筛板式精馏塔设计

1、实用标准文案中州大学化工原理课程设计设计题目：筛板式精馏塔设计学院： 化工食品学院班级： 08 级应用化工技术姓名： 汪大伟学号： 200810062150指导老师：王少鹏精彩文档实用标准文案概述（前言）一、工艺计算二、塔径计算三、溢流装置设计四、塔板布置五、塔板校核六、塔板负荷性能图七、辅助设备八、计算结果列表参考文献后记（小结）精彩文档实用标准文案设计任务书体系：苯 - 甲苯学号： 46-50年处理量： 15 万吨开工天数： 300 天塔顶组成： 0.98塔底组成： 0.05原料组成： 0.55进料方式：泡点进料操作压力：常压精彩文档实用标准文案概述一、筛板精馏塔的结构特点：筛板塔是扎板塔

2、的一种， 内装若干层水平塔板， 板上有许多小孔，形状如筛；并装有溢流管或没有溢流管。 塔内气体在压差作用下由下而上，液体在自身重力作用下由上而下总体呈逆流流动。 其结构特点有：1. 结构简单，易于加工，造价为泡罩塔的 60%左右，为浮阀塔的80%左右。2. 在相同条件下，生产能力比泡罩塔大 20%40%。3. 塔板效率较高，比泡罩塔高 15%左右，但低于浮阀塔。4. 气体压力较小，每板压力比泡罩塔约低 30%左右。二、操作要点：操作时，液体由塔顶进入， 经溢流管（一部分经筛孔） 逐板下降，并在板上积存液层。气体（或蒸气）由塔底进入，经筛孔上升穿过液层，鼓泡而出，因而两相可以充分接触 .三、 应

3、用中的优缺点：优点 : 气液接触部件是引导气流进入液层，并保证气液充分，均匀而良好的接触，形成大量的又是不断更新的气液传质界面， 而且要使气液间最后能够较易分离。 通过筛孔的局部阻力和板上液层的重力使气体由下而上保持一定的压差以克服板间流动阻力。缺点 :1. 小孔筛板以堵塞，不适宜处理脏的、黏性大的和带固体粒子的料液。2. 操作弹性较小（约 23）。精彩文档实用标准文案（一）、精馏装置流程图1- 原料液贮槽； 2- 加料泵； 3- 原料预热器； 4- 精馏塔； 5- 冷凝器； 6- 冷凝液贮槽； 7- 冷却器； 8- 观测罩； 9- 馏出液贮槽； 10- 残液贮槽； 11- 再沸器（二）、操作

4、流程如图所示，用泵2 将原料液从贮槽1 送至原料预热器3 中，加热至一定温度后进入精馏塔4 的中部。料液在进料板上与自塔上部下流的回流液体汇合，逐板溢流，最后流入塔底再沸器11中在再沸器内液体被加热至一定温度，使之部分汽化，残液作为塔底产品，而将汽化产生的蒸气引回塔内作为塔底气相回流。气相回流依次上升通过塔内各层塔板，在塔板上液体接触进行热值交换。从塔顶上升的蒸气进入冷凝器5 中被全部冷凝，并将一部分冷凝液作用塔顶回流液体，其余部分经冷却器7 送入馏出液贮槽 9 中作为塔顶产品。精彩文档实用标准文案二、工艺计算（一）物料衡算0.980.05xD780.983xW780.058450.980.0

5、20.050.95789278920.55xF780.59040.450.557892M 苯 =78kg/kmol ， M甲苯 =92kg/kmol平均摩尔质量M=x M+(1-x)M0.590478 (10.5904)9283.73kg / kmolFF AFBF1.51080.06912kmol / s24360083.73300由FDW0.06912D WD0.983 W 0.05845 FxFDxDWxW0.069120.5904W 0.02935 kmol / s D 0.03977 kmol / s( 二) 、作 T-x(y)、x-y图t ,0 C80.18590951001051

6、10.6x1.0000.7800.5810.4110.2580.1300y1.0000.9000.7770.6320.4560.2610精彩文档实用标准文案T-x(y) 图x-y图（三）、计算 Rmin苯- 甲苯饱和蒸汽压数据T , cPA , kPaPB , kPa80.28896104110.4101.33127.39160.52199.33233.0539.9950.66583.33101.33VAPAXPAXBPA由 a=PBA得VBXBPBXAPBa1101.33a2127.392.518a160.522.5342.4739.9950.6365a4199.332.392a5233.0

