苯甲苯連續(xù)精餾篩板塔的設(shè)計

1、成績一、設(shè)計題目苯-甲苯連續(xù)精餾篩板塔的設(shè)計。二、設(shè)計任務(wù)(1)原料液中苯含量：質(zhì)量分率50(質(zhì)量)，其余為甲苯。(2)塔頂產(chǎn)品中苯含量不得低于95(質(zhì)量)。(3)殘液中苯含量不得高于5(質(zhì)量)。(4)生產(chǎn)能力：43000/y苯產(chǎn)品，年開工300天。三、操作條件(1)精餾塔頂壓強(qiáng)：4.0kPa(表壓) (2)進(jìn)料熱狀態(tài)：泡點進(jìn)料(3)回流比：自選 (4)單板壓降壓：0.7kPa 四、課程設(shè)計內(nèi)容1、精餾塔的物料衡算及塔板數(shù)的確定2、精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計3、精餾塔的塔體及塔板工藝尺寸計算4、塔板的流體力學(xué)驗算5、塔板的負(fù)荷性能圖的繪制6、精餾塔接管尺寸計算7、繪制帶控制點的生產(chǎn)工藝

2、流程圖(A3 圖紙)8、繪制主體設(shè)備圖(A2圖紙)五、課程設(shè)計的目的 化工原理課程設(shè)計是一個綜合性和實踐性較強(qiáng)的教學(xué)環(huán)節(jié)，也是培養(yǎng)學(xué)生獨立工作的有益實踐，更是理論聯(lián)系實際的有效手段。通過課程設(shè)計達(dá)到如下目的： 1鞏固化工原理課程學(xué)習(xí)的有關(guān)內(nèi)容，并使它擴(kuò)大化和系統(tǒng)化； 2培養(yǎng)學(xué)生計算技能及應(yīng)用所學(xué)理論知識分析問題和解決問題的能力；3熟悉化工工藝設(shè)計的基本步驟和方法； 4學(xué)習(xí)繪制簡單的工藝流程圖和主體設(shè)備工藝尺寸圖； 5訓(xùn)練查閱參考資料及使用圖表、手冊的能力；6 通過對“適宜條件”的選擇及對自己設(shè)計成果的評價，初步建立正確的設(shè)計思想，培養(yǎng)從工程技術(shù)觀點出發(fā)考慮和處理工程實際問題的能力。一、設(shè)計方案

3、與工藝流程圖1、設(shè)計方案本設(shè)計任務(wù)為分離苯-甲苯混合物。對于二元混合物的分離，采用連續(xù)精餾流程。設(shè)計中采用泡點進(jìn)料，將原料液通過預(yù)熱器加熱至泡點后送人精餾塔內(nèi)。塔頂上升蒸氣采用全凝器冷凝，冷凝液在泡點溫度下一部分回流至塔內(nèi)，其余部分產(chǎn)品經(jīng)冷卻器冷卻后送至儲罐。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（）倍。塔釜采用間接蒸汽加熱，塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送至儲罐。2、 工藝流程圖二、精餾塔的物料衡算1、原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分率苯的摩爾質(zhì)量甲苯的摩爾質(zhì)量2、 原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量3、物料衡算 原料處理量總物料衡算 苯物料衡算 聯(lián)立解得式中 F-原料液流量 D-

4、塔頂產(chǎn)品量 W-塔底產(chǎn)品量4、 相對揮發(fā)度的計算氣液相平衡數(shù)據(jù)t/859095100105x/摩爾分?jǐn)?shù)0y/摩爾分?jǐn)?shù)0時，.時，.平均相對揮發(fā)度三、塔板數(shù)的確定1、理論板層數(shù)的求算（逐板法求塔板數(shù)）(1)平衡線方程的求算 汽液相平衡方程式：.(2)q線方程進(jìn)料狀態(tài)由五種，即過冷液體進(jìn)料（q1),飽和液體進(jìn)料（q1），氣液混合進(jìn)料(0q1)和過熱蒸汽進(jìn)料(q0)，本設(shè)計選用的為泡點進(jìn)料，故q=1。則xF=xq(3) 最小回流比；由以上兩式可得：；由于(4) 精餾段操作線方程精餾段液相質(zhì)量流量：精餾段氣相質(zhì)量流量：精餾段操作方程：提餾段液相質(zhì)量流程：提段氣相質(zhì)量流程：提餾段操作線方程：.由以上精餾

