化工原理課程設(shè)計--板式精餾塔的設(shè)計

1、<p><b>　　化工原理課程設(shè)計</b></p><p>　　–––––板式精餾塔的設(shè)計</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　一、化工原理課程設(shè)計任書 二、設(shè)計計算

2、 1.設(shè)計方案的確定 2.精餾塔的物料衡算 3.塔板數(shù)的確定

3、 4.精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計算 5.精餾塔的塔體工藝尺寸計算 6.塔板主要工藝尺寸的計算 7.篩板的流體力學(xué)驗算 </p><p&g

4、t;<b>　　一 設(shè)計題目：</b></p><p>　　設(shè)計分離苯―甲苯連續(xù)精餾篩板塔</p><p>　　二、 設(shè)計任務(wù)及條件</p><p><b>　　1、 設(shè)計任務(wù)：</b></p><p>　　物料處理量： 4000kg/h </p><p>　

5、　進(jìn)料組成 ： 0.6 0.44 苯，苯-甲苯常溫混合溶液 （質(zhì)量分率，下同）</p><p><b>　　分離要求：</b></p><p>　　塔頂產(chǎn)品組成苯 0.975 0.99 </p><p>　　塔底產(chǎn)品組成苯 0.0235 0.15 </p><p><b&g

6、t;　　2、 設(shè)計條件</b></p><p>　　塔頂表壓： 4 kPa </p><p>　　單板壓降： ≤0.7 kPa </p><p>　　全塔效率： 52%</p><p>　　1.設(shè)計方案的選定 本設(shè)計任務(wù)為分離苯一甲苯混合物。對于二元混合物的分離，應(yīng)采用連續(xù)精餾流程。

7、設(shè)計中采用泡點進(jìn)料，將原料液通過預(yù)熱器加熱至泡點后送人精餾塔內(nèi)。塔頂上升蒸氣采用全凝器冷凝，冷凝液在泡點下一部分回流至塔內(nèi)，其余部分經(jīng)產(chǎn)品冷卻器冷卻后送至儲罐。該物系屬易分離物系，最小回流比較小，故操作回流比取最小回流比的2倍。塔釜采用間接蒸汽加熱，塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送至儲罐。2 精餾塔的物料衡算</p><p>　　(1) 原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分率 苯的摩爾質(zhì)量 MA＝78.11kg/kmo；甲苯的摩

8、爾質(zhì)量 MB＝92.13kg/kmol進(jìn)料組成 XF＝＝0.481</p><p>　　餾出液組成 XD＝＝0.979</p><p>　　釜殘液組成 XW＝＝0.028</p><p>　　（2）原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量 MF＝0.481×78.11＋0.519×92.13＝85.39kg/kmol&

9、lt;/p><p>　　MD＝0.979×78.11＋0.021×92.13＝78.40kg/kmol</p><p>　　MW＝0.028×78.11＋0.972×92.13＝91.74kg/kmol</p><p><b>　?。?）物料衡算 </b></p><p>　　改，，，

10、原料處理量 F＝4000/85.39＝46.84kmol/h總物料衡算 46.84=D＋W苯物料衡算 46.84×0.481＝0.979D＋0.028 W聯(lián)立解得 D＝22.31kmol/h W＝24.53kmol/h</p><p>　　3 塔板數(shù)的確定 依操作壓力由泡點方程通過試差差值法計算溫度，其中笨，甲苯的飽和蒸汽壓由安托尼方程計算，計算結(jié)果如下：

11、 塔頂 tD＝80.6℃ Ps苯＝102.9kpa Ps甲苯＝39.6kpa 進(jìn)料板 tF＝93.0℃ Ps苯＝148.2kpa Ps甲苯＝59.7kpa 塔底 tW＝109.4℃ Ps苯＝230.3kpa Ps甲苯＝97.8kpa

12、 精餾段平均溫度 tm＝(80.6+93.0)/2=86.8℃ 提餾段平均溫度 tm＝(93.0+109.4)/2=101.2℃ 揮發(fā)度的計算： 塔頂 αD＝102.9/39.6=2.60 <

13、;/p><p><b>　　全塔效率的計算</b></p><p>　　查溫度組成圖得到，塔頂溫度TD=80.6℃，塔釜溫度TW=109.4℃，全塔平均溫度Tm =92.97℃。95</p><p>　　分別查得苯、甲苯在平均溫度下的粘度</p><p><b>　　，</b></p>&

14、lt;p><b>　　平均粘度由公式，得</b></p><p><b>　　全塔效率ET</b></p><p>　　相平衡方程 解得</p><p><b>　　變形得 </b></p><p>　　用精餾段操作線和相平衡方程進(jìn)行逐板計算</p

15、><p>　　= 0.992 ， = 0.980 </p><p><b>　　， </b></p><p><b>　　， </b></p><p><b>　　， </b></p><p><b>　　， </b>

16、</p><p><b>　　， </b></p><p><b>　　, </b></p><p><b>　　, </b></p><p><b>　　, </b></p><p><b>

