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1、化工原理筛板精馏塔课程设计案例12020年5月29日文档仅供参考吉林化工学院 化 工 原 理 课 程 设 计题目 筛板精馏塔分离苯甲苯工艺设计 教 学 院 化工与材料工程学院 专业班级 材 化 0801 学生姓名 学生学号 08150108 指导教师 张 福 胜 6 月 14日目录摘要一绪论二第一章 流程及流程说明1第二章 精馏塔工艺的设计22.1产品浓度的计算22.1.1原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率22.1.2原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 22.2最小回流比的确定32.3物料衡算 3 2.4精馏段和提馏段操作线方程32.4.1求精馏塔的气液相负荷3 2.4.2求操作线方程 32.
2、5精馏塔理论塔板数及理论加料位置 32.6实际板数的计算 32.7实际塔板数及实际加料位置 3第三章 精馏塔主要工艺尺寸的设计计算53.1物性数据计算53.2精馏塔主要工艺尺寸的计算93.3筛板流体力学验算133.4塔板负荷性能图16第四章 热量衡算214.1塔顶气体上升的焓214.2回流液的焓214.3塔顶馏出液的焓214.4冷凝器消耗焓214.5进料的焓214.6塔底残液的焓214.7再沸器的焓22第五章 塔的附属设备的计算235.1塔顶冷凝器设计计算235.2泵的选型245.4塔总体高度的设计25结论27致谢28参考文献29主要符号说明 30 摘 要在此筛板精馏塔分离苯-甲苯的设计中,给
3、定的条件为:进料量为 塔顶组成为:进料馏出液组成为:塔釜组成: 加料热状态:q=1 塔顶操作压强:(表压)首先根据精馏塔的物料衡算,求得D和W,经过图解法确定最小回流比;再根据操作线方程,运用图解法求得精馏塔理论板数,确定温度奥康奈尔公式求的板效率,继而求得实际板数,确定加料位置。然后进行精馏段和提馏段的设计工艺计算,求得各工艺尺寸,确定精馏塔设备结构。继而对筛板的流体力学进行验算,检验是否符合精馏塔设备的要求,作出塔板负荷性能图,对精馏塔的工艺条件进行适当的调整,使其处于最佳的工作状态。第二步进行塔顶换热器的设计计算。先选定换热器的类型,确定物性数据,计算传热系数和传热面积。然后对进料泵进行
4、设计,确定类型。关键词:苯-甲苯、精馏、图解法、负荷性能图、精馏塔设备结构 塔附属设备下图为连续精馏过程简图: 出料 回流苯蒸汽塔底绪论在本设计中我们使用筛板塔,筛板塔的突出优点是结构简单,造价低。合理的设计和适当的操作筛板塔能满足要求的操作弹性,而且效率高。采用筛板可解决堵塞问题,适当控制漏液。筛板与泡罩板的差别在于取消了泡罩与升气管,而直接在板上开很多小直径的孔筛孔。操作时气体以高速经过小孔上升,液体则经过降液管流到下一层板。分散成泡的气体使板上液层成为强烈湍动的泡沫层。相同条件下,筛板塔生产能力比泡罩塔高10%15%,板效率亦约高10%15%,而每板压力降则低30%左右,适用于真空蒸馏;
5、塔板效率较高,但稍低于浮阀塔。具有较高的操作弹性,但稍低于泡罩塔。其缺点是小孔径筛板易堵塞,不适宜处理脏的、粘性大的和带固体粒子的料液。第一章 流程及流程说明本设计任务为分离苯甲苯混合物。对于二元混合物的分离,应采用连续精馏流程。设计中采用泡点进料,将原料液经过预热器加热至泡点后送入精馏塔内。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。该物系属易分物系,最小回流比较小,故操作回流比取最小回流比的2倍。塔釜采用间接蒸汽加热,塔底产品经冷却后送至储罐。任务书上规定的生产任务长期固定,适宜采用连续精流流程。贮罐中的原料液用机泵加入精馏塔;塔釜再沸器
6、用低压蒸汽作为热源加热料液;精馏塔塔顶设有全凝器,冷凝液部分利用重力泡点回流;部分连续采出到产品罐。简易流程如下,具体流程见附图。 出料苯甲苯混合液 回流 塔底出料 图1第二章 精馏塔工艺的设计 2.1产品浓度的计算2.1.1原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率苯的摩尔质量 =78.11kg/mol 甲苯的摩尔质量=92.13kg/mol产品中苯的质量分数=0.984进料中苯的质量分数=0.54残液中苯的质量分数=0.0352.1.2原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量苯甲苯属于理想物系,可采用图解法求理论板数。2.2 最小回流比的确定1.查手册 绘制苯甲苯气液平衡线x-y图。2求最小回流比及操作
