江蘇科技大學(xué)化工原理課程設(shè)計(jì) 苯和甲苯精餾塔(共23頁(yè))

1、化工(hugng)原理課程設(shè)計(jì)題目(tm)：苯甲苯(ji bn)精餾塔的設(shè)計(jì)專業(yè)：應(yīng)用化學(xué)姓名：邱松 司紅陽(yáng) 吳建良 謝峰 潘長(zhǎng)禎 徐磊 汪洋指導(dǎo)教師：陸君江蘇科技大學(xué)生物與化學(xué)工程學(xué)院2013年6月 任務(wù)書- 一.設(shè)計(jì)(shj)要求- 二.設(shè)計(jì)方案的確定(qudng)- 三設(shè)計(jì)(shj)計(jì)算- 1.精餾塔的物料衡- 2.塔板數(shù)的確定- 3. 精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算- 4.精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算- 5塔板的主要工藝尺寸計(jì)算- 6.塔板的流體力學(xué)計(jì)算- 7.塔板負(fù)荷性能圖- 8.精餾塔接管尺寸計(jì)算 - 9.繪制生產(chǎn)工藝流程圖-10.繪制精餾塔的設(shè)計(jì)條件圖-任務(wù)書在一常壓的連續(xù)精餾

2、塔分離苯甲苯的混合物。已知原料液的處理量為3000kg/h，組成為0.56（乙醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同），要求塔頂流出液的組成為0.98，塔底釜液的的組成為 0.005 。設(shè)計(jì)條件如下：操作壓力 常壓進(jìn)料熱狀況 自選回流比 自選單板壓降 0.006m故降液管底隙高度設(shè)計(jì)合理。選用凹形受液盤，深度h,w=50mm。2.塔板布置（1）塔板的分塊表（4）塔徑/mm8001200140016001800200022002400塔板分塊數(shù)3456因D800mm，故塔板采用分塊式。查表（4）得，塔板分為3塊。（2）邊緣區(qū)寬度確定取 Ws=W，s=0.065m，Wc=0.035m（3）開孔區(qū)面積計(jì)算開孔去面積按式

3、A=2(xr2-x2+r2180sin-1xr)其中(qzhng) x=D2-Wd+Ws=1.02-(0.124+0.065)=0.311m r= D2-Wc=1.02-0.035=0.465m QUOTE A=2(0.31112-0.3112+12180sin-10.3111.0) Aa=20.3110.4652-0.3112+3.141800.4652sin-10.3110.465=0.532（m2）（4）篩孔計(jì)算(j sun)及其排列本設(shè)計(jì)所處的物系無(wú)腐蝕性，可選用(xunyng)=3mm的碳鋼板，取篩孔直徑d0=5mm。篩孔按正三角形排列，取孔中心距為： t=3d0=35=15（mm）

4、篩孔數(shù)為： n= QUOTE 1.155A0t2=1.1551.220.0152 開孔率為：=0.907(d0t)2=0.907(0.0050.015)2=10.1%氣體通過(guò)閥孔的氣速為： u0=Vs/Ao=0.518/(0.101*0.532)= QUOTE VsA0=0.6490.1011.22 9.64（m/s）六、塔板的流體力學(xué)計(jì)算1.塔板壓降（1）干板阻力hc計(jì)算干板阻力hc=0.051uC02(VL)由d0/=5/3=1.67，查圖得，C0=0.772hc=0.0512.869806.0459.640.7722= QUOTE 0.0515.2670.7722(7.28787.44)

5、 0.0283（m）（2）氣體通過(guò)(tnggu)液層的阻力hl計(jì)算(j sun)hl=hlua=VsAt-Af=0.5180.785-0.0567=0.711（m/s）F0=0.8532.869=1.4451/2/(s*m1/2) QUOTE 0.8532.92 查圖得，=0.62，故 hl=hL=0.620.06=0.0372（m）液柱（3）液體表面張力(biominzhngl)的阻力h計(jì)算 h=4LLgdo=420.750.001806.0459.810.005= QUOTE 410-3LLgd0=410-334.83787.449.80.005 0.0021（m）液柱氣體通過(guò)每層塔板的液

6、柱高度hp可按下式計(jì)算，即hp=hc+hl+ h=0.0283+0.0372+0.0021=0.0676（m）液柱氣體通過(guò)每層塔板的壓降為 pp=hpLg=0.0676806.0459.81=534.53pa0.7kpa（允許）2.液面落差對(duì)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ev=5.710-6L(uaHT-hf)3.2 hf=2.5hL=2.50.06=0.15m故 ev= QUOTE 5.710-634.83(0.8910.4-0.15)3.2 7.78810-3kg液/kg氣0.1（允許）4.漏液對(duì)篩板塔，漏液點(diǎn)氣速u0，mi

