年产5万吨分离环己醇-苯酚筛板精馏塔设计

目录【精馏塔设计任务书】2【参数】3【流程设计】4【设计计算】51、精馏流程确实定52、塔的物料衡算52.1、料液及塔顶塔底产品含环己醇的质量分率52.2、平均分子量52.3、物料衡算53、塔板数确实定63.1、理论板的求法63.2、全塔效率73.3、实际板数N74、塔工艺条件及物性数据计算74.1、操作压强的计算Pm74.2、操作温度的计算84.3、平均摩尔质量计算84.4、平均密度计算：94.5、液体平均外表张力的计算114.6、液体平均粘度的计算125、精馏塔气液负荷计算126、塔和塔板的主要工艺尺寸的计算136.1、塔径D的计算136.2、溢流装置146.3、塔板布置166.4、筛孔数n与开孔率176.5、塔有效高度187、筛板的流体力学验算187.1、气体通过筛板压降相当的液柱高度187.2、雾沫夹带量的验算197.3、漏液的验算207.4、液泛验算208、塔板负荷性能图218.1精馏段塔板负荷性能图218.2、提馏段塔板负荷性能图249、精馏塔的工艺设计计算结果总表2710、精馏塔的的附属设备及接管尺寸2810.1、塔体结构2810.2、塔板结构2910.3、精馏塔的附属设备2910.4、裙座的相关尺寸计算2910.5、接头管设计29【精馏塔设计任务书】化工原理课程设计任务书姓名：锁进猛专业：生物工程班级：14生物本2设计题目：别离环己醇-苯酚筛板精馏塔设计设计条件：年处理量：5〔万吨〕进料浓度：33%(环己醇摩尔分率)别离要求：塔顶产品浓度：96%(环己醇摩尔分率)塔底釜液含量：3.0%(环己醇摩尔分率)进料状态：泡点进料回流比：操作压力：4kPa(塔顶常压)；单板压降：≤0.7kPa全塔效率：%设备型式：筛板塔年开工时间：330天厂址选择：地区完成日期：2023年12月2日【参数】主要根底数据:表1环己醇-苯酚的物理性质工程分子式分子量沸点(℃)密度环己醇100160.841.0710.962苯酚94182表2环己醇-苯酚液相密度(单位:)温度℃123.7155.8181.5环己醇785.8764.2744.5苯酚979.4945.3919.5表3环己醇-苯酚液体的外表张力(单位:)温度℃123.7155.8181.5环己醇17.5715.0712.76苯酚28.8525.8723.15表4环己醇-苯酚液体粘度(单位:)温度℃123.7155.8181.5环己醇0.650.20.11苯酚0.510.260.15表5环己醇-苯酚的相平衡数据txytxytxy181.9179.1176.4173.8171.3169.6166.7164.5162.4160.4158.5156.7154.900.0250.050.0750.10.1250.150.1750.20.2250.250.2750.300.0990.1860.2630.3330.3960.4510.5010.5460.5870.6230.6560.687153.2151.7150148.5147145.6144.2142.9141.6140.4139.2138136.9135.80.3250.350.3750.40.4250.450.4750.50.5250.550.5750.60.6250.650.7140.7390.7620.7830.8020.8190.8350.850.8640.8770.8880.8990.9090.918134.7133.7132.7131.7130.7129.8129128.9127.2126.4125.6124.8124123.30.6750.70.7250.750.7750.80.8250.850.8750.90.9250.950.97510.9270.9350.9430.950.9560.9630.9680.9740.9790.9840.9880.9920.9961回流罐塔顶产品或馏出液冷凝器【流程设计】回流罐塔顶产品或馏出液冷凝器冷凝水加热水蒸汽再沸器塔底产品或残液冷凝水加热水蒸汽再沸器塔底产品或残液工艺流程：如图1所示。