2022年苯甲苯连续精馏塔方案 .pdf

《2022年苯甲苯连续精馏塔方案 .pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2022年苯甲苯连续精馏塔方案 .pdf（26页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、个人资料整理仅限学习使用设计任务书(一 设计题目试设计一座苯甲苯连续精馏塔，要求年产纯度为95%的苯 2.952 万吨/年，塔顶馏出液中含苯不得低于95% ，塔釜馏出液中含苯不得高于2%，原料液中含苯 39% 。 操作条件1 塔顶压力 常压2 进料热状态 自选3 回流比 自选4 塔底加热蒸气压力 0.5Mpa 单板压降 0.7kPa 6 塔顶操作压力 4kPa (三 塔板类型自选(四 工作日每年工作日为 300 天，每天 24 小时连续运行 (7200小时。(五 设计说明书的内容1. 设计内容(1 流程和工艺条件的确定和说明(2 操作条件和基础数据(3 精馏塔的物料衡算；(4 塔板数的确定；(

2、5 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算；(6 精馏塔的塔体工艺尺寸计算；(7 塔板主要工艺尺寸的计算；(8 塔板的流体力学验算；(9 塔板负荷性能图；(10主要工艺接管尺寸的计算和选取 塔板主要结构参数表(12 对设计过程的评述和有关问题的讨论。2. 设计图纸要求：1 绘制生产工艺流程图 绘制精馏塔设计条件图 A3 号图纸）。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 26 页个人资料整理仅限学习使用目录1. 流程和工艺条件的确定和说明12. 操作条件和基础数据12.1. 操作条件 12.2. 基础数据 13. 精馏塔的物料衡算1

3、3.1. 原料液及塔顶、塔顶产品的摩尔分率13.2. 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量23.3. 物料衡算 24. 塔板数的确定 24.1. 理论塔板层数 NT 的求取 24.1.1. 绘 t-x-y 图和 x-y图 24.1.2.最小回流比及操作回流比的确定44.1.3.精馏塔气、液相负荷的确定44.1.4. 求操作线方程 44.1.5. 图解法求理论板层数44.2. 实际塔板数的求取45. 精馏塔的工艺条件及有关物性的计算45.1. 操作压力计算 55.2. 操作温度计算 55.3. 平均摩尔质量计算55.4.平均密度计算 55.4.1. 气相平均密度计算55.4.2. 液相平均密度计

4、算65.5. 液体平均表面张力计算65.6.液体平均黏度计算75.7. 全塔效率计算 75.7.1. 全塔液相平均粘度计算75.7.2. 全塔平均相对挥发度计算8精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 26 页个人资料整理仅限学习使用5.7.3. 全塔效率的计算 86. 精馏塔的塔体工艺尺寸计算86.1. 塔径的计算 86.2. 精馏塔有效高度的计算97. 塔板主要工艺尺寸的计算107.1. 溢流装置计算 107.1.1. 堰长 lW107.1.2. 溢流堰高度 hW107.1.3. 弓形降液管宽度 Wd 和截面积 Af107.

5、1.4. 降液管底隙高度 h0117.2. 塔板布置 117.2.1. 塔板分布 117.2.2. 边缘区宽度确定 117.2.3. 开孔区面积计算 117.2.4. 筛孔计算及其排列118. 筛板的流体力学验算128.1. 塔板压降 128.1.1. 干板阻力 hc计算 128.1.2. 气体通过液层的阻力h1 计算 128.1.3. 液体表面张力的阻力h计算 128.2. 液面落差 138.3. 液沫夹带 138.4. 漏液 148.5. 液泛 149. 塔板负荷性能图 149.1. 漏液线 149.2. 液沫夹带线 159.3. 液相负荷下限线169.4.液相负荷上限线 16精选学习资料

