苯甲苯篩板精餾塔課程設計

苯甲苯篩板精餾塔課程設計河西學院HexiUniversity化工原理課程設計題目:苯-甲苯篩板式精餾塔設計學院:化學化工學院專業(yè):化學工程與工藝學號:姓名:指導教師:12月6日TOC\o"1-3"\h\u目錄化工原理課程設計任務書HYPERLINK1.概述 5HYPERLINK1.1序言 5HYPERLINK1.2再沸器 5HYPERLINK1.3冷凝器 5HYPERLINK2.方案選擇及流程說明 6HYPERLINK3.塔工藝計算 6HYPERLINK3.1原料及塔頂塔底產品摩爾分率 7HYPERLINK3.2原料液及塔頂、塔底產品平均摩爾質量 7HYPERLINK3.3物料衡算 7HYPERLINK4.塔板數確實定 74.1HYPERLINK理論塔板數 7HYPERLINK4.2最小回流比及操作回流比 8HYPERLINK4.3精餾塔氣、液相負荷 8HYPERLINK4.4操作線方程 9HYPERLINK4.5圖解法求理論塔板數 9HYPERLINK4.6實際板層數 9HYPERLINK5.精餾塔工藝條件及關于物性數據 9HYPERLINK5.1操作壓力 9HYPERLINK5.2操作溫度 10HYPERLINK5.3平軍摩爾質量 105HYPERLINK.4平均密度 11HYPERLINK5.5液體平均表面張力 12HYPERLINK5.6液體平均黏度 12HYPERLINK6.精餾塔塔體工藝尺寸 13HYPERLINK6.1塔徑 13HYPERLINK6.2空塔氣速 13HYPERLINK6.3實際空塔氣速 14HYPERLINK6.4精餾塔有效高度 15HYPERLINK7.踏板主要工藝尺寸設計 15HYPERLINK7.1塔板布置 187.2.塔板布置………….18HYPERLINK8.篩板流體力學驗算 19HYPERLINK8.1塔板壓降 19HYPERLINK8.2液面落差 20HYPERLINK8.3液沫夾帶 20HYPERLINK8.4漏液 21HYPERLINK8.5液泛 21HYPERLINK9.塔板負荷性能圖 22HYPERLINK9.1漏液線 22HYPERLINK9.2液沫夾帶線 22HYPERLINK9.3液相負荷下限線 23HYPERLINK9.4液相負荷上限線 24HYPERLINK9.5液泛線 24HYPERLINK10.板式塔常見附件 26HYPERLINK10.1進料罐線管徑 27HYPERLINK11.隸屬設備 30HYPERLINK11.1塔頂空間 30HYPERLINK11.2塔底空間. 30HYPERLINK11.3人孔 30HYPERLINK11.4塔高 30HYPERLINK12.設計篩板塔主要結果匯總： 30HYPERLINK參考文件 32HYPERLINK設計心得體會

