精餾塔塔設(shè)計(jì)及相關(guān)計(jì)算

1、板式精餾塔設(shè)計(jì)任務(wù)書板式精餾塔的設(shè)計(jì)選型及相關(guān)計(jì)算設(shè)計(jì)計(jì)算滿足生產(chǎn)要求的板式精餾塔，包括參數(shù)選定、塔主題設(shè)計(jì)、配套設(shè)計(jì)及相關(guān)設(shè)計(jì)圖2011 administrator09級(jí)化工2班xx2011/12/1目 錄板式精餾塔設(shè)計(jì)任務(wù)3一設(shè)計(jì)題目3二操作條件3三塔板類型3四相關(guān)物性參數(shù)3五設(shè)計(jì)內(nèi)容3設(shè)計(jì)方案5一設(shè)計(jì)方案的思考6二工藝流程6板式精餾塔的工藝計(jì)算書7一設(shè)計(jì)方案的確定及工藝流程的說明二全塔的物料衡算三塔板數(shù)的確定四塔的精餾段操作工藝條件及相關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算五精餾段的汽液負(fù)荷計(jì)算六塔和塔板主要工藝結(jié)構(gòu)尺寸的計(jì)算七塔板負(fù)荷性能圖篩板塔設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果22附屬設(shè)備的的計(jì)算及選型25設(shè)計(jì)感想26 苯-氯

2、苯精餾塔的工藝設(shè)計(jì)一 設(shè)計(jì)題目苯-氯苯連續(xù)精餾塔的設(shè)計(jì)二. 設(shè)計(jì)任務(wù)及操作條件1. 進(jìn)精餾塔的原料液含苯38%（質(zhì)量%，下同），其余為氯苯；2. 產(chǎn)品含苯不低于97%，釜液苯含量不高于2%；3. 生產(chǎn)能力為96 噸/day（24h）原料液。4. 操作條件（1） 塔頂壓強(qiáng)4kpa（表壓）；（2） 進(jìn)料熱狀態(tài)自選；（3） 回流比自選；（4） 塔底加熱蒸汽壓力：0.5mpa（5） 單板壓降 0.7kpa。二操作條件1.塔頂壓強(qiáng)4kpa（表壓）；2.進(jìn)料熱狀況，自選；3.回流比，自選；4.塔底加熱蒸汽壓力0.5mpa(表壓)；5.單板壓降不大于0.7kpa；三. 設(shè)備形式：篩板塔四. 有關(guān)物性參數(shù)相對

3、分子質(zhì)量：苯：78.11； 氯苯：112.56序號(hào)12345678910111213溫度/k404.85401.15394.15389.55384.45379.55374.05370.05365.95360.65356.65355.35353.25x00.0350.1020.1610.2320.3150.4190.5060.6080.7550.8820.921y00.1460.3350.4640.5750.6780.770.8280.8810.9350.970.981五. 設(shè)計(jì)內(nèi)容（一）設(shè)計(jì)方案的確定及流程說明（二）精餾塔的物料衡算（三）塔板數(shù)的確定1、理論塔板數(shù)計(jì)算2、實(shí)際塔板數(shù)計(jì)算（四）塔

4、體工藝尺寸計(jì)算1、塔徑的計(jì)算2、塔的有效高度計(jì)算（五）塔板主要工藝尺寸的計(jì)算（1）溢流裝置計(jì)算（堰長、堰高、弓形降液管寬度和截面積、降液管底隙高度）（2）塔板布置（邊緣區(qū)寬度確定、開孔區(qū)面積計(jì)算、篩孔計(jì)算及排列）（3）塔板的流體力學(xué)驗(yàn)算（4）塔板的負(fù)荷性能圖（六）設(shè)計(jì)結(jié)果概要或設(shè)計(jì)一覽表（七）輔助設(shè)備選型與計(jì)算（八）繪制生產(chǎn)工藝流程圖及精餾塔的工藝條件圖（九）對設(shè)計(jì)過程的評述和有關(guān)問題的分析討論設(shè)計(jì)方案 此塔為板式塔，通體由不銹鋼制造。整個(gè)精餾塔包括：塔釜、塔節(jié)、進(jìn)料罐、進(jìn)料預(yù)熱器、塔釜液儲(chǔ)罐、塔頂冷凝器、回流比控制器、產(chǎn)品儲(chǔ)罐等。塔壓降由變送器測量，塔釜上升蒸汽量可通過采用釜液溫度或靈敏板進(jìn)

