化工原理課程設(shè)計(jì)連續(xù)精餾塔篩板塔的設(shè)計(jì)

1、 廣東石油化工學(xué)院 化工原理課程設(shè)計(jì)題 目 連續(xù)精餾塔篩板塔的設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師 成績 評閱教師 姓名 班級 高分子專09-1班 學(xué)號 完成時(shí)間 目錄第一部分 概述1、 設(shè)計(jì)題目.42、 設(shè)計(jì)任務(wù).43、 設(shè)計(jì)條件.44、 工藝流程圖.4第二部分 工藝設(shè)計(jì)計(jì)算1、 設(shè)計(jì)方案的確定.52、 精餾塔的物料衡算.51.原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分?jǐn)?shù).5 2.原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì) 量.5 3.物料衡算原料處理量.5三、塔板數(shù)的確定.5 1.理論板層數(shù)的求取.5 2.實(shí)際板層數(shù)的求取.74、 精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算.7 （一）精餾段. 7 1.操作壓力計(jì)算.7 2.操作溫度計(jì)算.

2、7 3.平均摩爾質(zhì)量計(jì)算.7 塔頂摩爾質(zhì)量計(jì)算.7 進(jìn)料板平均摩爾質(zhì)量計(jì)算.7 塔底摩爾質(zhì)量計(jì)算. .7（4）精餾段平均摩爾質(zhì)量.7 4.平均密度計(jì)算.7 精餾段氣相平均密度計(jì)算.7（2）精餾段液相平均密度計(jì)算.7 5.液相平均表面張力計(jì)算.8 精餾段塔頂液相平均表面張力計(jì)算.8 精餾段進(jìn)料板液相平均表面張力計(jì)算.8 6.液相平均粘度計(jì)算.8 精餾段塔頂液相平均粘度計(jì)算.8 精餾段進(jìn)料板液相平均粘度計(jì)算.8 （2） 提留段.8 1.操作壓力計(jì)算.8 2.操作溫度計(jì)算.8 3.平均摩爾質(zhì)量計(jì)算.8 4.平均密度計(jì)算.85.液相平均表面張力計(jì)算.86.液相平均粘度計(jì)算.8 五、精餾塔的塔體工藝尺寸

3、計(jì)算.9 （一）精餾段 1.塔徑的計(jì)算.9 2.精餾塔有效高度計(jì)算.10（二）提餾段 1.塔徑的計(jì)算.10 2.精餾塔有效高度計(jì)算.106、 塔板主要工藝尺寸的計(jì)算.10 （一）精餾段 1.溢流裝置計(jì)算.10 堰長.11 溢流堰高度.11 弓形降液管寬度和截面積.11 2.塔板布置.12 塔板的分塊.12 邊緣區(qū)寬度確定.12 開孔區(qū)面積計(jì)算.12 浮閥孔計(jì)算及其排列.12 （二）提留段 1.溢流裝置計(jì)算.12 堰長.12 溢流堰高度.12 弓形降液管寬度和截面積.13 2.塔板布置.13 塔板的分塊.13 邊緣區(qū)寬度確定.13 開孔區(qū)面積計(jì)算.13 浮閥孔計(jì)算及其排列.147、 篩板的流體力

4、學(xué)驗(yàn)算.14 1.塔板壓降.14 2.液面落差.14 3.液沫夾帶.14 4.漏液.15 5.液泛.158、 塔板負(fù)荷性能圖.15 1.漏液線.15 2.液沫夾帶線.16 3.液相負(fù)荷下限線.16 4.液相負(fù)荷上限線.16 5.液泛線.16 （提留段） 十一、設(shè)計(jì)一覽表.20九、塔附件設(shè)計(jì).20 1.接管進(jìn)料管.20 2.法蘭.21 3.筒體與封頭.21 （1）筒體 .21 （2）封頭.21 十、熱量衡算. 221、 再沸器.222、 冷凝器.223、 苯冷凝器.234、 甲苯冷凝器.235、 原料預(yù)熱器.24 十一、參考文獻(xiàn)24第一部分 概述1、 設(shè)計(jì)題目：浮閥板式精餾塔設(shè)計(jì)二、設(shè)計(jì)任務(wù)：試