32HYPERLINK成績評定： 33

化工原理課程設計任務書一、設計題目苯-甲苯板式精餾塔設計二、設計任務及操作條件1.設計任務生產能力（進料量）100000噸/年操作周期7000小時/年進料組成56%（苯質量分率，下同）塔頂產品組成≥98.5%塔底產品組成≤1.5%2.操作條件操作壓力4kPa進料熱狀態(tài)泡點進料加熱蒸汽低壓蒸汽3.設備型式篩板塔4.廠址天津=3\*CHINESENUM3三、設計內容=1\*Arabic1.設計方案選擇及流程說明2.塔工藝計算3.主要設備工藝尺寸設計=1\*GB2⑴.塔徑塔高及板結構尺寸確實定=2\*GB2⑵.塔板流體力學校核=3\*GB2⑶.塔板負荷性能圖=4\*GB2⑷.總塔高總壓降及接管尺寸確實定4.輔助設備選型與計算5.設計結果匯總6.工藝流程圖及精餾工藝條件圖7.設計評述概述1.1序言化工原理課程設計是綜合利用《化工原理》課程和關于先修課程（《物理化學》，《化工制圖》等）所學知識，完成一個單元設備設計為主一次性實踐教學，是理論聯(lián)絡實踐橋梁，在整個教學中起著培養(yǎng)學生能力主要作用。經過課程設計，要求愈加熟悉工程設計基本內容，掌握化工單元操作設計主要程序及方法，鍛煉和提升學生綜合利用理論知識和技能能力，問題分析能力，思索問題能力，設計能力等。精餾是分離液體混合物（含可液化氣體混合物）最常見一個單元操作，在化工，煉油，石油化工等工業(yè)中得到廣泛應用。精餾過程在能量劑驅動下（有時加質量劑），使氣液兩相數次直接接觸和分離，利用液相混合物中各組分揮發(fā)度不通，使易揮發(fā)組分由液相向氣相轉移難揮發(fā)組分由氣相向液相轉移，實現(xiàn)原料混合液中各組分分離。依照生產上不一樣要求，精餾操作能夠是連續(xù)或間歇，有些特殊物系還能夠采取恒沸精餾或萃取精餾等特殊方法進行分離。本設計得題目是苯-甲苯連續(xù)精餾板式塔設計，即需設計一個精餾塔用來分離一會發(fā)苯和不易揮發(fā)甲苯，采取連續(xù)操作方式，需設計一板式塔將其分離。1.2再沸器作用：用以將塔底液體部分汽化后送回精餾塔，使塔內氣液兩相間接觸傳得以進行。本設計采取立式熱虹吸式再沸器，它是一垂直放置管殼式換熱器。液體在自下而上經過換熱器管程時部分汽化，由在殼程內載熱體供熱。1.3冷凝器用以將塔頂蒸氣冷凝成液體，部分冷凝液作塔頂產品，其余作回流液返回塔頂，使塔內氣液兩相間接觸傳質得以進行，最常見冷凝器是管殼式換熱器。

2.方案選擇及流程說明精餾是經過多級蒸餾，使混合氣液兩相經數次混合接觸和分離，并進行質量和熱量傳遞，使混合物中組分達成高程度分離，進而得到高純度產品。流程以下：原料（丙稀和丙烷混合液體）經進料管由精餾塔中某一位置（進料板處）流入塔內，開始精餾操作；當釜中料液建立起適當液位時，再沸器進行加熱，使之部分汽化返回塔內。氣相沿塔上升直至塔頂，由塔頂冷凝器將其進行全部或部分冷凝。將塔頂蒸氣凝液部分作為塔頂產品取出，稱為餾出物。另一部分凝液作為回流返回塔頂?；亓饕簭乃斞厮飨?，在下降過程中與來自塔底上升蒸氣數次逆向接觸和分離。當流至塔底時，被再沸器加熱部分汽化，其氣相返回塔內作為氣相回流，而其液相則作為塔底產品采出。多為分離苯—甲苯混合物。對于二元混合物分離，應采取連續(xù)精餾流程。設計中采取泡點進料，將原料液經過預熱器加熱至泡點后送入精餾塔內。塔頂上升蒸汽采取全凝器冷凝，冷凝液在泡點下一部分回流至塔內，其余部分經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，取操作回流比為最小回流比2倍。塔釜采取間接蒸汽加熱塔底產品經冷卻后送至儲罐。圖1篩板精餾塔操作流程圖3.精餾塔工藝計算3.1原料及塔頂塔底產品摩爾分率苯摩爾質量：甲苯摩爾質量：3.2原料液及塔頂、塔底產品平均摩爾質量3.3物料衡算原料液處理：總物料衡算：苯物料衡算：聯(lián)立解得：4精餾塔塔板數確實定4.1理論塔板數苯-甲苯屬理想物系，可采取圖解法求理論塔板數。繪制苯-甲苯物系氣液平衡數據繪制圖，以下：