5、行控制，塔壓可采用穩(wěn)壓閥控制，并可裝載自動(dòng)安全閥。為使塔身保持絕熱操作，采用現(xiàn)代化儀表控制溫度條件，并可在室溫300范圍內(nèi)任意設(shè)定。同時(shí)，為了滿足需要，每一段塔節(jié)內(nèi)的溫度、塔釜液相溫度、塔頂氣相溫度、進(jìn)料溫度、回流溫度、塔頂壓力、塔釜壓力、塔釜液位、進(jìn)料量等參數(shù)均可以數(shù)字顯示。工藝流程原料液由高位槽即原料儲(chǔ)罐中引出，在預(yù)熱器中預(yù)熱后送入連續(xù)板式精餾塔（篩板塔），塔頂上升蒸汽流采用強(qiáng)制循環(huán)式列管全凝器冷凝后一部分作為回流液，其余作為產(chǎn)品經(jīng)冷卻至后送至產(chǎn)品槽；塔釜采用熱虹吸立式再沸器提供氣相流，塔釜?dú)堃核椭翉U熱鍋爐。苯-氯苯板式精餾塔的工藝計(jì)算書一設(shè)計(jì)方案的確定及工藝流程的說明 本設(shè)計(jì)任務(wù)為分離苯

6、-氯苯混合物。對于二元混合物的分離，應(yīng)采用連續(xù)精餾過程。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)。塔頂上升蒸汽采用全凝器冷凝，冷凝液在泡點(diǎn)下一部分回流至塔內(nèi)，其余部分經(jīng)產(chǎn)品冷卻器冷卻后送至儲(chǔ)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2倍。塔釜采用間接蒸汽加熱，蒸汽流量由控制器控制，塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送至儲(chǔ)罐。塔主體設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)任務(wù)及操作條件：1. 進(jìn)精餾塔的原料液含苯38%（質(zhì)量%，下同），其余為氯苯；2. 產(chǎn)品含苯不低于97%，釜液苯含量不高于2%；3. 生產(chǎn)能力為96 噸/day（24h）原料液。4. 操作條件（1） 塔頂壓強(qiáng)4kpa（表壓）；（2）

7、 進(jìn)料熱狀態(tài)泡點(diǎn)進(jìn)料；（3） 回流比自選；（4） 塔底加熱蒸汽壓力：0.5mpa（5） 單板壓降 0.7kpa。根據(jù)設(shè)計(jì)要求可得：輕組分摩爾分?jǐn)?shù)：進(jìn)料原液：xf=38%/m苯38/%m苯+62%/m氯苯=38%/78.1138%/78.11+62%/112.56=46.9%同理可求 塔頂產(chǎn)品xd97.6%； 塔釜xw2.9%平衡曲線的確定：1.根據(jù)苯-氯苯的相平衡數(shù)據(jù)作圖序號(hào)12345678910111213溫度404.85401.15394.15389.55384.45379.55374.05370.05365.95360.65356.65355.35353.25x00.0350.1020.

8、1610.2320.3150.4190.5060.6080.7550.8820.921y00.1460.3350.4640.5750.6780.770.8280.8810.9350.970.981由于泡點(diǎn)進(jìn)料xe=xf=0.469yq=ye；xq=xe由圖查得yf=0.805回流比：利用公式rminrmin+1=xd-yqxd-xq 可求得rmin=0.509取r=2rmin=1.18平均摩爾質(zhì)量： mf 78.110.469(10.469)112.5696.40kg/kmol md 78.110.976(10.976)112.5678.94kg/kmol mw 78.110.029(10.0

9、29)112.56111.56kg/kmol由于生產(chǎn)能力為96 噸/day（24h）原料液。即為f=96 噸/day=4000kg/h; f=4000/96.40=41.49kmol/h0.38f0.97d0.02wfdw解得d=1515.79w=2484.21所以d=1515.79/78.94=19.21 kmol/h;w=2484.21/111.56=22.27k mol/h由此可得精餾塔的汽、液相負(fù)荷l=rd=1.1819.21=22.67 kmol/hv=(r+1)d=(1.18+1)19.21=41.88 kmol/hl=l+f=22.67+41.49=64.16 kmol/hv=v