17、　　, </b></p><p><b>　　因為,</b></p><p>　　故精餾段理論板 n=10，用提留段操作線和相平衡方程繼續(xù)逐板計算</p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　，</b></p><

18、p><b>　　，</b></p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　, </b></p><p><b>　　, </b></p><

19、;p><b>　　因為，</b></p><p>　　所以提留段理論板 n=5（不包括塔釜）</p><p>　　實際板層數(shù)的求取 精餾段實際板層數(shù) N精＝6/0.52＝11.5≈12 提餾段實際板層數(shù) N提＝7/

20、0.52≈13 精餾塔的熱量衡算 精餾塔的氣、液相負(fù)荷 V＝(R+1)D＝(2.64+1)×22.31＝81.21kmol/h

21、 V’＝V+(q-1)F＝V＝81.21kmol/h 再沸器的熱負(fù)荷為 QB＝</p><p>　　因塔頂鎦出液幾乎為純苯，故其焓可近似按純苯進(jìn)行計算</p>

22、<p>　　QC＝VrA＝81.21×389×78.11≈2.468×106 kJ/h</p><p><b>　　冷卻水消耗量</b></p><p>　　WC＝＝＝5.913×104 kg/h 4 精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計算

23、 （1）操作壓力計算 塔頂操作壓力＝ 101.3+4＝105.3 kP 每層塔板壓降 △P＝0.7 kPa 進(jìn)料

24、板壓力＝105.3＋0.7×12＝113.7kPa 精餾段平均壓力 P m ＝（105.3＋113.7）／2＝109.5kPa （2）操作溫度計算 </p><

25、p><b>　　(4) 漏液</b></p><p><b>　　由式</b></p><p>　　篩板的穩(wěn)定性系數(shù)，故在本設(shè)計中無明顯漏液</p><p><b>　　(5) 液泛</b></p><p>　　為防止降液管液泛的發(fā)生，應(yīng)使降液管中清液層高度依式， 而

26、 H=0.073+0.037+0.001=0.11m</p><p><b>　　取，則</b></p><p>　　故在設(shè)計負(fù)荷下不會發(fā)生液泛。</p><p>　　根據(jù)以上塔板的各項液體力學(xué)驗算，可認(rèn)為精餾段塔徑及各項工藝尺寸是適合的。</p><p>　　8 塔板負(fù)荷性能圖 </p><p

27、>　　精餾段：(1) 漏液線 由 ，得 在操作范圍內(nèi)，任取幾個Ls值，依上式計算出Vs值，計算結(jié)果列于表3-19。 表3-19</p><p>　　由上表數(shù)據(jù)即可作出漏液線。 (2) 霧沫夾帶線 以 ev＝0.1kg液/kg氣為限，求 Vs-Ls關(guān)系如下： 由 </p><p>　　Us=hw=0.047聯(lián)立以上幾式，整理得Vs=1.29-10.07Ls2/3

28、 在操作范圍內(nèi)，任取幾個Ls值，依上式計算出Vs值，計算結(jié)果列于表3-20。 表3-20</p><p>　　由上表數(shù)據(jù)即可作出液沫夾帶線2。 (3) 液相負(fù)荷下限線 對于平直堰，取堰上液層高度hOW＝0.006m作為最小液體負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)。由式3-21得 據(jù)此可作出與氣體流量無關(guān)的垂直液

29、相負(fù)荷下限線3。 (4) 液相負(fù)荷上限線 以θ＝4s作為液體在降液管中停留時間的下限 據(jù)此可作出與氣體流量元關(guān)的垂直液相負(fù)荷上限線4。 (5) 液泛線 令 由聯(lián)立得忽略hσ，將hOW與Ls，hd與Ls，hc與Vs的關(guān)系式代人上式，并整理得 式中：將有關(guān)的數(shù)據(jù)代入整理，得Vs2=1.37-3.176Ls2-13.16Ls2/3在操作范圍內(nèi)，任取幾個Ls值，依上式計算出Vs值，計算結(jié)果列于表3-22。 表3-2

30、2</p><p>　　由上表數(shù)據(jù)即可作出液泛線5。 根據(jù)以上各線方程，可作出篩板塔的負(fù)荷性能圖，如圖所示。 </p><p>　　圖3-23 精餾段篩板負(fù)荷性能圖 </p><p>　　在負(fù)荷性能圖上，作出操作點P，連接OP，即作出操作線。由圖可看出，該篩板的操作上限為液泛控制，下限為漏液控制。由上圖查得 Vs,max=1.075 m3/s Vs,min=0.

31、317 m3/s故操作彈性為 Vs,max / Vs,min=3.391 </p><p>　　所設(shè)計篩板的主要結(jié)果匯總于表</p><p><b>　　設(shè)計結(jié)果一覽表</b></p><p>　　三、參考書目 ⑴匡國柱，史啟才主編 《化工單元過程及設(shè)備課程教材》，化學(xué)工業(yè)出版社，2005.1 ⑵天津大學(xué)華工學(xué)院柴誠敬主編《化工原理》下冊