分離苯甲苯篩板式精餾塔的設(shè)計(jì)論述

1、 、設(shè)計(jì)題目：分離苯-甲苯篩板式精餾塔的設(shè)計(jì)二、設(shè)計(jì)任務(wù)及操作條件1、設(shè)計(jì)任務(wù)生產(chǎn)能力（進(jìn)料量）11萬操作周期300X24=7200小時/年進(jìn)料組成50%（質(zhì)量分率,下同）塔頂產(chǎn)品組成99%塔底產(chǎn)品組成2%2、操作條件壓）操作壓力常壓（表進(jìn)料熱狀態(tài)泡點(diǎn)進(jìn)料冷卻水:20C加熱蒸汽:0.2MPa塔頂為全凝器,中間泡點(diǎn)進(jìn)料，連續(xù)精餾。篩板式溫州3、設(shè)備型式4、廠址三、設(shè)計(jì)內(nèi)容1、概述2、設(shè)計(jì)方案的選擇及流程說明3、塔板數(shù)的計(jì)算（板式塔）或填料層高度計(jì)算（填料塔）4、主要設(shè)備工藝尺寸設(shè)計(jì)板式塔：（1）塔徑及提餾段塔板結(jié)構(gòu)尺寸的確定（2）塔板的流體力學(xué)校核（難）（3）塔板的負(fù)荷性能圖（難）（4）總塔咼、

2、總壓降填料塔：填料塔流體力學(xué)計(jì)算（1）壓力降計(jì)算（2）噴淋密度計(jì)算6、設(shè)計(jì)結(jié)果匯總7、工藝流程圖及精餾塔裝配圖8、設(shè)計(jì)評述（自己評價自己的設(shè)計(jì)）四、圖紙要求1工藝流程圖（在說明書上花草圖）2精餾塔裝配圖五、參考資料1石油化學(xué)工業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)院塔的工藝計(jì)算北京：石油化學(xué)工業(yè)出版社，19972化工設(shè)備技術(shù)全書編輯委員會化工設(shè)備全書一塔設(shè)備設(shè)計(jì).上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，19883時鈞，汪家鼎等化學(xué)工程手冊，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，19864上海醫(yī)藥設(shè)計(jì)院.化工工藝設(shè)計(jì)手冊（上、下）.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1986陳敏恒，叢德茲等化工原理（上、下冊）（第二版）北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000大連理工大學(xué)化工

3、原理教研室.化工原理課程設(shè)計(jì).大連：大連理工大學(xué)出版社，1994柴誠敬，劉國維，李阿娜化工原理課程設(shè)計(jì).天津：天津科學(xué)技術(shù)出版社，1995目錄TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark2 o Current Document 目錄1概述51.1精餾塔51.2再沸器51.3冷凝器5精餾設(shè)計(jì)方案的制定及說明5工藝計(jì)算63.1生產(chǎn)要求:63.2塔的物料衡算6塔板數(shù)的確定74.1理論板層數(shù)NT的求取74.2實(shí)際板層數(shù)的求取8塔的工藝條件及物性數(shù)據(jù)計(jì)算95.1操作壓強(qiáng)的計(jì)算Pm95.2操作溫度95.3平均摩爾質(zhì)量計(jì)算95.4平均密度計(jì)算95.5液體平均表面張力的計(jì)算m105.6

4、液體粘度計(jì)算11精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算116.1塔徑的計(jì)算116.2精餾塔有效高度的計(jì)算12塔板主要工藝尺寸的計(jì)算137.1溢流裝置計(jì)算137.2塔板布置148.篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算158.1塔板壓降158.2液沫夾帶158.3漏液168.4液泛16塔板負(fù)荷性能圖169.1液漏線169.2液沫夾帶線179.3液相負(fù)荷下限線189.4液相負(fù)荷上限線189.5液泛線18工藝計(jì)算匯總表20總結(jié)21概述精餾是分離過程中的重要單元操作之一，所用設(shè)備主要包括精餾塔及再沸器和冷凝器。1.1精餾塔精餾塔是一圓形筒體，塔內(nèi)裝有多層塔板或填料，塔中部適宜位置設(shè)有進(jìn)料板。兩相在塔板上相互接觸時，液相被加熱，液相中易

