分离苯甲苯筛板式精馏塔设计方案

1、筛板式精储塔设计目录第一部分概述一、设计题目3二、设计任务3三、设计条件3四、工艺流程图.3第二部分工艺设计计算一、设计方案的确定 4二、精储塔的物料衡算 41 .原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数 42 .原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 43 .物料衡算原料处理量 4三、塔板数的确定41 .理论板层数 网 的求取 42 .实际板层数的求取6四、精储塔的工艺条件及有关物性数据的计算 61 .操作压力计算62 .操作温度计算63 .平均摩尔质量计算6塔顶摩尔质量计算6进料板平均摩尔质量计算 6提储段平均摩尔质量 74 .平均密度计算7气相平均密度计算7液相平均密度计算 75 .液相平均表面张

2、力计算 7塔顶液相平均表面张力计算 7进料板液相平均表面张力计算 76 .液相平均粘度计算8塔顶液相平均粘度计算 8进料板液相平均粘度计算 8五、精储塔的塔体工艺尺寸计算81 .塔径的计算82 .精储塔有效高度计算9六、塔板主要工艺尺寸的计算91 .溢流装置计算9堰长 9溢流堰高度 9弓形降液管宽度 21和截面积0 2.塔板布置塔板的分块9边缘区宽度确定开孔区面积计算筛孔计算及其排列 七、筛板的流体力学验算 1 .塔板压降干板阻力回计算999.9.10111111气体通过液层的阻力目计算11液体表面张力的阻力回计算112 .液面落差123 .液沫夹带124 .漏液125 .液泛12八、塔板负荷

3、性能图131 .漏液线132 .液沫夹带线133 .液相负荷下限线144 .液相负荷上限线145 .液泛线14九、设计一览表16十、参考文献171 / 18第一部分概述、设计题目：筛板式精储塔设计 二、设计任务：试设计分离苯-甲苯混合物的筛板精储塔。已知原料液的处理量为4000kg/h,组成为0.38苯的质量分数），要求塔顶储出液的组成为0.98,塔底釜液的组成为0.01。三、设计条件操作压力进料热状况回流比单板压降全塔效率4kPa塔顶表压）自选自选|j 0.7kPaX1试根据上述工艺条件作出筛板的设计计算。四、工艺流程图原料液由高位槽经过预热器预热后进入精储塔内。操作时连续的从再沸器中取出部

4、分 液体作为塔底产品 釜残液）再沸器中原料液部分汽化，产生上升蒸汽，依次通过各层塔 板。塔顶蒸汽进入冷凝器中全部冷凝或部分冷凝，然后进入贮槽再经过冷却器冷却。并将 冷凝液借助重力作用送回塔顶作为回流液体，其余部分经过冷凝器后被送出作为塔顶产 品。为了使精储塔连续的稳定的进行，流程中还要考虑设置原料槽。产品槽和相应的泵，有时还要设置高位槽。且在适当位置设置必要的仪表流量计、温度计和压力表）。以测量物流的各项参数。料Vil-1加热水蓄汽3 / 18再沸器冷凝水子塔底产品L' n第二部分工艺设计计算二、设计方案的确定本设计任务书为分离苯-甲苯混合物。对于二元混合物的分离，应采用连续精储流程。

5、 设计中采用泡点进料，将原料液通过预热器加热至泡点后送入精储塔内，其余部分经产品 冷却器冷却后送至储罐。该物系属易分离物系，最小回流比较小，故操作回流比取最小回 流比的2倍。二、精储塔的物料衡算1 .原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数苯的摩尔质量=78.11Kg/mol甲苯的摩尔质量I =92.14Kg/molI =|=0.420=ri=0.983=I=0.0122 .原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量= =0.420 78.11+(1-0.420> 92.14=86.25Kg/mol-=0.98378.11+(1-0.983> 92.14=78.35Kg/mol一 =0.012

