精餾塔工藝設(shè)計

1、. z.一、苯-氯苯板式精餾塔的工藝設(shè)計任務(wù)書一設(shè)計題目設(shè)計一座苯-氯苯連續(xù)精餾塔，要求年產(chǎn)純度為98.5%的苯36432噸，塔底餾出液中含苯1%，原料液中含苯為61%以上均為質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。二操作條件1.塔頂壓強4kPa表壓2.進(jìn)料熱狀況：飽和蒸汽進(jìn)料3.回流比：R=2Rmin4.單板壓降不大于0.7kPa三設(shè)計內(nèi)容設(shè)備形式：篩板塔設(shè)計工作日：每年330天，每天24小時連續(xù)運行廠址：青藏高原大氣壓約為77.31kpa的遠(yuǎn)離城市的郊區(qū)設(shè)計要求1.設(shè)計方案確實定及流程說明2.塔的工藝計算3.塔和塔板主要工藝尺寸確實定1塔高、塔徑及塔板構(gòu)造尺寸確實定2塔板的流體力學(xué)驗算3塔板的負(fù)荷性能圖繪制4生產(chǎn)工藝

2、流程圖及精餾塔工藝條件圖的繪制4、塔的工藝計算結(jié)果匯總一覽表5、對本設(shè)計的評述或?qū)τ嘘P(guān)問題的分析與討論四根底數(shù)據(jù)1.組分的飽和蒸汽壓mmHg溫度，80.1859095100105苯757.62889.261020.91185.651350.41831.7氯苯147.44179.395211.35253.755296.16351.355溫度，110115120125130131.75苯23132638.52964335537464210氯苯406.55477.125547.7636.505725.317602.組分的液相密度kg/m3溫度，6080100120140苯836.6815.0792.

3、5768.9744.1氯苯1064.01042.01019.0996.4972.93.組分的外表*力mN/m溫度，6080100120140苯23.7421.2718.8516.4914.17氯苯25.9623.7521.5719.4217.324.液體粘度mPas溫度，6080100120140苯0.3810.3080.2550.2150.184氯苯0.5150.4280.3630.3130.2745.Antoine常數(shù)組分ABC苯6.0231206.35220.24氯苯7.13382182.68293.767二、苯-氯苯板式精餾塔的工藝計算書精餾段局部一設(shè)計方案確實定及工藝流程的說明原料液

4、經(jīng)臥式列管式預(yù)熱器預(yù)熱至泡點后送入連續(xù)板式精餾塔篩板塔，塔頂上升蒸汽流采用強制循環(huán)式列管全凝器冷凝后一局部作為回流液，其余作為產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送至苯液貯罐；塔釜采用熱虹吸立式再沸器提供汽相流，塔釜產(chǎn)品經(jīng)臥式列管式冷卻器冷卻后送入氯苯貯罐。典型的連續(xù)精餾流程為原料液經(jīng)預(yù)熱器加熱后到指定的溫度后，送入精餾塔的進(jìn)料板，在進(jìn)料上與自塔上部下降的回流液體集合后，逐板溢流，最后流入塔底再沸器中。在每層板上，回流液體與上升蒸氣互相接觸，進(jìn)展熱和質(zhì)的傳遞過程。操作時，連續(xù)地從再沸器取出局部液體作為塔底產(chǎn)品釜殘液，局部液體汽化，產(chǎn)生上升蒸氣，依次通過各層塔板。塔頂蒸氣進(jìn)入冷凝器中被全部冷凝，并將局部冷凝液用泵送回塔

5、頂作為回流液體，其余局部經(jīng)冷卻器后被送出作為塔頂產(chǎn)品餾出液。二全塔的物料衡算1.料液及塔頂?shù)桩a(chǎn)品含苯的摩爾分率苯和氯苯的相對摩爾質(zhì)量分別為78.11 kg/kmol和112.6kg/kmol0.6932.平均摩爾質(zhì)量3.料液及塔頂?shù)桩a(chǎn)品的摩爾流率依題給條件：一年以330天，一天以24小時計，有：，全塔物料衡算：三塔板數(shù)確實定1.理論塔板數(shù)的求取2確定操作的回流比R將1表中數(shù)據(jù)作圖得曲線及曲線。在圖上，因q=0， e0.693,0.693查得，。故有：;3求理論塔板數(shù)(圖解法)精餾段操作線：總理論板層數(shù)：6.5(包括再沸器)進(jìn)料板位層：42.實際塔板數(shù)1全塔效率選用公式計算。該式適用于液相粘度為