5、揮發(fā)組分向氣相中轉(zhuǎn)移；氣相被部分冷凝，氣相中難揮發(fā)組分向液相中轉(zhuǎn)移，從而使混合物中的組分得到高程度的分離。簡單精餾中，只有一股進(jìn)料，進(jìn)料位置將塔分為精餾段和提餾段，而在塔頂和塔底分別引出一股產(chǎn)品。精餾塔內(nèi)，氣、液兩相的溫度和壓力自上而下逐漸增加，塔頂最低，塔底最高本設(shè)計(jì)為篩板塔，篩板的突出優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、造價低、塔板阻力小且效率高。但易漏液，易堵塞。然而經(jīng)長期研究發(fā)現(xiàn)其尚能滿足生產(chǎn)要求，目前應(yīng)用較為廣泛。1.2再沸器作用：用以將塔底液體部分汽化后送回精餾塔，使塔內(nèi)氣液兩相間的接觸傳質(zhì)得以進(jìn)行。本設(shè)計(jì)采用立式熱虹吸式再沸器，它是一垂直放置的管殼式換熱器。液體在自下而上通過換熱器管程時部分汽化，由

6、在殼程內(nèi)的載熱體供熱。立式熱虹吸特點(diǎn)：循環(huán)推動力：釜液和換熱器傳熱管氣液混合物的密度差。結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小、傳熱系數(shù)高。殼程不能機(jī)械清洗，不適宜高粘度、或臟的傳熱介質(zhì)。塔釜提供氣液分離空間和緩沖區(qū)。1.3冷凝器用以將塔頂蒸氣冷凝成液體，部分冷凝液作塔頂產(chǎn)品，其余作回流液返回塔頂，使塔內(nèi)氣液兩相間的接觸傳質(zhì)得以進(jìn)行，最常用的冷凝器是管殼式換熱器。精餾設(shè)計(jì)方案的制定及說明精餾塔的類型篩板塔汽液兩相流動方式汽液兩相在每層板上成錯流流動，對于整個塔來說汽液兩相成逆流流動附層設(shè)備換熱器，全凝器，預(yù)熱器，再沸器泵原料泵，回流泵及其他流程結(jié)構(gòu)單流程操作壓力常壓進(jìn)料狀態(tài)泡點(diǎn)進(jìn)料操作條件回流方式：冷回流，強(qiáng)制

7、回流冷卻介質(zhì)：20C普通水加熱介質(zhì)：水釜底加熱方式：間接蒸汽加熱熱能綜合利用為了節(jié)約能源考慮經(jīng)濟(jì)性及合理性，可以用高溫釜液來預(yù)熱原料以回收部分熱能，節(jié)約加熱介質(zhì)，可以用較低溫度的原料液冷卻塔頂蒸汽，同時可節(jié)省部分冷卻劑。廢液處理及環(huán)境保護(hù)本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)為苯一甲苯物系，均有毒，故塔頂餾出液及塔釜?dú)堃簯?yīng)妥善處理。冷卻劑為水，無毒氣味，可排入地溝中。工藝計(jì)算3.1生產(chǎn)要求：原料液組成：苯50%(wt%)。產(chǎn)品中：苯含量99%殘夜中：苯含量2%生產(chǎn)能力11萬噸/年按300天開工/年3.2塔的物料衡算:料液及塔頂塔底產(chǎn)品含苯摩爾分?jǐn)?shù)5078.11=0.5415078.11+5092.139978.11=0.

8、9929978.11+192.132/78.11278.11+92.130.0235平均摩爾質(zhì)量MF=0.5X78.11+(1-0.5)x92.13=85.12kg/molMD=0.99x78.11+(1-0.99)x92.13=78.25kg/molMW=0.0235x78.11+(1-0.0235)x92.13=91.85kg/mol物料衡算總物料衡算D+W=F易揮發(fā)組分物料衡算DxD+WxW=FxFminX-ytqy-xqq0.992-0.7280.728-0.5=1.16D=83.58kmol/hw=95.90kmol/h塔板數(shù)的確定4.1理論板層數(shù)NT的求取苯一甲苯屬于理想物系，可采

