筛板式精馏塔设计-化工原理课程设计

个人收集整理 仅做学习参考化工原理课程设计设计题目：筛板式精馏塔设计1/20个人收集整理 仅做学习参考目录概述（前言）一、工艺计算二、塔高及塔径计算三、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、塔结构图八、计算结果列表参考文献后记（小结）设计任务书体系：苯-甲苯学号：31-35年处理量：12万吨2/20个人收集整理 仅做学习参考开工天数：300天塔顶组成质量比： 0.98塔底组成质量比： 0.05进料组成质量比： 0.50进料状况：泡点进料操作压力：常压概述一、筛板精馏塔地结构特点：筛板塔是扎板塔地一种，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个人收集整理勿做商业用途矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。呈逆流流动.筛板精馏塔地结构特点有：1.结构简单，易于加工，造价为泡罩塔地60%左右，为浮阀塔地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个人收集整理勿做商业用途聞創沟燴鐺險爱氇谴净。三、应用中地优缺点：优点:气液接触部件是引导气流进入液层，并保证气液充分，均匀而良好地接触，形成大量地又是不断更新地气液传质界面，而且要使气液间最后能够较易分离.通过筛孔地局部阻力和板上液层地重力使气体由下而上保持一定地压差以克服板间流动阻力.个人收集整理勿做商业用途残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。缺点:1.小孔筛板以堵塞，不适宜处理脏地、黏性大地和带固体粒子地料液.2.操作弹性较小（约2~3）.四、精馏装置流程图3/20个人收集整理 仅做学习参考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-再沸器个人收集整理勿做商业用途酽锕极額閉镇桧猪訣锥。操作流程如下：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地中部.料液在进料板上与自塔上部下流地回流液体汇合，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，而将汽化产生地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.从塔顶上升地蒸气进入冷凝器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.个人收集整理勿做商业用途彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。工艺计算一、物料衡算0.980.05D780.983xW780.058450.020.050.950.98789278920.50xF780.54120.500.5078924/20个人收集整理 仅做学习参考M苯=78kg/kmol，M甲苯=92kg/kmol混合溶液平均摩尔质量M xFMA (1 xF)MB 0.5412 78 (1 0.5412) 92 84.42kg/koml1.2108F0.0548mol/s综上由：30024360084.42由FDW0.0548DW{FxFDxDWxW0.05480.5412D0.983W0.058450.02966D0.02618二、作T-x(y)、x-y图t,080.1859095100105110.6Cx1.0000.7800.5810.4110.2580.1300y1.0000.9000.7770.6320.4560.2610T-x(y)图x-y图三、计算Rmin苯-甲苯饱和蒸汽压数据80.28896104110.4T,cA101.33127.39160.52199.33233.05P,kPa5/20个人收集整理 仅做学习参考B39.9950.66583.33101.33P,kPaPVAAPAXBPAXA得由a=PPBXAPBVBXBa1101.33a2127.392.518a3160.5239.992.53450.62.4765a199.332.392a233.052.3483.335101.33am1(a1a2a3a4a)51(2.5342.5182.472.3922.3)2.44355因为进料方式为：泡点进料XqXF0.5412yqyqamxq0.7423xD1.1969(am1)xqRmin四、操作线方程yqxq1当所取最小回流比：R 1.5Rmin 1.51.19691.79541．精馏段方程yn1RxnxD0.6423xn0.3516R1R12．