筛板精馏塔课程设计.docx
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筛板精馏塔课程设计.docx
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筛板精馏塔课程设计
化工原理
课程设计说明书
筛板式精馏塔设计
系别:
化学工程系
班级:
水净化1001
学号:
0903100108
姓名:
泽于
指导老师;黄秋颖
第一部分概述4
一、设计目标4
二、设计任务4
三、设计条件4
四、设计容4
五、工艺流程图5
第二部分工艺设计计算6
一、设计方案的确定6
二、精馏塔的物料衡算6
1.原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数6
2.原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量和质量分数6
3.物料衡算原料处理量6
三、塔板数的确定7
1.理论板层数的求取7
2.全塔效率8
3.实际板层数的求取8
四、精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算8
1.操作压强计算9
2.操作温度计算9
3.平均摩尔质量计算9
4.平均密度计算9
5.液相平均表面力计算10
6.液相平均粘度计算11
五、精馏塔的塔体工艺尺寸计算11
1.塔径的计算11
2.精馏塔的有效高度的计算12
六、塔板主要工艺尺寸的计算13
1.溢流装置计算13
2.塔板布置14
3.筛孔数与开孔率15
七、筛板的流体力学验算15
1.气体通过筛板压降相当的液柱高度15
2.雾沫夹带量的验算16
3.漏液的验算17
4.液泛验算17
八、塔板负荷性能图17
1.漏液线17
2.雾沫夹带线18
3.液相负荷下限线19
4.液相负荷上限线19
5.液泛线20
6.操作线21
九、设计一览表22
十、操作方案的说明:
23
附表24
总结26
参考文献26
第一部分概述
一、设计目标
分离苯—甲苯混合液的筛板式精馏塔设计
二、设计任务
试设计分离苯-甲苯混合物的筛板精馏塔。
已知原料液的处理量为9000kg/h,组成为0.49(苯的摩尔分数),要求塔顶馏出液的组成为0.93,塔底釜液的组成为0.02。
三、设计条件
操作压力
进料热状况
回流比与最小回流比比值
单板压降
全塔效率
4kPa(塔顶表压)
泡点
2
0.7kPa
四、设计容
编制一份设计说明书,主要容包括:
1、前言
2、流程的确定和说明
3、生产条件的确定和说明
4、精馏塔的设计计算:
(1)工艺条件及有关物性数据的计算
(2)精馏塔塔体工艺尺寸的计算
(3)塔板主要工艺尺寸的计算
(4)塔板的流体力学验算
(5)塔板负荷性能图(精馏段)(选作)
5、设计结果列表
6、设计结果的讨论和说明
7、主要参考资料
8、结束语
五、工艺流程图
精馏装置包括精馏塔,原料预热器,再沸器,冷凝器。
釜液冷却器和产品冷凝器等设备。
热量自塔釜输入,物料在塔经多次部分汽化与与部分冷凝器进行精馏分离,由冷凝器和冷却器中的冷却介质将余热带走。
在此过程中,热能利用率很低,为此,在确定流程装置时应考虑余热的利用,注意节能。
另外,为保持塔的操作稳定性,流程中除用泵直接送入塔原料外,也可以采用高位槽送料以免受泵操作波动的影响。
原料液由高位槽经过预热器预热后进入精馏塔。
操作时连续的从再沸器中取出部分液体作为塔底产品(釜残液)再沸器中原料液部分汽化,产生上升蒸汽,依次通过各层塔板。
塔顶蒸汽进入冷凝器中全部冷凝或部分冷凝,然后进入贮槽再经过冷却器冷却。
并将冷凝液借助重力作用送回塔顶作为回流液体,其余部分经过冷凝器后被送出作为塔顶产品。
为了使精馏塔连续的稳定的进行,流程中还要考虑设置原料槽。
产品槽和相应的泵,有时还要设置高位槽。
且在适当位置设置必要的仪表(流量计、温度计和压力表)。
以测量物流的各项参数。
塔顶冷凝装置根据生产状况以决定采用全凝器,以便于准确地控制回流比。
若后继装置使用气态物料,则宜用全分凝器。
总而言之确定流程时要较全面,合理的兼顾设备,操作费用操作控制及安全因素。
连续精馏操作流程图
第二部分工艺设计计算
一、设计方案的确定
本设计任务书为分离苯-甲苯混合物。
对于二元混合物的分离,应采用连续精馏流程。
设计中采用泡点进料,将原料液通过预热器加热至泡点后送入精馏塔,其余部分经产品冷却器冷却后送至储罐。
该物系属易分离物系,最小回流比较小,故操作回流比取最小回流比的2倍。
二、精馏塔的物料衡算
1.原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数
苯的摩尔质量=78.11kg/mol
甲苯的摩尔质量=92.13kg/mol
2.原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量和质量分数
=0.4978.11+(1-0.49)92.14=85.26kg/mol
=0.9378.11+(1-0.93)92.14=79.09kg/mol
=0.0278.11+(1-0.02)92.14=91.85kg/mol
3.物料衡算原料处理量
总物料衡算D'+W'=9000
苯物料衡算0.92D'+0.02W'=0.459000
联立解得D'=4300kg/h,W'=4700kg/h,F'=9000kg/h
F=9000/85.26=105.56kmol/h,D=4300/79.09=54.39kmol/h,W=4700/91.85=51.17kmol/h