9、用圖解法求理論層數(shù)圖薛法求理論板數(shù)F=300：鳥12=yh采用作圖法求最小回流比，在圖中對角線上，自e(0.5,0.5)作垂線ef即為進(jìn)料線，該線于平衡線的交點(diǎn)坐標(biāo)為yq=0.728,xq=0.5“x-y0.992-0.7284讓R=qq=1.16minyx0.7280.5qq本設(shè)計(jì)取R=1.5Rmin=1.74求精餾塔的氣液相負(fù)荷L=RD=1.74*83.58=145.43kmol/hV=(R+1)D=(1.74+1)*83.58=229.01kmol/hL=L+F=145.43+229.01=374.44kmol/hV=V=229.01kmol/h.操作線方程精餾段操作線方程：LDxny=

10、x+D=0.635x+0.362VV提餾段操作方程：y=1.318x-0.0075圖解法求理論板層數(shù)圖薛法農(nóng)理論板藪其中精餾段理論板數(shù)為7層，第8層為加料板。42實(shí)際板層數(shù)的求取精餾段實(shí)際板數(shù)N精=7/0.5=14提餾段實(shí)際板數(shù)N提=11/0.5=22塔的工藝條件及物性數(shù)據(jù)計(jì)算5.1操作壓強(qiáng)的計(jì)算Pm取每層塔板壓強(qiáng)厶P=0.7kpa塔頂壓強(qiáng)PD=101.3-14*0.7=91.5kpa進(jìn)料板壓強(qiáng)PF101.3=kpa101.3+91.5精鎦段平均操作壓強(qiáng)Pm=2二96.4kpa52操作溫度塔頂溫度tD=80.2oC進(jìn)料溫度tF=90.1oC精餾段平均溫度tm=(80.2+90.1)/2=85.

11、2oC5.3平均摩爾質(zhì)量計(jì)算由XD=y1=0.992查平衡曲線得X=0.93MvDm=0.992*78.11+(1-0.992)*92.13=78.22kg/kmolMLDm=0.93*78.11+(1-0.93)*92.13二83.78kg/kmol進(jìn)料段y廠0.7查平衡曲線得xf=0.47MvFm=0.71*78.11+(1-0.1)*92.14=82.18kg/kmolMlFm=0.47*78.11+(1-0.47)*92.14=85.55kg/kmol則精餾段平均分子量MVVmkmolMlLm83.78+85.552=84.67kg/kmol5.4平均密度計(jì)算(1)氣相平均密度計(jì)算由理

12、想氣體狀態(tài)方程計(jì)算即pM96.4*80.22n“P=mmv=2.60vmRT8.314*(85.2+273.15丿m=809.7塔頂液相平均密度計(jì)算由tD=80.2oC查手冊得PA=814.5PLDm=1/(0.992/814.5+0.008/809.7)=814.5液相平均密度計(jì)算液相平均密度依下式計(jì)算，即1=aA+aBPLMPB（a為質(zhì)量分?jǐn)?shù)）10.990.01=+p塔頂81538096LMD=815.2kg/m3LMD（3）進(jìn)料板液相平均密度的計(jì)算tF=90.1C，查手冊得pLA=806.7kg/m3Plb=794.1kg/m3進(jìn)料板液相的質(zhì)量分率_0.47x78.11a0.429A0.

13、47x78.11+0.53x92.13PLFm=(0.423/806.7+0.531/794.1)=熒弘吵口彳1（4）精餾段平均液相密度為PLm=(815.2+833)/2=824.1kg/m35.5液體平均表面張力的計(jì)算am由tD=80.2C查手冊，得oA=21.2mNmoB=21.3mNimLDm0.99x21.2+(10.99)x21.3=21.2mNm由tF=90.1C查手冊，得oA=20.36mNmoB=20.76mNmb二0.45x20.6+（1-0.45）x20.9二20.77mN/mLFmbLm=（21.2+20.9）/2=21mN/m5.6液體粘度計(jì)算液相平均粘度依下式計(jì)算，

14、即lg卩Lm=2Xilg卩i塔頂液相平均粘度的計(jì)算由tD=80.2C，查手冊得pA=0.3Cm6PaspB=0.312mPa.slgPLDm=0.99g（0.31）+0.01lg（0.313）解得PLDm=0.310mPa.s進(jìn)料板液相平均粘度的計(jì)算由tF=90.1CpA=0.272mPa.spB=0.284mPa.slgpLFm=0.471g（0.264）+0.53lg（0.273）P心=0.269mPa.sLFm精餾段液相平均粘度的計(jì)算pLm=（0.310+0.269）/2=0.289mPa.s精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算6.1塔徑的計(jì)算精餾段的氣、液相體積流率為3600pVm229.01x8

