精餾塔設(shè)計(jì)浮閥塔

1、 這篇論文主要運(yùn)用了圖解法，省去許多復(fù)雜的計(jì)算過(guò)程。 目 錄苯甲苯精餾塔設(shè)計(jì)3一、工藝要求與數(shù)據(jù)3二、設(shè)計(jì)條件3三、設(shè)計(jì)內(nèi)容3四、設(shè)計(jì)成果3設(shè)計(jì)計(jì)算4一.設(shè)計(jì)方案的確定4二.精餾塔的物料衡算41.原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分率42.原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量43.物料衡算原料處理量5三塔板數(shù)的確定51.理論塔板層數(shù)的求取52.求最小回流比及操作回流比。53.求精餾塔的氣，液相負(fù)荷54.求操作線方程65.圖解法求理論塔板數(shù)66.實(shí)際理論塔板數(shù)的求取6四精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算71.操作壓力的計(jì)算72.操作溫度計(jì)算73.平均摩爾質(zhì)量計(jì)算74.平均密度計(jì)算85.液相平均表面張

2、力的計(jì)算96.液體平均粘度的計(jì)算9五精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算101.塔徑的計(jì)算102.精餾塔有效高度的計(jì)算12六塔板主要工藝尺寸的計(jì)算121.溢流裝置的計(jì)算122.塔板布置14七篩板的流動(dòng)力學(xué)驗(yàn)算151.計(jì)算氣相通過(guò)浮閥塔板的靜壓頭降15八.精餾段塔板負(fù)荷性能圖18(1)霧沫夾帶上限線18(2)液泛線19(3) 液相負(fù)荷上限線20(4)氣體負(fù)荷下限線（漏液線）21(5)液相負(fù)荷下限線21九.篩板塔的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果匯總表22十.參考文獻(xiàn)22苯甲苯精餾塔設(shè)計(jì)一、工藝要求與數(shù)據(jù) 1、料液為苯甲苯混合液，含苯0.30+x（x=學(xué)號(hào)后三位/1000）（質(zhì)量分率，下同）； 2、產(chǎn)品含苯不低于95%，殘液

3、含苯不高于3% 3、生產(chǎn)能力：60000噸/年（按進(jìn)料算）二、設(shè)計(jì)條件1、 連續(xù)操作、泡點(diǎn)加料、泡點(diǎn)回流。2、 操作壓力：常壓3、 生產(chǎn)時(shí)間：300天/年4、 塔釜間接蒸汽加熱三、設(shè)計(jì)內(nèi)容1、 精餾裝置流程設(shè)計(jì)與論證2、 浮閥塔內(nèi)精餾過(guò)程的工藝計(jì)算 3、 浮閥塔主要工藝尺寸的確定4、 塔盤設(shè)計(jì)5、 流體力學(xué)條件校核、作負(fù)荷性能圖四、設(shè)計(jì)成果1、 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份2、 設(shè)計(jì)圖紙，包括流程圖，負(fù)荷性能圖，塔盤布置圖，浮閥塔工藝條件圖。注：學(xué)號(hào)為201073020132 故而進(jìn)料液中苯的含量為 X=0.30 + (132/ 1000)=43.2%設(shè)計(jì)計(jì)算一.設(shè)計(jì)方案的確定本設(shè)計(jì)任務(wù)為分離苯甲苯混合物。

4、對(duì)于二元混合組分的分離，應(yīng)該采用連續(xù)精餾流程。設(shè)計(jì)中采用泡點(diǎn)進(jìn)料，將原料液通過(guò)預(yù)熱器加熱至泡點(diǎn)后送入精餾塔內(nèi)。塔頂上升蒸氣采用全凝器冷凝，冷凝液在泡點(diǎn)下一部分回流至塔內(nèi)，其余經(jīng)產(chǎn)品冷凝器冷卻后送至儲(chǔ)罐。該物系屬易分離物系，最小回流比較小，故操作回流比去最小回流比的2倍。踏釜采用間接蒸氣加熱，塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送至儲(chǔ)罐。二.精餾塔的物料衡算1.原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分率苯的摩爾質(zhì)量 M = 78.11 Kg/甲苯的摩爾質(zhì)量 M = 92.13 Kg/ x = 2.原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量M =0.47378.11 + (1-0.473)92.13 =85.50 Kg/molM =

