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文檔簡介
此文檔收集于網絡,如有侵權,請聯(lián)系網站刪除設計條件如下:操作壓力:105.325 Kpa(絕對壓力)進料熱狀況:泡點進料回流比:自定單板壓降:0.7 Kpa塔底加熱蒸氣壓力:0.5M Kpa(表壓)全塔效率:ET=47%建廠地址:武漢設計計算(一) 設計方案的確定本設計任務為分離甲醇-水混合物。對于二元混合物的分離,應采用連續(xù)精餾流程。設計中采用泡點進料,將原料液通過預熱器加熱至泡點后送入精餾塔內。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,其余部分經產品冷卻后送至儲罐。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2倍。塔釜采用間接蒸氣加熱,塔底產品經冷卻后送至儲罐。(二) 精餾塔的物料衡算1、 原料液及塔頂、塔底產品的摩爾分率甲醇的摩爾質量:MA=32 Kg/Kmol 水的摩爾質量:MB=18 Kg/KmolxF=32.4%xD=99.47%xW=0.28%2、 原料液及塔頂、塔底產品的平均摩爾質量MF= 32.4%*32+67.6%*18=22.54 Kg/KmolMD= 99.47*32+0.53%*18=41.37 Kg/KmolMW= 0.28%*32+99.72%*18=26.91 Kg/Kmol3、 物料衡算原料處理量:F=(3.61*103)/22.54=160.21 Kmol/h總物料衡算:160.21=D+W甲醇物料衡算:160.21*32.4%=D*99.47%+W*0.28%得D=51.88 Kmol/h W=108.33 Kmol/h(三) 塔板數的確定1、 理論板層數MT的求取甲醇-水屬理想物系,可采用圖解法求理論板層數由手冊查得甲醇-水物搦的氣液平衡數據,繪出x-y圖(附表)求最小回流比及操作回流比 采用作圖法求最小回流比,在圖中對角線上,自點e(0.324,0.324)作垂線ef即為進料線(q線),該線與平衡線的交戰(zhàn)坐標為 (xq=0.324,yq=0.675) 故最小回流比為Rmin= (xD- yq)/( yq - xq)=0.91 取最小回流比為:R=2Rmin=2*0.91=1.82求精餾塔的氣、液相負荷 L=RD=1.82*51.88=94.42 Kmol/h V=(R+1)D=2.82*51.88=146.30 Kmol/h L=L+F=94.42+160.21=254.63 Kmol/hV=V=146.30 Kmol/h精餾段操作線方程為: y =(L/V)x + (D/V)xD =(99.42/146.30)x+(51.88/146.30)*99.47%=0.6454x+0.3527 提餾段操作線方程為: y=(L/V)x + (W/V)xW=(254.63/146.30) x-(108.33/146.30)*0.28% =1.7405 x-0.0021圖解法求理論板層數 采用圖解法求理論板層數(附圖),求解結果為: 總理論板層數:NT=13(包括再沸器) 進料板位置: NF=10 2、實際板層數的求取溫度t()4.03575.30.40.7293.52573.10.50.7793.14371.20.60.8252.86869.30.70.8702.69167.60.80.9152.53466.00.90.9582.45465.00.950.979精餾段實際板層數:N精9/47%=20 N提4/47%=9(四) 精餾塔的工藝條件及有關物性數據的計算以精餾段為例進行計算1、 塔頂操作壓力:PD101.3 Kpa每層塔板壓降:P0.7 Kpa進料板壓力:PF105.3+0.7*20119.3 Kpa精餾段平均壓力:(105.3+119.3)/2112.3 Kpa2、 操作溫度計算依據操作壓力,由泡點方程通過試差法計算出泡點溫度,其中甲醇、水的飽和蒸氣壓由安托尼方程計算,計算過程略,計算結果如下:塔頂溫度:tD64.6進料板溫度:tF76.3精餾段平均溫度:tM70.453、 平均摩爾質量計算塔頂平均摩爾質量計算:由xD=y1=0.9947,查y-x曲線(附表),得x10.986MVDm=0.9947*32+(1-0.9947)*18=31.93MLDm=0.9860*32+(1-0.9860)*18=31.80進料板平均摩爾質量計算由圖解理論板(附圖),得yf=0.607 xF=0.229MVFm=0.607*32+(1-0.607)*18=26.50MLFm=0.229*32+(1-0.229)*18=21.21所以精餾段平均摩爾質量:MVm=(31.93+26.50)/2=29.22MLm= (31.80+21.21)/2=26.514、 平均密度計算氣相密度計算由理想氣體狀態(tài)方程計算,即液相平均密度計算液相平均密度依下式計算,即塔頂液相平均密度的計算由tD64.6查手冊得,進料板液相平均密度的計算由tF76.3查手冊得,進料板液相的質量分量精餾段液相平均密度為:5、 