7、52.383.33101.33a1 ( aa2aa4a )1 (2.5342.5182.472.392 2.3) 2.443m51355因为进料方式为泡点进料，则XqXF0.5904amxq2.4430.5904yq1 (2.4430.77881 (am 1)xq1) 0.5904精彩文档实用标准文案xDyq0.9830.7788Rminyqxq0.77880.59041.084（四）操作线方程取 R 1.5Rmin 1.5 1.084 1.6261精馏段方程yn 1R xnxD1.626xn0.9830.6192 xn 0.3743R1R 11.62611.6261即 yn 1 0.6192

8、xn 0.37432提馏段方程对于泡点进料，提馏段下降的液体摩尔流量为L'LFRDF1.6260.039770.069120.1338kmol / syL'xW x0.1338x0.029350.05845m 1L' WmL'WW0.1338 0.02935 m0.1338 0.029351.281xm0.01642即 ym 1 1.281xm 0.016423q 线方程对于泡点进料，q=1,q 线方程为 x=x F=0.59044相平衡方程y=ax2.443x2.443x1 (a 1)x1 (2.443 1)x1 1.443x（五）理论塔板数1逐板计算： y1

9、xD 0.983x1y10.9830.9595a (a 1)y1 2.443 (2.4431) 0.983y20.61920.95950.37430.9684精彩文档实用标准文案x2y20.96840.9262a (a1) y2 2.443(2.4431)0.9684y30.61920.92620.37430.9478x0.94780.881432.443(2.4431)0.9478y40.61920.88140.37430.9201x40.92010.8252.443(2.4431)0.9201y0.61920.8250.37430.88515x50.88510.75922.443(2.44

10、31)0.8851y60.61920.75920.37430.8444x60.84440.68932.443(2.4431)0.8444y70.61920.68930.37430.8011x70.80110.62252.443(2.4431)0.8011y80.61920.62250.37430.7597x80.75970.56412.443(2.4431)0.7597因为 x8xF ，则改用提馏段操作线方程y91.2880.56410.016420.7062x90.70620.49592.443(2.4431)0.7062y101.2880.49590.016420.6188x100.618

11、80.39922.443(2.4431)0.6188精彩文档实用标准文案y111.2880.39920.016420.4950x0.49500.2863112.443(2.4431)0.4950y121.2880.28630.016420.3503x120.35030.18092.443(2.4431)0.3503y131.2880.18090.016420.2153x130.21530.1012.443(2.4431)0.2153y 141.2880.1010.016420.1129x140.11290.049522.443(2.4431)0.1129因为 x14 xW则径流塔内理论塔板数为

12、14-1=13 块，其中精馏段7 块，提馏段 6 块，第 8 块为进料板2图解法精彩文档实用标准文案如图可查得所需理论塔板数为14 块。其中精馏段 7 块，提馏段 7 块，第 8 块为进料板。3简捷法（吉利兰关联图）已知 xD0.983, xF0.5904, xW0.05845, R min1.084, R1.626, am2.443因全回流操作所需的理论塔板数最少，故可用芬斯克方程求解：lg(xD1xWlg0.9831 0.05845)()1 0.9830.05845N min1xDxW11 6.65lg amlg 2.443即 N min 7(不包括再沸器 )于是 R R min1.626

13、 1.084 0.21R 11.626 1查图，可得NN minN0.462将N min6代入上式，求得 N14.（7不包括在沸器）即N 15（六）实际塔板数内插法计算温度xxx1x2 (tt )1t1t210.983 1.0001.0000.780(tD80.1)tD 80.5 oc80.1850.05845 0.1300.130(tW105) tW 108.1oc105110.6查附录九得A0.28cpBlg LxF lgA(1 xF )lgB解得 L0.27cp0.25cp0.5904lg 0.28(10.5904)lg 0.25精彩文档实用标准文案a L2.443 0.270.66cp

14、查精馏塔全塔效率关联图得 E053由E0NT 得N实NT1324.5 25块N实E053则实际塔板数为块25二、塔径计算以精馏段塔顶估算塔径t D=80.5 0 C内插法计算液体密度 - 112 (t t1 )t1t2AB815.0815.0803.9 (80.580) A38090814.4kg / m810.0810.0800.280)B809.5kg / m380(80.590t1t t2 ,1xD1xD0.98310.9830.001228814.4809.5LAB解得 L814.3kg / m3LRD1.626 0.039770.6467kmol / sV(R1)D(1.6261)0

15、.039770.1044kmol / s塔顶物料平均千摩尔质量为：M DxDMA(1xD )M B0.98378(10.983) 9278.24kg / kmol塔顶气相密度PM D101.32578.243g8.314 (2732.697kg / mRT80.5)VLLM D0.00646778.240.006214 m3/ s814.3VgL3.029m3 / sVMD0.1044 78.24g2.697取 H T 600 mm,hL 60mm,则分离空间为H ThF0.60.060.54气液动能参数为VLLVgg0.006214814.33.0290.0362.697精彩文档实用标准文案