原料液由高位槽经过预热器预热后进入精馏塔内。操作时连续的从再沸器中取出局部液体作为塔底产品〔釜残液〕再沸器中原料液局部汽化，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局部冷凝，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，其余局部经过冷凝器后被送出作为塔顶产品。为了使精馏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。为了便于了解操作中的情况及时发现问题和采取相应的措施，常在流程中的适当位置设置必要的仪表。比方流量计、温度计和压力表等，以测量物流的各项参数。【设计计算】1、精馏流程确实定环己醇和苯酚的混合液体经过预热到一定的温度时送入到精馏塔，塔顶上升蒸气采用全凝器冷假设冰霜凝后，一局部作为回流，其余的为塔顶产品经冷却后送到贮中，塔釜采用间接蒸气再沸器供热，塔底产品经冷却后送入贮槽。流程图如图1所示。2、塔的物料衡算2.1、料液及塔顶塔底产品含环己醇的质量分率；；；2.2、平均分子量2.3、物料衡算每小时处理摩尔量:；总物料衡算：易挥发组分物料衡算：；联立以上三式可得：3、塔板数确实定3.1、理论板的求法用图解法求理论板〔1〕根据环己醇和苯酚的相平衡数据作出y-x图,如图2所示〔2〕进料状态为泡点进料:；图2环己醇-苯酚的y-x图及图解理论板〔3〕最小回流比及操作回流比R依公式；取操作回流比；精馏段操作线方程；按常规M,T，在图(1)上作图解得：〔包括再沸器〕，其中精馏段为3层，提馏段为5层。3.2、全塔效率利用奥康奈尔〔O’connell〕关联法，即：；表示平均相对挥发度:；塔内的平均温度为,该温度下的平均粘度；故:；3.3、实际板数N精馏段:；提馏段:；4、塔工艺条件及物性数据计算4.1、操作压强的计算Pm塔顶压强取每层塔板压降那么：进料板压强：；塔釜压强：；精馏段平均操作压强：；提馏段平均操作压强：；4.2、操作温度的计算〔1〕根据环己醇和苯酚的相平衡数据作出T-y-x图,如图3所示〔2〕气相线回归方程：；液相线回归方程：；图3环己醇-苯酚气液平衡的T-y-x相图〔3〕计算操作温度精馏段平均温度；提馏段平均温度；4.3、平均摩尔质量计算塔顶摩尔质量的计算：由查平衡曲线,得；；；进料摩尔质量的计算：由平衡曲线查得：yF=0.643，xF=0.26；；塔釜摩尔质量的计算：由平衡曲线查的：xW=0.05，=0.125精馏段平均摩尔质量：；；提馏段平均摩尔质量：；4.4、平均密度计算：XYXY图4直线内插法数据分析图两个点之间的直线内插法：如果两点；存在；那么；解方程得：；经过扩展，可以计算个点的情况。1、液相密度：液相平均密度依下式计算，即：〔为质量分率〕；利用直线内插法，结合表2便可分别计算对应温度下环己醇与苯酚的密度；①塔顶局部：依下式：〔为质量分率〕；其中=0.96,=0.04；即：；②进料板处：由加料板液相组成：由xF=0.33得=0.34；；③塔釜局部：由xW=0.03得=0.03；；故精馏段平均液相密度：；提馏段的平均液相密度：；2、气相密度：①精馏段的平均气相密度：②提馏段的平均气相密度：4.5、液体平均外表张力的计算液相平均外表张力依下式计算，即利用直线内插法，结合表3便可分别计算对应温度下环己醇与苯酚的外表张力；①塔顶液相平均外表张力的计算由=129.98℃同理计算得：；；；②进料液相平均外表张力的计算由=151.36℃同理计算得：；；；③塔釜液相平均外表张力的计算由=178.48℃同理计算得：；；那么：精馏段液相平均外表张力为：提馏段液相平均外表张力为：4.6、液体平均粘度的计算液相平均粘度依下式计算，即；利用直线内插法，结合表5便可分别计算对应温度下环己醇与苯酚的粘度；①塔顶液相平均粘度的计算由=129.98℃同理计算得：；；；②进料液相平均粘度的计算由=151.36℃同理计算得：；；；③塔釜液相平均粘度的计算由=178.48℃同理计算得：；；；