6、 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 26 页个人资料整理仅限学习使用9.5.液泛线 1610. 主要工艺接管尺寸的计算和选取1810.1. 塔顶蒸气出口管的直径dV1810.2. 回流管的直径 dR1910.3. 进料管的直径 dF1910.4. 塔底出料管的直径dW1911. 塔板主要结构参数表1912. 设计实验评论 2013.参考文献 2114.附图工艺流程简图、主体设备设计条件图）21精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 26 页个人资料整理仅限学习使用1. 流

7、程和工艺条件的确定和说明本设计任务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内。塔顶上升蒸气采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，其余部分经产品冷凝冷却后送至储罐。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1.4 倍。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。2. 操作条件和基础数据2.1. 操作条件塔顶压力 常压 4kPa 进料热状态 泡点进料回流比 1.759倍塔底加热蒸气压力 0.5Mpa表压）单板压降 0.7kPa。2.2. 基础数据进料中苯含量 质量分数） 39% 塔顶

8、苯含量 质量分数） 95% 塔釜苯含量 质量分数） 2% 生产能力 万吨/年） 2.952 3. 精馏塔的物料衡算3.1. 原料液及塔顶、塔顶产品的摩尔分率甲醇的摩尔质量MA=78.11 kg/kmol 水的摩尔质量MB=92.13 kg/kmol xF=0.430 xD=0.957 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 26 页个人资料整理仅限学习使用xW=0.024 3.2. 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量MF= 0.43078.11+1-0.430）92.13=86.10kg/kmol MD= 0.95778.11

9、+1-0.957）92.13=78.71 kg/kmol MW= 0.02478.11+1-0.024 ）92.13=91.79 kg/kmol 3.3. 物料衡算生产能力 F=47.62 kmol/h 总物料衡算47.62=D+W苯物料衡算 47.620.430=0.957D+0.02W联立解得D=20.72 kmol/h W=26.90 kmol/h 4. 塔板数的确定4.1. 理论塔板层数 NT的求取苯甲苯属理想物系，可采用图解法求理论板层数。4.1.1. 绘 t-x-y 图和 x-y图由手册 1查的甲醇 -水物系的气液平衡数据表一 苯甲苯气液平衡 苯101.3KPa）/%mol） 沸点

10、/110.56 105.71 101.78 98.25 95.24 92.43 气相组成0.0 20.8 37.2 50.7 61.9 71.3 液相组成0.0 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 沸点/89.82 87.32 84.97 82.61 81.24 80.01 气相组成79.1 85.7 91.2 95.9 98.0 100.0 液相组成60.0 70.0 80.0 90.0 95.0 100.0 由上数据可绘出和t-x-y 图和 x-y 图。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 26 页个人资料整

11、理仅限学习使用图一图二精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 26 页个人资料整理仅限学习使用4.1.2.最小回流比及操作回流比的确定采用作图法求最小回流比。因为是泡点进料，则xF=xq，在图二中对角线上，自点 0.430，0.430）作垂线即为进料线 D =采用图解法求理论板层数，如图二所示。求解结果为总理论塔板数NT=16包括再沸器）进料板位置 NF=9 2)逐板计算求理论塔板数x y x y 1 0.901 0.957 9 0.364 0.586 2 0.827 0.922 10 0.308 0.524 3 0.738 0

12、.875 11 0.242 0.441 4 0.645 0.818 12 0.176 0.345 5 0.560 0.759 13 0.117 0.247 6 0.491 0.704 14 0.072 0.161 7 0.440 0.660 15 0.0406 0.095 8 0.406 0.628 16 0.0198 0.048 x8xq换提馏段方程逐板计算进料板在 NF=8 x16/0.54=28 实际进料板位置 Nm=NR+1=16 精馏段实际板层数N精=8/0.54=15 提馏段实际板层数N提=7/0.54=13 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - -

13、- - - - -第 9 页，共 26 页个人资料整理仅限学习使用5. 精馏塔的工艺条件及有关物性的计算5.1. 操作压力计算塔顶操作压力PD=101.30 + 4 =105.30 kPa 每层塔板压降 P=0.70 kPa 进料板压力PF=101.30+0.7015=115.80 kPa 精馏段平均压力 Pm=(105.30+115.80 /2=110.60 kPa 5.2. 操作温度计算1）由图二得出塔顶温度tD=82.2oC 进料板温度 tF=99.6oC精馏段平均温度tm=82.2+99.6）/2=90.9oC 2）示差法计算依据操作压力，由泡点方程通过试差法计算出泡点温度，其中苯、甲

