苯-甲苯混合液精餾分離篩板精餾塔課程設(shè)計

1、目錄一、設(shè)計方案的簡介.錯誤!未定義書簽。二、工藝流程草圖及說明.錯誤!未定義書簽。三、工藝計算.錯誤!未定義書簽。四、輔助設(shè)備的計算及選型.錯誤!未定義書簽。五、設(shè)計結(jié)果概要.23六、參考文獻.錯誤!未定義書簽。七、主要符號說明.錯誤!未定義書簽。八、附圖苯甲苯混合液精餾分離篩板精餾塔課程設(shè)計任務(wù)書設(shè)計參數(shù)年處理量：45000t；料液初溫：35C；料液組成：45%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）；塔頂產(chǎn)品組成：98%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）；塔底釜液組成：2%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）；年實際生產(chǎn)天數(shù)：330d；精餾塔塔頂壓力：常壓；冷卻水進口溫度：25C；飽和水蒸氣壓力：（表壓）；廠址：無錫地區(qū)。設(shè)計內(nèi)容設(shè)計方案的確定及工藝流程的組織

2、與說明；精餾過程的工藝計算；塔和塔板主要工藝結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計計算；塔內(nèi)流體力學(xué)性能的計算與校核；塔板結(jié)構(gòu)簡圖和塔板負(fù)荷性能圖的繪制；塔的工藝計算結(jié)果匯總一覽表；輔助設(shè)備的設(shè)計或選型計算；帶控制點的生產(chǎn)工藝流程圖及精餾塔設(shè)計工藝條件圖的繪制；對本設(shè)計的評述或?qū)τ嘘P(guān)問題的分析與討論；編制課程設(shè)計說明書。設(shè)計方案的確定本設(shè)計任務(wù)為分離苯一甲苯混合物。對于二元混合物的分離，應(yīng)采用連續(xù)精餾流程。設(shè)計中采用泡點進料，將原料液通過預(yù)熱器加熱至泡點后送人精餾塔內(nèi)。塔頂上升蒸氣采用全凝器冷凝，冷凝液在泡點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

3、回流比的2倍（并進行圓整）。塔釜采用間接蒸汽加熱，塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送至儲罐。工藝流程草圖如下：原料液預(yù)熱器再沸器精懦塔.拎凝器三設(shè)計計算1精餾塔的物料衡算原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分率苯的摩爾質(zhì)量Ma78.11kg/kmol甲苯的摩爾質(zhì)量Mb92.13kg/kmol0.45/78.11Xf/92.13xw0.024mf0.49178.110.50992.1385.25kgkmolMd0.98378.110.01792.1378.35kg.kmolMw0.02478.110.97692.1391.79kg.,kmol(2)原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量(3)物料衡算原料處理量F45000

4、1033302489.02總物料衡算63.83DW苯物料衡算聯(lián)立解得D31.08kmol/hW32.75kmo|/h2塔板數(shù)的確定(1)理論板層數(shù)Nt的求取苯一甲苯屬理想物系，可采用逐板法(結(jié)合origin軟件)求理論板層數(shù)。由手冊查得苯一甲苯物系的氣液平衡數(shù)據(jù)，繪出x-y圖，見圖3-1求最小回流比及操作回流比。在圖3-1中對角線上,yq=0.709，xq=0.491故最小回流比為Rmin自點e,作垂線ef即為進料線(q線)，該線與平衡線的交點坐標(biāo)為xdyq,“q1.26yqXq取操作回流比為R2Rmin2.52，圓整取2.5。求精餾塔的氣、液相負(fù)荷V/hVV108.78kmol/h求操作線方

5、程精餾段操作線方程為yn1Xn亙0.714Xn0.281R1R1提餾段操作線方程為ym1Xw1.301Xm0.007VV求理論板層數(shù)表1精餾段提餾段xyxy18293104115126137VXf800mm故塔板采用分塊式。查表3-7得，塔極分為3塊邊緣區(qū)寬度確定取Ws二w0.065m,Wc0.035m開孔區(qū)面積計算開孔區(qū)面積A按式3-16計算，即Aa2其中xWsr.1xsin180r1.22WC1.2220.3860.56520.38620.5652sin1空60.799m21800.565篩孔計算及其排列本例所處理的物系無腐蝕性，可選用篩孔按正三角形排列，取孔中心距t3d03515.0mm