16、由图8查得气体负荷因子C20为 0.12513查附录 15得 A0.0215N / m,B 0.0236N / mxDA(1xD ) B 0.9830.0215 (1 0.983) 0.0236 0.02154N / m因表面张力的差异，气体负荷因子校正为CC200.1250.13m / s0.020 )0.2( 0.020 )0.2(0.02154最大允许速率umaxCLg0.13814.3 2.6972.26m / sg2.697取空塔速率为最大允许速率的0.8 倍，则空塔速率为u 0.82.26 1.81m / s塔径为：4Vg4 3.029D1.46 mu3.14 1.81根据标准塔径

17、圆整为D=1.5m由表 8-2 可知，当塔径为1.5m 时，其板间距可取600mm因此，所设板间距可用。三、溢流装置设计选堰长与塔径之比为0.65 ，则堰长为lw0.65D0.65mVL0.006214360023.8lw 2.50.9752.5查图得E 1.038 15howVL20.00284 1.030.006214 360020.024m0.00284 E() 30.9753lwhwhLhow0.060.0240.036 m36 mm取 hwho 10则 hohw1036 1026mmA1D 213.141.521.77 m2T44精彩文档实用标准文案根据lw0.975查图确定降液管横

18、截面积：D1.50.65817Af即0.064 1.7720.064 Af0.11mAT四、塔板布置取 Ws=0.07m,Wc=0.05m查图 817确定 Wd0.14, 即 Wd0.14 D0.14 1.5 0.21mDD(Wd W s)1.50.07)0.47 mX(0.2122rDWc1.50.050.7m22则Aa2 ( Xr 2X 2r2 arcsin X )2(0.470.720.4720.72 arcsin0.47) 1.21mr0.7筛孔按正山角形排列，取孔径d 08mm,t2.5d0则开孔率0.907 (d 020.907(120.14514.5)t2.5筛孔数 n 1.15

19、Aa1.151.213478t 20.022m2筛孔总面积 AAa0.145精彩文档实用标准文案五、塔板校核（一）降液管液泛取板厚0.8 d0,0.8d 0A O0.180.116( AT2 A f )(1.7720.11)查图 820 得孔流系数C 00.83Vg3.02916.83 m / su 00.18A Od1gu0)212.697(16.832液注h()0.06941m2gLC 029.81814.30.83uaVg3.0291.95m / sAT2 Af1.7720.11故气相动能因子 Faa0.51.950.53.0kg0.50.5ug/ (m s)查图819得充气系数0.59

20、hphdhL0.06941 0.59 0.060.1048m液注液体通过降液管的压降hr0.153VL)20.006214)2(0.153 (l wh00.975 0.026降液管内清液层高度Hd , 取泡沫相对密度Hd =h p+h L +h r =0.1048+0.06+0.009193=0.174mH Thw0.60.036220.318 m则 H <H Th w, 故满足要求d2故降液管内不发生液泛。（二）气泡夹带降液管内停留时间AfH d0.11 0.17483sVL3.1s0.0062140.009193 m液注=0.5精彩文档实用标准文案故停留时间足够，不会发生气泡夹带现象

21、（三）液沫夹带液沫夹带量：Vg3.0295.7 106AT5.7 106ef)3.2( 1.77 0.11 )(AVHT2.5hL0.021540.6 2.5 0.060.0011kg液体/kg 干气<0.1kg液体/kg 干气体即液沫夹带量可以允许则泡沫层厚度hf =2.5mm(四)漏液克服液体表面张力的作用引起的压降h440.021540.00135m液注9.81 L d09.81814.3 0.008V3.029筛孔气速 u0g17.33m/ s3.140.0082n4d0347824漏液点气速Vg3.02917.33m/ s筛孔气速u03.142n2 34780.0084d04u

22、OW 4.4C0 (0.00560.13hL h )L4.40.83(0.0056 0.13 0.06 0.00135) 814.3 6.97m/ sg2.697u17.33O2.49 (1.52.0)K6.97uOW即不会发生严重漏液现象由塔板校核结果可见， 塔板结构参数选择基本合理，所设计的各项尺寸可用。精彩文档实用标准文案六、塔板负荷性能图横坐标：液体流量VL纵坐标：气体流量Vg（一）气液流量的流体力学上下限线1. 漏液线气相负荷下限第一点：取设计点的液体流量VL =0.006214 3600=22.37 m3 / h故uOW6.97m/ s,相应漏液点的气体体积流量为 Vg=uOWAO