10、=41.88 kmol/h進(jìn)而可求操作線方程：精餾段：y=rr+1x+xdr+1=1.181.18+1x+0.9761.18+1=0.541x+0.448 提留段： y=lvx-wvxw=64.1641.88x-22.2741.880.029=1.53x+0.0154查化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊80時(shí)苯蒸汽壓：pa。=110kpa; 氯苯蒸汽壓：pb。=19.66;kpa140時(shí)苯蒸汽壓：pa=480kpa; 氯苯蒸汽壓： pb=126.1kpa;可求1=pa。pb。=11019.66=5.60； 2=papb=480.2126.1=3.81（1+2）12=5.6+3.8112=4.705可以確定在

11、4.705左右。將進(jìn)料點(diǎn)帶入平衡方程y=x1+(-1)x其中y=0.805,x=0.469；解得=4.674因此相平衡方程為y=4.674x1+(4.674-1)x理論塔板數(shù)的確定：現(xiàn)已知：精餾段：y=0.541x+0.448提留段： y=1.53x+0.0154相平衡方程：y=4.674x1+4.674-1x x=y4.674-（4.674-1）y由此進(jìn)行逐板法求理論塔板數(shù)：(設(shè)塔頂處為第一塊板向塔釜標(biāo)注)xd=0.976所以第一塊板：y1=xd=0.976 x1=y4.674-（4.674-1）y=0.9764.674-（4.674-1）0.976=0.897第二塊板：y2=0.541x1

12、+0.448=0.5410.897+0.448=0.933 x2=y24.674-（4.674-1）y2=0.9334.674-（4.674-1）0.933=0.749依次計(jì)算列入下表：板數(shù)yx備注10.9760.897精餾段20.9330.749精餾段30.8530.555精餾段40.7480.389提留段50.6100.251提留段60.3990.124提留段70.2060.052提留段80.0960.022提留段90.0490.011第4塊板進(jìn)料經(jīng)作圖法驗(yàn)證理論塔板數(shù)為8塊基本合理塔頂、塔釜、進(jìn)料板溫度及其他物性參數(shù)的計(jì)算內(nèi)差法計(jì)算溫度：根據(jù)查得的氣液平衡與溫度關(guān)系表塔 頂：1-0.92

13、353.25-355.35=1-0.976353.25-td 解得td=353.880k=80.730進(jìn)料板：0.506-0.419370.05-374.05=0.506-0.469370.05-tf 解得tf=371.751k=98.601塔 釜：0.035-0401.15-404.85=0.035-0.029401.15-tw 解得tw=401.314k=128.164同理用內(nèi)差法查各處粘度、密度及表面張力：各溫度下參數(shù)（化學(xué)化工物性參數(shù)手冊）80.000 100.000 120.000 140.000 密度kg/m3苯815.000 792.500 768.900 744.100 氯苯1

14、042.000 1091.000 996.400 972.900 粘度mpa*s苯0.308 0.255 0.215 0.184 氯苯0.428 0.363 0.313 0.274 表面張力（mn/m）苯21.270 18.850 16.490 14.170 氯苯23.750 21.570 19.420 17.320 用內(nèi)差法計(jì)算得：溫度/td=80.730tf=98.601tw=128.164t塔=104.497t精=89.67密度kg/m3苯814.179794.151758.777774.206 804.121 氯苯1043.7891097.617986.8071017.671 1030

15、.880 粘度mpa*s苯0.3060.2580.2020.224 0.282 氯苯0.4260.3660.2970.324 0.397 表面張力（mn/m）苯21.18219.01515.54317.021 20.100 氯苯23.67021.72018.56319.903 22.696 全塔平均溫度為：（80.730128.164）2=104.497=0.2240.4960.3240.504=0.274mpa*s實(shí)際塔板數(shù)：=4.6740.274=1.281 mpa*s查塔效率關(guān)聯(lián)圖得:et=43%;e0=0.49()-0.245=0.49(4.6740.274)-0.245=0.461實(shí)