6、篩孔數(shù)目n為1.155Aa門t2開孔率為A0S=3mm碳鋼板，取篩孔直徑dt為0=5mm。20.0154102個晳10.1%宀。)2則每層板上的開孔面積A0氣體通過篩孔的氣速為篩孔氣速uoVs衛(wèi)空A0.0807Aa211.04m/s6篩板的流體力學(xué)驗算(1)塔板壓降干板阻力hc計算干板阻力hc由式3-27計算，即2!1V0hc2gLC0由d。/5/31.67，查圖3-14得，C=0.772故hc0.0512.73807.6211.04氣體通過液層的阻力hl計算氣體通過液層的阻力hl由式3-31計算，即0.891AtAfFouaFV0.850,2731.40kg1/2/sm1/20.850m/s

7、查圖3-15，得B=。故h|hL液體表面張力的阻力h計算液體表面張力所產(chǎn)生的阻力h由式3-34計算，即氣體通過每層塔板的液柱高度hp可按下式計算，即h4Lgdg420.781030.0021m液柱hp液柱氣體通過每層塔板的壓降為PPhpLg0.0734807.69.81582Pa0.7kPa(設(shè)計允許值)液面落差對于篩板塔，液面落差很小，且本例的塔徑和液流量均不大，故可忽略液面落差的影響液沫夾帶液沫夾帶量由式3-36計算，即3.25.7106a丸HThf63.25.710液/kg氣0.1kg液/kg氣20.78103故在本設(shè)計中液沫夾帶量ev在允許范圍內(nèi)。漏液對篩板塔，漏液點氣速u0,min可

8、由式3-38計算,Uo,min4.4C。hl/V/807.6V2.73實際孔速u0=11.04m/su0,min穩(wěn)定系數(shù)為K1104U0,min6.210故在本設(shè)計中無明顯漏液。液泛為防止塔內(nèi)發(fā)生液泛，降液管內(nèi)液層高Hd應(yīng)服從式3-46的關(guān)系，即HdHthw苯一甲苯物系屬一般物系，取0.5，則Hthw而出hphl1%板上不設(shè)進口堰，hd可由式3-44計算，即%0.153(u；)20.1530.0820.001m液柱Hd液柱HdHthw,故在本設(shè)計中不會發(fā)生液泛現(xiàn)象。7塔板負(fù)荷性能圖漏液線2才284I3由u0,minVs,min4.4C00.00560.13(hwhow)hL/V，bwE-得10

9、00lw2Vs，min4.4C0A。284I3hwELhhw100022.84*3600Is3807.6Ls在操作范圍內(nèi)，任取幾個Ls值，依上式計算出Vs值，計算結(jié)果列于表3-2表3-2Ls/(m3/s)Vs/(m3/s)由上表數(shù)據(jù)即可作出漏液線I(2)液沫夾帶線以e=液/kg氣為限，求Vs-Ls關(guān)系如下:3.2Ua2.841000hf2.5九HtHt13600Ls0.7922.5hwhf0.27765.71020.78103hf2/31.95L2/30.78Ls2/32.50.954Vs2/3s3.20.2771.95L?30.12/3s整理得Vss2/3在操作范圍內(nèi)，任取幾個Ls值，依上式

10、計算出Vs值，計算結(jié)果列于表3-3表3-3Ls/(m3/s)vs/(m3/s)由上表數(shù)據(jù)即可作出液沫夾帶線2。液相負(fù)荷下限線對于平直堰，取堰上液層高度h。滬作為最小液體負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)。由式3-21得hOW叫型叫1000lw竺1鳴10000.7922/3=0.78Ls=0.006LS,min0.00067m/s據(jù)此可作出與氣體流量無關(guān)的垂直液相負(fù)荷下限線3液相負(fù)荷上限線以9二4s作為液體在降液管中停留時間的下限AfHT/4LS,0.08160.4cccc“3/Ls,max4據(jù)此可作出與氣體流量元關(guān)的垂直液相負(fù)荷上限線4液泛線令HdHthw由HdhphLhd；hphch1h；ghL;hhwhw聯(lián)立得Ht

11、1hw1howhchdh忽略h，將how與Ls，hd與Ls，hc與VS的關(guān)系式代人上式，并整理得aVbctdL?3V式中a=.510.051A0C0Ht(22730.0444l0.153/(Gh。)2dz2.84103E(1嘰01532199.122/3)360032.8410110.0490.600.1462/336000.7921.247將有關(guān)的數(shù)據(jù)代入整理，得Vs222/33.294485Ls28.09Ls在操作范圍內(nèi)，任取幾個Ls值，依上式計算出Vs值，計算結(jié)果列于表3-4表3-4由上表數(shù)據(jù)即可作出液泛線5Ls3/(m/s)vs/(m3/s)根據(jù)以上各線方程，可作出篩板塔的負(fù)荷性能圖，

