kPa進(jìn)料板壓力 kPa提餾段平均壓力 kPa 2.操作溫度計(jì)算依據(jù)操作壓力，由泡點(diǎn)方程通過(guò)試差法計(jì)算出泡點(diǎn)溫度，其中苯、甲苯的飽和蒸汽壓由安托尼方程計(jì)算，計(jì)算過(guò)程略。計(jì)算結(jié)果如下: 塔頂溫度 進(jìn)料板溫度 3.平均摩爾質(zhì)量計(jì)算 塔頂摩爾質(zhì)量計(jì)算：由 進(jìn)料板平均摩爾質(zhì)量計(jì)算 由圖解理論板，得 查平衡曲線，得 提餾段平均摩爾質(zhì)量 4.平均密度計(jì)算氣相平均密度計(jì)算 由理想氣體狀態(tài)方程計(jì)算，即 液相平均密度計(jì)算 液相平均密度依下式計(jì)算： 塔頂液相平均密度計(jì)算： 由，查手冊(cè)得 進(jìn)料板液相平均密度計(jì)算 由，查手

9、冊(cè)得 進(jìn)料板液相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)算 精餾段液相平均密度為 5.液相平均表面張力計(jì)算 液相平均表面張力依下式計(jì)算，即 塔頂液相平均表面張力計(jì)算 由，查手冊(cè)得 進(jìn)料板液相平均表面張力計(jì)算 由，查手冊(cè)得 精餾段液相平均表面張力為： 6.液相平均粘度計(jì)算 液相平均粘度依下式計(jì)算： 塔頂液相平均粘度計(jì)算 由，查手冊(cè)得 解得 進(jìn)料板液相平均粘度計(jì)算 由，查手冊(cè)得 解得 精餾段液相平均粘度為 5、 精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算 1.塔徑的計(jì)算 精餾段的氣、液相體積流率為： 由，式中由式（5-5）計(jì)算，其中的由圖5-1查取，圖的橫坐標(biāo)為： 取板間距，則 查圖5-1得=0.070 按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后為 塔截面積為 實(shí)際空

10、塔氣速為 2.精餾塔的有效高度的計(jì)算 精餾段有效高度為 提餾段有效高度為 在進(jìn)料板上方開(kāi)一人孔，其高度為0.8m，故精餾塔的有效高度為 6、 塔板主要工藝尺寸的計(jì)算 1.溢流裝置計(jì)算篩板式塔的溢流裝置包括溢流堰，降液管和受液盤(pán)等幾部分。其尺寸和結(jié)構(gòu)對(duì)塔的性能有著重要影響。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合其他影響因素，當(dāng)因D=1.0m,可選用單溢流弓形降液管，不設(shè)進(jìn)口堰，采用凹形受液盤(pán)。各項(xiàng)計(jì)算如下：堰長(zhǎng) 取溢流堰高度 由，選用平直堰，堰上液層高度 近似取E=1，則取板上清液層高度 弓形降液管寬度和截面積 由 故 依式（5-9）驗(yàn)算液體在降液管中停留時(shí)間，即 故降液管設(shè)計(jì)合理。降液管底隙高度 取 故降液管底隙高度

11、設(shè)計(jì)合理。 選用凹形受液盤(pán)，深度 2.塔板布置 塔板的分塊 因，故塔板采用分塊式。查表5-3得，板塊分為3快。 邊緣區(qū)快讀確定 取 開(kāi)孔區(qū)面積計(jì)算 開(kāi)孔區(qū)面積按式（5-12）計(jì)算，即 其中 故 篩孔計(jì)算及其排列 本例所處理的物系無(wú)腐蝕性，可選用碳鋼板，取篩孔直徑 篩孔按正三角形排列，取孔中心距 篩孔數(shù)目 開(kāi)孔率為 氣體通過(guò)篩孔的氣速為 七、篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算 1.塔板壓降 干板阻力 干板阻力 由 故 氣體通過(guò)液層的阻力計(jì)算 氣體通過(guò)液層的阻力由式（5-20）計(jì)算： 查圖5-11，得。故 液體表面張力的阻力計(jì)算 液體表面張力所產(chǎn)生的阻力由式（5-23）計(jì)算： 氣體通過(guò)每層塔板的液柱高度可按下式計(jì)