液體平均表面張力計算液相平均表面張力依下式計算,即塔頂液相平均表面張力的計算由tD64.6,查手冊得進料板液相平均表面張力的計算由tF76.3,查手冊得精餾段液相平均表面張力為:6、 平均粘度的計算液相平均粘度依下式計算,即塔頂液相平均粘度的計算由tD64.6查手冊得,進料板液相平均粘度的計算由tF76.3查手冊得精餾段液相平均表面張力為(五)精餾塔的塔體工藝尺寸計算1、 塔徑的計算精餾段的氣、液相體積流率為:取板間距HT0.4m,板上液層高度hL=0.06m,則HT-hL=0.40-0.060.34m查史密斯關聯(lián)圖得,C200.074取安全系數為0.7,則空塔氣速為按標準塔徑圓整后,為D=1.0m 塔截面積為實際空塔氣速為u=1.033/0.785=1.316 2、 精餾塔有效高度的計算精餾段有效高度為Z精(N精1)HT(20-1)*0.47.6m提餾段有效高度為Z提(N提1)HT(9-1)*0.43.2m在進料板上方開2人孔,其高度為0.8m故精餾塔有效高度為ZN精+N提+0.8*212.4m(六)塔板主要工藝尺寸的計算1、 溢流裝置計算因塔徑D1.0m,可選用單溢流弓形降液管,采用凹形受液盤,各項計算如下:塔長lW=0.66D=0.66m溢流堰高度hW 由hWhL-hOW 選用平直堰,堰上液層高度hOW近似取E1,則取板上清液層高度hL60mm故弓形降液管寬度Wd和截面積Af由lw/D=0.66,查圖得Af/AT=0.0722 Wd/D=0.124 驗算液體在降液管中停留時間故降液管設計合理降液管底隙高度h0 故降液管底隙設計合理選用凹形受液盤,深度=50mm2、 塔板布置塔板的分塊因D800mm,故塔板采用分塊式,且分為3塊邊緣區(qū)寬度確定取開孔面積Aa 篩孔計算及其排列本例所處理的物系無腐蝕性,可選用3mm碳鋼板,取篩孔直徑d0=5mm 篩孔按正三角形排列,取孔中心距t為t3d015 mm篩孔數目n為開孔率為氣體通過閥孔的氣速為(七)篩板的液體力學驗算1、 塔板壓降干板阻力hc計算干板阻力 由d0/3/5=1.667,得C00.772故氣體通過液層的阻力hl計算hlhL查圖得,=0.59故液體表面張力的阻力計算 液體表面張力所產生的阻力由下式計算氣體通過每層塔板的液柱高度hP可按下式計算,即hP=hc+hl+h hP=0.0448+0.0354+0.00359=0.084m液柱氣體通過每層塔板的壓降為2、 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。3、 液沫夾帶液沫夾帶量故在本設計中,液沫夾帶量ev在允許范圍內4、 漏液對于篩板塔,漏液點氣速u0,min實際孔速穩(wěn)定系數為故在本設計中無明顯漏液5、 液泛為防止塔內發(fā)生液泛,降液管內液層高度Hd應服從以下關系甲醇水物系屬不易發(fā)泡物質,取0.6則:(八)塔板負荷性能圖1、 漏液線整理得在操作范圍內,任取幾個值,依上式計算出值,計算結果列于下表0.00060.00150.00300.00450.4750.4920.5120.530由上表可作出漏液線12、 液沫夾帶線以關系如下在操作范圍內,任取幾個值,依上式計算出值,計算結果列于下表0.00060.00150.00300.00451.3861.3141.2221.1443、 液相負荷下限線對于平直堰,取堰上液層高度how0.006m作最小液體負荷標準據此可作出與氣體流量無關的垂直液相負荷下限。4、 液相負荷上限線5、 液泛線將有關數據代入得在操作范圍內,任取幾個值,依上式計算出值,計算結果列于下表0.00060.00150.00300.00452.0561.9911.8681.705由上表數據可作出液泛線5根據以上各線方程,可作出篩板塔的負荷性能圖(附圖)在負荷性能圖上,作出操作點A,連接OA,即作出操作線,由圖看出,該篩板的操作上限為液沫夾帶線控制,下限為液相負荷下限線控制。所設計篩板的主要結果匯總于下表序號項目數值1平均溫度tm ,70.452平均壓力Pm ,KPa112.33氣相流量VS ,(m3/s)1.0334液相流量LS ,m/s8.56*10-45實際塔板數296有效段高度Z ,m12.47塔徑 ,m1.08板間距 ,m0.49溢流形式單溢流10降液管形式弓形11堰長 ,m0.6612堰高 ,m52.07*10-313板上液層高度 ,m0.0614堰上液層高度 ,m7.93*10-315降液管底隙高度 ,m0.01616安定區(qū)寬度 ,m0.06517邊緣區(qū)寬度 ,m0.03518開孔區(qū)面積 ,m20.53219篩孔直徑 ,m0.00520篩孔數目273121孔中心距 ,m0.01522開孔率 ,%10.123空塔氣速 ,m/s1.54324篩孔氣速 ,m/s19.2325穩(wěn)定系數2.1526每層塔板壓降 ,Pa667.4527負荷上限液沫夾帶28負荷下限液相負荷下限29液沫夾帶量ev(Kg液/Kg氣)0.04130氣相負荷上限 ,m/s1.34431氣相負荷下限 ,m/
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