12、如圖3示2.55二m匕0.002600斗0.00&0.00Sis/(m3/s)0.01精憎段篩板負(fù)荷性能圖在負(fù)荷性能圖上，作出操作點A,連接OA即作出操作線。由圖可看出，該篩板的操作上限為液沫夾帶控制，下限為漏液控制。由圖3-2查得Vs,max=sVs,min=m3/s故操作彈性為Vs,max/Vs,min=四.輔助設(shè)備的設(shè)計1塔附件設(shè)計1.1塔主要連接管直徑的確定(1)進料管采用直管進料管。管徑計算如下：D嚴(yán)取uF1.6m/s,lf800.3kg/m3VuF4500000030.00197m/slf330243600800.3查標(biāo)準(zhǔn)系列，選取45mn回流管采用直管回流管，管徑計算如下：取uR

13、1.旳/ld814.8kg/m3,、，LMd3/D0.00208m/sld3600dR40.002080.041m41mm.141.6查標(biāo)準(zhǔn)系列，選取(3)塔釜出料管采用直管出料管。管徑計算如下：取山1.6m/s,LW780.9kg/m3，MW91.79kg/mol,、，LMw3/0.0046m/s3600780.950mm3mmLW查標(biāo)準(zhǔn)系列，選取68mm3mm(4)塔頂蒸汽出料管采用直管出氣管。管徑計算如下：取Ud20m/s,ldPdMDRTdVVMdVs38.314(80.1273.15)2.70kg/m36002.7330.867m/s40.8670.235m3.1420查標(biāo)準(zhǔn)系列，選

14、取273mm7mm.(5)塔底進氣管徑采用直管出氣管。管徑計算如下：PwMWUd24m/s,wlRTW235mm38.314(109.3273.15)2.92kg/m,814.8VsVMw3,1.016m/sLW36002.7341.016查標(biāo)準(zhǔn)系列，選取245mn.1.2筒體與封頭筒體1.0561200212500.9+0.2=3.56mm壁厚選4mm所用材質(zhì)為A封頭封頭采用橢圓形封頭，由公稱直徑DN=1200mm查GB/T25198-2010得總深度275mm內(nèi)表面積A=1.1625nf，容積V=0.1505m3,名義厚度Sn=6mm質(zhì)量53.8kg。1.3除沫器本設(shè)計采用絲網(wǎng)除沫器，設(shè)計

15、氣速選取:KL_,K=0.107V807.62.73u0.107,1.84m/sY2.73除沫器直徑：D.4Vs.40.8910.79mV選取不銹鋼除沫器：類型：標(biāo)準(zhǔn)型，規(guī)格：40100,材料：不銹鋼絲(1Gr18Ni9)，絲網(wǎng)尺寸圓絲1.4裙座由于裙座內(nèi)徑800mm故裙座壁厚取16mm基礎(chǔ)環(huán)內(nèi)徑：Dbi(1200216)-300932mm基礎(chǔ)環(huán)外徑：Dbo(1200216)3001532mm圓整：Dbi1000mm,Dbo1600mm基礎(chǔ)環(huán)厚度，考慮到腐蝕余量取18mm考慮到再沸器，裙座高度取3m地角螺栓直徑取M301.5吊柱本設(shè)計中塔高度大，因此設(shè)吊柱。設(shè)計塔徑D=1200mm可選用吊柱5

16、00kg0s=1000mmL=3400mmH=1000mm材料為A1.6人孔進料板處、塔頂、塔底各設(shè)一個人孔，直徑均為450mm2塔總體高度的設(shè)計取除沫器到第一塊板的距離為塔的底部空間高度釜液停留時間取5min。60R,/At塔的頂部空間高度600mm塔的頂部空間高度為1200mmLs=Hb3600tL；-3310m/s(0.50.7)(54.6210-3601.7m塔體高度HH裙HbZH頂H封33附屬設(shè)備設(shè)計冷凝器的選擇取傳熱系數(shù)K600W/m2k,C（飽和液）出料液溫度：冷卻水溫度：逆流操作：t145.1t255.1CtLt2tmInt245.155.1,45.1In55.149.93C由

