化工原理课程设计分离苯_甲苯连续精馏筛板塔deco.docx

化工原理理课程设设计-分离离苯甲苯连连续精馏馏筛板塔塔序言课程设计计是“化工原原理”的一个个总结性性教学环环节，是是培养学学生综合合运用本本门课程程及有关关先修课课程的基基本知识识来解决决某一设设计任务务的一次次训练，在在整个教教学计划划中它起起着培养养学生独独立工作作能力的的重要作作用。精馏是分分离液体体混合物物（含可可液化的的气体混混合物）最最常用的的一种单单元操作作，精馏馏过程在在能量剂剂驱动下下，使气气液两相相多次直直接接触触和分离离，利用用液相混混合物中中各组分分的挥发发度的不不同，使使易挥发发组分由由液相向向气相转转移，难难挥发组组分由气气相向液液相转移移，实现现原料混混合液中中各组分分的分离离。根据据生产上上的不同同要求，精精馏操作作可以是是连续的的或间歇歇的，有有些特殊殊的物系系还可采采用衡沸沸精馏或或萃取精精馏等特特殊方法法进行分分离。本本设计的的题目是是苯-甲苯连连续精馏馏筛板塔塔的设计计，即需需设计一一个精馏馏塔用来来分离易易挥发的的苯和不不易挥发发的甲苯苯，采用用连续操操作方式式，需设设计一板板式塔将将其分离离。分离离苯和甲甲苯，可可以利用用二者沸沸点的不不同，采采用塔式式设备改改变其温温度，使使其分离离并分别别进行回回收和储储存。目 录录一、 化工原理理课程设设计任务务书.(6)1、设计计题目.(6)2、设计计任务.(6)3、设计计条件.(6)二、精馏馏塔的物物算.(6)1、原料料液及塔塔顶、塔塔底产品品的摩尔尔分率.(66)2、原料料液及塔塔顶、塔塔底产品品的平均均摩尔质质量.(6)3、物料料衡算.(7)三、塔板板数的确确定. .(77)1、理论论板层数数NT的求取取.(7) 2、实实际板层层数的求求取.(10)四、精馏馏塔的工工艺条件件及有关关物性数数据的计计算.(10)1、操作作压力计计算.(11) 2、操操作温度度计算.(11) 3、平平均摩尔尔质量计计算.(12) 4、平平均密度度计算.(13) 5、液液体平均均表面张张力计算算.(14) 6、液液体平均均粘度计计算.(15)五、精馏馏塔塔体体工艺尺尺寸计算算. (17) 1、塔塔径的计计算.(117) 22、精馏馏塔有效效高度计计算.(19)六、塔板板主要工工艺尺寸寸计算 .(19) 1、溢流流装置计计算.(199) 2、塔塔板布置置.(220)七、筛板板的流体体力学验验算.(223) 1、塔塔板压降降.(23) 22、液面面落差.(24) 33、泡沫沫夹带.(24) 44、漏液液.(25) 55、液泛泛.(25)八、塔板板负荷性性能图.(28) 1、漏漏液线.(28) 22、液沫沫夹带线线.(229) 33、液相相负荷下下限线.(229) 44、液相相负荷上上限线.(330) 55、液泛泛线.(330)九、设计计结果一览览表.(37)十、附录录.(38)十一、主主要物性性数据.(40)十二、个个人心得得体会及及改进意意见.(443)50一、 化工原理理课程设设计任务务书1、设计计题目：筛板式式精馏塔塔设计2、设计计任务：试设计分分离苯-甲苯混混合物的的筛板精精馏塔。已已知原料料液的处处理量为为50000kgg/h，组组成为00.5（苯苯的质量量分数），要要求塔顶顶馏出液液的组成成为0.95，塔塔底釜液液的组成成为0.02。操作压力力进料热状状况回流比单板压降降全塔效率率4kPaa（塔顶顶表压）自选自选0.7kkPa3、设计计条件试根据上上述工艺艺条件作作出筛板板的设计计计算。二、精馏馏塔的物物算1、原料料液及塔塔顶、塔塔底产品品的摩尔尔分率.苯的摩尔尔质量 MAA=788.111 kgg/kmmol甲苯的摩摩尔质量量 MB=922.133 kgg/kmmol2、原料料液及塔塔顶，塔塔底产品品的平均均摩尔质质量 kg/kmool kg/kmool kg/kmool3、物料料衡算原料处理理量 kmool/hh总物料衡衡算 苯物料衡衡算 联立解解得 kmool/hh kmmol/h三、塔板板数确定定1、理论论版层数数的求取取1.1、求最最小回流流比及操操作回流流比由任务书书中给出出的常压压下苯甲苯的的气液平平衡数据据温度，80118590951001051106苯PA°°，kPPa10133116913551557179220422400甲苯PBB°，kPaa40004600540063337433860010133利用公式式 ; 得出下下表：温度t/80.2284889296100104108110.4xA1.0 0.833 0.6339 0.5008 0.3776 0.2555 0.15550.05580yA1.0 0.933 0.822 0.722 0.5996 0.4552 0.30040.12280由表可因q=11 所以采用作图图法求最最小回流流比。