15、0.224/=1.96m3/slmtLm3600pLm145.43x84.673600 x824.1=0.0042m3/s3600 x2.6max式中C由式，其中的C20由史密斯關(guān)聯(lián)圖查得，圖的橫坐標(biāo)為.42X3600f824111二0.003822-1.96x36002.6丿取板間距HT=0.40m板上液層高度hL=0.06mHthL=0.400.06=0.34m查圖得C20=0.072C=C20=0.07221丫.2=0.071取安全系數(shù)為0.7,則空塔氣速為u=0.7u=0.7xl.262=0.883m/s理maxD4xl.96兀x0.883=1.68m根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后為D=2.2m塔

16、截面積為兀兀A=D2=x1.682=2.22m2T44實(shí)際空塔氣速為196u、=0.883m/s實(shí)2.226.2精餾塔有效高度的計(jì)算精餾段有效高度為Z精一(N精1)HT=(14-l)x0.405.2m精精T提餾段有效咼度為Z提(N提1)Ht(221)X0.40=8.4m在進(jìn)料板上方開一入孔，其高度為0.8m。故精餾塔的有效高度為Z=Z精+Z提+0.8=5.2+8.4+0.8=14.4m塔板主要工藝尺寸的計(jì)算7.1溢流裝置計(jì)算因塔徑D=1.68m，可選用68單溢流弓形降液管，采用凹形受液盤。各項(xiàng)計(jì)算如下:堰長取1=0.66書0 x66=1.681.11mw溢流堰高度hwh=h-h由WLOW選用平

17、直堰，堰上液層高度由h=OW2.841000近似取E=1，則h=竺OW1000 x1xf0042X3600I1.110.0162m取板上清液層高度hL=0.06m故h=0.06-0.00162=0.0438mW弓形降液管寬度Wd和截面積Af由弓形降液管的參數(shù)圖，得AWf=0.0722d=0.124atD故Af=0.0722AT=0.0722x2.22=0.160m2W=0.124D=0.124x1.68=0.208md驗(yàn)算液體在降液管中的停留時間，即=15.24s5s故降液管設(shè)計(jì)合理。3600AfHT=3600 x0.160 x0.4_L=0.0042x3600h降液管底隙高度hoLh36秋取

18、u；=lm/s則冊囂韜36mhWho0.0438-0.036=0.0078m0.006m故降液管底隙高度設(shè)計(jì)合理。選用凹形受液盤，深度hw60mm7.2塔板布置塔板的分塊因DV2200，故塔板采用分塊式。查表得，塔板分為5塊。邊緣區(qū)寬度確定取W=W=0.065mW=0.035mTOC o 1-5 h zss開孔區(qū)面積計(jì)算r HYPERLINK l bookmark90 o Current Document ,小/兀r2.x開孔區(qū)面積Aa按式Aa二2xjr2x2-sin計(jì)算(180r丿其中x二D(W,+W)=(0.208+0.065)=0.567m2ds2r=W二1680.035二0.805m2

19、c2.“r丿c“r兀0.8052.0.567)v一故A=20.567J0.80520.5672+sin1=1.66m2aI1800.805丿篩孔計(jì)算及排列本例所處理的物系無腐蝕性，可選用53mm碳鋼板，取篩孔直徑do5mmo篩孔按正三角形排列，取孔中心距t為t=3d0=3x5=15mm1.155A1.155x1.66師孔數(shù)目n為n=a=8521個120.0152開孔率為0=0.907（如It丿=0.907(0.00510.015丿=10.1%V196氣本通過閥孔的氣速為u0=As=0.g1.6169m/s8篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算81塔板壓降干板阻力he的計(jì)算h=0.051CIeo丿由d/6=5/3

20、=1.67,查圖得，c=0.772f11.69Y2.6丿10.772丿824.1丿IPL丿3V)故he=0.051=0.0369m液柱氣體通過液層的阻力hl計(jì)算hl”hLu=一=1.96=0.951s/aAt-Af2.220.160F0=uap=0.951/16=1.53kg1/2/(s.mi/2)查圖，得0=0.60h=0hL=0(hW+hOW)=0.60X(0.0438+0.0162)=0.036m液柱液體表面張力的阻力ho的計(jì)算液體表面張力所產(chǎn)生的阻力由下式計(jì)算，即4gl4x21x10-3PLgd0824.1x9.81x0.005=0.00208m液柱氣體通過每層塔板的液柱高度hp可按下

