化工原理課程設(shè)計-分離苯-甲苯的混合物

.;化工原理課程設(shè)計說明書系別：專業(yè)：學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：2013年月日目錄TOC\o"1-3"\h\u1設(shè)計方案的確定 12精餾塔的物料衡算 12.1原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分?jǐn)?shù) 12.2原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量 12.3物料衡算 13塔板數(shù)的確定 24精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計算 44.1操作壓力計算 44.2操作溫度計算 44.3平均摩爾質(zhì)量計算 54.4平均密度計算 64.5液體平均表面張力計算 74.6液體平均粘度計算 75精餾塔的塔體工藝尺寸的計算 85.1塔徑的計算 85.2精餾塔有效高度的計算 106塔板主要工藝尺寸的計算 116.1溢流裝置計算 116.2踏板布置 127篩板的流體力學(xué)驗算 147.1塔板壓降 147.2液面落差 157.3液沫夾帶 157.4漏液 157.5液泛 168塔板負(fù)荷性能圖 168.1液漏線 168.2液沫夾帶線 178.3液相負(fù)荷下限線 188.4液相負(fù)荷上限線 198.5液泛線 19PAGE221設(shè)計方案的確定本設(shè)計任務(wù)為分離苯-甲苯的混合物。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，冷凝液在泡點下一部分回流至塔內(nèi),其余部分經(jīng)產(chǎn)品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2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精餾塔的物料衡算2.1原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分?jǐn)?shù)苯的摩爾質(zhì)量甲苯的摩爾質(zhì)量2.2原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量2.3物料衡算原料處理量總物料衡算苯物料衡算聯(lián)立解得3塔板數(shù)的確定計算最小回流比，因當(dāng)選取時，即解得，因為，所以相平衡方程或（a）由式（a）得精餾段操作線（b）提餾段操作線(因q=1)式中代入可得（c）泡點進(jìn)料q=1,yx第1塊板0.9660.920017524第2塊板0.9300131430.84325817第3塊板0.8724436270.734684502第4塊板0.7910133770.605115608第5塊板0.6938367060.478488259第6塊板0.5988661940.376724377表3-1塔板數(shù)解法（a）因，第7塊板上升的氣相組成由提餾段操作方程（c）計算，yx第7塊板0.4910010.280856302第8塊板0.3612026120.186279846第9塊板0.2372128780.11182445第10塊板0.1396018540.061640216第11塊板0.0738103230.03125571第12塊板0.0339762360.014039448第13塊板0.0114057170.004649258表3-2塔板數(shù)解法（b）同樣，所需總理論板數(shù)為13塊，第6塊加料，精餾段需5塊板。實際板層數(shù)的求取精餾段實際板層數(shù)提餾段實際板層數(shù)4精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計算4.1操作壓力計算塔頂操作壓力每層塔板壓降?p=0.7kPa進(jìn)料板壓力精餾段平均壓力塔釜壓強(qiáng)提餾段平均壓力4.2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:苯甲苯得由表格得塔頂溫度同理可得進(jìn)料板溫度精餾段平均溫度塔釜溫度提餾段平均溫度4.3平均摩爾質(zhì)量計算塔頂平均摩爾質(zhì)量計算由,得進(jìn)料板平均摩爾質(zhì)量計算,,得精餾段平均摩爾質(zhì)量計算塔釜平均摩爾質(zhì)量計算,提餾段平均摩爾質(zhì)量計算4.4平均密度計算（1)氣相平均密度計算由理想氣體狀態(tài)方程計算，即精餾段的計算提餾段的計算液相平均密度計算塔頂液相平均密度計算：由查手冊得進(jìn)料板液相平均密度計算：由進(jìn)料板液相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為精餾段液相平均密度為塔釜液相平均密度為,查手冊得提餾段液相平均密度為4.5液體平均表面張力計算塔頂液相平均表面張力計算:由進(jìn)料板液相平均表面張力計算:由，精餾段液相平均表面張力為塔釜液相平均表面張力為由，查手冊得，提餾段平均表面張力為4.6液體平均粘度計算塔頂液相平均粘度的計算：由，解得進(jìn)料板液相平均粘度的計算：由查手冊得，，解