三、塔板数的确定
1.理论板层数的求取
苯-甲苯属理论物系,可采用图解法求理论板层数。
①由附表查得苯-甲苯物系的气液平衡数据,绘出x-y图及t-x-y图
②求最小回流比及操作回流比
采用作图法求最小回流比。
在图中对角线上,自点e(0.49,0.49)做垂线,ef即为进料线(q线),该线与平衡线的交点F坐标为:
=0.70=0.49
故最小回流比为:
===1.095
取操作回流比为:
④求操作线方程
精馏段操作线方程:
⑤图解法求理论板层数
采用图解法求理论板层数,由图可知求解结果为:
总理论板层数层,精馏段4层,提馏段6层。
进料板是第五块板
2.全塔效率
0.17-0.616,度
根据塔顶、塔底液相组成查图,求得平均温度为86.5度,该温度下进料液相平均黏度为
故
3.实际板层数的求取
精馏段实际板层数:
提馏段实际板层数:
四、精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算
以精馏段为例进行计算。
1.操作压强计算
塔顶操作压强kPa
每层塔板压降kPa
进料板压强kPa
提馏段平均压强kPa
2.操作温度计算
依据操作压力,由泡点方程通过试差法计算出泡点温度,其中苯、甲苯的饱和蒸汽压由安托尼方程计算,计算过程略。
计算结果如下:
塔顶温度TD=81.5℃进料板温度TF=91.5℃
平均温度℃
3.平均摩尔质量计算
⑴塔顶摩尔质量计算:
由查表得:
X1=O.83
⑵进料板平均摩尔质量计算
由图解理论板,得查平衡曲线,得
⑶精馏段平均摩尔质量
4.平均密度计算
⑴气相平均密度计算
由理想气体状态方程计算,即
⑵液相平均密度计算
液相平均密度依下式计算:
①塔顶液相平均密度计算:
由TD=81.5℃,查附表得
②进料板液相平均密度计算
由TF=91.5℃,查附表得
进料板液相的质量分数计算
③精馏段液相平均密度为
5.液相平均表面力计算
液相平均表面力依下式计算,即
⑴塔顶液相平均表面力计算
由TD=81.5℃,查附表得
⑵进料板液相平均表面力计算
由TF=91.5℃,查附表得
精馏段液相平均表面力为:
6.液相平均粘度计算
液相平均粘度依下式计算:
⑴塔顶液相平均粘度计算
由TD=81.5℃,查附表得
⑵进料板液相平均粘度计算
由TF=91.5℃,查附表得
精馏段液相平均粘度为
③求精馏塔的气、液相负荷
五、精馏塔的塔体工艺尺寸计算
1.塔径的计算
取板间距,取板上液层高度,则
查smith图得=0.072,依式校正到物系表面力为20.46mN/m时的
取安全系数为0.70,则空塔气速为:
按标准塔径圆整后为
2.精馏塔的有效高度的计算
精馏段有效高度为
提馏段有效高度为
在进料板上方开一人孔,其高度为0.64m,故精馏塔的有效高度为
六、塔板主要工艺尺寸的计算
1.溢流装置计算
筛板式塔的溢流装置包括溢流堰,降液管和受液盘等几部分。
其尺寸和结构对塔的性能有着重要影响。
根据经验并结合其他影响因素,当因D=1.0m,可选用单溢流弓形降液管,不设进口堰,采用凹形受液盘。
各项计算如下:
⑴溢流堰长
取堰长为0.66D即
⑵溢流堰高度计算如下:
,
由,査下图知E=1.03
依式
得
取板上清液层高度
⑶弓形降液管宽度和降液管面积
由,査下图得,
故
验算液体在降液管中停留时间以检验降液管面积,即
(>5s,符合要求)
故降液管设计合理。
⑷降液管底隙高度取液体通过降液管底隙的流速计算降液管底隙高度即:
2.塔板布置
取边缘区宽度,安定区宽度
⑶开孔区面积计算
开孔区面积计算,得
3.筛孔数与开孔率
本例所处理的物系无腐蚀性,取筛孔孔径,正三角形排列,可选用碳钢板,取,故
孔中心距
依式计算塔板上开孔区的开孔率,即
每层塔板上的开孔面积为
气体通过筛孔的气速为
七、筛板的流体力学验算
1.气体通过筛板压降相当的液柱高度
依式
⑴干板压降相当的液柱高度,计算如下
依,査图得
⑵气体通过板上液层压降相当的液柱高度,计算如下:
由图查取板上液层充气系数
⑶克服液体表面力压降相当的液柱高度
依式
气体通过每层塔板的液柱高度可按下式计算:
气体通过每层塔板的压降为:
(设计允许值)
2.雾沫夹带量的验算
故在设计负荷下不会发生过量雾沫夹带。
3.漏液的验算
对筛板塔,漏液点气速可由式(5-25)计算:
稳定系数为
故在本设计中无明显漏液。
4.液泛验算
为防止塔发生液泛,降液管液层高应服从如下关系:
依式计算,即
苯-甲苯物系属一般物系,取,则
故,在设计负荷下不会发生泛液。
根据以上塔板的各项流体力学的验算,可认为精馏段塔径及各工艺尺寸是合适的。
八、塔板负荷性能图
1.漏液线
漏液线,又称气相负荷下限线。
气相负荷低于此线将发生严重的漏液现象,气、液不能充分接触,使塔板效率下降。
代入原式得
已算出,代入整理得
在操作围,任取几个值,依上式计算出值,计算结果列于下表。
0.0006
0.79
0.0015
0.85
0.0030
0.86
0.0045
0.88
由此表数据即可作出漏液线1。
2.雾沫夹带线
当气相负荷超过此线时,液沫夹带量过大,使塔板效率大为降低。
对于精馏,一般控制ev≤0.1kg液/kg气。
以ev=0.1kg液/kg为限,求Vs-Ls关系如下:
由
近似取,,
取雾沫夹带极限值,已知,,代入原式得:
整理得
在操作围,任取几个值,依上式计算
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- 筛板 精馏塔 课程设计