苯-甲苯混合液精馏分离筛板精馏塔课程设计

1、目录一、设计方案的简介.错误!未定义书签。二、工艺流程草图及说明.错误!未定义书签。三、工艺计算.错误!未定义书签。四、辅助设备的计算及选型.错误!未定义书签。五、设计结果概要.23六、参考文献.错误!未定义书签。七、主要符号说明.错误!未定义书签。八、附图苯甲苯混合液精馏分离筛板精馏塔课程设计任务书设计参数年处理量：45000t；料液初温：35C；料液组成：45%（质量分数）；塔顶产品组成：98%（质量分数）；塔底釜液组成：2%（质量分数）；年实际生产天数：330d；精馏塔塔顶压力：常压；冷却水进口温度：25C；饱和水蒸气压力：（表压）；厂址：无锡地区。设计内容设计方案的确定及工艺流程的组织

2、与说明；精馏过程的工艺计算；塔和塔板主要工艺结构参数的设计计算；塔内流体力学性能的计算与校核；塔板结构简图和塔板负荷性能图的绘制；塔的工艺计算结果汇总一览表；辅助设备的设计或选型计算；带控制点的生产工艺流程图及精馏塔设计工艺条件图的绘制；对本设计的评述或对有关问题的分析与讨论；编制课程设计说明书。设计方案的确定本设计任务为分离苯一甲苯混合物。对于二元混合物的分离，应采用连续精馏流程。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人精馏塔内。塔顶上升蒸气采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，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

3、回流比的2倍（并进行圆整）。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。工艺流程草图如下：原料液预热器再沸器精懦塔.拎凝器三设计计算1精馏塔的物料衡算原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率苯的摩尔质量Ma78.11kg/kmol甲苯的摩尔质量Mb92.13kg/kmol0.45/78.11Xf/92.13xw0.024mf0.49178.110.50992.1385.25kgkmolMd0.98378.110.01792.1378.35kg.kmolMw0.02478.110.97692.1391.79kg.,kmol(2)原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量(3)物料衡算原料处理量F45000

4、1033302489.02总物料衡算63.83DW苯物料衡算联立解得D31.08kmol/hW32.75kmo|/h2塔板数的确定(1)理论板层数Nt的求取苯一甲苯属理想物系，可采用逐板法(结合origin软件)求理论板层数。由手册查得苯一甲苯物系的气液平衡数据，绘出x-y图，见图3-1求最小回流比及操作回流比。在图3-1中对角线上,yq=0.709，xq=0.491故最小回流比为Rmin自点e,作垂线ef即为进料线(q线)，该线与平衡线的交点坐标为xdyq,“q1.26yqXq取操作回流比为R2Rmin2.52，圆整取2.5。求精馏塔的气、液相负荷V/hVV108.78kmol/h求操作线方

5、程精馏段操作线方程为yn1Xn亘0.714Xn0.281R1R1提馏段操作线方程为ym1Xw1.301Xm0.007VV求理论板层数表1精馏段提馏段xyxy18293104115126137VXf800mm故塔板采用分块式。查表3-7得，塔极分为3块边缘区宽度确定取Ws二w0.065m,Wc0.035m开孔区面积计算开孔区面积A按式3-16计算，即Aa2其中xWsr.1xsin180r1.22WC1.2220.3860.56520.38620.5652sin1空60.799m21800.565筛孔计算及其排列本例所处理的物系无腐蚀性，可选用筛孔按正三角形排列，取孔中心距t3d03515.0mm

6、筛孔数目n为1.155Aa门t2开孔率为A0S=3mm碳钢板，取筛孔直径dt为0=5mm。20.0154102个晳10.1%宀。)2则每层板上的开孔面积A0气体通过筛孔的气速为筛孔气速uoVs卫空A0.0807Aa211.04m/s6筛板的流体力学验算(1)塔板压降干板阻力hc计算干板阻力hc由式3-27计算，即2!1V0hc2gLC0由d。/5/31.67，查图3-14得，C=0.772故hc0.0512.73807.6211.04气体通过液层的阻力hl计算气体通过液层的阻力hl由式3-31计算，即0.891AtAfFouaFV0.850,2731.40kg1/2/sm1/20.850m/s

7、查图3-15，得B=。故h|hL液体表面张力的阻力h计算液体表面张力所产生的阻力h由式3-34计算，即气体通过每层塔板的液柱高度hp可按下式计算，即h4Lgdg420.781030.0021m液柱hp液柱气体通过每层塔板的压降为PPhpLg0.0734807.69.81582Pa0.7kPa(设计允许值)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液沫夹带液沫夹带量由式3-36计算，即3.25.7106a丸HThf63.25.710液/kg气0.1kg液/kg气20.78103故在本设计中液沫夹带量ev在允许范围内。漏液对筛板塔，漏液点气速u0,min可