5、0.95778.11 + (1-0.957)92.13 =78.71 Kg/molM =0.03578.11 + (1-0.035)92.13 =91.64 Kg/mol3.物料衡算原料處理量 總物料衡算 97.46 = D + W 苯物料衡算 97.460.473= 0.957D + 0.035W 聯(lián)立解得： W = 51.16 D = 46.3三塔板數(shù)的確定1.理論塔板層數(shù)的求取苯甲苯屬理想物系，可采用圖解法求理論塔板數(shù)由苯甲苯汽液平衡組成數(shù)據(jù)繪出x-y圖2.求最小回流比及操作回流比。采用作圖法求最小回流比。在圖中對(duì)角線上，自點(diǎn)e（0.473,0.473）作垂線ef即為進(jìn)料線（q線），該線

6、與平衡線的交點(diǎn)坐標(biāo)為 故最小回流比為 取操作回流比為 3.求精餾塔的氣，液相負(fù)荷 L = RD = 2.4646.30 = 113.90 V =（R + 1）D = (1+ 2.46)46.30= 160.20 L = L + F = 113.90 + 97.46 = 211.36 V = V = 160.20 4.求操作線方程 精餾段操作線方程為 提餾段操作線方程為 5.圖解法求理論塔板數(shù) 總理論塔板層數(shù),進(jìn)料板位置6.實(shí)際理論塔板數(shù)的求取 精餾段實(shí)際理論塔板數(shù)： 提餾段實(shí)際理論塔板數(shù)： 四精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算1.操作壓力的計(jì)算塔頂操作壓力 每層塔板壓降 進(jìn)料板壓力 精餾段平

7、均壓力 2.操作溫度計(jì)算由圖解理論板，見(jiàn)x-y圖得 代入公式：得塔頂溫度 進(jìn)料溫度 精餾段平均溫度 3.平均摩爾質(zhì)量計(jì)算塔頂平均摩爾質(zhì)量計(jì)算由x = y = 0.957 查苯-甲苯平衡曲線，得 x = 0.882 = 0.95778.11 +（0.957)92.13 = 78.71 M = 0.882 78.11 + (1 0.882 )92.13 = 79.76 進(jìn)料板平均摩爾質(zhì)量計(jì)算由于是第5塊塔板進(jìn)料由圖解塔板理論得x = 0.341 = 0.64778.11+ (1 0.6647)92.13 = 83.059 = 0.341 78.11 + （1- 0.341）92.13 = 87.3

8、49 精餾段平均摩爾質(zhì)量M = = 80.8845M = = 83.55454.平均密度計(jì)算（1）氣相平均密度計(jì)算由理想氣體狀態(tài)方程計(jì)算，即 = = （2）液相平均密度計(jì)算液相平均密度依下式計(jì)算，即 = 塔頂液相平均密度的計(jì)算 由t = 82.56,查手冊(cè)得： = 進(jìn)料板液相平均密度的計(jì)算由t = 94.18 ,查手冊(cè)得 進(jìn)料板液相的質(zhì)量分率 精餾段液相平均密度的計(jì)算 5.液相平均表面張力的計(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的計(jì)算由t = 82.56,查手冊(cè)得： 進(jìn)料板液相平均表面張力的計(jì)算進(jìn)料板液相平均表面張力的計(jì)算由t,查手冊(cè)得： 精餾段液相平均表面張力的計(jì)算 6.液

9、體平均粘度的計(jì)算 液相平均粘度依下式計(jì)算，即Lg 塔頂液相平均粘度的計(jì)算由t = 82.56,查手冊(cè)得： 解得 進(jìn)料板液相平均粘度的計(jì)算由t,查手冊(cè)得： 解得 精餾段液相平均粘度的計(jì)算 五精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算 1.塔徑的計(jì)算精餾段的氣、液相體積流率為： 由 = 式中的C由式 C = C()來(lái)計(jì)算，由史密斯關(guān)聯(lián)圖來(lái)查取，圖的橫坐標(biāo)為 取塔板間距=0.45m,板上液層高度,則 查史密斯關(guān)聯(lián)圖得 C = 0.083 取安全系數(shù)為0.7，則空塔氣速為 u=0.7= 0.7 1.411 =0.9876m/s 按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后為 塔截面積為 實(shí)際空塔氣速為 2.精餾塔有效高度的計(jì)算精餾塔有效高度為：