5、設(shè)計(jì)分離苯-甲苯混合物的篩板精餾塔。已知原料液的處理量為 ，組成為 （苯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)），要求塔頂餾出液的組成為 ，塔底釜液的組成為 。操作壓力進(jìn)料熱狀況回流比單板壓降全塔效率三、設(shè)計(jì)條件試根據(jù)上述工藝條件作出篩板的設(shè)計(jì)計(jì)算。四、工藝流程圖 原料液由泵經(jīng)過預(yù)熱器預(yù)熱后進(jìn)入精餾塔內(nèi)。操作時(shí)連續(xù)的從再沸器中取出部分液體作為塔底產(chǎn)品（釜?dú)堃海┰俜衅髦性弦翰糠制?，產(chǎn)生上升蒸汽，依次通過各層塔板。塔頂蒸汽進(jìn)入冷凝器中全部冷凝或部分冷凝，然后進(jìn)入貯槽再經(jīng)過冷卻器冷卻。并將冷凝液借助重力作用送回塔頂作為回流液體，其余部分經(jīng)過冷凝器后被送出作為塔頂產(chǎn)品。為了使精餾塔連續(xù)的穩(wěn)定的進(jìn)行，流程中還要考慮設(shè)置原料槽。

6、產(chǎn)品槽和相應(yīng)的泵,有時(shí)還要設(shè)置高位槽。且在適當(dāng)位置設(shè)置必要的儀表（流量計(jì)、溫度計(jì)和壓力表）。以測量物流的各項(xiàng)參數(shù)。一、設(shè)計(jì)方案的確定本設(shè)計(jì)任務(wù)書為分離苯-甲苯混合物。對于二元混合物的分離，應(yīng)采用連續(xù)精餾流程。設(shè)計(jì)中采用泡點(diǎn)進(jìn)料，將原料液通過預(yù)熱器加熱至泡點(diǎn)后送入精餾塔內(nèi)，其余部分經(jīng)產(chǎn)品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，故操作回流比取最小回流比的 1.5 倍。二、精餾塔的物料衡算1.原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分?jǐn)?shù) 苯的摩爾質(zhì)量 = 甲苯的摩爾質(zhì)量 = =2.原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量= = =3. 物料衡算原料 原料處理量 總物料衡算 苯物料衡算 聯(lián)立解得 3

7、、 塔板數(shù)的確定 1、理論半數(shù)的確定 苯-甲苯屬于理想物系故相對揮發(fā)度 ，又因?yàn)榕蔹c(diǎn)進(jìn)料故：最小回流比及操作回流比為： 取操作回流比為： 求精餾塔的氣、液相負(fù)荷 求操作線方程 精餾段操作線方程 提餾段操作線方程逐板法求理論板層數(shù) 求解結(jié)果為：精餾段塔板數(shù)：提留段塔板數(shù)： 進(jìn)料板位置 ： 2. 實(shí)際板層數(shù)的求取 精餾段實(shí)際板層數(shù)： 提餾段實(shí)際板層數(shù)： 總實(shí)際板數(shù)： 4、 精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算 （一）精餾段 1.操作壓力計(jì)算塔頂操作壓力： 每層塔板壓降 ： 進(jìn)料板壓降： 精餾段平均壓力： 2.操作溫度計(jì)算依據(jù)操作壓力，由泡點(diǎn)方程通過試差法計(jì)算出泡點(diǎn)溫度，其中苯、甲苯的飽和蒸汽壓由安

8、托尼方程計(jì)算，計(jì)算過程略。計(jì)算結(jié)果如下: 塔頂溫度 進(jìn)料板溫度塔釜溫度 3.平均摩爾質(zhì)量計(jì)算 塔頂摩爾質(zhì)量計(jì)算： 進(jìn)料板平均摩爾質(zhì)量計(jì)算 由逐板法，得 （3）精餾段氣液混合物平均摩爾質(zhì)量 4.平均密度計(jì)算氣相平均密度計(jì)算 由理想氣體狀態(tài)方程計(jì)算，即 液相平均密度計(jì)算 液相平均密度依下式計(jì)算： （3）塔頂液相平均密度計(jì)算： 由 ，查手冊得 （4）進(jìn)料板液相平均密度計(jì)算： 由 ，查手冊得 （5）進(jìn)料板液相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)算： （6）精餾段液相平均密度為 5.液相平均表面張力計(jì)算 液相平均表面張力依下式計(jì)算，即 塔頂液相平均表面張力計(jì)算 由 ，查手冊得 進(jìn)料板液相平均表面張力計(jì)算 由 ，查手冊得 精餾段