得精餾段液相平均粘度為塔釜液相平均粘度的計算：由，解得提餾段液相平均粘度為5精餾塔的塔體工藝尺寸的計算5.1塔徑的計算（1）精餾段的氣、液相體積流量為(D表示的是餾出液的流率）式中由計算，經(jīng)查表得，圖的橫坐標(biāo)為取板間距板上液層高度，則查圖得取安全系數(shù)為，則空塔氣速為（表示的是塔徑）按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后為塔截面積為實際空塔氣速為提餾段的氣、液相體積流量為,式中由計算，經(jīng)查表得，圖的橫坐為取板間距板上液層高度，則查圖得,取安全系數(shù)為，則空塔氣速為（表示的是塔徑）按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后為塔截面積為實際空塔氣速為5.2精餾塔有效高度的計算精餾段有效高度為提餾段有效高度為在進(jìn)料板上方開一人孔，其高度為6塔板主要工藝尺寸的計算6.1溢流裝置計算因為塔徑，可選用單溢流弓形降液管，采用凹形受液盤。各項計算如下。堰長取(2)溢流堰高度選用平直堰，堰上液層高度由近似取E=1，則取板上清液高度，則弓形降液管寬度和截面積由弓形降液管的參數(shù)圖得故依式則，故降液管設(shè)計合理。（4）降液管底隙高度，滿足取，則，，故降液管底隙高度設(shè)計合理。選用凹形受液盤，深度。6.2踏板布置塔板的分塊因，故塔板采用分塊式。查表得，塔板分為3塊。塔徑/mm800~12001400~16001800~200塔板分塊數(shù)345表6-1單溢流型塔板分塊數(shù)邊緣區(qū)寬度確定取。開孔區(qū)面積計算開孔區(qū)面積按其中故篩孔計算及其排列本例處理的物系無腐蝕性，可選用的碳鋼板，取篩孔直徑。篩孔按正三角形排列，取孔中心距為篩孔數(shù)目為開孔率為氣孔通過閥孔的氣速為7篩板的流體力學(xué)驗算7.1塔板壓降干板阻力計算干板阻力由式由查圖得，故液柱液柱氣體通過液層的阻力好計算氣體通過液層的阻力由式，由計算查圖得液柱液柱液體表面張力的阻力計算液體表面張力所產(chǎn)生的阻力由式計算液柱液柱氣體通過每層塔板的液柱可按下式計算，即液柱液柱氣體通過每層塔板的壓降為（設(shè)計允許值）（設(shè)計允許值）7.2液面落差對于篩板塔，液面落差很小，切本例的塔徑和液面量均不大，故忽略液面落差的影響。7.3液沫夾帶液沫夾帶量由式計算，一般取，即故在本設(shè)計中液沫夾帶量在允許范圍內(nèi)。7.4漏液對篩板塔，漏液點氣速可由式計算，即實際孔速穩(wěn)定系數(shù)為，故在本設(shè)計中無明顯漏液。7.5液泛為防止塔內(nèi)發(fā)生液泛，降液管內(nèi)液層高應(yīng)服從式關(guān)系，苯-甲苯物系屬一般物系，取則而板上不設(shè)進(jìn)口堰，由式計算，即液柱液柱液柱因故在本設(shè)計中不會發(fā)生液泛現(xiàn)象。8塔板負(fù)荷性能圖8.1液漏線由得整理得整理得0.00060.00150.00300.00450.00600.3070.3170.3290.3390.3470.2900.2990.3100.3200.328表8-1計算結(jié)果由上表數(shù)據(jù)可作出液漏線1.8.2液沫夾帶線以，關(guān)系如下：整理得整理得0.00060.00150.00300.00450.00601.8091.7231.6141.5221.4401.7921.7081.6011.5111.430表8-2計算結(jié)果由上表數(shù)據(jù)可作出液沫夾帶線2.8.3液相負(fù)荷下限線對于平直堰，取堰上液層高度作為最小液體負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)。由式得取,則據(jù)此可作出與氣體流量無關(guān)的垂直液相負(fù)荷下線線3.8.4液相負(fù)荷上限線以作為液體在降液管中停留時間的下限，由式得故據(jù)此可作出與氣體流量無關(guān)的垂直液相負(fù)荷上限線4.8.5液泛線令,聯(lián)立得忽略，將的關(guān)系代入上式，并整理得，式中將有關(guān)數(shù)據(jù)代入，得，故0.00060.00150.00300.00450.00601.0811.0420.9780.9050.8171.0260.9900.9340.8730.801表8-3計算結(jié)果由上表數(shù)據(jù)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，如下圖所示。圖8.1精餾段篩板塔負(fù)荷性能圖圖8.2提餾段篩板塔負(fù)荷性能圖在負(fù)荷性能圖上，作出操作線，有圖可以看出，該篩塔的操作上限為液泛控制，下限為漏液控制。由圖可得故操作彈性為過操作彈性為所設(shè)計篩板塔的主要結(jié)果匯總?cè)缦卤恚罕?-4篩板塔設(shè)計計算結(jié)果序號項目數(shù)值1平均溫度、89.7、104.62平均壓力、108.8、114.43氣相流量、0.589、0.5834液相流量、0.0016、0.00185實際塔板數(shù)266有效段高度10.47塔徑、1.0、1.08板間距、0.40、0.409溢流形式單溢流10降液管形式弓形11堰長、0.66、0.6612堰高、0.048、0.04713板上