10、提餾塔有效高度為： 在進(jìn)料板的上方開(kāi)一人孔，其高度為 0.8m故精餾塔的有效高度為六塔板主要工藝尺寸的計(jì)算1.溢流裝置的計(jì)算因塔徑D=1.4m,可選用單溢流弓形降液管，采用凹形液盤。各項(xiàng)計(jì)算如下：（1）堰長(zhǎng)（2）溢流堰高度h由h=h 選用平直堰，堰上液層高度 來(lái)計(jì)算，近似假設(shè)E=1，則 取 塔板上液層高度 故 （3）弓形降液管寬度W 和截面積A 由 查弓形降液管的參數(shù)圖可得： 故 驗(yàn)證液體在降液管中的停留時(shí)間，即 故降液管設(shè)計(jì)合理。（4）降液管底隙高度h采用公式 取則 故降液管底隙高度設(shè)計(jì)合理。 2.塔板布置 （1）塔板的分塊 因D，故塔板采用分塊式，查表得，塔板分塊為4塊。選用F1型重閥，閥

11、孔直徑d0=39mm，底邊孔中心距t=75m （2）邊緣區(qū)寬度的確定取 溢流堰前的安定區(qū)寬度W 進(jìn)口堰后的安定區(qū)寬度W 取 W（3）開(kāi)孔區(qū)面積的計(jì)算 其中， （4）浮閥數(shù)計(jì)算及其排列預(yù)先選取閥孔動(dòng)能因子,由F0=可求閥孔氣速，即每層塔板上浮閥個(gè)數(shù)為浮閥的排列，考慮到各分塊的支承與銜接要占去一部分鼓泡區(qū)面積，閥孔排列采用等腰三角形叉排方式?，F(xiàn)按的等腰三角形叉排方式排列，則設(shè)計(jì)條件下的閥孔氣速為閥孔動(dòng)能因數(shù)為所以閥孔動(dòng)能因子變化不大，仍在912的合理范圍內(nèi)，故此閥孔實(shí)排數(shù)適用。此開(kāi)孔率在5%15%范圍內(nèi)，符合要求。所以這樣開(kāi)孔是合理的。 七篩板的流動(dòng)力學(xué)驗(yàn)算1.計(jì)算氣相通過(guò)浮閥塔板的靜壓頭降每層塔

12、板靜壓頭降可按式計(jì)算。(1)計(jì)算干板靜壓頭降由式可計(jì)算臨界閥孔氣速，即，可用算干板靜壓頭降，即(2)計(jì)算塔板上含氣液層靜壓頭降由于所分離的苯和甲苯混合液為碳?xì)浠衔铮扇〕錃庀禂?shù)，已知板上液層高度 所以依式(3)計(jì)算液體表面張力所造成的靜壓頭降由于采用浮閥塔板，克服鼓泡時(shí)液體表面張力的阻力很小，所以可忽略不計(jì)。這樣，氣流經(jīng)一層，浮閥塔板的靜壓頭降為換算成單板壓降(設(shè)計(jì)允許值) 降液管中清夜層高度為防止塔內(nèi)發(fā)生液泛，降液管內(nèi)液層高H 應(yīng)服從公式 苯甲苯物系屬一般物系，取 則而 (1)計(jì)算氣相通過(guò)一層塔板的靜壓頭降前已計(jì)算(2)計(jì)算溢流堰（外堰）高度前已計(jì)算(3)液體通過(guò)降液管的靜壓頭降因不設(shè)進(jìn)口

13、堰，所以可用式m(4)塔板上液面落差由于浮閥塔板上液面落差很小，所以可忽略。(5)堰上液流高度前已求出這樣 從而可知，符合防止液泛的要求。(6) 液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間校核應(yīng)保證液體早降液管內(nèi)的停留時(shí)間大于35 s,才能使得液體所夾帶氣體釋出。本設(shè)計(jì)可見(jiàn)，所夾帶氣體可以釋出。計(jì)算霧沫夾帶量（1）霧沫夾帶量判斷霧沫夾帶量是否在小于10%的合理范圍內(nèi)，是通過(guò)計(jì)算泛點(diǎn)率來(lái)完成的。泛點(diǎn)率的計(jì)算時(shí)間可用式：和塔板上液體流程長(zhǎng)度塔板上液流面積苯和甲苯混合液可性系數(shù)K值，K=1.0 在從泛點(diǎn)負(fù)荷因數(shù)圖中查得負(fù)荷因數(shù),將以上數(shù)值分別代入上式，得泛點(diǎn)率為 及為避免霧沫夾帶過(guò)量，對(duì)于大塔，泛點(diǎn)需控制在80%以下。