7、回流比。采用作图法求最小回流比。在图上对角线上,自点e(0.54,0.54)作垂线ef即为进料线,该线与平衡线的交点坐标为 最小回流比 2倍最小回流比 2.3物料衡算F=85kmol/h 总物料衡算 苯物料衡算 联立得 D=45.23 Kmol/h W=39.77 Kmol/h2.4精馏段和提馏段操作线方程2.4.1求精馏塔的气液相负荷L=RD=105.4Kmol/hV=(R+1)D=150.6Kmol/h=L+qF=190.4Kmol/h=V=150.6Kmol/h2.4.2求操作线方程精馏段 提馏段2.5精馏塔理论塔板数及理论加料位置由图解法的总板数NT=13 进料板NF=6 精馏段5块
8、提馏段7块2.6实际板数的计算(1)板效率 精馏段平均温度为86.08 由安托尼方程的精馏段相对挥发度 又有求得精馏段板效率为52.3% 提馏段平均温度100.63 由安托尼方程的精馏段相对挥发度 求得提镏馏段板效率为52.4%(2)精馏段实际板数 NT=5/0.523=9.6210提馏段实际板数 NT=7/0.524=13.4 14(包括塔釜) 实际总半数为10+14=24 块板 总板效率ET=13/2=54.2%2.7实际塔板数及实际加料位置实际加料板位置=12块精馏段实际板层数=10 提馏段实际板层数=14第三章 精馏塔主要工艺尺寸的设计计算3.1物性数据计算3.1.1操作压力计算(1)
9、塔顶操作压力 =101.3+4=105.3Kpa(2)每层塔板压降 =0.7 Kpa(3)进料板压力 (4)精馏段平均压力 (5)塔底操作压力 =+=105.3+0.724=122.1 Kpa(6)提馏段平均压力 Kpa3.1.2操作温度计算 用比例内插法求得操作温度 =90.76 =81.4 =110.5精馏段平均温度 提馏段平均温度 3.1.3平均摩尔质量计算(1)塔顶平均摩尔质量计算=0.984,=0.9599=+(1-)=0.98478.11+(1-0.984)92.13=78.33 kg/Kmol=+(1-)=0.959978.11+(1-0.9599)92.13=78.67kg/K
10、mol(2)进料板平均摩尔质量计算=0.763,=0.562=+(1-)=0.76378.11+(1-0.748)92.13=83.82kg/Kmol=+(1-)=0.56278.11+(1-0.562)92.13=84.25kg/Kmol(3)精馏段平均摩尔质量计算=(+)/2=(78.33+83.82)/2=80.805kg/Kmol=(+)/2=(78.67+84.25)/2=81.46kg/Kmol(4)塔底平均摩尔质量计算=0.035,=0.91=+(1-)=0.03578.11+(1-0.035)92.13=90.85kg/Kmol=+(1-)=0.09178.11+(1-0.09
11、1)92.13=91.64kg/Kmol(5)提馏段平均摩尔质量计算=(+)/2=(83.82+90.85)/2=81.065kg/Kmol=(+)/2=(84.25+91.64)/2=87.945kg/Kmol3.1.4平均密度计算 (1)气相平均密度计算 由理想气体状态方程计算 =3 =2.98(2)液相平均密度计算塔顶液相平均密度计算由=81.4查得=812.5,=807.5=812.4进料板液相平均密度计算由=90.76查得=805.5,=801.5进料板质量分率=0.521=803.6精馏段液相平均密度计算=(+)/2=(812.4+803.6)/2=808塔底液相平均密度计算由=110.5查得=772.5,=765.5塔底质量分率=0.03提馏段液相平均密度计算3.1.5液体平均表面张力计算 依式 计算（1） 塔顶液相平均表面张力计算 由=81.4查得=19.2mN/m,=20.5mN/m=+(1-)=0.9819.2+(1-0.984)20.5=19.221mN/m（2） 进料板液相平均表面张力计算 由=90.76查得=17.2 mN/m,=20.2 m