14、苯的饱和蒸 气 压 由 安 托 尼 方 程 计 算 ， 计 算 过 程 略 。 计 算 结 果 如 下 ：塔顶温度tD82.2进料板温度tF99.6精馏段平均温度 tm82.299.6）/2 = 90.95.3.平均摩尔质量计算1）塔顶平均摩尔质量计算由 xD=y1=0.957，逐板计算得 x1=0.901 MVDm=0.95778.11+1-0.957）92.13=78.71 kg/kmol MLDm= 0.90178.11+1-0.901）92.13=79.51 kg/kmol 2）进料板平均摩尔质量计算由逐板计算解理论板，得yF=0.628 xF=0.406 MVFm=0.62878.1

15、1+1-0.628）92.13= 83.32 kg/kmol MLFm=0.40678.11+1-0.406）92.13= 86.44 kg/kmol 3）精馏段平均摩尔质量精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 26 页个人资料整理仅限学习使用MVm=78.71+83.32）/2=81.02 kg/kmol MLm=79.51+86.44）/2=82.98 kg/kmol 5.4.平均密度计算5.4.1. 气相平均密度计算由理想气体状态方程计算，即Vm=kg/m35.4.2. 液相平均密度计算液相平均密度依下式计算，即1/L

16、m=塔顶液相平均密度的计算有 tD=82.2oC ，查手册 2 得A=812.7 kg/m3B=807.9 kg/m3LDm= kg/m3进料板液相平均密度计算有 tF=99.6oC，查手册 2 得A=793.1 kg/m3B=790.8kg/m3进料板液相的质量分率A=LFm= kg/m3精馏段液相平均密度为Lm=812.49+791.64）/2=802.07 kg/m35.5. 液体平均表面张力计算液相平均表面张力依下式计算，即塔顶液相平均表面张力的计算有 tD=82.2oC ，查手册 2 得精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11

17、 页，共 26 页个人资料整理仅限学习使用A=21.24 mN/m B=21.42 mN/m LDm=0.95721.24+0.04321.42=21.25 mN/m 进料板液相平均表面张力的计算有 tF=99.6oC，查手册 2 得A=18.90 mN/m B=20.04 mN/m LFm=0.40618.90+0.59420.04=19.58 mN/m 精馏段液相平均表面张力为Lm= 21.25+19.58）/2=20.42 mN/m 5.6.液体平均黏度计算液相平均粘度依下式计算，即塔顶液相平均粘度的计算由 tD=82.2 oC，查手册 2 得A=0.302 mPas B=0.306 m

18、Pas 解出LDm=0.302mPa s 进料板液相平均粘度的计算由 tF=99.6 oC ，查手册 2 得A=0.256 mPasB=0.265 mPas解出LFm=0.261mPa s 精馏段液相平均粘度为Lm=0.302+0.261 ）/2=0.282 5.7. 全塔效率计算5.7.1. 全塔液相平均粘度计算塔顶液相平均粘度为LDm=0.302mPa s 塔釜液相平均粘度的计算精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 26 页个人资料整理仅限学习使用由 tW=117.2oC，查手册 2 得A=0.22 mPas B=0.2

19、4mPa s 解出LWm=0.24mPa s 全塔液相平均粘度为L=0.302+0.24 ）/2=0.27 mPas 5.7.2. 全塔平均相对挥发度计算相对挥发度依下式计算，即HT=(15-10.45=6.30 m 提馏段有效高度为Z提=(N提-1HT=(13-10.45=5.40m 在进料板上方开一个人孔，其高度为0.80m 则精馏塔的有效高度为 Z= Z精+ Z提 +0.80=6.30+5.40+0.80=12.50 m 7. 塔板主要工艺尺寸的计算7.1. 溢流装置计算因塔径 D=0.80 m，选用单溢流弓形降液管，采用凹形受液盘。各项计算如下：7.1.1. 堰长 lW取 lW=0.7