表1苯-甲苯物系氣液平衡數據表苯（x）00.0580.1550.2560.3760.5080.6590.9231甲苯（y）00.1280.3040.4530.5960.7200.8300.9221圖2苯-甲苯物系氣液平衡圖4.2最小回流比及操作回流比采取作圖法求最小回流比。在圖4-2中對角線上，自點e(0.6，0.6)作垂線ed即為進料線（q線），該線于平衡線交點坐標為故最小回流比為操作回流比為4.3精餾塔氣、液相負荷精餾段：液相負荷：氣相負荷：提餾段：液相負荷：氣相負荷：4.4操作線方程精餾段操作線為提餾段操作線方程為4.5圖解法求理論塔板數采取圖解法求理論板數，如圖1所表示。求解結果為：總理論板層數：14.2(包含再沸器)進料板位置：74.6實際板層數精餾段實際板層數：提餾段實際板層數：所以實際板層數：塊5.精餾塔工藝條件及關于物性數據5.1操作壓力塔頂壓力：每層塔板壓降塔底壓力：進料板壓力精餾段平均壓力：提餾段平均壓力：5.2操作溫度由內插法求塔頂溫度：進料板溫度：塔底溫度：所以精餾段平均溫度：提餾段平均溫度：5.3平均摩爾質量5.3.1塔頂平均摩爾質量由，查平衡曲線，得塔頂氣相平均摩爾質量為塔頂液相平均摩爾質量為進料板氣相平均摩爾質量為由圖知進料板液相平均摩爾質量為同理得：5.3.2平均摩爾質量精餾段;氣相平均摩爾質量為液相平均摩爾質量為提餾段：5.4平均密度5.4.1氣相平均密度由理想氣體狀態(tài)方程計算，即5.4.2液相平均密度液相平均密度依下式計算，即塔頂液相密度計算由,內插法得進料板液相平均密度計算由,得進料板液相質量分率精餾段液相平均密度為同理提餾段液相平均密度為5.5液體平均表面張力液體平均表面張力依下式計算，即5.5.1塔頂液相平均表面張力由,得5.5.2進料板液相平均表面張力由，得精餾段液相平均表面張力為同理得：提餾段液相平均表面張力為5.6液體平均黏度液體平均黏度依下式計算，即5.6.1塔頂液相平均黏度由，得3.6.進料板液相平均黏度由,得精餾段液相平均黏度為6.精餾塔塔體工藝尺寸6.1塔徑6.1.1精餾塔氣、液相體積流速分別為同理得提餾段6.2空塔氣速空塔氣速是指在沒有塔板和液體空塔中流動速度，可定性反應氣流在穿越塔板數及液層時速度。在流量一定條件下，空塔氣速越大，則氣流穿越塔板速度越快，塔徑越小，氣液兩相接觸時間越短，板效率越低，所需塔板數越多，同時易發(fā)生過量液沫夾帶等不正常操作現(xiàn)象；反之亦然。所以，操作空塔氣速必須合理確定。由C—蒸汽負荷因子，--液相密度，kg--氣相密度，kg式中C由上式計算，其中由史密斯關聯(lián)查圖可知取板間距，板上液層高度，則6.2.1精餾塔塔徑查史密斯關聯(lián)圖得，精餾段取安全系數為0.75，則空塔氣速為所以精餾塔塔徑為按標準塔徑圓整為6.3實際空塔氣速塔截面積為實際空塔氣速為同理得：6.4精餾塔有效高度6.4.1精餾段有效高度6.4.2提餾段有效高度在進料板上方開一入口，其高度為0.7m故精餾塔有效高度為：7.塔板主要工藝尺寸設計7.1溢流裝置為提升傳熱和傳質效果，降低液面落差，降低傾向性可能行，液體在塔板上常采取不一樣溢流方式。主要有單溢流，雙溢流，階梯溢流，u型流等幾個形式。確切選擇方式見下表：表2液體負荷與溢流類型表塔徑液體流量（）U型流單溢流雙溢流階梯溢流10007451400970119090~160300011110110~200200~300400011110110~230230~350500011110110~250250~400600011110110~250250~450因塔徑，可選取單溢流弓形降液管，采取凹形受液盤。各項設計以下：7.1.1堰長是維持板上液位，確保兩相接觸時間裝置，通常有平堰與齒堰兩種，多采平堰?。?.1.2溢流裝置高度由：選取平直堰，堰上液層高度由下式計算，即近似取,則同理得：取板上清液層高度：故：同理得：7.1.3弓形降液管寬度和截面積由：故：依下式計算液體在降液管中停留時間，即故降液管設計合理。若不滿足，則需經過加大板間距及她竟方法處理。7.1.4降液管底隙高度?。簞t：同理得：故降液管底隙高度設計合理。選取凹形受溢盤，深度：。7.2塔板布置7.2.1塔板分塊因，故塔板采取分塊式。查表7-4得，塔板分為4塊。分塊式塔板即降液管區(qū)以外部分是由若干塊鋼板組裝而成，裝焊與塔體內壁塔板支撐上，塔身為焊制整體圓筒，不分節(jié)。表3踏板分塊參考表塔徑/mm塔板分塊數34567.2.2邊緣區(qū)寬度開孔區(qū)面積，7.2.3開孔區(qū)面積開孔區(qū)面積按下式計算，即其中：故：7.2.4篩孔計算及排列苯-甲苯物系無腐蝕性，可選取碳鋼板，取篩孔直徑。篩孔按正三角形排列，取孔中心距t為篩孔數目為開孔率為氣體經過篩孔氣速為8.篩板流體力學驗算8.1塔板壓降8.1.1干板阻力干板阻力由下式計算，即由，查手冊可知，故：液柱8.1.2液體經過液層阻力氣體經過液層阻力由下式計算，即查手冊，得。故：液柱同理得：（液柱）8.1.3液體表面張力阻力液體表面張力所產生阻力按下式計算，即液柱氣體經過每層塔板液柱高度可按下式計算，即液柱氣體經過每層塔板壓降為（設計允許值）液柱液柱（設計允許）8.2液面落差對于本篩板精餾塔，液面落差小，且本塔塔徑和液流量不大，所以可忽略液面落差影響。8.3液沫夾帶液沫夾帶量由下式計算，即故：故在本設計中液沫夾帶量在允許范圍內。