8、由式3-38计算,Uo,min4.4C。hl/V/807.6V2.73实际孔速u0=11.04m/su0,min稳定系数为K1104U0,min6.210故在本设计中无明显漏液。液泛为防止塔内发生液泛，降液管内液层高Hd应服从式3-46的关系，即HdHthw苯一甲苯物系属一般物系，取0.5，则Hthw而出hphl1%板上不设进口堰，hd可由式3-44计算，即%0.153(u；)20.1530.0820.001m液柱Hd液柱HdHthw,故在本设计中不会发生液泛现象。7塔板负荷性能图漏液线2才284I3由u0,minVs,min4.4C00.00560.13(hwhow)hL/V，bwE-得10

9、00lw2Vs，min4.4C0A。284I3hwELhhw100022.84*3600Is3807.6Ls在操作范围内，任取几个Ls值，依上式计算出Vs值，计算结果列于表3-2表3-2Ls/(m3/s)Vs/(m3/s)由上表数据即可作出漏液线I(2)液沫夹带线以e=液/kg气为限，求Vs-Ls关系如下:3.2Ua2.841000hf2.5九HtHt13600Ls0.7922.5hwhf0.27765.71020.78103hf2/31.95L2/30.78Ls2/32.50.954Vs2/3s3.20.2771.95L?30.12/3s整理得Vss2/3在操作范围内，任取几个Ls值，依上式

10、计算出Vs值，计算结果列于表3-3表3-3Ls/(m3/s)vs/(m3/s)由上表数据即可作出液沫夹带线2。液相负荷下限线对于平直堰，取堰上液层高度h。沪作为最小液体负荷标准。由式3-21得hOW叫型叫1000lw竺1鸣10000.7922/3=0.78Ls=0.006LS,min0.00067m/s据此可作出与气体流量无关的垂直液相负荷下限线3液相负荷上限线以9二4s作为液体在降液管中停留时间的下限AfHT/4LS,0.08160.4cccc“3/Ls,max4据此可作出与气体流量元关的垂直液相负荷上限线4液泛线令HdHthw由HdhphLhd；hphch1h；ghL;hhwhw联立得Ht

11、1hw1howhchdh忽略h，将how与Ls，hd与Ls，hc与VS的关系式代人上式，并整理得aVbctdL?3V式中a=.510.051A0C0Ht(22730.0444l0.153/(Gh。)2dz2.84103E(1叽01532199.122/3)360032.8410110.0490.600.1462/336000.7921.247将有关的数据代入整理，得Vs222/33.294485Ls28.09Ls在操作范围内，任取几个Ls值，依上式计算出Vs值，计算结果列于表3-4表3-4由上表数据即可作出液泛线5Ls3/(m/s)vs/(m3/s)根据以上各线方程，可作出筛板塔的负荷性能图，

12、如图3示2.55二m匕0.002600斗0.00&0.00Sis/(m3/s)0.01精憎段筛板负荷性能图在负荷性能图上，作出操作点A,连接OA即作出操作线。由图可看出，该筛板的操作上限为液沫夹带控制，下限为漏液控制。由图3-2查得Vs,max=sVs,min=m3/s故操作弹性为Vs,max/Vs,min=四.辅助设备的设计1塔附件设计1.1塔主要连接管直径的确定(1)进料管采用直管进料管。管径计算如下：D严取uF1.6m/s,lf800.3kg/m3VuF4500000030.00197m/slf330243600800.3查标准系列，选取45mn回流管采用直管回流管，管径计算如下：取uR

13、1.旳/ld814.8kg/m3,、，LMd3/D0.00208m/sld3600dR40.002080.041m41mm.141.6查标准系列，选取(3)塔釜出料管采用直管出料管。管径计算如下：取山1.6m/s,LW780.9kg/m3，MW91.79kg/mol,、，LMw3/0.0046m/s3600780.950mm3mmLW查标准系列，选取68mm3mm(4)塔顶蒸汽出料管采用直管出气管。管径计算如下：取Ud20m/s,ldPdMDRTdVVMdVs38.314(80.1273.15)2.70kg/m36002.7330.867m/s40.8670.235m3.1420查标准系列，选

14、取273mm7mm.(5)塔底进气管径采用直管出气管。管径计算如下：PwMWUd24m/s,wlRTW235mm38.314(109.3273.15)2.92kg/m,814.8VsVMw3,1.016m/sLW36002.7341.016查标准系列，选取245mn.1.2筒体与封头筒体1.0561200212500.9+0.2=3.56mm壁厚选4mm所用材质为A封头封头采用椭圆形封头，由公称直径DN=1200mm查GB/T25198-2010得总深度275mm内表面积A=1.1625nf，容积V=0.1505m3,名义厚度Sn=6mm质量53.8kg。1.3除沫器本设计采用丝网除沫器，设计

15、气速选取:KL_,K=0.107V807.62.73u0.107,1.84m/sY2.73除沫器直径：D.4Vs.40.8910.79mV选取不锈钢除沫器：类型：标准型，规格：40100,材料：不锈钢丝(1Gr18Ni9)，丝网尺寸圆丝1.4裙座由于裙座内径800mm故裙座壁厚取16mm基础环内径：Dbi(1200216)-300932mm基础环外径：Dbo(1200216)3001532mm圆整：Dbi1000mm,Dbo1600mm基础环厚度，考虑到腐蚀余量取18mm考虑到再沸器，裙座高度取3m地角螺栓直径取M301.5吊柱本设计中塔高度大，因此设吊柱。设计塔径D=1200mm可选用吊柱5