6、0.071.4mPas的烴類物系，式中的為全塔平均溫度下以進(jìn)料組成表示的平均粘度。塔的平均溫度為0.5(80+129)=104.5取塔頂?shù)椎乃阈g(shù)平均值，在此平均溫度下查化工原理附錄得：，。2實際塔板數(shù)近似取兩段效率一樣精餾段：塊提餾段：塊四塔的精餾段操作工藝條件及相關(guān)物性數(shù)據(jù)的計算1.平均壓強取每層塔板壓降為0.7kPa計算。塔頂：加料板：塔底：精餾段平均壓強提餾段平均壓強2.平均溫度和 兩式聯(lián)立由試差法求得 ； ；精餾段平均溫度：提餾段平均溫度：3.平均分子量塔頂： ，查相平衡圖加料板：，查相平衡圖塔底： ，精餾段：提餾段：4.平均密度1液相平均密度塔頂：進(jìn)料板：塔底：精餾段：提餾段：2汽相

7、平均密度精餾段：提餾段：5.液體的平均外表*力塔頂：；進(jìn)料板：；塔底：； 精餾段：提餾段：6.液體的平均粘度塔頂：加料板：塔底：，精餾段：提餾段：五精餾段的汽液負(fù)荷計算汽相摩爾流率汽相體積流量液相回流摩爾流率液相體積流量六塔和塔板主要工藝構(gòu)造尺寸的計算1.塔徑1初選塔板間距及板上液層高度，則：2按Smith法求取允許的空塔氣速即泛點氣速查Smith通用關(guān)聯(lián)圖得負(fù)荷因子泛點氣速：m/s3操作氣速取4精餾段的塔徑圓整取塔截面積為此時的操作氣速。2.塔板工藝構(gòu)造尺寸的設(shè)計與計算1溢流裝置采用單溢流型的平頂弓形溢流堰、弓形降液管、凹形受液盤，且不設(shè)進(jìn)口內(nèi)堰。溢流堰長出口堰長取出口堰高 查得E=1.02

8、降液管的寬度和降液管的面積由，查化原下P147圖11-16得，即：，液體在降液管內(nèi)的停留時間滿足要求降液管的底隙高度液體通過降液管底隙的流速一般為0.070.25m/s，取液體通過降液管底隙的流速，則有：故降液管設(shè)計合底隙高度設(shè)計合理塔板布置1.塔板分塊 因D=1400 故塔板分4塊2.邊緣區(qū)寬度 開孔區(qū)面積式中：3開孔數(shù)和開孔率取篩孔的孔徑，正三角形排列，篩板采用碳鋼，其厚度，且取。故孔心距。每層塔板的開孔數(shù)孔每層塔板的開孔率應(yīng)在515%，故滿足要求氣體通過篩孔的孔速4精餾段的塔高；七塔板上的流體力學(xué)驗算1.塔板壓降1氣體通過干板的壓降。2氣體通過板上液層的壓降動能因子查化原圖得3氣體克制液

9、體外表*力產(chǎn)生的壓降4氣體通過篩板的壓降單板壓降和滿足工藝要求。2.霧沫夾帶量的驗算 驗算結(jié)果說明不會產(chǎn)生過量的霧沫夾帶。3.漏液的驗算漏液點的氣速11.07m/s篩板的穩(wěn)定性系數(shù)無漏液4.液泛的驗算為防止降液管發(fā)生液泛，應(yīng)使降液管中的清液層高度取=0.5；成立，故不會產(chǎn)生液泛。通過流體力學(xué)驗算，可認(rèn)為精餾段塔徑及塔板各工藝構(gòu)造尺寸適宜，假設(shè)要做出最合理的設(shè)計，還需重選及，進(jìn)展優(yōu)化設(shè)計。八塔板負(fù)荷性能圖1.液沫夾帶線1 1式中：將數(shù)據(jù)代入式1 1-1在操作*圍內(nèi)，任取幾個值，依式1-1算出對應(yīng)的值列于下表：0.0010.00150.0020.00252.732.672.622.58依據(jù)表中數(shù)據(jù)

10、作出霧沫夾帶線12.液泛線2 2-2在操作*圍內(nèi)，任取幾個值，依式2-2算出對應(yīng)的值列于下表：0.0010.00150.0020.00253.343.303.263.22依據(jù)表中數(shù)據(jù)作出液泛線23.液相負(fù)荷上限線3 3-34.漏液線氣相負(fù)荷下限線4整理得： 4-4在操作*圍內(nèi)，任取幾個值，依式4-4算出對應(yīng)的值列于下表：0.0010.00150.0020.00250.7880.8010.8130.823依據(jù)表中數(shù)據(jù)作出漏液線45.液相負(fù)荷下限線5取平堰堰上液層高度m 5-5操作彈性定義為操作線與界限曲線交點的氣相最大負(fù)荷與氣相允許最小負(fù)荷之比，即：操作彈性=三、塔的提餾段操作工藝條件五提餾段的

