苯—甲苯板式精馏塔的工艺设计方案 .docx

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1、精品名师归纳总结化工原理课程设计说明书苯工 甲艺 苯计 板算 式书 精精 馏塔馏段部 的分 工） 艺设计学院：化学化工学院 专业：应用化学专业 设计者： 杨 钱 生班级： 2007 级 07 班学号： 2007104407372021 年 7 月 1 日可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结（一）设计题目设计一座苯 -甲苯连续精馏塔，要求年产纯度为99.1%的甲苯 1.9104t，塔顶馏出液中含甲苯不得高于2%，原料液中含甲苯 38%以上均为质量分数）（二）操作条件1.塔顶压力4kPa表压）。2. 进料热状态自选。3. 回流比自选。4. 塔底加热蒸汽压力0.5MPa表压）。5. 单板

2、压降0.7kPa。（三） 塔板类型筛板（四） 工作日每年 300 天，每天 24 小时连续运行。（五） 厂址天津的区（六） 设计类容1. 精馏塔的物料衡算。2. 塔板数的确定。3. 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的运算。4. 精馏塔的塔体工艺尺寸运算。5. 塔板主要工艺尺寸的运算。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结6. 塔板的流体力学验算。7. 塔板负荷性能图。8. 精馏塔接管尺寸运算。9. 绘制生产工艺流程图。10. 绘制精馏塔设计条件图。11. 绘制塔板施工图 - 甲苯B饱和蒸气压 92.13=82.90kg/kmol MF=0.983 78.11+1-0.98392.13=

3、78.59kg/kmol MF=0.012 78.11+1-0.01292.13=91.96kg/kmolc) 物料衡算原料处理量总物料衡算31.83=D+W苯物料衡算31.83 0.658 =0.983D+0.011W联立解得D=21.19kmol/h可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结W=10.64kmol/h2. 塔板数的确定a理论板层数 NT 的求取苯-甲苯属抱负物系，可采纳图解法求理论板层数。i. 由手册查得苯 -甲苯物系的气液平稳数据表 1-2，绘出 x-y图，如图 1-1。ii. 求最小回流比及操作回流比。采纳作图法求最小回流比。在图1-1 中对角线上，自e0.658

4、,0.658作垂线 ef 即为进料线 q 线，该线与平稳线的交点坐标为可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结xq=0.658yq=0.828故最小回流比为取操作回流比为R=2Rmin=20.91=1.82iii. 求精馏塔的气、液相负荷L=RD= 1.8221.19=38.57kmol/hV= R+1D= 1.82+121.19=59.76kmol/h L=L+F= 38.57+31.83=70.40kmol/hV=V= 59.76kmol/hiv. 求操作线方程 精馏段操作线方程为提馏段操作线方程为v. 图解法求理论板层数采纳图解法求理论塔板层数，如图1-1 所示。求解结果为总理论

5、板层数NT=14包括再沸器 进料板位置NF=6b实际塔板数的求取精馏段实际板层数N 精=5/0.52=9.610提馏段实际板层数N 提=9/0.52=17.3 18可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结3. 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的运算以径流段为例进行运算a) 操作压力运算塔顶操作压力PD=101.3+4=105.3kPa每层塔板压降 P =0.7kPa进料板压力PF=105.3+0.710=112.3kPa精馏段平均压力 Pm=105.3+112.3/2=108.8kPa b操作温度运算依据操作压力，由泡点方程通过试差法运算出泡点温度，其中苯甲苯的饱和蒸气压由安东尼方程运算

6、，运算过程略。运算结果如下：塔顶温度tD=81.0进料板温度tF=91.4精馏段平均温度tm=81.0+91.4/2=86.2 c平均摩尔质量塔顶平均摩尔质量运算由 xD=y1=0.983,查平稳曲线 92.13=78.34kg/kmol MLDm =0.95578.11+1-0.95592.13=78.74kg/kmol进料平均摩尔质量运算由图解理论板 见图 1-1），得可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结yF=0.808查平稳曲线 92.13=80.80kg/kmol MLFm =0.63078.11+1-0.63092.13=83.30kg/kmol精馏段平均摩尔质量MVm