21、式計(jì)算，即hp=hc+h+=0.0369+0.036+0.0021=0.075m液柱氣體通過每層塔板的壓降為AP=hpg=0.075x824.1x9.81=606Pa0.7kPa(設(shè)計(jì)允許值)ppL8.2液沫夾帶5.7x10-6f、3.2u屮-h丿Tf丿=2.h0.4l5.7x10-6(0.951)3.2x21x10-3(0.4-0.15丿二0.01950.1kg/kg液氣在允許范圍內(nèi)。8.3漏液漏液點(diǎn)氣速的計(jì)算，得u二4.4cj(0.0050.13h-h)p；p0,minoLbLv二4.4x0.772-(0.0056b0.13U0,min穩(wěn)定系數(shù)為K=作=1.821.5故在本設(shè)計(jì)中無明顯漏液

22、。u6.42ow8.4液泛防止發(fā)生液泛，降液管內(nèi)液層高度應(yīng)服從Hd（Ht+hw）關(guān)系，取0=0.5,則0（H+h）=0.5x（0.4+0.0438）=0.2219mTw而H=h+H+hdpLd(h=0.153dLSL-hWo）2丿(00042)2=0.153x=0.00169m(l.llx0.036丿H=0.075+0.06+0.00169=0.13669mdH0(H+h)故不會發(fā)生液泛現(xiàn)象。dTw9.塔板負(fù)荷性能圖9.1液漏線根據(jù)氣速式u二4.4Cowo0.0056+0.13(h-h)PVs.min一二4.4x0.772xA0f0.0056+0.13(20.0438+0.471L30.002

23、1sV丿PVLC82412.6V二1.025x(3.1673+17.0647L；s.min耳sL,m3/ss0.00150.0030.00450.01V,m3/ss1.881.8921.9432.049.2液沫夾帶線以ev二恥液/kg氣為限5.7x10-6e-v、uCHh丿Tf丿3.2Vu=s=0.48V4aAAsTf3600L23r2h+2.84x10-3E=2.50.0438+0.6222L3wV1丿wsV丿h=2.5(h+h)=2.5fwow2=0.1095+1.5555L3sH-h=0.290-1.555L：Tfs5.7x10-6ev廠0.4854s21x103(0.2905-1.55

24、L5丿s、3.2=0.13.7933-20.3117L2s13058x02909-1.5555L2s在操作范圍內(nèi)任取幾個數(shù)據(jù)計(jì)算Vs值列表得L,m3/ss0.00150.0030.00450.01V,m3/ss3.53.43.22.993液相負(fù)荷下限線液相負(fù)荷下限線h取平堰堰液層高度ow=0.006作為液相下限條件取E=1.0h2843600L2ow=E(l)3w284得0006=W00 x1x(3600L3I1.11丿Ls.min=0.000947m3/s94液相負(fù)荷上限線以9=4s作液體在降液管中的停留時間下限，由L=O4x0160smax44=0.016m3/S9.5液泛線令H=p(H+

25、h)dTwH=h+h+h；h=h+h+h；h=ph；h二h+hdpLdpclOlLLwowpH+(p-p-1)h二(p+1)h+h+h+hTwowcdO忽略h，將與V的關(guān)系代入上式，并整理得saV2=b-cL-dZ2/3sss式中、0.051a=（A0c0）2農(nóng)丿0.051(0.101x1.66x0.772)2(824.1丿=0.0096b二pH+(p-p-1)h二0.5x0.4+(0.5-0.60-1)x0.0438=0.175Twc=0.153/(lh)2=0.153/(1.11x0.036)=9582w0d-2.84x10-3E(1+0)3600W=2.84x10-3x1x1.60 x(3600丫/31.11丿=0.9956故0.0096V2=0.175-95.82L2-0.9956L2/3sssL,m3/ss0.00150.0030.00450.01V,m3/ss4.14.04.03.58r64200.0050.010.0150.020.025Ls伽譏)在負(fù)荷性能圖上，作操作點(diǎn)A,連接OA,即為操作線，由圖可知，該篩板的操作上限、一、V=3.6