12、算： 氣體通過(guò)每層塔板的壓降為： 2.液面落差對(duì)于篩板塔，液面落差很小，且本例的塔徑和液流量均不大，故可忽略液面落差的影響。 3. 液沫夾帶 液模夾帶量由式（5-24）計(jì)算： 故 在本設(shè)計(jì)中液沫夾帶量在允許范圍內(nèi)。4.漏液 對(duì)篩板塔，漏液點(diǎn)氣速可由式（5-25）計(jì)算： 實(shí)際孔速 穩(wěn)定系數(shù)為 故在本設(shè)計(jì)中無(wú)明顯漏液。5.液泛 為防止塔內(nèi)發(fā)生液泛，降液管內(nèi)液層高 苯-甲苯物系屬一般物系，取，則 板上不設(shè)進(jìn)口堰，可由式（5-30）計(jì)算，即 故在本設(shè)計(jì)中不會(huì)發(fā)生液泛現(xiàn)象。八 塔板負(fù)荷性能圖1漏液線漏液線，又稱(chēng)氣相負(fù)荷下限線。氣相負(fù)荷低于此線將發(fā)生嚴(yán)重的漏液現(xiàn)象，氣、液不能充分接觸，使塔板效率下降。 整

13、理得 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)果列于下表。0.00060.3030.00150.3130.00300.3250.00450.335 由此表數(shù)據(jù)即可作出漏液線1。 2.液沫夾帶線當(dāng)氣相負(fù)荷超過(guò)此線時(shí)，液沫夾帶量過(guò)大，使塔板效率大為降低。對(duì)于精餾，一般控制eV0.1kg液/kg氣。以ev=0.1kg液/kg為限,求Vs-Ls關(guān)系如下: 由 整理得 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)果列于下表。0.00061.2090.00151.1490.00301.0720.00451.007 由此表數(shù)據(jù)即可作出液沫夾帶線2。 3液相負(fù)荷下限線液相負(fù)荷低于此線，就不能保證塔

14、板上液流的均勻分布，將導(dǎo)致塔板效率下降。 對(duì)于平直堰，取堰上液層高度作為最小液體負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)。由式（5-7）得 取E=1，則 據(jù)此可作出與氣體流量無(wú)關(guān)的垂直液相負(fù)荷下限線3。 4.液相負(fù)荷上限線該線又稱(chēng)降液管超負(fù)荷線。液體流量超過(guò)此線，表明液體流量過(guò)大，液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間過(guò)短，進(jìn)入降液管的氣泡來(lái)不及與液相分離而被帶入下層塔板，造成氣相返混，降低塔板效率。以作為液體在漿液管中停留時(shí)間的下限，由式（5-9）得 據(jù)此可作出與氣體流量無(wú)關(guān)的垂直液相負(fù)荷上限線4。 5.液泛線若操作的氣液負(fù)荷超過(guò)此線時(shí)，塔內(nèi)將發(fā)生液泛現(xiàn)象，使塔不能正常操作。液泛可分為降液管液泛和液沫夾帶液泛兩種情況，在浮閥塔板的流體力學(xué)

15、驗(yàn)算中通常對(duì)降液管液泛進(jìn)行驗(yàn)算。為使液體能由上層塔板順利地流入下層塔板，降液管內(nèi)須維持一定的液層高度Hd令聯(lián)立得 式中 將有關(guān)數(shù)據(jù)帶入，得： 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)果列于下表：0.00061.2380.00151.1550.00301.0360.00450.919 由此表數(shù)據(jù)即可作出液泛線5 根據(jù)以上各線方程，可作出篩板塔的負(fù)荷性能圖： 泡沫夾帶線2 下 液泛線5 限 線上 3 限 線4A 漏液線1 0 在負(fù)荷性能圖上，作出操作點(diǎn)A，連接OA，即作出操作線。由圖可看出，該篩板上限為液泛控制，下限為漏液控制。由圖查得 故操作彈性為 九、設(shè)計(jì)一覽表將設(shè)計(jì)篩板的主要結(jié)果匯總于下表：序號(hào) 項(xiàng)目數(shù)值 序號(hào)項(xiàng)目數(shù)值 1 平均溫度90.817邊緣區(qū)寬度，m0.0352平均壓力108.818開(kāi)孔區(qū)面積0.5243氣相流量0.61419篩孔直徑，m0.0054液相流量0.001720篩孔數(shù)目n26905實(shí)際塔板數(shù)2421孔中心距t，m0.0156有效段高度Z，m9.622開(kāi)孔率，%10.17塔徑D，m1.023空塔氣速u(mài)，m/s0.7828板間距，m0.424篩孔氣速，m/s11.569溢流形式單溢流25穩(wěn)定系數(shù)1.9310降液管形式弓形26每層塔板壓降，kPa0.62911堰長(zhǎng)，m0.6627負(fù)荷上限液泛控制12堰高，m0.04728負(fù)荷下限漏液控制13板上液層高度