提馏段方程对于泡点进料，提馏段下降地液体摩尔流量为DxFxw0.522FxDxw0.5220.05480.0286D0.522FL.'LFRminDF0.1061W=F-D=0.0548-0.0286=0.0262L'Wym1L'WxmL'Wxw1.3279xm0.019173．q线方程对于泡点进料，q=1，q线方程XqXF0.54124．相平衡方程y=ax2.443x2.443x(a1)x1(2.4431)x11.443x16/20个人收集整理 仅做学习参考五、理论塔板数1．逐板计算：y1 xD 0.983y10.983x10.9595a(a1)y12.443(2.4431)0.983y2Rx1xDx0.35160.9679R1R10.64231同理：y0.6423x0.3516y0.94573x220.925022.4431.443y2x3y32.4431.443y30.8770y40.6423x30.35160.9149x4y40.81482.4431.443y4y50.6423x40.35160.8749x5y50.74122.4431.443y5y60.6423x50.35160.8277x6y60.66292.4431.443y6y70.6423x60.35160.7774x7y70.58842.4431.443y7y80.6423x70.35160.7295x8y80.52462.4431.443y8已知XqXF0.5412因为x8xF，则改用提馏段操作线方程yL'xWx1.3279x0.019170.67749L'W8L'Ww8x9y90.46232.4431.443y9y10 1.3279x9 0.01917 0.59477/20个人收集整理 仅做学习参考y10x10 0.37522.4431.443y10y111.3279x100.019170.4791x11y110.27352.4431.443y11yy0.019170.3440x1212110.1767122.4431.443y12y131.3279x120.019170.2155y13x13 0.10112.4431.443y13y141.3279x130.019170.1151x14y140.05052.4431.443y14已知xw0.05845因为x14xW则径流塔内理论塔板数为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）xD 0.983、xw 0.05845、8R/20min 1.1969、R 1.7954、am 2.443个人收集整理 仅做学习参考因全回流操作所需地理论塔板数最少，故可用芬斯克方程求解：lg[(xD)(1xW)]lg[0.98310.05845]Nmin1xDxW110.9830.0584516.65lgalg2.443m即Nmin7(不包括再沸器)于是RRmin1.6261.0840.21R11.6261N Nmin查图，可得 0.46N 2将Nmin 6代入上式，求得N 14.（7不包括在沸器）即N15六、实际塔板数内插法计算温度xx1x1x2(tt1)t1t20.9831.0001.0000.780(tD80.1){80.1850.130(tW105)0.058450.130105110.6塔顶和塔底地平均温度为：tDtw94.3C[t]2综上：查附录九得A0.28cpB0.25cplgLxFlgA(1xF)lgB0.5904lg0.28解得L0.27cpaL2.4430.270.66cp查精馏塔全塔效率关联图得E053由E0NT得N实NT1324.525块N实E053则实际塔板数为25块

tD80.5oc{tW108.1oc(1 0.5904)lg0.259/20个人收集整理 仅做学习参考塔高及塔径计算一、塔径计算1、以精馏段塔顶估算塔径温80℃90℃100℃110℃度度密苯815.0803.9792.5780.8甲苯810.0800.2790.3780.3已知在泡点进料，则进料温度等于泡点温度tstFtF91.2以精馏段塔顶估算塔径t80.50CD=内插法计算液体密度-112(tt1)t1t2A{B

815.0815.0803.9(80.580){A38090814.4kg/m810.0810.0800.280)B809.5kg/m380(80.590t1t1xD1xD0.98310.983t2,814.40.001228LAB809.5解得液体密度为814.3kg/m3D0.0286R1.7954LRD1.79540.02860.051352、塔顶物料平均千摩尔质量为：0.02860.07995V(R1)D(1.79541)0.004934m3/s2.3194m3/s10/20个人收集整理 仅做学习参考取HT600mm,hL60mm,则分离空间为HT hF 0.6 0.06 0.54气液动能参数为 VL LVg g