14、從以上計(jì)算的結(jié)果可知，其泛點(diǎn)率都低于80%，所以霧沫夾帶量能滿足的要求。（2）嚴(yán)重漏液校核當(dāng)閥孔的動(dòng)能因數(shù)低于5時(shí)將會(huì)發(fā)生嚴(yán)重漏液，前面已計(jì)算，可見(jiàn)不會(huì)發(fā)生嚴(yán)重漏液。八.精餾段塔板負(fù)荷性能圖(1)霧沫夾帶上限線對(duì)于苯甲苯物系和已設(shè)計(jì)出塔板結(jié)構(gòu)，霧沫夾帶線可根據(jù)霧沫夾帶量的上限值所對(duì)應(yīng)的泛點(diǎn)率 (亦為上限值),利用式和便可作出此線。由于塔徑較大，所以取泛點(diǎn)率，依上式有整理后得即 即為負(fù)荷性能圖中的線(1)此式便為霧沫夾帶的上限線方程，對(duì)應(yīng)一條直線。所以在操作范圍內(nèi)任取兩個(gè)值作直線便可在負(fù)荷性能圖中得到霧沫夾帶的上限線。當(dāng)時(shí) 當(dāng)時(shí)(2)液泛線由式， 聯(lián)立。即式中， ，板上液層靜壓頭降 從式知，表示

15、板上液層高度，。所以板上液體表面張力所造成的靜壓頭和液面落差可忽略液體經(jīng)過(guò)降液管的靜壓頭降可用式則 式中閥孔氣速U0與體積流量有如下關(guān)系 式中各參數(shù)已知或已計(jì)算出，即 代入上式。整理后便可得與的關(guān)系，即 此式即為液泛線的方程表達(dá)式。在操作范圍內(nèi)任取若干值 0.001 0.003 0.005 0.007 2.6562.475 2.4662.346用上述坐標(biāo)點(diǎn)便可在負(fù)荷性能圖中繪出液泛線，圖中的(2)。(3) 液相負(fù)荷上限線為了使降液管中液體所夾帶的氣泡有足夠時(shí)間分離出，液體在降液管中停留時(shí)間不應(yīng)小于35s。所以對(duì)液體的流量須有一個(gè)限制，其最大流量必須保證滿足上述條件。由式可知，液體在降液管內(nèi)最短

16、停留時(shí)間為35秒。取為液體在降液管中停留時(shí)間的下限，所對(duì)應(yīng)的則為液體的最大流量,即液相負(fù)荷上限，于是可得所得到的液相上限線是一條與氣相負(fù)荷性能無(wú)關(guān)的豎直線，即負(fù)荷性能圖中的線(3)。(4)氣體負(fù)荷下限線（漏液線）對(duì)于F1型重閥，因5時(shí)，會(huì)發(fā)生嚴(yán)重漏液，故取計(jì)算相應(yīng)的氣相流量作出圖中線(4)(5)液相負(fù)荷下限線取堰上液層高度作為液相負(fù)荷下限條件，作出液相負(fù)荷下限線，該線為與氣相流量無(wú)關(guān)的豎直線。 按上式作出的液相負(fù)荷下限線是一條與氣相流量無(wú)關(guān)的豎直線，見(jiàn)圖中的線(5).所的負(fù)荷性能圖如下： 九.篩板塔的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果匯總表項(xiàng)目?jī)?nèi)容數(shù)值或說(shuō)明備注塔徑 D/m1.40 板間距HT/m0.40塔板形式單溢流弓形降液管分塊式塔板空塔氣速U/(m/s)0.9876堰長(zhǎng)(lw)0.952板上液層高度hW/m0.04753降液管底隙高度h0/m0.043浮閥數(shù)N/個(gè)180等腰三角形叉排閥孔氣速U0/(m/s)5.98臨界閥孔氣速U0c(m/s)5.973閥孔動(dòng)能因數(shù)F010.01孔心距t/m0.075同一橫排的孔心距液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間/s15.