16、00kg0s=1000mmL=3400mmH=1000mm材料为A1.6人孔进料板处、塔顶、塔底各设一个人孔，直径均为450mm2塔总体高度的设计取除沫器到第一块板的距离为塔的底部空间高度釜液停留时间取5min。60R,/At塔的顶部空间高度600mm塔的顶部空间高度为1200mmLs=Hb3600tL；-3310m/s(0.50.7)(54.6210-3601.7m塔体高度HH裙HbZH顶H封33附属设备设计冷凝器的选择取传热系数K600W/m2k,C（饱和液）出料液温度：冷却水温度：逆流操作：t145.1t255.1CtLt2tmInt245.155.1,45.1In55.149.93C由

17、tD=80.1c,查液体汽化热共线图得r苯394.0kJ/kg,r甲苯第一种rxDr苯（1xD）r甲苯393.8kJ/kg,VS0.891m3/s塔顶被冷凝量qV冷凝的热量sVQqr2.40.891393.8/s945kW则传热面积AQ/Ktm94510332m2379.8kJ/kg第二种rXd苯Ma（160049.93XD）甲苯Mb30847kJ/kmol108.7830.0302m3/s3600Vr0.030230847931kW931103931103Q/Ktm31.1m60049.93再沸器的选择选用（表压）饱和水蒸气加热，温度为c,传热系数K600W/m2k由tW=109.3C,Xw

18、苯Ma查液体汽化热共线图得r苯（1XW）甲苯MB372.0kJ/kg,r甲苯33212kJ/kmol361.6kJ/kg141.530.0393m3/s3600Vr0.0393332121305kWtmAT-tW32Q/Ktm=73.7m2m60029.5预热器的选择选用（表压）饱和水蒸气加热，温度为T=138.8C，将原料液从t=35C加热到t2=91.4Ct35+91.4=63.2CCPA1.45105J/(kmol|k),Cpb1.66105J/(kmol|k)CZXFCPA(1Xf)Cpb1.56105J/(kmolK)V63.830.0177kmol/s3600QvC7t-tW105

19、1.3105W47.4C,t2103.8CtititmInt256.471.95C,47.4In103.8传热系数K600W/m2kAQ/Ktm53.0m筛板塔设计计算结果序号项目数值序号项目数值1塔顶产品量D(kmol/h)31筛孔直径d0(m)2塔顶产品量W(kmol/h)32筛孔数目n41023最小回流比(Rmin)33孔中心距t(m)4精馏段上升蒸汽V(kmol/h)34开空率(%)5提馏段上升蒸汽V(kmol/h)35:空塔气速u(m6精馏段下降液体L(kmol/h)36筛孔气速uo(m/s)7提馏段下降液体L(kmol/h)37：稳定系数K8塔顶冷凝器热负荷Q(kJ/h)38单板压

20、降App(kPa)9塔底再沸器热负荷QB(kJ/h)39负荷上限液沫夹带控制:10再沸器加热蒸汽量Wh(kg/h)40负荷下限漏液控制11冷凝器冷却水量W(kg/h)41：液沫夹带ev(kg液/kg气)12理论板层数NT42气相负荷上限3Vs,max(m/s)13实际板层数Np2343气相负荷下限Vs,min(m3/s)14平均温度tm(C)44：操作弹性15平均压力pm(kPa)45进料管D(mm)4016气相流量Vs(m3/s)46：回流管d&mm)4117液相流量Ls(m3/s)47塔釜进气管D(mm)23218塔的有效高度Z(m)48塔顶蒸气出料管D(mm)23519塔径D(m)49筒

21、体壁厚(mm)420板间距Hr(m)50圭寸头S(mm)621溢流形式单溢流51除沫器直径D(mm)7922降液管形式弓形52裙座/基础环内径Dbi(mm)100023堰长lw(m)53裙座/基础环外径Dbo(mm)1600:24堰咼hw(m)54人孔数325板上液层咼度hL(m)55塔的顶部空间咼度H顶(m):26堰上液层咼度how(m)56塔的底部空间高度HB(m)27降液管底隙高度ho(m)57塔体高度Hm)28安定区宽度WS(m)58冷凝器面积A(m)3229边缘区宽度Wc(m)59再沸器面积A(m2)302开孔区面积A(m)六参考文献1夏清,陈常贵.化工原理.天津：天津大学出版社,20072马江权，冷一欣.化工原理课程设计.北京：中国石化出版社，2011柴诚敬，刘国维等.化工原理课程设计.天津：天津大学科学技术出版社，1994贾绍义，柴诚敬等.化工原理课程设计.天津：天津大学出版社，200219941994大连理工大学化工原理教研室.化工原理课程设计.大连：大连理工大学出版社，时钧，汪家鼎等.化学工程手册.北京：化学工业出版社，1986全国锅炉压力容器标准化委员会编GB150-2011钢制压力容器,2011全国锅炉压力容器标准化委员会编GB/T25198-2010压力容器封头，2010中华人