16、際塔板數(shù)為：n=nte0=80.461=17.35；所以實(shí)際塔板數(shù)為18塊。精餾段平均物性參數(shù)：由上表參數(shù)進(jìn)行如下計(jì)算精餾段平均壓強(qiáng)取每層塔板壓降為0.7kpa計(jì)算。塔頂： pd=101.3+4=105.3kpa加料板：pf=105.3+0.73=107.1kpa平均壓強(qiáng)pm=(105.3+107.1)2=106.2kpa精餾段平均溫度已經(jīng)求得平均溫度為：tm=（80.73098.601）2=89.67平均分子量 mlf 78.110.469(10.469)112.5696.40kg/kmol mvf 78.110.805(10.805)112.5684.82kg/kmol mld 78.11

17、0.897(10.897)112.5681.66kg/kmol mvd 78.110.976(10.976)112.5678.94kg/kmol精餾段：mlm=96.40+81.662=89.03kg/kmol mvm=84.82+78.942=81.88kg/kmol精餾段平均密度液相平均密度塔頂：1d=0.98814.179+0.021043.789 可得d=817.78kg/m3進(jìn)料板： 1f=0.621097.617+0.38794.151 可得f=958.44kg/m3精餾段：lm=817.78+958.442=888.11kg/m3汽相平均密度 vm=pmmvmrtm=106.28

18、1.888.314(273.15+89.67)=2.88kg/m3精餾段液體的平均表面張力塔頂：1=21.182mn/m; 2=23.670mn/mm1=1x1+2x2=21.1820.976+23.6701-0.976=21.242mn/m; 進(jìn)料板：3=19.015mn/m; 4=21.720mn/mm2=3x3+4x4=19.0150.469+21.7201-0.469=20.451mn/m;精餾段：m=m1+m22=21.242+20.4512=20.85mn/m氯苯的汽化潛熱：純組分的汽化潛熱與溫度的關(guān)系式：（氯苯的臨界溫度：）（常壓沸點(diǎn)下的汽化潛熱為35.3103kj/kmol。）

19、液體的平均粘度塔頂： 1=0.306mpa*s； 2=0.426mpa*sm1=1x1+2x2=0.3060.976+0.4261-0.976=0.309mpa*s; 進(jìn)料板：3=0.258mn/m; 4=0.366mn/mm2=3x3+4x4=0.2580.469+0.3661-0.469=0.315mpa*s;精餾段：m=m1+m22=0.309+0.3152=0.312mpa*s塔和塔板主要工藝尺寸的設(shè)計(jì)：氣液相負(fù)荷的計(jì)算：汽相摩爾流率v=r+1d=1.18+119.21=41.88kmol/h汽相體積流量vs=vmvm3600vm=41.8881.8836002.88=0.331m3/

20、s汽相體積流量vh=0.3313600=1190.67m3/h液相回流摩爾流率l=rd=1.1819.21=22.67液相體積流量ls=lmvm3600vm=22.6781.883600888.11=0.00058m3/s液相體積流量lh=0.000583600=2.088m3/h塔直徑d的確定：設(shè)板間距ht=600mm 液層高度：hl=70mmfl,v=lsvslv=0.000580.331888.112.88=0.0308查泛點(diǎn)關(guān)聯(lián)圖：c20=0.125 c=c20(/20)0.2=0.125(20.8520)0.2=0.126u泛=cl+vv=0.126888.11-2.882.88=2

21、.209m/su=0.7u泛=0.72.209=1.546m/sd=4vsu=40.3313.141.546=0.522m圓整后d=600mm; 操作氣速u=1.171m/s塔高：（人孔取700mm）h=(3-1)600+(5-1)600+700=4300mm=4.3m塔板設(shè)計(jì)：采用單流型塔板溢流裝置：溢流堰：堰長lw=0.7d=0.70.550=0.385m此時(shí)lhlw=2.0880.385=5.4235s 降液管高度：h0=hw-0.01=0.061-0.01=0.051m 在0.020.25之間滿足要求塔板設(shè)計(jì)塔板布置開孔面積：aa=xr2-x2+180r2sin-1xr x=d2-(w