7、n可由下式計(jì)算 u0，min=4.4c00.0056+0.13hL-hLV = QUOTE 4.40.7720.0056+0.130.06-0.0036787.447.28 4.40.7720.0056+0.130.06-0.0021806.0452.869=6.052（m/s）實(shí)際(shj)孔速u0=9.64（m/s）u0，min。穩(wěn)定(wndng)系數(shù)為K= QUOTE u0/ u0，min = QUOTE u0u0,min=5.2673.497 1.5881.5故在本設(shè)計(jì)(shj)中無(wú)明顯漏液。5.泛液為防止塔內(nèi)發(fā)生泛液，降液管內(nèi)液層高度Hd應(yīng)服從Hd(HT+hW)乙醇-水屬一般物系，取

8、=0.5，則(HT+hW)=0.5(0.40+0.047)=0.224而 Hd=hp+hL+hd板上不設(shè)進(jìn)口堰，hd=0.153(u,0)2,取u,0=0.08（m/s）hd =0.153(0.08)2=0.001(m)液柱Hd= 0.0676+0.06+0.001=0.1286（m）液柱Hd(HT+hW)故在本設(shè)計(jì)中不會(huì)發(fā)生泛液現(xiàn)象。七、塔板負(fù)荷性能圖1.漏液線由u0，min=4.4c00.0056+0.13hL-hLV u0，min=Vs,minA0hL=hw+howhow=2.841000E(Lhlw)23得Vs，min= 4.4COAO0.0056+0.13hw+2.841000ELh

9、lw-hLV=4.40.7720.1010.5320.0056+0.130.047+2.84100013600LS0.6623-0.0021806.0452.869整理(zhngl)得Vs，min=0.18251.6455+32.14Ls23= QUOTE 0.4190.7535+12.374Ls23 在操作范圍(fnwi)內(nèi)，任取幾個(gè)Ls值，依上市(shng sh)計(jì)算出Vs值，計(jì)算結(jié)果列于表（6）。表（6），Vs計(jì)算結(jié)果Ls/m3.s-10.00060.00150.00300.0045Vs/ m3.s-10.24980.26240.27760.2898由上表數(shù)據(jù)即可作出漏液線1。2.液沫夾

10、帶線以ev =0.1kg液/kg氣為限，求Vs - Ls 關(guān)系如下： ev=5.710-6L(uaHT-hf)3.2 ua=VsAT-Af=Vs0.7287 hf=2.5hL=2.5(hw-how) hw=0.047 how=2.8410001(3600Ls0.66)23=0.88Ls23故 hf=0.118+2.2Ls2/3HT-hf=0.282-2.2Ls2/3 ev=5.720.7510001.373Vs0.282-2.2Ls233.2=0.1 QUOTE ev=1.63652(Vs0.22189-1.60314Ls23)3.2 整理(zhngl)得Vs=1.2969-10.1178Ls

11、2/3在操作(cozu)范圍內(nèi)，任取幾個(gè)Ls 值，依上式計(jì)算(j sun)出Vs 值，計(jì)算結(jié)果列于表（7）。表（7） Vs計(jì)算結(jié)果Ls/m3.s-10.00060.00150.00300.0045Vs/ m3.s-11.22491.16431.08641.0211由上表數(shù)據(jù)即可作出液沫夾帶線2。3.液相負(fù)荷下限對(duì)于平直堰，去上液層高度how=0.006m作為最小液體負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)。由 how=2.841000E(3600Lslw)23=0.006m取E=1，則Ls,min=(0.00610002.84)320.663600=0.00056m3/s據(jù)此可作出與氣體流量無(wú)關(guān)的垂直液相負(fù)荷下限線3。 4.