20、26D=0.7260.80 =0.581 m 7.1.2. 溢流堰高度 hW由 hW=hL-hOW选用平直堰，堰上液层高度hOW=2/3 hOW=0.0101m 取板上请液层高度 hL=0.06m 则 hW=hL-hOW=0.06-0.0101=0.0499m 符合加压情况下 4080mm的范围7.1.3. 弓形降液管宽度 Wd和截面积 Af由 lW/D=0.726 查手册弓形降液管的参数图4 得精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 26 页个人资料整理仅限学习使用则 Af=0.050 m2=0.125 m 验算液体在降液管

21、中停留时间，即=21.43 s5s 故降液管设计合理7.1.4. 降液管底隙高度 h0 取 u0=0.06 m/s 则=0.0301m 符合小塔径 h0不小于 25mm的要求。 hW-h0=0.0499-0.0301=0.0198m 0.006m 故降液管底隙高度设计合理。选用凹形受液盘，深度=50mm 7.2. 塔板布置7.2.1. 塔板分布因 D=0.80m，所以采用分块式。查手册4 得，塔板分为 3 块。7.2.2. 边缘区宽度确定取安定区0.06m，边缘区 Wc=0.05m。7.2.3. 开孔区面积计算开孔区面积 Aa按下式计算，其中 x=-(0.125+0.05=0.225m r=-

22、0.05=0.35m 则 Aa=0.292 m27.2.4. 筛孔计算及其排列精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页，共 26 页个人资料整理仅限学习使用苯 甲 苯体 系处 理的物 系 无腐蚀 性， 选用 =3mm 碳钢 板 ，取筛 孔 直径d0=5mm。筛孔按正三角排列，取孔中心距t 为 t=2.5 d0=2.55=12.5mm 筛孔数目 n 为n=2165个开孔率为=0.907）2=0.907=14.51% 气体通过阀孔的气速为u0=m/s 8. 筛板的流体力学验算8.1. 塔板压降8.1.1. 干板压降 hd计算干板压降可由

23、下式计算，hd=由 d0/=5/3=1.67，查手册干筛孔的流量系数图4 ，可得孔流系数C0=0.78 故hd=m 液柱8.1.2. 气体通过液层的阻力hL计算ua=m/s Fa=kg1/2/=0.590.0499+0.0101 ）=0.035m液柱精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页，共 26 页个人资料整理仅限学习使用8.1.3. 液体表面张力的阻力h计算液体表面张力所产生的阻力h由下式计算h=m 液柱气体通过每层塔板的液柱高度hp由下式得hp= h1+ h+ hc=0.034+0.035+0.0021=0.0711m液柱气

24、体通过每层塔板的压降为Pp= hpg=0.0711802.079.81=559.44 Pa700Pa 设计允许值）8.2. 液面落差液面落差由下式计算平均液流宽度m 塔板上鼓泡层高度m 内外堰间距离m 液相流量=0.00105 m3/s 故m /0.05=0.0140.5 所以液面落差符合要求8.3. 液沫夹带液沫夹带量由下式计算精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页，共 26 页个人资料整理仅限学习使用hf=2.5hL=2.50.035=0.0875 则 kg 液/kg 气u0，min计算正确稳定系数为故在本设计中无明显漏液。8

25、.5. 液泛为防止塔内发生液泛，降液管内液层Hd高应服从下式苯甲苯物系属一般物系，取=0.5，则=0.50.45+0.0499）=0.25m 又Hd=hp+ hL+ hd板上不设计进口堰， hd可由下式算得m 液柱Hd = 0.0711+0.035+0.0096=0.116m 液柱则所以本设计中不会发生液泛现象。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 19 页，共 26 页个人资料整理仅限学习使用9. 塔板负荷性能图9.1. 漏液线由u0，min=hL=hOW +hW hOW=2/3得 =4.40.780.2920.1451 整理得=在操作

