化工原理課程設(shè)計(jì)21683

1、設(shè)計(jì)題目： 二甲苯三甲苯雙組份連續(xù)精餾篩板塔的設(shè)計(jì) 學(xué)院、系： 專業(yè)班級(jí)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 成 績(jī)： 2012年07月09日目錄1第一部分工藝設(shè)計(jì)3物料衡算：3塔頂溫度、塔底溫度及最小回流比的計(jì)算：4確定最佳操作回流比與塔板層數(shù)：51.3.1 列相平衡關(guān)系式：51.3.2 列操作線方程：51.3.3 由塔頂向下逐板計(jì)算精餾段的汽、液相組成:61.3.4 由進(jìn)料口向下逐板計(jì)算提餾段的汽、液相組成:61.3.5 逐板法計(jì)算塔板層數(shù)：61.3.6 對(duì)上表塔板數(shù)列表：101.3.7 繪制R-NT曲線，確定最佳操作回流比及最佳理論板數(shù)：111.3.8 查取塔板效率：111.3.9 計(jì)算全塔理論板

2、數(shù)：122第二部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)122.1 塔板結(jié)構(gòu)計(jì)算：（設(shè)計(jì)塔頂?shù)谝粔K板）122.1.1 計(jì)算塔頂實(shí)際的汽液相體積流量：12選取塔板間距：122.1.3 計(jì)算液泛速度：132.1.4 空塔氣速：132.1.5 選取溢流方式及堰長(zhǎng)同塔徑的比值:132.1.6 計(jì)算塔徑：132.1.7 計(jì)算塔徑圓整后的實(shí)際氣速：142.1.8 在m時(shí)，塔板結(jié)構(gòu)尺寸：14溢流堰高度及堰上液層高度的確定14板面篩孔布置的設(shè)計(jì)142.3.1 選取篩孔直徑d0=5mm。152.3.2 計(jì)算開(kāi)孔區(qū)面積A：152.3.3 開(kāi)孔率152.3.4 開(kāi)孔面積：152.4 水力學(xué)性能參數(shù)計(jì)算及校核152.4.1 液沫夾帶分率的檢驗(yàn)15

3、2.4.2 塔板壓降162.4.3 液面落差的校驗(yàn)：162.4.4 塔板漏液狀況的校驗(yàn)172.4.5 降液管液泛情況的校驗(yàn)：172.4.6 液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間的校驗(yàn)：18塔板負(fù)荷性能圖182.5.1 負(fù)荷性能圖182.5.2 操作性能的評(píng)定：192.6 篩板設(shè)計(jì)計(jì)算的主要結(jié)果：203結(jié)束語(yǔ)21化工原理課程設(shè)計(jì).原始數(shù)據(jù)1. 設(shè)計(jì)題目：雙組分連續(xù)精餾篩板塔的設(shè)計(jì)2. ×104kg/h3. 原料組成：組分名稱二甲苯三甲苯組成（質(zhì)量分率）4. 分離要求：（1）：餾出液中低沸點(diǎn)組分的含量不低于0.985（質(zhì)量分率）。（2）：餾出液中低沸點(diǎn)組分的收率不低于0.99（質(zhì)量分率）。5. 操作條

4、件：（1）：操作壓力：常壓。（2）：進(jìn)料及回流狀態(tài)：泡點(diǎn)液體。.設(shè)計(jì)計(jì)算1第一部分 工藝設(shè)計(jì)物料衡算：二甲苯的摩爾質(zhì)量：MA=106kg/kmol三甲苯的摩爾質(zhì)量：MB=120 kg/kmol原料液摩爾分率：塔頂產(chǎn)品摩爾分率：原料液的平均摩爾質(zhì)量：×106(1)×120kg/kmol物料衡算原料處理量：kmol/h塔頂易揮發(fā)組分回收率：kmol/h總物料衡算：kmol/h×0.58087867×1457塔頂溫度、塔底溫度及最小回流比的計(jì)算：1.2.1 確定操作壓力：塔頂壓力：760塔底壓力：760+25×1001.2.2 計(jì)算塔頂溫度（露點(diǎn)溫度