如如图可知知=0.5541 =0.7449故最小回回流比为为 = 取操作回回流比为为 1.2、求精精馏塔的的气，液液相负荷荷Kmoll/hKmoll/hKmoll/hKmoll/h1.3、求操操作线方方程精馏段操操作线方方程为提馏段操操作线方方程代入得 1.4、逐板板法计算算理论板板数因为混合合物的相相平衡方方程为泡点进料料 q=11 所以甲苯苯的相对对挥发度度为2.53第一块板板上升的的蒸汽组组成从第一块块板下降降的液体体组成式式由 求取第二块板板上升的的气相组组成用式式求取第二块板板下降的的液体组组成 如此反反复计算算因<,第第五块板上上升的气气相组成成由提馏馏段操作作方程计计算第六块板板下降的的液体组组成同理：< 所需总理理论板数数为122块，第第5块加料料，精馏馏段需44块板2、实际际板层数数的求取取全塔效率率的计算算（查表表得各组组分黏度度1=0.2699，2=0.2777）L=XXF1+（11-XFF）2=00.5441*00.2669+00.4559*00.2777=00.2773ET=00.499（*L）-0.2455=0.53精馏段实实际板层层数 提留段实实际板层层数 四、精馏馏塔的工工艺条件件及有关关物性数数据的计计算1、操作作压力计计算塔顶操作作压力 塔底操作作压力每层塔板板压降 进料料板压力力 精馏段平平均压强强提馏段平平均压强强2、操作作温度计计算依据操作作压力，有有泡点方方程通过过试差法法计算出出泡点温温度，其其中苯、甲甲 苯的的饱和蒸蒸汽压由由安托尼尼方程计计算。塔顶温度度计算lgPAA*=6.0322-12206.35/(t+2200.244)lgPBB*=6.0322-12206.35/(t+2200.244)P总= PA*0.9577+PBB*0.0433试差法算算出 塔塔顶温度度lgPAA*=6.0322-12206.35/(t+2200.244)lgPBB*=6.0322-12206.35/(t+2200.244)P总= PA*0.5411+PBB*0.4599试差法算算出 进进料板温温度塔底温度度精馏段平平均温度度提馏段平平均温度度3、平均均摩尔质质量计算算 由得 kg/kmool kg/kmool进料板平平均摩尔尔质量计计算kg/kkmoll kg/kmool塔底平均均摩尔质质量计算算 精馏段段平均摩摩尔质量量 kg/kmool kg/kmool提馏段平平均摩尔尔质量4、平均均密度计计算4.1、气相平均密度计算由理想气气体状态态方程式式计算，精馏段的平均气相密度即 kg/提馏段的的平均气气相密度度即4.2、液相平均密度计算液相平均均密度依依 计计算塔顶液相相平均密密度计算算由0C，表几所得得的温度度与密度度的线性性关系为为苯y=-1.29xx+9119.22 甲苯y=-1.03xx+8992.88 得 kgg/ kg/进料板液液相平均均密度计计算由0C，表几所得得的温度度与密度度的线性性关系为为苯y=-1.29xx+9119.22 甲苯y=-1.03xx+8992.88 得 kg/m3 kgg/m33 进料板板液相的的质量分分率 kg/m3塔底液相相平均密密度计算算由表几所得得的温度度与密度度的线性性关系为为苯y=-1.29xx+9119.22 甲苯y=-1.03xx+8992.88得 kg/m3 kgg/m33 kg/m3精馏段液液相平均均密度为为 kg/m3提馏段液液相平均均密度为为 kg/m35、液体体平均表表面张力力计算液相平均均表面张张力依计计算塔顶液相相平均表表面张力力的计算算由0C表几所得得的温度度与表面面张力的的线性关关系为苯苯y=-0.1125xx+311.244甲苯y=-0.11xx+300.5得 进料板液液相平均均表面张张力的计计算由0C，表几所得得的温度度与表面面张力的的线性关关系为苯苯y=-0.1125xx+311.244甲苯y=-0.11xx+300.5得 