26、范围内，任取几个Ls值，依上式计算出Vs值，计算结果如下表二。表二Ls，m3/s 0.0070 0.010 0.030 0.060 Vs，m3/s 1.33 1.37 1.56 1.75 由上表作出漏液线1。9.2. 液沫夹带线以 ev=0.1 kg液/kg气为限，求 Vs-Ls关系如下：由ua=hf=2.5hL=2.5hOW +hW）精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 20 页，共 26 页个人资料整理仅限学习使用hW=0.036 hOW=故 hf=0.09+1.22Ls2/3HThf=0.6则m 接管外径 厚度133 5.5mm 1

27、1. 塔板主要结构参数表表五.筛板塔设计计算结果序号工程数值1 平均温度 tm 89.28 2 平均压力 Pm kPa 105.15 3 气相流量 Vs m3/s 4.25 4 液相流量 Ls m3/s 0.011 5 实际塔板数38 6 有效段高度 Z m 22.20 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 24 页，共 26 页个人资料整理仅限学习使用7 精馏塔塔径 m 2 8 板间距 m 0.60 9 溢流形式单溢流10 降液管形式弓形11 堰长 m 1.60 12 堰高 m 0.036 13 板上液层高度 m 0.060 14 堰上

28、液层高度 m 0.024 15 降液管底隙高度 m 0.028 16 安定区宽度 m 0.060 17 边缘区宽度 m 0.030 18 开孔区面积 m2 2.28 19 筛孔直径 m 0.004 20 筛孔数目6145 21 孔中心距 m 0.012 22 开孔率 14.50 23 空塔气速 m/s 1.36 24 筛孔气速 m/s 12.95 25 稳定系数2.16 26 精馏段每层塔板压降 Pa 675.16 27 负荷上限液泛控制28 负荷下限漏液控制29 液液沫夹带 ev (0.1kg液/kg 气 0.016 30 气相负荷上限 m3/s 0.070 31 气相负荷下限 m3/s 1

29、.3610-332 操作弹性1.69 12. 设计实验评论苯是由煤干馏、石油催化裂解、催化重整得到，常含有芳香族同系物、噻吩及饱和烃等，常采取精馏的方法分离提纯苯。苯为无色透明液体，有芳香族精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 25 页，共 26 页个人资料整理仅限学习使用特有的气味，难用于水。苯的危险特性属第3.2 类中闪点易燃液体。苯的蒸气对人有强烈的毒性，急性中毒时出现酒醉状态、晕眩、瞳孔放大、网膜出血、皮肤苍白、体温和血压下降、脉搏微弱，终因呼吸麻痹、痉挛而死亡。工业上常用作合成燃料、医药、农药、照相胶片以及石油化工制品的原料，清

30、漆、硝基纤维的稀释剂、脱漆剂、树脂、人造革等溶剂。本设计进行苯和甲苯的分离，采用直径为2m 的精馏塔，选取效率较高、塔板结构简单、加工方便的单溢流方式，并采用了弓形降液盘。该设计的优点：1.操用、调节、检修方便；2.制造安装较容易；3.处理能力大，效率较高，压强较低，从而降低了操作费用；4.操作弹性较大。该设计的缺点：设备的计算及选型都有较大的误差存在，从而选取的操作点的不是在最好的范围内，影响了设计的优良性。13.参考文献1 程能林 .溶剂手册 .北京：化学工业出版社， 2002 2 刘光启等 .化工物性算图手册 , 2002 3 杨祖荣 .化工原理 .北京：化学工业出版社，2009 4 贾邵义 柴诚敬 .化工原理课程设计.天津：天津大学出版社，20025 国家医药管理局上海医药设计院.化学工艺设计手册 .第二版 .上册.北京：化学工业出版社， 1996，2-20014. 附图工艺流程简图、主体设备设计条件图）精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 26 页，共 26 页