同理得：8.4漏液對篩板塔，漏液點氣速可由下式計算，即實際孔速：穩(wěn)定系數為故在本設計中無顯著漏液。8.5液泛為預防塔內發(fā)生液泛，降液管內液層高度應服從下述關系，即苯-甲苯物系屬通常無系，取，則液柱液柱而：采取凹形液盤，通常不設進口堰，可由下式計算，即液柱∴液柱液柱故本設計中不會發(fā)生漏液現(xiàn)象。9.塔板負荷性能圖為確保設計出篩板塔具備可操作性，這就要求有一定可調整范圍。即在確保不發(fā)生異?，F(xiàn)象前提下，要允許流量在一定范圍內波動。將允許最高氣量與最低氣量比值稱操作彈性。顯然，操作彈性越大，則塔課調整范圍越寬，可操作性越強。工程上要求，一設計合理篩板塔，其操作彈性應介于3~4之間。9.1漏液線精餾段:由：整理得：在操作范圍內，任取幾個值，依上式計算出值，計算結果列于表表4。表4精餾段漏液線數據表0.0020.0030.0040.0050.8760.8910.9050.917由上表數據即可做出漏液線1。提餾段：表5提餾段漏液線數據表0.0020.0030.0040.0050.7730.7880.8010.813由上表數據即可做出漏液線。9.2液沫夾帶線精餾段：認為限，求關系以下：由：故：整理得：在操作范圍內，任取幾個值，依上式計算出處值，計算結果列于下表表6精餾段液沫夾帶數據表0.0020.0030.0040.0053.2543.1633.0833.010由上表數據即可作出液沫夾帶線5。提餾段：表7提餾段液沫夾帶數據表0.0020.0030.0040.0053.3483.2613.1833.111由上表數據即可作出液沫夾帶線2。9.3液相負荷下限線對于平直堰，取堰上液層高度作為最小液負荷標準得：?。?則故：據此可作出與氣體流量無關垂直液相負荷下限線3。9.4液相負荷上限線以作為液體在降液管中停留時間下限，由式可得故：據此可作出與氣體流量無關垂直液相負荷上限線4。9.5液泛線精餾段：令：由：聯(lián)立得：忽略，將與，與，與關系代入上式，整理得式中：將關于數據代入，得故：或：在操作范圍內，任取幾個值，依上式計算出值，計算結果列于下表：表8精餾段液泛線數據表0.0020.0030.0040.0053.2173.1573.1023.045由上表數據即可作出液泛線5。提餾段：表9提餾段液泛線數據表0.0020.0030.0040.0053.0402.9842.9292.872由上表數據即可作出液泛線。依照以上各線方程，可作出篩板塔負荷性能圖，如圖4所表示。圖4精餾段負荷性能查該圖得故操作彈性為圖5提餾段負荷性能圖查該圖得故操作彈性為10.板式塔常見附件10.1進料罐線管徑選擇原料液流速：管直徑：查表取10.1.1回流管采取直管回流管，取1.6，查表取10.1.2釜液出料管：體積流率：取管內流速為：，直徑為：查表取10.1.3塔頂蒸汽出料管體積流量：取管內流速：，則查表取10.1.4加熱管體積流量：取管內流速為：查表取10.1.5冷凝器則：由：得：又氣體流量：塔頂被冷凝量：冷凝熱量：聯(lián)傳熱系數：則傳熱面積：冷凝水流量：10.1.6再沸器塔底溫度用蒸汽，釜液出口溫度則：由查液體比熱汽化共線圖得又氣體流量：塔頂被冷凝量：冷凝熱量：取傳熱系數：則傳熱面積：加熱蒸汽量：11.隸屬設備板式塔內裝有塔板降液管各物流進出口管及人孔（手孔）基座除沫器隸屬裝置。除通常塔板按設計板間距安裝外，其它處依照需要決定其間距。11.1塔頂空間塔頂空間指塔內最上層板與塔頂間距。為利于出塔氣體夾帶液滴沉降，此段遠高于板間距（甚至高出一倍以上），本塔塔頂空間?。?1.2塔底空間.塔底空間指塔內最下層塔底間距。其值有以下兩個原因決定。=1\*GB3①塔底駐液空間依貯存液量停留3~5min或更長時間而定。=2\*GB3②塔底頁面至最下層塔板之間有1~2m間距，大塔可大于此值。本塔?。?1.3人孔通常每隔6~8層塔板設計一人孔。設孔處板間距等于或大于600mm，人孔直徑通常為450~500mm，其伸出塔體筒體長為200~250mm，人孔中心距操作平臺約800~1200mm。本塔每7塊塔板設一人孔，共三個，即：11.4塔高12.設計篩板塔主要結果匯總：序號項目數值1平均溫度84.862平均壓力108.83氣相流量1.7394液相流量0.00435實際塔板數226塔有效高度8.77塔徑1.68板間距0.49溢流形式單溢流10降液管形式弓形管11堰長1.212堰高0.04313板上液層高度0.0614堰上液層高度0.01715降液管底隙高度0.02916安定區(qū)寬度0.09117邊緣區(qū)寬度0.05018開孔區(qū)面積1.47419篩孔數目（個）756720孔中心距0.01521開孔率10.122空塔氣速0.86523篩孔氣速11.6824穩(wěn)定系數1.9425單板壓強0.64326負荷上限液泛控制27負荷下限漏液控制28液沫夾帶0.01729氣相負荷上限2.9130氣相負荷下限0.83431弓形降液管0.16532弓形降液管截面積0.096333精餾段操作彈性3.48934提餾段操作彈性3.410參考文件[1]夏清，賈紹義·化工原理第二版（上冊和下冊）[M]·天津大學出版社，[2]馬江權，冷一欣·化工原理課程設計第二版[M]·中國石油出版社，[3]潘紅良·過程設備與機械基礎·華東理工出版社，[4]劉光啟，馬連湘，劉杰·化學化工物性手冊（有機卷）·化學工業(yè)出版社，設計評價