塔底液相相平均表表面张力力计算由0C，表几所得得的温度度与表面面张力的的线性关关系为苯苯y=-0.1125xx+311.244甲苯y=-0.11xx+300.5得 精馏段段液相平平均表面面张力为为提馏段液液相平均均表面张张力为6、液相相平均粘粘度的计计算液相平均均粘度依依计算塔顶液相相平均粘粘度的计计算 由00C ，表几所得得的温度度与粘度度的线性性关系为为苯y=-0.00223x+0.449甲苯y=-0.0022x+00.46666 得 mPaa·s mPaa·s解出 进料料板液相相平均粘粘度的计计算 有 0C，表几所得得的温度度与粘度度的线性性关系为为苯y=-0.00223x+0.449甲苯y=-0.0022x+00.46666解出 塔底液相相平均粘粘度计算算由0C ，表几所得得的温度度与粘度度的线性性关系为为苯y=-0.00223x+0.449甲苯y=-0.0022x+00.46666得 mmPa··s mPPa·s解出 精馏段液液相平均均表面粘粘度为提馏段液液相平均均表面粘粘度为五、精馏馏塔的塔塔体工艺艺尺寸计计算1、塔径径的计算算精馏段的的气、液液相体积积流量为为m3/ssm3/ss提馏段的的气、液液相体积积流量为为精馏段：由式中C由由计算，其其中的CC20由图图查取查取图的的横坐标标为取板间距距 m,板上液液层高度度 则m查手册得得取安全系系数为00.8，则则空塔气气速为 按标标准塔径径圆整后后为 塔截面面积为 实际际空塔气气速为提馏段：由式中由计计算，其其中的由由图查取取查取图的的横坐标标为 取板板间距 m,板板上液层层高度 则m 查手手册得 取安全系系数为00.8，则则空塔气气速为按标准塔塔径圆整整后为 塔截面面积为实际空塔塔气速为为2、精馏馏塔有效效高度的的计算精馏塔有有效高度度为提馏段有有效高度度为在进料板板上方开开一人孔孔，其高高度为 故精馏馏塔的有有效高度度为六、塔板板主要工工艺尺寸寸的计算算1、溢流流装置计计算 因塔径，可可选用单单溢流弓弓形降液液管，采采用凹形形受液盘盘。各项项 计算如下下：精馏段1.1、堰长 取1.2.溢流堰堰高度 取选用平直直堰，堰堰上液层层高度hhow=由，查手册,得E=1.0035塔板上清清液层高高度 故 1.3、弓形降液管宽度和截面积由，故 依式验验算液体体在降液液管中停停留时间间，即 故降降液管设设计合理理。1.4、降液管底隙高度 ，取6故降液管管底隙高高度设计计合理。 选用用凹形受受液盘，深深度提馏段1.1、堰长长 取1.2、溢流堰高度 取 选用平直直堰，堰堰上液层层高度 由，查手册,得 塔板上上清液层层高度 故1.3、弓形降液管宽度和截面积由，故 依式验验算液体体在降液液管中停停留时间间，即故降液管管设计合合理。1.4、降液管底隙高度 取，取，则则2、塔板板布置2.1、塔板的的分块因，故塔塔板采用用分块式式，查表表得，塔塔板分为为3块。精馏段（1）边边缘区宽宽度确定定取，（2）开开孔区面面积计算算开孔区面面积 其中mm（3）筛筛孔计算算及其排排列本题所处处理的物物系无腐腐蚀性，可可选用碳碳钢板，取取筛孔板板直径。 筛孔板按按正三角角形排列列，取孔孔中心距距t为 筛孔孔数目为为 开孔率率 气气体通过过阀孔的的气速为为提馏段（1）边边缘区宽宽度确定定取，（2）开开孔区面面积计算算开孔区面面积 其中mmm（3）筛筛孔计算算及其排排列 本题题所处理理的物系系无腐蚀蚀性，可可选用碳碳钢板，取取筛孔板板直径。 筛孔孔板按正正三角形形排列，取取孔中心心距t为为 筛孔孔数目为为 开孔孔率 气体体通过阀阀孔的气气速为七、筛板板的流体体力学验验算精馏段1、塔板板压降1.1、干板板阻力计计算干板阻力力 由式式 由 ，查查图得， 故 液柱 1.2、气体通过液层的阻力计算气体通过过液层的的阻力由由式 计计算，-m/s kg11/2/(smm1/22) 查图得得 。故m 液液柱1.3液液体表面面张力的的阻力计计算液体表面面张力所所产生的的阻力 m 液液柱 气体体通过每每层塔板板的液柱柱高度 故 mm液柱 气体体通过每每层塔板板的压降降为<0.77 kPPa(设设计允许许)2、液面面落差对于筛板板塔，液液面落差差很小，且且本例的的塔径和和液流量量均不大大，故可可忽略液液面落差差的影响响。3、液沫沫夹带 液沫夹夹带量计计算=2.55hL=故 kgg液/kkg气<<0.11kg液液/kgg气 故在本本设计中中液沫夹夹带量在在允许范范围内。