5、）根據(jù)塔頂壓力及塔頂汽相組成用試差法計(jì)算塔頂溫度。其中二甲苯、三甲苯的飽和蒸氣壓由安托因方程計(jì)算。l 設(shè)=由 得=由 得=3= 假設(shè)正確，為所求露點(diǎn)溫度。1.2.3 計(jì)算塔底溫度（泡點(diǎn)溫度）根據(jù)塔底壓力及塔底殘液組成用試差法計(jì)算塔底溫度。其中二甲苯、三甲苯的飽和蒸氣壓由安托因方程計(jì)算。l 設(shè)=178.35由 得=由 得=1假設(shè)正確，為所求泡點(diǎn)溫度。1.2.4 計(jì)算最小回流比Rmin：確定最佳操作回流比與塔板層數(shù)：1.3.1 列相平衡關(guān)系式：1.3.2 列操作線方程：精餾段：提餾段： (L=R*D)1.3.3 由塔頂向下逐板計(jì)算精餾段的汽、液相組成:由y1=xD，根據(jù)平衡關(guān)系計(jì)算x1，由操作關(guān)系

6、計(jì)算y2，由平衡關(guān)系計(jì)算x2,由平衡關(guān)系計(jì)算xn，當(dāng)xnxF時(shí)，則n-1即為精餾段的理論板數(shù)。1.3.4 由進(jìn)料口向下逐板計(jì)算提餾段的汽、液相組成:由x1=xn，根據(jù)操作關(guān)系計(jì)算y2，由平衡關(guān)系計(jì)算x2，由操作關(guān)系計(jì)算y3,由平衡關(guān)系計(jì)算xm，當(dāng)xmxw時(shí)，則m即為提餾段的理論板數(shù)。逐板法計(jì)算塔板層數(shù)：由R=(1.1-2.0)RminRmin，逐次增大操作回流比，按上述2-4步計(jì)算，具體計(jì)算結(jié)果如下表：Rmin精餾段提餾段nxymxy172086710.745020.953477720.56310.733930.930666430.54060.715840.90340.952440.50650

7、.687150.8719850.45750.643560.8368560.39300.580870.79945170.31370.498480.761272280.2385940890.16740.3009109361100.11051111127912139561314156014=27（不包括塔釜） =14=13（不包括塔釜）Rmin精餾段提餾段nxymxy17200.986710.56340.7342220.53150.7083330.484544556670.883170.1841880.121899101011111212=23（不包括塔釜） 12=11（不包括塔釜）Rmin精餾段提

8、餾段nxymxy17200.986710.720222330.43070.618240.894540.349650.85540.926850.26340.433660.81020.901460.1842770.12048899101011=20（不包括塔釜） =10=10（不包括塔釜）Rmin精餾段提餾段 nxymxy10.986710.5417220.484030.9245308140.889540.320150.846350.232360.79580.893065650.2842770.09900.19048899101011=20（不包括塔釜） =10=10（不包括塔釜）Rmin精餾段提

9、餾段 nxymxy10.986710.72582767230.962630.414540.9435450.8399566770.187688991011=19（不包括塔釜） =9=10（不包括塔釜）Rmin精餾段提餾段nxymxy10.97200.986710.57900.746520.95100.976520.52390.702030.92180.961934820.634940.88280.941640.356742750.83310.914450.26160.4312660.1771770.11208891011=18（不包括塔釜） =8=10（不包括塔釜）Rmin精餾段提餾段nxymx

10、y186710.55570.728120.950776320.48540.668830.961230.39600.583940.87960.939949770.475750.82680.910950.20590.35696677884610.0937910=17（不包括塔釜） =8=9（不包括塔釜）Rmin精餾段提餾段nxymxy172086710.53280.709420.95020.976120.45020.636730.960430.537640.937940.419750.81990.906950.3003660.10320.1976778890.0180 10=17（不包括塔釜） =

11、8=9（不包括塔釜）Rmin精餾段提餾段nxymxy10.986710.51140.6914275920.41940.607230.959730.497440.87250.936140.374455578668380.1638778890.0284=16（不包括塔釜） =8=8（不包括塔釜）Rmin精餾段提餾段nxymxy186710.7372275820.48660.669830.959330.38650.574240.934940.4555550.3305660.2195778910=16（不包括塔釜） =7=9（不包括塔釜）1.3.6 對(duì)上表塔板數(shù)列表：R=nRmin精餾段1412101