0.006214814.33.0290.0362.697由图8查得气体负荷因子C20为0.12513查附录15得A0.0215N/m,B0.0236N/m0.02360.02154N/mxDA(1x)B0.9830.0215(10.983)D因表面张力地差异，气体负荷因子校正为CC200.1250.13m/s(0.020)0.2(0.020)0.20.02154最大允许速率umaxCLg814.32.6970.132.26m/sg2.697取空塔速率为最大允许速率地0.8倍，则空塔速率为u0.82.261.81m/s塔径为：D4Vg43.0291.46mu3.141.81综上：根据标准塔径圆整为D=1.5m由表8-2可知，当塔径为1.5m时，其板间距可取0.4二、塔高计算1、塔内气液接触地有效高-----为实际塔板数NP-----为塔间距，对塔径影响较大，可查表取值HT已知Z(NP1)HT-----塔地有效高度由所给条件塔间距取 0.4（由所求塔径查表得）综上： Z (NP 1)HT (251) 0.4 9.6m2、塔顶空间高度塔顶封头切线与第一块板间地距离， 为减少塔顶液体夹带量一般大于板间距， 取1.2-1.5m故：Z′=1.5m3、塔底空间高度再沸器在塔外时， 塔底封头切线与最末一块板间地距离 .塔底空间高度=（液体流量÷截面积）×停留时间停留时间取 10-15min注意：1、塔径＞1，应开设人孔， HP600mm11/20个人收集整理 仅做学习参考2、进料板与其上一塔板地间距要稍大一些故：Z″=0.6m综上：塔总高 [Z]=Z+Z′+Z″=9.6+1.5+0.6=11.7溢流装置设计一、堰高和堰长选堰长与塔径之比为 0.75，则堰长为lw0.75D0.751.51.125、VL0.006214360016.7lw2.51.1252.5查图8-15得E1.032(0.0062142hOW0.00284E(VL)30.00281.033600)30.021mLW1.125hWhLhOW0.060.0210.039m39mm取hwho10则hohw10391029AT1D213.141.521.77m2根据lW1.1250.7544塔板布置D1.5当取Ws=0.07m,Wc=0.05m0.125查图8-17确定降液管横截面积：Af查图8-17确定Wd0.18即Wd2AT0.181.50.27m018D即得Af0.1251.770.22mDXD(Wd-Ws)1.5(0.270.07)0.55m22rDWc1.50.050.7m22则A2(Xr2X2r2arcsinX)2(0.550.720.5520.72arcsin0.55)1.21ar0.7筛孔按正三角形排列，取孔径do8mm,t2.5do则开孔率0.907（do20.907（12））14.5%t2.5筛孔数n1.15An1.151.213478t20.0220.18m2筛孔总面积：AAn0.1451.2112/20个人收集整理 仅做学习参考塔板校核1、降液管液泛取板厚0.8d0,0.8Ad00.116O(AT2Af)0.18(1.7720.11)查图820得孔流系数C00.83u0Vg3.02916.83m/sAO0.18d1gu0)212.69716.832液注2gLC029.81814.30.83uaVg3.0291.95m/sAT2Af1.7720.11故气相动能因子Fauag0.51.950.53.0kg0.5/(m0.5s)查图819得充气系数 0.59hphdhL0.069410.590.060.1048m液注液体通过降液管地压降VL20.0062142液注h0.153()0.153()rlwh0.9750.026013/20个人收集整理 仅做学习参考降液管内清液层高度Hd,取泡沫相对密度=0.5H=hp+hL+h=0.1048+0.06+0.009193=0.174mdrHThw0.60.0360.318m22则Hd<HT2hw,故满足要求故降液管内不发生液泛。2、气泡夹带降液管内停留时间AfHd0.110.17483sVL3.1s0.006214故停留时间足够，不会发生气泡夹带现象3、液沫夹带液沫夹带量：Vg3.029eV5.7106ATAf5.7106()3.2(1.770.11)HT2.5hL0.021540.62.50.060.0011kg液体/kg干气<0.1kg液体/kg干气体则泡沫层厚度hf=2.5mm4、漏液克服液体表面张力地作用引起地压降440.02154液注9.81Ld09.81814.30.008筛孔气速u0Vg3.02917.33m/s3.142n4d02347840.008漏液点气速筛孔气速Vg3.02917.33m/s03.14n2234780.0084d04uOW4.4C0(0.00560.13hLh)L4.40.83(0.00560.130.060.00135)814.36.97m/sg2.697uO17.332.49(1.52.0)uOW6.9714/20个人收集整理 仅做学习参考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，所设计地各项尺寸可用 .四、塔板负荷性能图横坐标：液体流量 VL 纵坐标：气体流量 Vg（一）气液流量地流体力学上下限线1.漏液线气相负荷下限第一点：取设计点地液体流量 VL=0.006214 3600=22.37m3/h故uOW6.97m/s,相应漏液点的气体体积流量为Vg=uOWAO=6.9736000.184517m3/h第二点取液体流量为VL10m3/h则VL 1010.65lw2.5 0.9752.5查图815得E1.011.0h0.0028E(VL)230.00281.0(10)OWlw0.975