7、=78.34+80.80） /2=79.57kg/kmol MLm =HT=10-1 0.40=3.6m提馏段有效高度为Z 提=N 提-1HT=18-1 0.40=6.8m可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结在进料板上方开一人孔，其高度为0.8m故精馏塔的有效高度为Z=Z 精+Z 提+0.8=11.2m5. 塔板主要工艺尺寸的运算a) 溢流装置运算因塔径 D=1m，可选用单溢流弓形降液管，采纳凹形受液盘。各项运算如下：i. 堰长 lW取l W=0.66D=0.661.0=0.66mii. 溢流堰高度 hW由hW=hL-hOW选用平直堰，堰上液层高度近似取 E= 1,就取板上清液层高

8、度hL=40mm故hW=0.04-0.0094=0.031miii. 弓形降液管宽度 Wd和截面积 Af由查“弓形降液管的参数图”，得可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结2故Af=0.0722AT =0.0722 0.503=0.0363mWd=0.124 D=0.124 1.0=0.124m依式验算液体在降液管中停留时间，即故降液管设计合理。iv. 降液管底隙高度 h0取u0=0.08m/s就hw-h0=0.051 -0.031=0.0097m0.006m故降液管底隙高度设计合理。w选用凹形受液盘，深度h=50mm。b) 塔板布置i. 塔板的分块因 D800mm，故塔板采纳分块式

9、。查“塔板分块数表”得，塔板分为 3 块。ii. 边缘区宽度的确定取Ws=W s=0.065m，Wc=0.035m。iii. 开孔区面积运算可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结开孔区面积其中故iv. 筛孔运算及其排列此题所处理的物系无腐蚀性，可选用碳钢板，取筛孔直径 d0=5mm。筛孔按正三角形排列，取孔中心距t 为t=3d 0= 35=15mm筛孔数目 n 为开孔率为6. 塔板的流体力学验算a) 塔板压降i. 干板阻力 hc 运算干板阻力 hc 由式运算，由，查“干筛孔的流量系数图”得， c0=0.772可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结故ii. 气体通过液层的阻力

10、 hl 运算气体通过液层的阻力 h1 由式运算查“充气系数关联图”，得0.57故iii. 液体表面张力的阻力运算表面张力所产生的阻力由式运算气体通过每层塔板的液柱高度 hp 可按下式运算气体通过每层塔板的压降为b) 液面落差对于筛板塔，液面落差很小，且本例的塔径和液流量均不大，故可忽视液面落差的影响。c) 液沫夹带液沫夹带量由式运算可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结故故在本设计中液沫夹带量 eV 在答应范畴内。d) 漏液对筛板塔，漏液点气速u0,min 可如下运算实际孔速 u0=8.52m/su0,min稳固系数为故在本设计中无明显漏液。e) 液泛为防止塔内发生液泛，降液管内液层

11、高应有苯-甲苯物系属一般物系，取，就而板上不设进口堰， hd可由式运算，即Hd=0.047+0.40+0.001=0.088m液柱故在本设计中不会发生液泛现象。7. 塔板负荷性能图可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结由得整理得在操作范畴内，任取几个 Ls值，依上式运算出 Vs值，运算结果列于下表。由上表数据即可作出漏液线 1。b液沫夹带线以 ev=0.1kg 液/kg 气为限，求 Vs-L s关系如下 :由a) 漏液线Ls，m3/s0.00060.00150.00300.0045Vs，m3/s0.2800.2910.3050.317可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结故