23、=6.97 3600 0.18 4517m3 / h第二点取液体流量为 L3则V10m / hV10L10.65lw2.50.9752.5查图得815 E 1.01 1.0h0.0028E(VL )230.00281.0(10)OWlw0.975hLhh0.01330.0360.049mWOW23 0.0133m对应的漏液点气速为(0.00560.13hH )LuOW4.4COLg4.40.83(0.00560.130.049 0.00135) 814.3 6.54m / s2.697故VguOWAO6.54 3600 0.18 4238m3 / h根据（ 22.37 ，4517）和（ 10，

24、4238）两点，作直线1 即为漏液线。2. 液体流量下限线，令VLhOW 0.00284 E (lw ) 230.006故VL=（0.006）2lw （0.006）20.975 2.86m3 / h330.00284E0.002841.03在负荷性能图VL3处做垂直线，即为液体流量下限线 22.86m / h精彩文档实用标准文案3. 液体流量上限取降液管内液体停留时间为3s, 则AfH T0.11 0.6 36003/ hVL379.2 m3在负荷性能图VL 79.2 m3 / h处做垂直线，即为液体流量上限线34. 过量液沫夹带线第一点为设计点，VL22.37m3 / h由 V5.7106u

25、)3.2得e(0.1HThfu（0.113.2hf )=(0.10.0215413.2）=2.88m/s106） (HT5.710 6) （0.6-0.155.7Vgu ( ATAf ) 2.88(1.770.11)360017211m3 / h第二点，取液体流量为V L10m / h, hL0.049hf2.5hL2.5 0.049 0.1225mu（0.11hf )(0.10.021541） (HT)（0.6-0.1225 ）=3.2m/s3.23.25.710 65.710 6gTf(1.770.11) 36003Vu (AA) 3.219123m / h根据（ 22.37 ，17211

26、）和（ 10，19123）两点，在负荷性能图上作出液沫夹带线 45. 液泛线第一点为设计点V L22.37m 3/ h, hL0.06,0.59hph dh L1gu O)20.590.062 g(LC O已求得 h r0.009193m液注hdh ph L1gu O)20.59 0.060.06 0.009193h r(C O2 gL精彩文档实用标准文案因为H d( H Th W )令Hd（HThW ） =0.5（ 0.6+0.036） =0.3180.51gu O)20.590.060.060.0091930.3182 g(L C O已知C O0.83 代入上式解得u O29.5 m /

27、sVgu O AO29.50 3/ h第二点取液体流量为 VL 10m3 / h,h L0.049mhp=hd+ hL=hd+0.590.049VL10236002液注hr0.15()0.15 ()0.001801mlW hO0.975 0.026Hd1g ( uO )20.59 0.049 0.0490.001801 0.3182gLCO解得u31.2m/ sOVguO AO31.2 0.183600320218m / h由（22.37，19116）和（10，20218）两点，在负荷性能图上作出液泛线5（二）塔板工作线在负荷性能图上作出斜率为Vg3.029487.4

28、 的直线 OAB ,即为塔板工作线VL0.006214此线与流体力学上下限相交于A,B 两点，读出 A,B 两点的纵坐标值即为（ V） 和（ V）gmingmax查图得（ V）3（ V）7947.6m3/ hg max19579.6 m/ h,g min（V）19579.6则操作弹性g max2.46（ V）7947.6g min如图，其中 h79.2m3 / h精彩文档实用标准文案塔板负荷性能图七、辅助设备1冷凝器：使先后经过提馏段和精馏段的上升蒸汽进一步精馏和分凝，提高浓度。2再沸器：给塔釜液体提供热量，使回流下来的液体再汽化，提高产量。3人孔、手孔 : 作用是为了检查设备的内部空间以及便于安装和拆卸设备的内部构件。4视镜：便于用人眼直接观察（有时外加光源）精馏塔中液体的流动情况，判断工艺条件与操作过程是否而稳定并给予必要的调整使生产得以顺利进行。5液位计：是利用容器内的液位改变时，由液注产生的静压也相应变化的原理而工作的。6支座：是用来支承其重量，并使其固定在一定的位置上。在某些场合下支座还要承受操作时的振动或地震载荷，如果设备放置在室精彩文档目录数据实用标准文案外，支座还要承受风载荷。7塔顶空间：是安装塔板和除沫装置的需要，起减少雾沫夹带量的作用。8塔底空间：具有中间贮槽的作用，塔釜料液最好能在塔底有