4、漏液液对筛塔板板，漏液液点气速速 =m/ss 实际孔速速稳定系数数为 故在本设设计中无无明显漏漏液。5、液泛泛为防止塔塔内发生生液泛，降降液管内内液层高高应服从从（+） 苯甲甲苯物系系属一般般物系，取取=0.5，则则m 而=+板上不设设进口堰堰，可=m液液柱m液柱 即0.1199<0.2244故在本设设计中不不会发生生液泛现现象提馏段1、塔板板压降1.1、干板板阻力计计算干板阻力力 由式式由 ，查查图得，故 液液柱 1.2、气体通过液层的阻力计算气体通过过液层的的阻力由由式 计计算，-m/s kg11/2/(smm1/22) 查查图得 。故m 液液柱1.3液液体表面面张力的的阻力计计算液体表面面张力所所产生的的阻力 m 液液柱 气体体通过每每层塔板板的液柱柱高度 m液柱柱气体通过过每层塔塔板的压压降为<0.77 kPPa(设设计允许许)2、液面面落差对于筛板板塔，液液面落差差很小，且且本例的的塔径和和液流量量均不大大，故可可忽略液液面落差差的影响响。3、液沫沫夹带液沫夹带带量计算算=2.55，= 故 kkg液/kg气气<0.1kgg液/kkg气故在本设设计中液液沫夹带带量在允允许范围围内。4、漏液液对筛塔板板，漏液液点气速速 =m/ss 实际孔速速 稳定系系数为 故在本设设计中无无明显漏漏液。5、液泛泛为防止塔塔内发生生液泛，降降液管内内液层高高应服从从（+）苯甲苯苯物系属属一般物物系，取取=0.5，则则m 而 =+板上不设设进口堰堰，可有有=m液液柱m液柱 即0.154<00.2224故在本设设计中不不会发生生液泛现现象八、塔板板负荷性性能图精馏段1、漏液液线由=4.4=E得 = = 在操作作范围内内，任取取几个值值，计算算出值，计计算结果果列如表表Ls,mm3/s 0.00005 0.000266 00.00045 00.00060Vs,mm3/s 00.2996 0.3319 0.3334 0.3344 由由上表数数据即可可作出漏漏液线11。2、液沫沫夹带线线以=0.1kgg液/kkg气为为限，求求关系如如下：由=2.55hL=2.5（hhw+howw)=0.004622= 故=0.1116+-=0.2944-= 整理理得 =在操作范范围内，任任取几个个值，计计算出值值，计算算结果如如表Ls,mm3/s0.000050.000260.000450.00060Vs,mm3/s1.27751.14441.05570.9998 由由上表数数据即可可作出液液沫夹带带线2。3、液相相负荷下下限线对于平直直堰，取取堰上液液层高度度=0.0066m作为为最小液液体负荷荷标准，由公公式得= 取E=1.0035，则则= 据据此可作作出与液液体流量量无关的的垂直液液相负荷荷下限线线3。4、液相相负荷上上限线以=4ss作为液液体在降降液管中中停留时时间的下下限，=4 故 = 据此可作作出与气气体流量量无关的的垂直液液相负荷荷上限线线4。5、液泛泛线令=（+）由=+；=+；=；=+ 联立得得+（-1）=（+11）+忽略，将将与，与，与的关系系式代入入上式，并并整理得=将有关的的数据代代入， 得=0.1101=0.1156=2866.733=1.4430故 或在操作范范围内，任任取几个个值，计计算出VVS值计算算结果如如表 Ls,mm3/s0.000050.000260.000450.00060Vs,mm3/s1.20041.11191.04470.9885由 由此此表数据据即可作作出液泛泛线5 根据以以上各线线方程，可可作出筛筛板塔的的负荷性性能图：在负荷性性能图上上，作出出操作点点A，连连接OAA，即作作出操作作线。由由图可看看出，该该筛板上上限为液液泛控制制，下限限为漏液液控制。由由图查得得 故故操作弹弹性为 提馏段1、漏液液线由=4.4= 得 = =在操作范范围内，任任取几个个值，计计算出值值，计算算结果列列如表Ls,mm3/s 0.00005 0.0004 00.0008 00.01123Vs,mm3/s 00.2665 0.3301 00.3227 0.3488由上表数数据即可可作出漏漏液线11。2、液沫沫夹带线线以=0.1kgg液/kkg气为为限，求求关系如如下：由=2.55=2.5（）=0.003833= 故=00.09958+-=4.0044=整理得=在操作范范围内，任任取几个个值，计计算出值值，计算算结果如如表Ls,mm3/s0.000050.00040.00080.01123V