5、精馏塔气液负荷计算精馏段：提馏段：；；；；；6、塔和塔板的主要工艺尺寸的计算6.1、塔径D的计算选取板间距,取板上液层高度故：①精馏段：查图表；依公式；取平安系数为0.7，那么：故：；按标准，塔径圆整为；塔的横截面积那么空塔气速为②提馏段：；查图；依公式：；取平安系数为0.70，那么：；；为了使得整体的美观及加工工艺的简单易化,在提馏段与精馏段的塔径相差不大的情况下选择相同的尺寸;按标准，塔径圆整为；空塔气速为塔的横截面积:板间距取0.5m适宜6.2、溢流装置采用单溢流、弓形降液管、凹形受液盘及凹形溢流堰，不设进流堰。各计算如下：①精馏段：1、溢流堰长为0.66D，即：；2、出口堰高hw，且hw=hL-how由lw/D=0.528/0.8=0.66,查手册知：E为1；依下式得堰上液高度：故：3、降液管宽度与降液管面积有=0.66查手册得故：=0.124D=0.1240.8=0.0992m4、降液管底隙高度取液体通过降液管底隙的流速=0.05m/s依式计算降液管底隙高度，即：②提馏段：1、溢流堰长为0.66，即：；2、出口堰高，且；由，查手册知E为1.04依下式得堰上液高度：。3、降液管宽度与降液管面积有=0.66查手册得故：=0.14D=0.1240.8=0.992m4、降液管底隙高度取液体通过降液管底隙的流速=0.05m/s依式计算降液管底隙高度：即6.3、塔板布置1、取边缘区宽度=0.03m,安定区宽度=0.065m①精馏段：依下式计算开孔区面积其中故:②提馏段：依下式计算开孔区面积其中6.4、筛孔数n与开孔率取筛孔的孔径d0为5mm正三角形排列，一般碳钢的板厚为3mm,取故孔中心距依下式计算塔板上筛孔数n,即依下式计算塔板上开孔区的开孔率，即：〔在5~15%范围内〕精馏段每层板上的开孔面积为气孔通过筛孔的气速提馏段每层板上的开孔面积为气孔通过筛孔的气速6.5、塔有效高度精馏段；提馏段有效高度；在进料板上方开一人孔，其高为0.6m，故：精馏塔有效高度7、筛板的流体力学验算7.1、气体通过筛板压降相当的液柱高度1、根据，其中干板压降相当的液柱高度2、根据，查干筛孔的流量系数图=1\*GB3①精馏段：==2\*GB3②提馏段：3、气流穿过板上液层压降相当的液柱高度=1\*GB3①精馏段由图充气系数与的关联图查取板上液层充气系数为0.57那么=2\*GB3②提馏段由图充气系数与的关联图查取板上液层充气系数为0.57那么3、克服液体外表张力压降相当的液柱高度=1\*GB3①精馏段：==2\*GB3②提馏段：故，=1\*GB3①精馏段：单板压降〔设计允许值〕故，=2\*GB3②提馏段单板压降〔设计允许值〕7.2、雾沫夹带量的验算=1\*GB3①精馏段：由式==<0.1kg液/kg气故在设计负荷下不会发生过量雾沫夹带=2\*GB3②提馏段：由式==<0.1kg液/kg气故在设计负荷下不会发生过量雾沫夹带7.3、漏液的验算=1\*GB3①精馏段==筛板的稳定性系数故在设计负荷下不会产生过量漏液=2\*GB3②提馏段=筛板的稳定性系数故在设计负荷下不会产生过量漏液7.4、液泛验算=1\*GB3①精馏段：为防止降液管液泛的发生，应使降液管中清液层高度由，计算取=0.6，那么故，在设计负荷下不会发生液泛=2\*GB3②提馏段：为防止降液管液泛的发生，应使降液管中清液层高度由，计算取=0.6，那么故，在设计负荷下不会发生液泛8、塔板负荷性能图8.1精馏段塔板负荷性能图1、雾沫夹带线式中=近似取E1.0，=0.051m，=0.528m故=取雾沫夹带极限值为0.1Kg液/Kg气，=，=0.55m，并将其代入整理得：=此为雾沫夹带线的关系式，在操作控制范围内去几个Ls,计算出相应的Vs值。表４精馏段雾沫夹带线计算结果0.00040.00180.00320.00461.049590.879540.753960.646072、液泛线令，，，联立得由整理得:此为液泛线的关系式，在操作控制范围内去几个Ls,计算出相应的Vs值。