5、段操作方程和提餾段操作線方程可得：兩操作線交點的橫坐標(biāo)為(5)理論塔板數(shù)的確定先交替使用相平衡方程和精餾段操作線方程計算如下：以下交替使用提餾線操作線方程語相平衡方程得：故理論板為11塊，精餾板為5塊，第6塊為進(jìn)料板.（6）、全塔效率的計算查溫度組成圖得到，塔頂溫度TD=，塔釜溫度TW=1，全塔平均溫度Tm =9。分別查得苯、甲苯在平均溫度下的粘度：則又此時的相對揮發(fā)度為：則ET=（L）（7） 、求實際塔板數(shù)精餾段實際板層數(shù)提餾段實際板層數(shù)進(jìn)料板在第11塊板。四、精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計算1、操作壓力計算kPa每層塔板壓降 P進(jìn)料板壓力塔底操作壓力=120kPa精餾段平均壓力 P m

6、1 （105.3+112.3）/提餾段平均壓力P m2 =（112.3+120）/2 =11kPa2、操作溫度計算 依據(jù)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(jié)果如下： 塔頂溫度tD進(jìn)料板溫度tF=塔底溫度tW=精餾段平均溫度=（ 8）/2 = 8提餾段平均溫度=（）/2 =3、 平均摩爾質(zhì)量計算 塔頂平均摩爾質(zhì)量計算 由xD=y1=0.957,代入相平衡方程得x1=00進(jìn)料板平均摩爾質(zhì)量計算 由上面理論板的算法，得0.744，0.541塔底平均摩爾質(zhì)量計算由xW=584,由相平衡方程，得yW=32精餾段平均摩爾質(zhì)量提餾段平均

7、摩爾質(zhì)量4、 平均密度的計算（1）、氣相平均密度計算 由理想氣體狀態(tài)方程計算，精餾段的平均氣相密度即提餾段的平均氣相密度（2）、液相平均密度計算 液相平均密度依下式計算，即 塔頂液相平均密度的計算 由tD8，查手冊得 塔頂液相的質(zhì)量分率 苯=進(jìn)料板液相平均密度的計算 由tF，查手冊得 進(jìn)料板液相的質(zhì)量分率苯=塔底液相平均密度的計算 由tw，查手冊得塔底液相的質(zhì)量分率 提餾段液相平均密度為精餾段液相平均密度為 5、液體平均表面張力計算 液相平均表面張力依下式計算，即 塔頂液相平均表面張力的計算 由 tD8，查手冊得 進(jìn)料板液相平均表面張力的計算 由tF，查手冊得 塔底液相平均表面張力的計算 由

8、tW1，查手冊得 精餾段液相平均表面張力為 提餾段液相平均表面張力為 6、液體平均粘度計算 液相平均粘度依下式計算，即 塔頂液相平均粘度的計算 由 tD8，查手冊得 進(jìn)料板液相平均粘度的計算 由tF，查手冊得 塔底液相平均粘度的計算 由tw，查手冊得 精餾段液相平均粘度為 提餾段液相平均粘度為 6、 氣液負(fù)荷計算精餾段：提留段：五、精餾塔的塔體工藝尺寸計算 塔徑的計算塔板間距HT的選定很重要，它與塔高、塔徑、物系性質(zhì)、分離效率、塔的操作彈性，以及塔的安裝、檢修等都有關(guān)?？蓞⒄障卤硭窘?jīng)驗關(guān)系選取。表 板間距與塔徑關(guān)系塔徑DT，m板間距HT，mm2003002503503004503506004

9、00600對精餾段：初選板間距，取板上液層高度，故；查史密斯關(guān)聯(lián)圖，得C20=0.070；依式校正物系表面張力為20.2796（mN/m）時0.8），故對提餾段：初選板間距，取板上液層高度，故；查史密斯關(guān)聯(lián)圖，得C20=7；依式校正物系表面張力為18.95133(mN/m)時 將精餾段和提溜段相比較可以知道二者的塔徑不一致，根據(jù)塔徑的選擇規(guī)定，對于相差不大的二塔徑取二者中較大的，因此在設(shè)計塔的時候塔徑取。六、溢流裝置計算 1、取堰長lW=（0.60.8）D，故lW2、取堰寬及降液管面積 3、停留時間故降液管設(shè)計合理。4、堰高 精餾段： 取E=1 提留段：5、降液管底隙高度ho精餾段： 提留段：