12、液相負(fù)荷上限線以=4s作為液體在降液管中停留時(shí)間的下限，由 =AfHTLs=4故 Ls,min=0.05670.404=0.00567 QUOTE Ls,max=AfHT4=0.07220.78544=0.01417647 m3/s據(jù)此可作出與氣體流量無(wú)關(guān)(wgun)的垂直液相負(fù)荷上限線4。5.液泛線令 Hd=(HT+hW) Hd=hp+hL+hd ，hp=hc+hl+h，hl=hL，hL=hw+how聯(lián)立得HT+(-1)hw=(+1)how+hc+hd+h忽略(hl)hc，將how與Ls，hd與Ls，hc與Vs的關(guān)系式代入上式，并整理(zhngl)得 a,Vs2=b,-c,Ls2-d,Ls2

13、/3式中 b,= HT+(-1)hw c,=0.153/(lwh0)2 將有關(guān)的數(shù)據(jù)代入，得b,=0.50.4+(0.5-0.62-1)0.047=0.148c,=0.153/(0.660.025)2=561.98故 0.1055 Vs2=0.148-561.98Ls2-1.4256Ls2/3或 Vs2=1.403-5326.82Ls2-13.513Ls2/3在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)Ls值，依上式計(jì)算出Vs值，計(jì)算結(jié)果列于表（8）。表（8） Vs計(jì)算結(jié)果Ls/m3.s-10.00060.00150.00300.0045Vs/ m3.s-11.30501.21391.07400.9268由上表(s

14、hn bio)數(shù)據(jù)即可作出泛液線5。根據(jù)以上各線方程(fngchng)，可作出篩板塔的負(fù)荷性能圖，如圖9所示。在負(fù)荷性能圖上，作出操作點(diǎn)A，連接(linji)OA，即作出操作線。由圖可看出，該篩板塔的操作上限為液泛控制，下限為夜沫夾帶控制。由圖9查得 Vs,max=1.0821m3/s,Vs,min=0.2410m3/s故操作彈性為八、精餾塔接管尺寸計(jì)算1.進(jìn)料管進(jìn)料管的結(jié)構(gòu)類型有很多，有直管進(jìn)料管、彎管進(jìn)料管、T型進(jìn)料管。本設(shè)計(jì)(shj)采用直管進(jìn)料管。管徑計(jì)算(j sun)如下 取，VS=0.0013m3 /sD=40.00131.6=32.2mm2.回流(hu li)管采用直流回流管，取

15、uR=1.6m/s, L=45.18 kmol/h, W=14 kmol/h3.塔底出料管取uw=1.6m/s,直管出料，dw=4140.0278+140.98923600797.453.141.6=13.3mm4.塔頂蒸汽出料管直管出氣，取出口氣速u=20m/s,D=40.51820=181.6mm5.塔底進(jìn)氣管采用直管，取出口氣速u=23m/s, D=40.51823=169.3mm九、繪制生產(chǎn)工藝流程圖通甲苯儲(chǔ)罐通苯儲(chǔ)罐十、繪制精餾塔的設(shè)計(jì)(shj)條件圖1.降液管類型(lixng)本設(shè)計(jì)(shj)采用弓形管2.溢流方式本設(shè)計(jì)采用單溢流3.溢流裝置（1）塔板結(jié)構(gòu)參數(shù)(cnsh)（2）受液

16、盤本實(shí)驗(yàn)(shyn)采用凹形受液盤4.篩孔的排列(pili)篩孔按正三角形排列5.板式(bnsh)塔塔高示意圖6.塔板結(jié)構(gòu)塔板分塊數(shù)所設(shè)計(jì)(shj)篩板塔的主要結(jié)果匯總于表（10）。表（10） 篩板塔設(shè)計(jì)(shj)計(jì)算結(jié)果序號(hào)項(xiàng)目數(shù)值備注1平均溫度Tm/87.172平均壓力Pm/KPa108.83氣象流量Vs/ (m3/s)0.5184液相流量Ls/( m3/s)0.00135實(shí)際塔板數(shù)266塔徑有效高度Z/m10.47塔徑/m18塔間距/m0.49溢流形式單溢流10降液管形式弓型11堰長(zhǎng)/m0.6612堰高/m0.049513板上液層高度/m0.0614堰上液層高度/m0.010515降液管底隙高度/m0.02516安定區(qū)寬度/m0.06517邊緣區(qū)寬度/m0.03518開孔區(qū)面積/ m20.63219篩孔直徑/m0.00520篩孔數(shù)目273121孔中心距/m0.01522開孔率/10.123空塔氣速/（m/s）0.66024篩孔氣速/（m/s）9.6425穩(wěn)定系數(shù)1.58826單板壓降負(fù)荷上限/kpa0. 53427負(fù)荷上限液泛控制28負(fù)荷下限漏液控制29液沫夾帶/（kg液/kg氣）0.0077930氣相負(fù)荷上限/( m3/s)1