表５精馏段液泛线计算结果0.00040.00180.00320.00461.137281.108551.081491.051973、漏液线〔气相负荷下限线〕由=4.4整理得:此为气相负荷上限线的关系式，在操作控制范围内去几个Ls,计算出相应的Vs值。表６精馏段漏液线计算结果0.00040.00180.00320.00460.192620.192630.192630.192634、液相负荷上限线以作为液体在降液管中停留时间的下限那么据此可作出与气体流量无关的垂直液相负荷上限5、液相负荷下限线对于平直堰，取堰上液层告诉=0.006m，化为最小液体负荷标准,取E1.0。由=即:那么据此可作出与气体流量无关的垂直液相负荷下限线图5精馏段塔板负荷性能图在精馏段塔板负荷性能图上，作出操作点A，连接OA，即作出操作线。由图5精馏段塔板负荷性能图，可知设计供板上限有雾沫夹带线控制，下限由漏夜线控制精馏段操作弹性=8.2、提馏段塔板负荷性能图1、雾沫夹带线式中=近似取E1.0，=0.052m，=0.528m故=取雾沫夹带极限值为0.1Kg液/Kg气，=，=0.55m，并将其代入整理得：=此为雾沫夹带线的关系式，在操作控制范围内去几个Ls,计算出相应的Vs值。表7提馏段雾沫夹带线计算结果0.00040.00180.00320.00460.958340.803620.689370.591202、液泛线令，，，联立得由整理得:此为液泛线的关系式，在操作控制范围内去几个Ls,计算出相应的Vs值。列于表５中表8提馏段液泛线计算结果0.00040.00180.00320.00461.197841.166871.136631.102693、漏液线〔气相负荷下限线〕由=4.4整理得:此为气相负荷上限线的关系式，在操作控制范围内去几个Ls,计算出相应的Vs值。表9提馏段漏液线计算结果0.00040.00180.00320.00460.210550.210550.210560.210564、液相负荷上限线以作为液体在降液管中停留时间的下限那么据此可作出与气体流量无关的垂直液相负荷上限5、液相负荷下限线对于平直堰，取堰上液层告诉=0.006m，化为最小液体负荷标准,取E1.0。由=即:那么据此可作出与气体流量无关的垂直液相负荷下限线图6提馏段塔板负荷性能图在精馏段塔板负荷性能图上，作出操作点A，连接OA，即作出操作线。由图6提馏段塔板负荷性能图，可知设计供板上限由液泛线控制，下限由漏夜线控制精馏段操作弹性=9、精馏塔的工艺设计计算结果总表表10精馏塔的工艺设计计算结果总表工程符号单位计算数据精馏段提馏段各段平均压强107.75114.05各段平均温度140.67164.92平均流量气相0.398360.39841液相0.0007680.000698实际塔板数Ｎ块117板间距0.50.5塔的有效高度53塔径0.80.8空塔气速0.792920.79301塔板溢流形式单流型单流型溢流装置溢流管型式弓形弓形堰长0.5280.528堰高0.0510.052溢流堰宽度0.09920.0992管底与受液盘距离0.0290.026板上清液层高度0.060.06孔径5.05.0孔间距1515孔数个23742374开孔面积0.0340.034筛孔气速11.4711.47塔板压降0.640.648液体在降液管中停留时间23.626.0雾沫夹带0.000570.00057负荷上限液泛线控制液泛线控制负荷下限漏液线控制漏液线控制气相最大负荷0.8471.96气相最小负荷0.8180.201操作弹性4.324.0710、精馏塔的的附属设备及接管尺寸10.1、塔体结构根据实际的工作经验，及相似条件下的精馏塔的相关参数的选择。全塔板间距，可选择塔顶空间。塔底空间。全塔共有18块塔板，考虑清理和维修的需要，选择全塔的人孔数为3个，在进料板上方开一人孔，人孔的直径选择为600mm，其伸出塔体工作台的长度为220mm。塔高全塔的板间距相同，那么上式可化为：10.2、塔板结构出于对劳动塔安装、维修、刚度等方面的考虑，将塔板分成多块。由表塔板分块数表查得，塔径为0.8m时，塔板分为3块。塔径，mm