10萬噸年苯-甲苯分離板式精餾塔設(shè)計【含CAD圖紙、說明書】

10 萬噸年苯-甲苯分離板式精餾塔設(shè)計苯-甲苯分離板式精餾塔的設(shè)計1.概述1 1.1設(shè)計題目11.2操作條件12.設(shè)計內(nèi)容12.1本設(shè)計任務(wù)為分離苯甲苯混合物12.2 精餾塔的物料衡算12.2.1原料液及塔頂、塔底的摩爾分率12.2.2 原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量22.2.3 物料衡算22.3塔板數(shù)的確定22.3.1 理論板層數(shù)的求取22.3.2實(shí)際板層數(shù)的求取32.4精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計算32.4.1操作壓力的計算32.4.2 操作溫度計算32.4.3 平均摩爾質(zhì)量計算42.4.4平均密度計算42.4.4.1氣相平均密度計算42.4.4.2液相平均密度計算42.4.5 液體平均表面張力的計算52.4.6液體平均粘度52.5精餾塔的塔體工藝尺寸計算62.5.1塔徑的計算62.5.2精餾塔有效高度的計算72.6塔板主要工藝尺寸的計算72.6.1溢流裝置計算72.6.1.1堰長72.6.1.2溢流堰高度72.6.1.3弓形降液管寬度和截面積82.6.1.4降液管底隙高度82.6.2塔板布置82.6.2.1塔板的分塊82.6.2.2邊緣區(qū)寬度確定82.6.2.3開孔區(qū)面積計算82.6.2.4篩孔計算及排列. 92.7 塔板的流體力學(xué)驗算92.7.1塔板壓降92.7.1.1干板阻力計算92.7.1.2氣體通過液層的阻力計算92.7.1.3液體表面張力的阻力計算102.7.2液面落差102.7.3液沫夾帶102.7.4漏液102.7.5液泛112.8 塔板負(fù)荷性能圖112.8.1漏液線112.8.2液沫夾帶線122.8.3液相負(fù)荷下限線132.8.4液相負(fù)荷上限線132.8.5液泛線133. 設(shè)計數(shù)據(jù)一覽表 154.總結(jié) 165.參考文獻(xiàn)及設(shè)計圖 16苯-甲苯分離板式精餾塔的設(shè)計1.概述1.1設(shè)計題目試設(shè)計一座連續(xù)精餾塔用于分離苯甲苯混合液，原料液中含苯 20% （質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。要求年產(chǎn)純度為 95% 的苯 10 萬噸/年，塔釜餾出液中含苯不得高于 3% （質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。 要求塔頂苯的含量為 95% （質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。 要求苯的回收率為 95% 。（說明：和的條件滿足其一）1.2操作條件1.2.1塔頂壓力 常壓1.2.2進(jìn)料熱狀態(tài) 泡點(diǎn)進(jìn)料1.2.3回流比 取最小回流比的2倍 1.2.4塔底加熱蒸氣壓力 0.5Mpa（表壓） 1.2.5單板壓降 0.7kPa1.2.6塔板類型 篩板塔1.2.7工作日 每年工作日為300天，每天24小時連續(xù)運(yùn)行。2.設(shè)計內(nèi)容2.1本設(shè)計任務(wù)為分離苯甲苯混合物。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(diǎn)進(jìn)料，將原料液通過預(yù)熱器加熱至泡點(diǎn)后送入精餾塔內(nèi)。塔頂上升蒸氣采用全凝器冷凝，冷凝液在泡點(diǎn)下一部分加回流至塔內(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回流比的2倍。該物系塔釜采用間接蒸汽加熱，塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送至儲罐。2.2 精餾塔的物料衡算2.2.1原料液及塔頂、塔底的摩爾分率：苯的摩爾質(zhì)量 =78.11kg/kmol甲苯摩爾質(zhì)量=92.13kg/kmol 2.2.2 原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量2.2.3 物料衡算原料處理量 總物料衡算 F = 176.46 + W苯物料衡算 0.228F =0.957176.46 + 0.035W聯(lián)立解得 F = 842.99kg/h W = 666.53kg/h2.3塔板數(shù)的確定2.3.1 理論板層數(shù)的求取苯甲苯屬理想物系，可采用圖解法求理論板層數(shù)2.3.1.1由手冊查得苯甲苯物系的汽液平衡數(shù)據(jù)，繪出x-y圖，2.3.1.2 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(diǎn)e（0.228，0.228）作垂線ef即為進(jìn)料線（q線），該線與平衡線的交點(diǎn)坐標(biāo)為=0.425 =0.228故最小回流比為取操作回流比為=2=22.70=5.402.3.1.3 求精溜塔的氣，液相負(fù)荷L=RD=5.40176.46=952.88kmol/hV=（R+1）D=（5.40+1）176.46=1129.34kmol/hL=L+F=952.88+842.99=1795.87 kmol/hV= V =1129.34kmol/h2.3.1.4求操作線方程精餾段操作線方程為 提餾段操作線方程為2.3.1.5逐板法求理論板層數(shù)總理論板層數(shù)=11（包括再沸器）進(jìn)料板位置=72.3.2實(shí)際板層數(shù)的求取精餾段實(shí)際板層數(shù)=6/0.52=11.5412提餾段實(shí)際板層數(shù)=4/0.52=7.6982.4精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計算2.4.1操作壓力的計算 塔頂操作壓力 =101.30 kPa每層塔板壓降 P=0.7 kpa進(jìn)料板壓力 =101.30+0.712=109.70 kpa精餾段平均壓力=(101.30+109.70)/2=105.50 kpa2.4.2 操作溫度計算查苯甲苯的氣液平衡數(shù)據(jù)，由內(nèi)插法求得塔頂溫度 =81.2C進(jìn)料板溫度 =102.2精餾段平均溫度 =(81.2+102.2)/2=91.72.4.3 平均摩爾質(zhì)量計算塔頂平均摩爾質(zhì)量計算由 = =0.957，查平衡曲線，得 = 0.899 =0.957*78.11+（1-0.957）*92.13=78.71 kg/kmol =0.899*78.11+（1-0.899）*92.13=79.53 kg/kmol進(jìn)料板平均摩爾質(zhì)量計算=0.348=0.176=0.348*78.11+（1-0.348）*92.13=87.25kg/kmol=0.176*78.11+（1-0.176）*92.13=89.66kg/kmol精餾段平均摩爾質(zhì)量=（78.71+87.25）/2=82.98 kg/kmol=（79.53+89.66）/2=84.60kg/kmol2.4.4平均密度計算2.4.4.1氣相平均密度計算由理想氣體狀態(tài)方程計算，即kg/2.4.4.2液相平均密度計算液相平均密度依上式計算，即塔頂液相平均密度的計算由 = 91.7 ，查手冊得 = 801.84 kg/ =798.48 kg/ kg/進(jìn)料板液相平均密度的計算由 =102.2，查手冊得= 789.79 kg/ =788.07 kg/進(jìn)料板液相的質(zhì)量分率kg/精餾段液相平均密度為kg/2.4.5 液體平均表面張力的計算液相平均表面張力依下式計算塔頂液相平均表面張力的計算由查手冊得 進(jìn)料板液相平均表面張力的計算由 查手冊得 精餾段液相平均表面張力： 2.4.6液體平均粘度液相平均粘度依下式計算，即塔頂液相平均粘度的計算由tD=81.2查手冊得 解出 進(jìn)料板液相平均粘度的計算由tF=102.2，查手冊的 解出 精餾段液相平均粘度的計算2.5精餾塔的塔體工藝尺寸計算2.5.1塔徑的計算精餾段的氣、液相體積流率為由 式中C由5-5計算，其中的由圖5-1查取，圖的橫坐標(biāo)為 取板間距，板上液層高度，則-=0.400-0.10=0.300m查圖5-1得 =0.062 C=0.062取安全系數(shù)為0.70 ，則空塔氣速為 按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后為 D=4.0m塔截面積為 實(shí)際空塔氣速為 2.5.2精餾塔有效高度的計算精餾段有效高度為提餾段有效高度為在進(jìn)料板上方開一人孔，其高度為：0.8m故精餾塔的有交高度為2.6塔板主要工藝尺寸的計算2.6.1溢流裝置計算因塔徑D4.0 m，可選用雙溢流弓形降液管，采用凹形受液盤。各項計算如下：2.6.1.1堰長取 = 0.60 D= 0.604.0=2.4m2.6.1.2溢流堰高度由 選用平直堰，堰上液層高度由式5-7計算，即=近似取E=1，則=取板上清液層高度100mm故 0.10-0.0343=0.0657m2.6.1.3弓形降液管寬度和截面積由 0.60查圖5-7 得0.0555 0.120故 =0.0555=0.055512.56=0.697= 0.120D=0.1204.0=0.480依式5-9 驗算液體在降液管中停留時間，即故降液管設(shè)計合理2.6.1.4降液管底隙高度取 則 0.006 m故降液管底隙高度設(shè)計合理選用凹形受液盤，深度=50mm2.6.2塔板布置2.6.2.1塔板的分塊因 D800mm，故塔板采用分塊式。查表5-3得，塔板分為6塊以上。2.6.2.2邊緣區(qū)寬度確定取 2.6.2.3開孔區(qū)面積計算開孔區(qū)面積按式計算其中0.480/2+0.1000.3404.0/2-（0.480+0.100）=1.420m 4.0/2-0.05=1.950m故 2.6.2.4篩孔計算及排列.