12、0988887提餾段1311101010109989N(不含釜)272320201918171716161.3.7 繪制R-NT曲線，確定最佳操作回流比及最佳理論板數(shù)：本題取回流比=20（不包括塔釜） =10=10（不包括塔釜）1.3.8 查取塔板效率：1.3.9 計(jì)算全塔理論板數(shù)： 取=33塊2第二部分 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1 塔板結(jié)構(gòu)計(jì)算：（設(shè)計(jì)塔頂?shù)谝粔K板）2.1.1 計(jì)算塔頂實(shí)際的汽液相體積流量：對(duì)于液相：Kg/Kg/液相密度計(jì)算： Kg/汽相密度計(jì)算：=×106(1)×120kg/kmol Kg/塔頂氣相體積流量：選取塔板間距：選取塔板間距計(jì)算液汽動(dòng)能參數(shù)C：液氣動(dòng)能參數(shù)

13、：查史密斯關(guān)聯(lián)圖，查得汽相負(fù)荷參數(shù)液體表面張力的計(jì)算：dyne/cm01dyne/cm1+1dyne/cm2.1.3 計(jì)算液泛速度：m/s2.1.4 空塔氣速：取安全系數(shù)為0.7，則空塔氣速=m/s2.1.5 選取溢流方式及堰長(zhǎng)同塔徑的比值:選用單溢流弓形降液管，取=0.7。查弓形降液管的參數(shù)圖，查取降液管面積同塔截面積的比值，及降液管寬度同塔徑的比值。2.1.6 計(jì)算塔徑：截塔面積：塔徑：按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后D=1.8m。2.1.7 計(jì)算塔徑圓整后的實(shí)際氣速：m/s液泛分率：m/s 在（0.60.8）范圍內(nèi) 2.1.8 在D=1.8m時(shí)，塔板結(jié)構(gòu)尺寸：堰長(zhǎng)：m降液管寬度：1.8=降液管面積：溢流

14、堰高度及堰上液層高度的確定選取溢流堰高度查取液流收縮系數(shù)圖，得液流收縮系數(shù)E=1.021 選用平直堰，堰上液層高度0.017m=17mm=+=50+17=67mm板面篩孔布置的設(shè)計(jì)：2.3.1 選取篩孔直徑d0=5mm。篩孔按正三角形排列，=3,孔中心距t=3d0=3×5=15mm選塔板厚度=3.5mm（碳鋼板） =50mm =70mm2.3.2 計(jì)算開(kāi)孔區(qū)面積A：=2-22（D2）2.5432×0.22382××0.072×（1.73022×0.252）×22.3.3 開(kāi)孔率=×=0.1008=10.08%2.3

15、.4 開(kāi)孔面積：=×m2氣體通過(guò)篩孔的流速：=1孔個(gè)數(shù)N=9223個(gè)2.4 水力學(xué)性能參數(shù)計(jì)算及校核2.4.1 液沫夾帶分率的檢驗(yàn)=1162故在本設(shè)計(jì)液沫夾帶量在允許范圍內(nèi)。2.4.2 塔板壓降2.4.2.1 干板壓降由故=5/3.5=1.43,查干篩孔的流量系數(shù)表，得孔流系數(shù)9=m2.4.2.2 液層靜壓降查充氣系數(shù)關(guān)聯(lián)圖，得充氣系數(shù)=0.62。×m液柱2.4.2.3 液層表面張力壓降=m2.4.2.4 單板總壓降=m2.4.3 液面落差的校驗(yàn)： Kg/.=0289 忽略2.4.4 塔板漏液狀況的校驗(yàn)1) 產(chǎn)生漏液的干板壓降m2) 工作狀態(tài)下穩(wěn)定系數(shù)=故不會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重漏液。