10、七、堰板布置及篩板塔的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)1、 篩板布置2、 篩板直徑do，孔中心距t，板厚3、 開孔率4、孔數(shù)8、 水力學(xué)計算1、塔板阻力hp 精餾段：提留段：2、漏液點當(dāng)孔速低于漏液點氣速時，大量液體從篩孔漏液，這將嚴(yán)重影響塔板效率。因此，漏液點氣速為下限氣速，篩孔的漏液點氣速按下式計算： 精餾段： 提留段：3、 霧沫夾帶 精餾段：提留段：4、 液泛的校核為了避免液泛，降液管中液面高（Hd）不得超過1.40.6倍的（HT+hW），其中液體在降液管出口阻力： 精餾段： 提留段：故在設(shè)計負(fù)荷下不會發(fā)生液泛。九、負(fù)荷性能圖 精餾段：（1） 、漏液線（2）霧沫夾帶線令可容許的霧沫夾帶最大量為0.05kg/

11、kg氣，（3） 、液體流量下限規(guī)定時，液體流量達(dá)下限（4） 、液體流量上限以液體在降液管內(nèi)停留時間為4s規(guī)定液體流量上限（5）、液泛線 取作液泛線，則又提留段：（1）、漏液線（2）霧沫夾帶線令可容許的霧沫夾帶最大量為0.05kg/kg氣，（5） 、液體流量下限規(guī)定時，液體流量達(dá)下限（6） 、液體流量上限以液體在降液管內(nèi)停留時間為4s規(guī)定液體流量上限（5）、液泛線 取作液泛線，則又5、 主要接管尺寸的選取1、 進(jìn)料管3,所以體積流率取管內(nèi)流速UF=則進(jìn)料管直徑2、 回流管 回流的體積流率 取管內(nèi)流速UR=1m/s則回流管直徑3、 釜液出口管體積流率 取管內(nèi)流速UWm/s則釜液出口管直徑4、 塔頂

12、蒸汽管取管內(nèi)流速UW=15m/s則塔頂蒸汽管直徑5、 塔頂產(chǎn)品出口管徑體積流率 取管內(nèi)流速UD=1m/s則塔頂產(chǎn)品出口管直徑11、 冷凝器與再沸器的計算項目臨介溫度/臨介壓力/MPa苯289甲苯冷凝器：熱負(fù)荷QC = Vrm由陳氏公式求出rm.(1)、對苯（2）、對甲苯所以 取K=800kcal/()，設(shè)冷卻水的進(jìn)口溫度為30，出口溫度為45kJ/kg再沸器：熱負(fù)荷Qr = Vrm；由陳氏公式求出rm.（1）、對苯（2）、對甲苯；取K=700kcal/()十二、板式塔結(jié)構(gòu) 板式塔內(nèi)部裝有塔板、降液管、各物流的進(jìn)出口管及人孔（手孔）、基座、除沫器等附屬裝置。除一般塔板按設(shè)計板間距安裝外，其他處根據(jù)需要決定其間距。（1） 塔頂空間 塔頂空間指塔內(nèi)最上層塔板與塔頂?shù)拈g距。為利于出塔氣體夾帶的液滴沉降，此段遠(yuǎn)高于板間距（甚至高出一倍以上），本塔塔頂空間?。?） 塔底空間 塔底空間指塔內(nèi)最下層塔底間距。其值由如下兩個因素決定。塔底駐液空間依貯存液量停留35min或更長時間（易結(jié)焦物料可縮短停留時間）而定。塔底液面至最下層塔板之間要有12m的間距，大塔可大于此值。本塔取（3） 人孔 一般每隔68層塔板設(shè)一人孔。設(shè)人孔處的板間距等于或大于600mm，人孔直徑一般為450500mm，其伸出塔體得筒體長為200250