11、汽液負(fù)荷計算汽相摩爾流率汽相體積流量液相回流摩爾流率液相體積流量六塔和塔板主要工藝構(gòu)造尺寸的計算1.塔徑1初選塔板間距及板上液層高度，則：2按Smith法求取允許的空塔氣速即泛點氣速查Smith通用關(guān)聯(lián)圖得負(fù)荷因子泛點氣速：3操作氣速取4精餾段的塔徑圓整取塔截面積為此時的操作氣速。2.塔板工藝構(gòu)造尺寸的設(shè)計與計算1溢流裝置采用單溢流型的平頂弓形溢流堰、弓形降液管、平形受液盤，且不設(shè)進(jìn)口內(nèi)堰。溢流堰長出口堰長取出口堰高m降液管的寬度和降液管的面積由，查化原下P147圖11-16得，即：，液體在降液管內(nèi)的停留時間滿足要求降液管的底隙高度液體通過降液管底隙的流速一般為0.070.25m/s，取液體通

12、過降液管底隙的流速，則有：故降液管設(shè)計合底隙高度設(shè)計合理塔板布置1.塔板分塊 因D=1000 故塔板分3塊2.邊緣區(qū)寬度 開孔區(qū)面積式中：3開孔數(shù)和開孔率取篩孔的孔徑，正三角形排列，篩板采用碳鋼，其厚度，且取。故孔心距。每層塔板的開孔數(shù)孔每層塔板的開孔率應(yīng)在515%，故滿足要求氣體通過篩孔的孔速4精餾段的塔高七塔板上的流體力學(xué)驗算1.塔板壓降1氣體通過干板的壓降。2氣體通過板上液層的壓降動能因子查化原圖得3氣體克制液體外表*力產(chǎn)生的壓降4氣體通過篩板的壓降單板壓降和滿足工藝要求。2.霧沫夾帶量的驗算 驗算結(jié)果說明不會產(chǎn)生過量的霧沫夾帶。3.漏液的驗算漏液點的氣速篩板的穩(wěn)定性系數(shù)大于1.5，不會

13、產(chǎn)生過量液漏4.液泛的驗算為防止降液管發(fā)生液泛，應(yīng)使降液管中的清液層高度成立，故不會產(chǎn)生液泛。通過流體力學(xué)驗算，可認(rèn)為精餾段塔徑及塔板各工藝構(gòu)造尺寸適宜，假設(shè)要做出最合理的設(shè)計，還需重選及，進(jìn)展優(yōu)化設(shè)計。八塔板負(fù)荷性能圖1.霧沫夾帶線1 1式中：將數(shù)據(jù)代入式1 1-1在操作*圍內(nèi)，任取幾個值，依式1-1算出對應(yīng)的值列于下表：0.0010.0020.0030.00451.521.471.431.37依據(jù)表中數(shù)據(jù)作出霧沫夾帶線12.液泛線已算出 2-2在操作*圍內(nèi)，任取幾個值，依式2-2算出對應(yīng)的值列于下表：0.0010.00150.00300.00451.431.421.371.33依據(jù)表中數(shù)據(jù)

14、作出液泛線23.液相負(fù)荷上限線3 3-34.漏液線氣相負(fù)荷下限線4整理得： 4-4在操作*圍內(nèi)，任取幾個值，依式4-4算出對應(yīng)的值列于下表：0.0010.00150.00300.00450.380.390.40.42依據(jù)表中數(shù)據(jù)作出漏液線45.液相負(fù)荷下限線5取平堰堰上液層高度m 5-5操作彈性定義為操作線與界限曲線交點的氣相最大負(fù)荷與氣相允許最小負(fù)荷之比:操作彈性=四、精餾塔的設(shè)計計算結(jié)果匯總一覽表精餾塔的設(shè)計計算結(jié)果匯總一覽表項 目符 號單 位計 算 結(jié) 果精餾段提餾段平均壓強kPa83.4187.26平均溫度78.55104.715平均流量m3/s1.430.634m3/s0.00250.0027實際塔板數(shù)塊65板間距m0.400.50塔段的有效高度m2.02.0塔徑m1.41.0空塔氣速m/s1.0690.81塔板液流型式單溢流單溢流溢流裝置溢流管型式弓形弓形堰長m0.84 0.7堰高m0.0360.043溢流堰寬度m0.140.139底隙高度m0.0290.048板上清液層高度m0.0600.060孔徑mm55孔間距mm1515孔數(shù)個57962738開孔面積m21.1260.537篩孔氣速m/s12.5411.81塔板壓降kPa0.5390.626