16、2.4.5 降液管液泛情況的校驗(yàn)：2.4.5.1 選取降液管下緣至下層塔板的距離=20mm：則降液管下緣縫隙通道的截面積=×m22.4.5.2 液體流出降液管的阻力損失：=2.4.5.3 計(jì)算降液管內(nèi)的清液層高度及泡沫層高度：=+= m液柱二甲苯三甲苯物系屬一般物系，取=0.5，則=校核：+=0.45+0.05=故在本設(shè)計(jì)中不會(huì)發(fā)生液泛現(xiàn)象。2.4.6 液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間的校驗(yàn)：t=>5s故降液管設(shè)計(jì)合理。2.5 塔板負(fù)荷性能圖2.5.1 負(fù)荷性能圖2.5.1.1 過(guò)量液沫夾帶線 =-2.5.1.2 最小氣相負(fù)荷線=32.5.1.3 最大液相負(fù)荷線=1200×&#

17、215;2.5.1.4 最小液相負(fù)荷線 =2.5.1.5 降液管液泛線 ×根據(jù)以上各線方程，可作出篩板的負(fù)荷性能圖。（如圖）2.5.2 操作性能的評(píng)定：2.5.2.1 本設(shè)計(jì)的操作條件為=1,=，在負(fù)荷性能圖上作出操作點(diǎn)P（,），連接OP，即作出操作線。2.5.2.2 根據(jù)操作線同負(fù)荷性能圖的交點(diǎn)及設(shè)計(jì)工作點(diǎn)的坐標(biāo)，計(jì)算下列參數(shù)：根據(jù)負(fù)荷性能圖及操作線的交點(diǎn)，可以看出從圖上讀出: =1, =,=, =A. 操作彈性系數(shù)（極限負(fù)荷比）：按汽相負(fù)荷計(jì)算：=按液相負(fù)荷計(jì)算：=B. 設(shè)計(jì)工作點(diǎn)的安定系數(shù)（設(shè)計(jì)負(fù)荷對(duì)極限之比）：對(duì)汽相負(fù)荷上限：=對(duì)汽相負(fù)荷下限： =對(duì)液相負(fù)荷上限：=對(duì)液相負(fù)荷

18、下限：=2.6 篩板設(shè)計(jì)計(jì)算的主要結(jié)果：篩板塔工藝設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果總表項(xiàng)目符號(hào)單位計(jì)算數(shù)據(jù) 精餾段平均流量氣相VGm3/h液相VL實(shí)際塔板數(shù)N塊33板間距HTm塔徑Dm空塔氣速UGm/s塔板液流型式-單流型溢流裝置降液管型式-弓型堰長(zhǎng)lWm堰高h(yuǎn)wm溢流堰寬度Wdm管底與受液盤(pán)距離h0m773板上清液層高度Hdm孔徑d0mm5開(kāi)孔面積A0m2篩孔氣速U0m/s塔板壓降hm液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間ts液沫夾帶分率EG-氣相負(fù)荷上限-氣相負(fù)荷下限-氣相負(fù)荷Vmax液相負(fù)荷上限KAL-液相負(fù)荷下限K/AL-操作彈性- 參考文獻(xiàn)：6. 化工原理上下冊(cè)（譚天恩等編著）7. 化學(xué)工程手冊(cè)第13篇?dú)庖簜髻|(zhì)設(shè)備8. 飽和蒸氣壓數(shù)據(jù)：lg=Ai-Bi/(t+Ci) mmHg式中t：溫度，：飽和蒸氣壓，毫米工作汞柱Ai,Bi,Ci：同組分種類有關(guān)的常數(shù)組分名稱AiBiCi二甲苯1463三甲苯16089. 液體的物理性質(zhì)同溫度的近似關(guān)系：性質(zhì)組分密度(kg/m3)粘度(CP)表面張力(dyne/cm)二甲苯864三甲苯8780.8393結(jié)束語(yǔ) 通過(guò)本塔的負(fù)荷性能圖可以看出，操作線分別與液沫夾帶線和漏液線相交，是以上限為液沫夾帶控制，下限為漏液控制。若操作點(diǎn)位于操作區(qū)內(nèi)的適中位置時(shí)可獲得穩(wěn)定良好的操作效果。但本塔的操作點(diǎn)偏于漏液線，在操作區(qū)