12、整理得Ls，m3/s0.00060.00150.00300.0045Vs，m3/s1.4461.3841.3041.236在操作范畴内，任取几个 Ls值，依上式运算出 Vs值，运算结果列于下表。由上表数据即可作出液沫夹带线 2c) 液相负荷下限线对于平直堰，取堰上液层高度 hOW=0.006m 作为最小液体负荷标准，就=0.006取 E=1，就据此可作出与气体流量无关的垂直液相负荷下限线3。d) 液相负荷上限线以作为液体在降液管中停留时间的下限，就可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结故据此可作出与气体流量无关的垂直液相负荷上线线4e) 液泛线令由联立得忽视 ，将与 LS， 与 LS

13、， 与 VS 的关系式带入上式，并整理得式中将有关数据代入，得故可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结或Ls，m3/s0.00060.00150.00300.0045Vs，m3/s1.2261.1871.1201.040在操作范畴内，任取几个 LS值，依上式运算出 VS 值，运算结果列于下表。由上表数据即可作出液泛线 5。依据以上各线方程，可作出筛板塔的负荷性能图，如下。在负荷性能图上，作出操作点 A，连接 OA，即作出操作线。由可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结图可看出，该筛板的操作上限为液泛掌握，下限为漏液掌握。并可查得故操作弹性为所设计筛板的主要结果汇总于下表。V

14、s,max=1.163m3/sVs,min=0.282m3/s序号工程数值1平均温度 t m, 86.22平均压力 Pm,kPa108.833气相流量 Vs,m /s2.8543液相流量 Ls,m /s808.65实际塔板数286有效段高度 Z,m11.27塔径 D，m1.08板间距 HT，m0.49溢流形式单溢流10降液管形式弓形11堰长 l W， m0.6612堰高 hW， m0.03113板上液层高度 hL， m0.0414堰上液层高度 hOW， m0.009415降液管底隙高度 h0，m0.02116安定区宽度 WS， m0.06517边缘区宽度 WC， m0.035182开孔区面积

15、Aa， m0.53219筛孔直径 d0，m0.00520筛孔数目 n273121孔中心距 t ， m0.01522开孔率，%10.123空塔气速 u，m/s0.58324筛孔气速 u0，m/s8.5225稳固系数 K1.6026每层塔板压降 Pp， Pa37127负荷上限液泛掌握可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结28负荷上限漏液掌握29液沫夹带 eV， kg 液/kg气）0.0027303气相负荷上限， m/s1.163313气相负荷下限， m/s0.28232操作弹性4.1248. 精馏塔接管尺寸运算1.塔顶蒸汽出口管径依据流速选取，但塔顶蒸汽出口流速与塔内操作压力有关，常压可

16、取1220m/s 。2.回流液管径回流量前已算出，回流液的流速范畴为0.20.5m/s 。如用泵输送回流液，流速可取12.5 m/s。3.加料管径料液由高位槽自流，流速可取0.40.8 m/s。泵送时流速可取1.52.5m/s。4.料液排出管径塔釜液出塔的流速可取0.51.0m/s 。5.饱和蒸汽管径蒸汽流速： 295kPa： 2040 m/s。 2950 kPa： 80 m/s。9. 绘制生产工艺流程图10. 绘制精馏塔设计条件图11. 绘制塔板施工图 选作）12. 对设计过程的评述和有关问题的争论这是我们人生中第一次做课设，也是第一次比较系统的将理论与实际相联系虽然很大肯定程度上仍旧是比较理论化的）。在这次设计过程中，我学到了不少东西。我熟悉到实际中，操作条件下，会要求的设计有多苛刻。有一些前面的演算完全没有错，结果在验算是才发觉错了，又必需重新修改。仍可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结有塔径、塔高等重要数据都是可以运算出来的，虽然运算结果难免与实际有肯定冲突，但是，仍是有肯定指导意义的，特别是在考虑了一些实际情形后，便几乎不会有什么冲突。更重要的是，我仍学会了自主学习，这次老师几乎没直接教我们什么东西，而是要求我们自己查找资料，这在以后的学习和生活中都是很有实际意义的，由于我们已经学会了自己找需要的东西。可编辑资料 - - - 欢迎下载