此次課程設計經過給定生產操作工藝條件自行設計一套苯－甲苯物系分離篩板式連續(xù)精餾塔設備。經過近兩周團體努力，反經過復雜計算和優(yōu)化，我們三人組終于設計出一套較為完善篩板式連續(xù)精餾塔設備。其各項操作性能指標均能符合工藝生產技術要求，而且操作彈性大，生產能力強，達成了預期目標。

經過這次課程設計我經歷并學到了很多知識，熟悉了大量課程內容，知道了許多做事方法，可謂是我從中受益匪淺，我想這可能就是這門課程最初本意。從接到課題并完成份組那一刻起我們就立志要盡最大努力把它做全做好。首先，我們去圖書館借閱了大量關于書籍，并從設計書上了解熟悉了設計流程和方法。經過查閱資料我們從對設計一無所知變得初曉門路，而深入學習和討論使我們使我們具備了完成設計知識和方法，這使我們對設計有了極大信心，我們確定了設計方案和詳細流程及設計時間表，然后就進入了正是設計工作當中。

萬事開頭難，除了最小回流我們從最簡單物料衡算開始，把設計題目中操作條件轉化為化工原理課程物料衡算相關變量最終把物料衡算正確計算出來。然后是回流比確實定，我們應用分離工程中計算式出了最小回流比，然

后經過分析確定了放大倍數求出了實際回流比。一樣理論塔板數計算也是經過復雜但有序計算得出。

接下來塔工藝尺寸計算，篩板流體力學驗算，塔板負荷性能圖計算等一個接