篩孔按正三角形排列，取孔中心距t為篩孔數(shù)目n為開孔率為 氣體通過閥孔的氣速為2.7 塔板的流體力學(xué)驗算2.7.1塔板壓降2.7.1.1干板阻力計算干板阻力由式計算由 5/3=1.667，查圖5-10得，0.772故 液柱2.7.1.2氣體通過液層的阻力計算氣體通過液層的阻力由式計算 查圖5-11，得0.62。故 m液柱2.7.1.3液體表面張力的阻力計算液體表面張力的阻力可按式計算，即 液柱氣體通過沒層塔板的液柱高度可按下式計算，即 液柱氣體通過每層塔板的壓降為 0.7kpa2.7.2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。2.7.3液沫夾帶液沫夾帶量由下式計算，即 故 0.12.7.4漏液對篩板塔，漏液點(diǎn)氣速可由下式計算，即實(shí)際孔速穩(wěn)定系數(shù)為2.7.5液泛為防止塔內(nèi)發(fā)生液泛，降液管內(nèi)液層高度應(yīng)服從下式的關(guān)系，即 丙酮水物系屬一般物系，取，則而 板上不設(shè)進(jìn)口堰，可由下式計算，即 液柱 液柱故在本設(shè)計中不會發(fā)生液泛現(xiàn)象2.8 塔板負(fù)荷性能圖2.8.1漏液線由 =得 整理得在操作數(shù)據(jù)內(nèi)，任取幾個值，依上式計算出值，計算結(jié)果列于表， 0.001 0.010 0.020 0.030 0.040， 4.693 5.236 6.574 5.843 6.019由上表數(shù)據(jù)即可作出漏液線12.8.2液沫夾帶線以 = 0.1 kg液/kg氣為限，求關(guān)系如下由 =0.0657=故 整理得 =17.509-69.018在操作范圍內(nèi)，任取幾個值，依上式計算出值，計算結(jié)果列于表， 0.0010 0.0100 0.0200 0.0300 0.0400， 16.819 12.424 9.4370 6.9310 5.2350由上表數(shù)據(jù)即可作出液沫夾帶線22.8.3液相負(fù)荷下限線對于平直堰，取堰上液層高度= 0.006 m作為最小液體負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)。由式5-7得取 E=1.00，則 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32.8.4液相負(fù)荷上限線以 = 4 s 作為液體在降液管中停留時間的下限，由式5-9 得 4故 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42.8.5液泛線令 由 聯(lián)立得 忽略，將與與與的關(guān)系式代入上式，并整理得式中 將有關(guān)的數(shù)據(jù)代入，得 故 在操作范圍內(nèi)，任取幾個值，依上式計算出值，計算結(jié)果列于表， 0.0010 0.0100 0.0200 0.0300 0.0400， 14.628 13.145 11.708 10.087 8.0440由上表數(shù)據(jù)即可作出液泛線5根據(jù)以上各線方程，可作出篩板塔的負(fù)荷性能圖，如圖所示在負(fù)荷性能圖上，作出操作點(diǎn)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泛控制，下限為液漏控制，由圖5-20查得 故操作彈性為所設(shè)計篩板的主要結(jié)構(gòu)匯總于下表。3. 設(shè)計數(shù)據(jù)一覽表 表 篩板塔設(shè)計計算結(jié)果序號項目數(shù)值1平均溫度，91.72平均壓力，105.5 3 氣相流量，9.0204液相流量，0.0285實(shí)際塔板數(shù)186有效段高度7.67塔徑，4.08板間距，0.49溢流形式雙溢流10降液管形式弓形11堰長，2.412堰高，0.065713板上液層高度，0.1014堰上液層高度，0.1015降液管管底隙高度，0.046716安定區(qū)寬度，0.1017邊緣區(qū)寬度，0.0518開孔區(qū)面積，7.35819篩孔直徑，0.00520篩孔數(shù)目3777221孔中心距，0.01522開孔率，%10.123空塔氣速，0.71824篩孔氣速，12.1425穩(wěn)定系數(shù)1.67526每層塔板壓降，656.86027負(fù)荷上限液泛控制28負(fù)荷下限液漏控制29液沫夾帶0.050930氣相負(fù)荷上限，9.9831氣相負(fù)荷下限，5.1232操作彈性1.9494.總結(jié)5.參考文獻(xiàn)：1 上?；瘜W(xué)設(shè)計院醫(yī)藥工業(yè)設(shè)計建設(shè)組?；すに囋O(shè)計手冊（上冊）。北京?；瘜W(xué)工業(yè)出版社，19962 賈紹義，柴成敬. 化工原理課程設(shè)計. 天津大學(xué)出版社，2002.3 楊祖榮.化工原理.化學(xué)工業(yè)出版社.20044 汪鎮(zhèn)安. 化工工藝設(shè)計手冊（上、下冊）（第三版）. 化學(xué)工藝出版社，2003.16