9、液相平均表面張力為： 6.液相平均粘度計(jì)算 液相平均粘度依下式計(jì)算： 塔頂液相平均粘度計(jì)算 由 ，查手冊得 進(jìn)料板液相平均粘度計(jì)算 由 ，查手冊得 精餾段液相平均粘度為 （3） 提留段1.操作壓力計(jì)算塔釜操作壓力： 提餾段平均壓力： 2.操作溫度計(jì)算依據(jù)操作壓力，由泡點(diǎn)方程通過試差法計(jì)算出泡點(diǎn)溫度，其中苯、甲苯的飽和蒸汽壓由安托尼方程計(jì)算，計(jì)算過程略。計(jì)算結(jié)果如下: 塔釜溫度提留段平均溫度 3.平均摩爾質(zhì)量計(jì)算 塔釜摩爾質(zhì)量計(jì)算塔釜?dú)狻⒁夯旌衔锲骄栙|(zhì)量由于 故 （3）提餾段氣液混合物平均摩爾質(zhì)量 4.平均密度計(jì)算氣相平均密度計(jì)算 由理想氣體狀態(tài)方程計(jì)算，即 液相平均密度計(jì)算 液相平均密度依

10、下式計(jì)算： （1）塔釜液相平均密度計(jì)算： 由 ，查手冊得 （2）提留段液相平均密度計(jì)算： 5.液相平均表面張力計(jì)算 液相平均表面張力依下式計(jì)算，即 塔釜液相平均表面張力計(jì)算 由 ，查手冊得 提餾段液相平均表面張力為： 6.液相平均粘度計(jì)算 液相平均粘度依下式計(jì)算： 塔釜液相平均粘度計(jì)算 由 ，查手冊得 提餾段液相平均粘度為 5、 精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算 （一）精餾段 1.塔徑的計(jì)算（1）最大空塔氣速的計(jì)算公式： 精餾段的氣、液相體積流率為：由式 可求得c，其中 可查圖3-3得到，圖中的橫坐標(biāo)為：取板間距 ，板上層液高 ，則 查圖5-1得 取安全系數(shù)為0.6，則空塔氣速為： （2） 塔徑 按標(biāo)

11、準(zhǔn)塔徑圓整后為 塔截面積為 實(shí)際空塔氣速為 （二）提留段 1.塔徑的計(jì)算（1）最大空塔氣速的計(jì)算公式： 提餾段的氣、液相體積流率為：由式 可求得c，其中 可查圖3-3得到，圖中的橫坐標(biāo)為：取板間距 ，板上層液高 ，則 查圖5-1得 取安全系數(shù)為0.6，則空塔氣速為： （2）塔徑 按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后為 實(shí)際空塔氣速為 2.精餾塔的有效高度的計(jì)算 精餾段有效高度為 在進(jìn)料板上方開 個(gè)人孔，其高度為 ，故精餾塔的有效高度為 （六）塔板主要工藝尺寸的計(jì)算（一）精餾段1.溢流裝置計(jì)算篩板式塔的溢流裝置包括溢流堰，降液管和受液盤等幾部分。其尺寸和結(jié)構(gòu)對塔的性能有著重要影響。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合其他影響因素，當(dāng)因d

12、=1.0m,可選用單溢流弓形降液管，不設(shè)進(jìn)口堰，采用凹形受液盤。各項(xiàng)計(jì)算如下：堰長 取溢流堰高度 由，選用平直堰，堰上液層高度 近似取 e=1 ，則取板上清液層高度弓形降液管寬度和截面積 依式 驗(yàn)算液體在降液管中停留時(shí)間，即 因其 ， 故降液管設(shè)計(jì)合理。降液管底隙高度，計(jì)算公式 取 則 故降液管底隙高度設(shè)計(jì)合理。 2.塔板布置及浮閥數(shù)目排列 取閥孔動能因素 ，則有 每層塔板上浮閥數(shù)目與排列： 取邊緣寬帶 ，泡沫寬帶為 ，計(jì)算鼓泡區(qū)面積，即，浮閥排列方式用等邊三角形叉排，取同一排的孔心距 因閥孔總面積故用整板式塔板，按 ，以等邊三角形作圖，得 因其仍在912范圍內(nèi)，故仍可使用塔板開孔率= （二）

13、提留段 1.溢流裝置計(jì)算篩板式塔的溢流裝置包括溢流堰，降液管和受液盤等幾部分。其尺寸和結(jié)構(gòu)對塔的性能有著重要影響。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合其他影響因素，當(dāng)因d=1.0m,可選用單溢流弓形降液管，不設(shè)進(jìn)口堰，采用凹形受液盤。各項(xiàng)計(jì)算如下：堰長 取溢流堰高度 由，選用平直堰，堰上液層高度 近似取 e=1 ，則取板上清液層高度弓形降液管寬度 和截面積 依式 驗(yàn)算液體在降液管中停留時(shí)間，即 因其 ， 故降液管設(shè)計(jì)合理。降液管底隙高度 ，計(jì)算公式 取 則 故降液管底隙高度設(shè)計(jì)合理。 2.塔板布置及浮閥數(shù)目排列 取閥孔動能因素 ，則有 每層塔板上浮閥數(shù)目與排列： 取邊緣寬帶 ，泡沫寬帶為 ，計(jì)算鼓泡區(qū)面積，即，浮閥