6、78.11+(1-0.012> 92.14=91.96Kg/mol3 .物料衡算原料处理量=ET| =46.38Kmol/h总物料衡算 46.38=D+W苯物料衡算46.38 0.420=0.983 D+0.012 W联立解得D=19.49Kg/mol , W=26.89Kg/mol三、塔板数的确定1 .理论板层数区的求取苯-甲苯属理论物系，可采用图解法求理论板层数。由手册查得苯-甲苯物系的气液平衡数据，绘出 x-y图x00.0580.1550.2560.3760.5080.6590.831y00.1280.3040.4530.5960.720.830.9431求最小回流比及操作回流比采

7、用作图法求最小回流比。在图中对角线上，自点 e<0.42, 0.42 ）做垂线，ef即为 进料线<q线），该线与平衡线的交点坐标为：9 / 18=0.642= =0.420故最小回流比为：=取操作回流比为:求精储塔的气、液相负荷Kmol/hKmol/hKmol/hKmol/h求操作线方程精福段操作线方程提福段操作线方程图解法求理论板层数采用图解法求理论板层数，求解结果为:总理论板层数一 ,进料板位置日2 .实际板层数的求取精微段实际板层数:提福段实际板层数:四、精储塔的工艺条件及有关物性数据的计算以精储段为例进行计算。1 .操作压力计算塔顶操作压力I kPakPa每层塔板压降一I

8、kPa进料板压力提储段平均压力IkPa2 .操作温度计算依据操作压力，由泡点方程通过试差法计算出泡点温度，其中苯、甲苯的饱和蒸汽压 由安托尼方程计算，计算过程略。计算结果如下：塔顶温度I K 进料板温度I - 3 .平均摩尔质量计算塔顶摩尔质量计算：由II进料板平均摩尔质量计算由图解理论板，得查平衡曲线，得提福段平均摩尔质量4 .平均密度计算气相平均密度计算由理想气体状态方程计算，即液相平均密度计算液相平均密度依下式计算:塔顶液相平均密度计算：由,查手册得._ 一进料板液相平均密度计算由,查手册得进料板液相的质量分数计算精储段液相平均密度为15 .液相平均表面张力计算液相平均表面张力依下式计算

9、，即塔顶液相平均表面张力计算由 心 ，查手册得进料板液相平均表面张力计算由 rni ,查手册得精储段液相平均表面张力为：一 - M6 .液相平均粘度计算液相平均粘度依下式计算：塔顶液相平均粘度计算由,查手册得解得进料板液相平均粘度计算由 m ,查手册得解得精微段液相平均粘度为五、精储塔的塔体工艺尺寸计算1 .塔径的计算精微段的气、液相体积流率为：由上 ,式中回由式5-5）计算，其中的 回 由图5-1查取，图的横坐标为:取板间距一,则_查图 5-1 得=0 =0.070按标准塔径圆整后为塔截面积为实际空塔气速为2 .精储塔的有效高度的计算精微段有效高度为提福段有效高度为在进料板上方开一人孔，其高

10、度为0.8m,故精储塔的有效高度为六、塔板主要工艺尺寸的计算1 .溢流装置计算筛板式塔的溢流装置包括溢流堰，降液管和受液盘等几部分。其尺寸和结构对塔的性能有着重要影响。根据经验并结合其他影响因素，当因D=1.0m,可选用单溢流弓形降液管，不设进口堰，采用凹形受液盘。各项计算如下：堰长溢流堰高度由,选用平直堰，堰上液层高度近似取E=1,则 取板上清液层高度弓形降液管宽度回和截面积a11 /18依式5-9）验算液体在降液管中停留时间，即故降液管设计合理。降液管底隙高度取.I X |故降液管底隙高度设计合理。选用凹形受液盘，深度I2 .塔板布置塔板的分块3快。因,故塔板采用分块式。查表 5-3得，板

11、块分为边缘区快读确定开孔区面积计算开孔区面积 M按式5-12 ）计算，即其中L 故筛孔计算及其排列本例所处理的物系无腐蚀性，可选用碳钢板，取筛孔直径筛孔按正三角形排列，取孔中心距筛孔数目开孔率为气体通过筛孔的气速为七、筛板的流体力学验算1. 塔板压降干板阻力干板阻力气体通过液层的阻力目计算气体通过液层的阻力21由式5-20）计算:ri查图5-11 ,得目。故液体表面张力的阻力计算液体表面张力所产生的阻力回由式5-23）计算:气体通过每层塔板的液柱高度 日可按下式计算:气体通过每层塔板的压降为:2 .液面落差对于筛板塔，液面落差很小，且本例的塔径和液流量均不大，故可忽略液面落差的影 响。3 .液