17、tD=80.1c,查液體汽化熱共線圖得r苯394.0kJ/kg,r甲苯第一種rxDr苯（1xD）r甲苯393.8kJ/kg,VS0.891m3/s塔頂被冷凝量qV冷凝的熱量sVQqr2.40.891393.8/s945kW則傳熱面積AQ/Ktm94510332m2379.8kJ/kg第二種rXd苯Ma（160049.93XD）甲苯Mb30847kJ/kmol108.7830.0302m3/s3600Vr0.030230847931kW931103931103Q/Ktm31.1m60049.93再沸器的選擇選用（表壓）飽和水蒸氣加熱，溫度為c,傳熱系數(shù)K600W/m2k由tW=109.3C,Xw

18、苯Ma查液體汽化熱共線圖得r苯（1XW）甲苯MB372.0kJ/kg,r甲苯33212kJ/kmol361.6kJ/kg141.530.0393m3/s3600Vr0.0393332121305kWtmAT-tW32Q/Ktm=73.7m2m60029.5預(yù)熱器的選擇選用（表壓）飽和水蒸氣加熱，溫度為T=138.8C，將原料液從t=35C加熱到t2=91.4Ct35+91.4=63.2CCPA1.45105J/(kmol|k),Cpb1.66105J/(kmol|k)CZXFCPA(1Xf)Cpb1.56105J/(kmolK)V63.830.0177kmol/s3600QvC7t-tW105

19、1.3105W47.4C,t2103.8CtititmInt256.471.95C,47.4In103.8傳熱系數(shù)K600W/m2kAQ/Ktm53.0m篩板塔設(shè)計計算結(jié)果序號項目數(shù)值序號項目數(shù)值1塔頂產(chǎn)品量D(kmol/h)31篩孔直徑d0(m)2塔頂產(chǎn)品量W(kmol/h)32篩孔數(shù)目n41023最小回流比(Rmin)33孔中心距t(m)4精餾段上升蒸汽V(kmol/h)34開空率(%)5提餾段上升蒸汽V(kmol/h)35:空塔氣速u(m6精餾段下降液體L(kmol/h)36篩孔氣速uo(m/s)7提餾段下降液體L(kmol/h)37：穩(wěn)定系數(shù)K8塔頂冷凝器熱負(fù)荷Q(kJ/h)38單板壓

20、降A(chǔ)pp(kPa)9塔底再沸器熱負(fù)荷QB(kJ/h)39負(fù)荷上限液沫夾帶控制:10再沸器加熱蒸汽量Wh(kg/h)40負(fù)荷下限漏液控制11冷凝器冷卻水量W(kg/h)41：液沫夾帶ev(kg液/kg氣)12理論板層數(shù)NT42氣相負(fù)荷上限3Vs,max(m/s)13實際板層數(shù)Np2343氣相負(fù)荷下限Vs,min(m3/s)14平均溫度tm(C)44：操作彈性15平均壓力pm(kPa)45進料管D(mm)4016氣相流量Vs(m3/s)46：回流管d&mm)4117液相流量Ls(m3/s)47塔釜進氣管D(mm)23218塔的有效高度Z(m)48塔頂蒸氣出料管D(mm)23519塔徑D(m)49筒

21、體壁厚(mm)420板間距Hr(m)50圭寸頭S(mm)621溢流形式單溢流51除沫器直徑D(mm)7922降液管形式弓形52裙座/基礎(chǔ)環(huán)內(nèi)徑Dbi(mm)100023堰長lw(m)53裙座/基礎(chǔ)環(huán)外徑Dbo(mm)1600:24堰咼hw(m)54人孔數(shù)325板上液層咼度hL(m)55塔的頂部空間咼度H頂(m):26堰上液層咼度how(m)56塔的底部空間高度HB(m)27降液管底隙高度ho(m)57塔體高度Hm)28安定區(qū)寬度WS(m)58冷凝器面積A(m)3229邊緣區(qū)寬度Wc(m)59再沸器面積A(m2)302開孔區(qū)面積A(m)六參考文獻1夏清,陳常貴.化工原理.天津：天津大學(xué)出版社,20072馬江權(quán)，冷一欣.化工原理課程設(shè)計.北京：中國石化出版社，2011柴誠敬，劉國維等.化工原理課程設(shè)計.天津：天津大學(xué)科學(xué)技術(shù)出版社，1994賈紹義，柴誠敬等.化工原理課程設(shè)計.天津：天津大學(xué)出版社，200219941994大連理工大學(xué)化工原理教研室.化工原理課程設(shè)計.大連：大連理工大學(xué)出版社，時鈞，汪家鼎等.化學(xué)工程手冊.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1986全國鍋爐壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化委員會編GB150-2011鋼制壓力容器,2011全國鍋爐壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化委員會編GB/T25198-2010壓力容器封頭，2010中華人