14、排列方式用等邊三角形叉排，取同一排的孔心距 因閥孔總面積故用整板式塔板，按 ，以等邊三角形作圖，得 因其仍在912范圍內(nèi)，故仍可使用塔板開孔率= （七）塔板的流體力學(xué)驗(yàn)算 1.氣相通過浮閥塔板的壓降 可根據(jù)式 計(jì)算塔板壓降 干板阻力 由式 算出臨界空速，即，因?yàn)?，則 可按 ，求得 氣體通過液層的阻力計(jì)算本設(shè)計(jì)分離本和甲苯的混合液，即液相為碳?xì)浠衔?，可取充氣系?shù) ，由式 得單板壓降 液體表面張力的阻力計(jì)算 因本設(shè)計(jì)采用浮法塔，其 很小，故氣體流經(jīng)一層浮閥塔板的壓降相當(dāng)于液柱高度 2.淹塔為防止淹塔現(xiàn)象的發(fā)生，要求控制降液管中清液層高度 可用下式計(jì)算，即（1） 與氣體通過塔板的壓降相當(dāng)?shù)囊褐?/p>

15、度（2） 液體通過降液管的壓頭損失 ，因其不設(shè)進(jìn)口堰，故按式 計(jì)算 （3）板上液層高度， 取因此 取則可見 符合設(shè)計(jì)要求3、霧沫夾帶板上液體流徑長度板上液沫夾帶苯和甲苯可按正常系統(tǒng)按表取物性系數(shù) ，由泛點(diǎn)負(fù)荷系數(shù) ，將以上數(shù)據(jù)代入式 得，按式 計(jì)算出的泛點(diǎn)率在 以下，故可知霧沫夾帶量能夠滿足 的要求。（八）塔板負(fù)荷性能圖（一）精餾段1、霧沫夾帶線 由式 可知，對于一定物系及一定塔板結(jié)構(gòu)，式中 及 均為已知值，相應(yīng)于 的泛點(diǎn)率可確定，將已知數(shù)代入上式，便可得到物沫夾帶線按泛點(diǎn)率為80%計(jì)算有：簡化得 （1）霧沫夾帶線為直線，則可取任意兩個(gè) 值，依式（1）算出相應(yīng)的 列于表中2.液泛線 由 確定液

16、泛線，忽略式中的 項(xiàng)， 將式 ，式 ，式 ，式 式 代入上式得 物系一定塔板結(jié)構(gòu)尺寸一定，則 及 等均為定值而 與 又有如下關(guān)系，即 式中，閥孔數(shù)和孔徑為定值，因此，可將上式簡化為： 在操作范圍內(nèi)，取若干 值，依式（2）算出相應(yīng) 值列于下表3，液相負(fù)荷上限線液體的最大流量應(yīng)保證在降液管中停留時(shí)不低于35秒，依式 知，液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間求出上限液體流量 值，在 圖上，液相負(fù)荷上限線為與氣體流量 無關(guān)的直線。以 作為液體在降液管中停留時(shí)間的下限，則4、 漏液線 該線又稱降液管超負(fù)荷線。液體流量超過此線，表明液體流量過大，液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間過短，進(jìn)入降液管的氣泡來不及與液相分離而被帶入下層塔板，造成氣相返混，降低塔板效率。對于 型重閥，依式 計(jì)算，則 又知 即以 作為規(guī)定氣體最小負(fù)荷的標(biāo)準(zhǔn)，則5、液相負(fù)荷下限線取堰上液層高度 作為下限條件，依式 有解得根據(jù)以上計(jì)算數(shù)據(jù)可分別作出塔板的負(fù)荷性能圖，共五條線：由塔符合性能圖可看出：在人任務(wù)規(guī)定的氣液負(fù)荷的操作點(diǎn)a（設(shè)計(jì)點(diǎn)）處在適宜操作區(qū)域內(nèi)的適中位置；塔板的氣相負(fù)荷上限完全由液相負(fù)荷上限控制按照圖固定的氣液比由圖上可查出塔板的氣液相負(fù)荷