12、沫夹带液模夹带量由式5-24）计算：在本设计中液沫夹带量 可在允许范围内。4 .漏液对筛板塔，漏液点气速目可由式5-25）计算:实际孔速稳定系数为故在本设计中无明显漏液。5 .液泛为防止塔内发生液泛，降液管内液层高苯-甲苯物系属一般物系，取WJ ,则板上不设进口堰， 力可由式5-30）计算，即 X 1故在本设计中不会发生液泛现象。八.塔板负荷性能图1漏液线漏液线，又称气相负荷下限线。气相负荷低于此线将发生严重的漏液现 象，气、液不能充分接触，使塔板效率下降。整理得在操作范围内，任取几个 时值，依上式计算出 可值，计算结果列于下表。X 1X 10.00060.3030.00150.3130.00

13、300.3250.00450.335由此表数据即可作出漏液线1。2.液沫夹带线当气相负荷超过此线时，液沫夹带量过大，使塔板效率大为降低。对于精储，一般控制eV00.1kg液/kg气。以a=0.1kg液/kg为限，求Vs-Ls关系如下:整理得在操作范围内，任取几个 0值，依上式计算出 可值，计算结果列于下表。LJ0.00061.2090.00151.1490.00301.0720.00451.007由此表数据即可作出液沫夹带线 2。3液相负荷下限线液相负荷低于此线，就不能保证塔板上液流的均匀分布，将导致塔板效率下降。 对于平直堰，取堰上液层高度I作为最小液体负荷标准。由式<5-7）得# /

14、183。据此可作出与气体流量无关的垂直液相负荷下限线4 .液相负荷上限线该线又称降液管超负荷线。液体流量超过此线，表明液体流量过大，液体 在降液管内停留时间过短，进入降液管的气泡来不及与液相分离而被带入下层 塔板，造成气相返混，降低塔板效率。以 g 作为液体在浆液管中停留时间的下限，由式<5-9）得4。使塔不能正常操作。液泛可分据此可作出与气体流量无关的垂直液相负荷上限线5 .液泛线若操作的气液负荷超过此线时，塔内将发生液泛现象, 为降液管液泛和液沫夹带液泛两种情况，在浮阀塔板的流体力学验算中通常对降液管液泛 进行验算。为使液体能由上层塔板顺利地流入下层塔板，降液管内须维持一定的液层高度

15、Hd联立得式中将有关数据带入，得:在操作范围内，任取几个 四值，依上式计算出 口值，计算结果列于下表:1 X |1 X |0.00061.2380.00151.1550.00301.0360.00450.9192d由此表数据即可作出液泛线 5根据以上各线方程，可作出筛板塔的负荷性能图:S 漏液线1在负荷性能图上，作出操作点 A,连接OA,即作出操作线。由图可看出，该筛板上限 为液泛控制，下限为漏液控制。由图查得故操作弹性为九、设计一览表将设计筛板的主要结果汇总于下表:序号工程数值序号工程数值1平均温度390.817边缘区宽度回，m0.0352平均压力-1108.818开孔区面积 q0.5243气相流里1 X |0.61419筛孔直径习,m0.0054液相流量 nJ0.001720筛孔数目n26905实际塔板数2421孔中心距t, m0.0156有效段高度Z, m9.622开孔率日，10.17塔彳仝D , m1.023空塔气速u, m/s0.7828板间距网，m0.424筛孔气速回，m/s11.569溢流形式单溢流25稳定系数1.9310降液管形式弓形26每层塔板压降M , kPa0.62911堰长四，m0.6627负荷上限液泛控 制12堰局回,m0.04728负荷卜限漏液控 制13板上液层局度三,m0.0629