20.0133mhL hW hOW 0.036 0.0133 0.049m对应地漏液点气速为(0.0056LH)LOW4.4CO0.13hug4.40.83(0.00560.130.0490.00135)814.36.54m/s2.697故VuA6.5436000.184238m/hgOWO3根据（22.37，4517）和（10，4238）两点，作直线1即为漏液线.2.液体流量下限线VLhOW0.00284E(lw)230.006故VL=（0.006）2lw（0.006）20.9752.86m3/h330.00284E0.002841.03在负荷性能图3处做垂直线，即为液体流量下限线2VL2.86m/h3.液体流量上限取降液管内液体停留时间为 3s,则AfHT0.110.636003/hVL379.2m3在负荷性能图VL79.2m3/h处做垂直线，即为液体流量上限线315/20个人收集整理 仅做学习参考4.过量液沫夹带线第一点为设计点，VL 22.37m3/h由eV5.7106(u)3.20.1得HThfu（0.113.2hf)=(0.10.0215413.25.7106）(HT5.7106)（0.6-0.15）=2.88m/sVgu(ATAf)2.88(1.770.11)360017211m3/h第二点，取液体流量为VL10m/h,hL0.049fL2.50.0490.1225mh2.5h0.110.10.021541u（3.2hf)()3.2）=3.2m/s5.7）(HT5.7106（0.6-0.1225106gTf3.2(1.770.11)36003Vu(AA)19123m/h根据（22.37，17211）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VL22.37m3/h,hL0.06,0.59hphdhL1g(uO)20.590.062gLCO已求得hr0.009193m液注hdhphLhr1g(uO)20.590.060.060.0091932gLCO因为Hd(HThW)令Hd（HThW）=0.5（0.6+0.036）=0.3180.51gO)0.590.060.060.0091930.318(u22gLCO已知CO0.83代入上式解得uO29.5m/sVguOAO29.503/h16/20个人收集整理 仅做学习参考第二点取液体流量为VL10m3/h,hL0.049mh=h+h=h+0.590.049pdLdVL10236002液注hr0.15()0.15(0.9750.026)0.001801mlWhOHd1g(uO)20.590.0490.0490.0018010.3182gLCO解得u31.2m/sOVguOAO331.20/h由（22.37，19116）和（10，20218）两点，在负荷性能图上作出液泛线5（二）塔板工作线负荷性能图（下图）上作出斜率为，气液比：Vg3.029487.4的直线OAB,即为塔板工作线VL0.006214与流体力学上下限相交于A,B两点地纵坐标值，即最小最大气体流量查图得（V）3（V）7947.6m3/hgmax19579.6m/h,gmin（V）19579.6则操作弹性g2.46（V）7947.6gmin如图，其中h79.2m3/h辅助设备1．冷凝器：使先后经过提馏段和精馏段地上升蒸汽进一步精馏和分凝，提高浓度 .17/20个人收集整理 仅做学习参考2．再沸器：给塔釜液体提供热量，使回流下来地液体再汽化，提高产量 .3．支座：是用来支承其重量，并使其固定在一定地位置上 .在某些场合下支座还要承受操作时地振动或地震载荷，如果设备放置在室外，支座还要承受风载荷.勿做商业用途謀个人收集整理荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。4．塔顶空间：是安装塔板和除沫装置地需要，起减少雾沫夹带量地作用 .5．塔底空间：具有中间贮槽地作用，塔釜料液最好能在塔底有 10-15min地储量，以保证塔底料液不致排完，对于塔底产量大地塔，有时仅取 3-5min地储量.个人收集整理勿做商业用途厦礴恳蹒骈時盡继價骚。6．塔高：由包括所有塔板数在内地有效段以及塔顶和塔底地空间大小决定 .7．人孔、手孔 :作用是为了检查设备地内部空间以及便于安装和拆卸设备地内部构件 .8．