22、d+wc) r=d2-wc據(jù)經(jīng)驗(yàn)值取wc=0.05m d=0.600m 代入上式r=0.6002-0.05=0.25m;x=0.6002-0.075+0.05=0.175maa=0.250.252-0.1752+1800.252sin-10.1750.25=0.125m2據(jù)經(jīng)驗(yàn)值：安定區(qū)ws=70mm 無效區(qū)wc=50m篩孔：據(jù)經(jīng)驗(yàn)值?。嚎讖絛0=5mm 孔間距t=2.4d0則t=12mm開孔率：=a0aa 取=0.15篩孔數(shù)目：n=1158103t2aa=11581031220.125=1006個(gè)開孔面積：a0=n4d02=10063.1440.0052=0.0197驗(yàn)證：=a0aa=0.0

23、1970.125=0.157基本符合篩孔氣速：u0=vsa0=0.3310.0197=16.80m/s 篩板流體力學(xué)驗(yàn)算：塔板壓降：板厚度取=3mm d0=43=1.33 查得c0=0.98hf=hd+hlhd=12gu0c02vl=129.8116.800.9822.88888.11=0.0486mhf=(hw+how) fa=vsat-2afv0.5=0.3310.2375-20.01702.880.5=2.760查得=0.525 hf=hw+how=0.5250.07=0.036 hf=hd+hl=0.0486+0.036=0.08m液柱即0.089.81888.1=696pa液沫夾量e

24、v=5.710-6uaht-2.5(hw+how)3.2=0.0222 基本符合停留時(shí)間核算：=afhtls=0.01700.6000.00058=17.58s5s塔板負(fù)荷性能圖：液沫夾帶線令ev=5.710-6uaht-2.5(hw+how)3.2=0.1ua=qvat-2af=qv0.2375-20.02018how=2.8410001lslw23得下表序號(hào)1234567vs0.00010.00030.00050.00070.00090.00120.0016ls0.46400.44880.43700.42670.41730.40450.3889液泛線令hd=(ht+hw)設(shè)qv則hf=0.

25、153lslwh02how=2.8410001lslw23 hl=hw+how hl=(hw+how)hd=ht+hw=hf+hl+hf 得 hf則hd=hf-hl由于hd=12gu0c02vl則可得u0u0a0=qv則可求vs得下表序號(hào)1234567vs0.00010.00030.00050.00070.00090.00120.0016ls0.51680.50550.49540.48520.47470.45760.4315液相上線=afhtls=5s可求不同ls值漏液線設(shè)qv則how=2.8410001lslw23 hl=hw+how uow=4.4c0(0.0056+0.13hl-h)lv

26、 由于hd=12gu0c02vl則可得u0u0a0=qv則可求vs得下表序號(hào)1234567vs0.00010.00030.00050.00070.00090.00120.0016ls0.15620.15890.16090.16270.16430.16650.1691液相下線得下圖操作彈性：vs,maxvs,min=0.3380.200=1.69精餾塔的設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果匯總一覽表項(xiàng) 目符 號(hào)單 位計(jì) 算 結(jié) 果精餾段提餾段平均壓強(qiáng)pmkpa106.2平均溫度tm89.67-平均流量氣相m3/s0.331-液相m3/s0.00058-實(shí)際塔板數(shù)塊18板間距m0.6塔段的有效高度hm4.3塔徑dm0.6空塔氣速um/s1.171塔板液流型式單流型溢流裝置溢流管型式弓形堰長m0.385堰高m0.061溢流堰寬度m0.075底隙高度m0.051板上清液層高度m0.06孔徑mm5孔間距mm12孔數(shù)n個(gè)1006開孔面積a0m20.0197篩孔氣速m/s16.80塔板壓降kpa0.696液體在降液管中的停留時(shí)間s17.58降液管內(nèi)清液層高度m0.0486霧沫夾帶kg液/kg氣0.022負(fù)荷上限霧沫夾帶控制負(fù)荷下限漏液控制氣相最大負(fù)荷m3/s0.338氣相最小負(fù)荷m3/s0.200操作彈性1.69項(xiàng) 目符 號(hào)單 位計(jì) 算 結(jié) 果精餾段提餾段平均壓強(qiáng)pmkpa108.1平均溫度tm89.