精馏塔课程设计

《精馏塔课程设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《精馏塔课程设计（18页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、目录一、概述二、设计方案和工艺流程的确定三、塔的物料衡算 四、回流比确定 五、塔板数的确立 六、塔的工艺条件及物性数据计算 七：塔和塔板主要工艺尺寸计算 八、塔板的流体力学验算 十、热量衡算 十一、筛板塔的设计结果总表 十二、辅助设备选型及接管尺寸 十三、精馏塔机械设计计算 十四、设计中的心得体会一、概述： 塔设备是炼油、化工、石油化工等生产广泛应用的气液传质设备。根据塔内气液接触部件 的结构型式，可分为板式塔和填料塔。板式塔内设置一定数量的塔板，气体以鼓泡或喷射 形式穿过板上液层进行质，热传递，气液相组成呈阶梯变化，属逐渐接触逆流操作过程。 填料塔内装有一定高度的填料层，液体自塔顶沿填料表面

2、下流，气体逆流而上（也有并流 向下者）与液体接触进行质热传递，气液组成沿塔高连续变化，属微分接触操作过程。工业上对塔设备的要求：（1）生产能力大；（2）传质传热效率高;（3）气流的摩擦阻力小； （4）操作稳定，适应性强，操作弹性大；（5）结构简单，材料耗用量小（6）制作安装容易， 维修方便。（7）设备不易堵塞，耐腐蚀。其中板式塔又可分为有降液管的塔板（如泡罩塔，浮阀塔，筛板塔，舌型，S型等）和 无降液管的（如穿流式筛板，穿流式波纹板）该课程涉及到的是板式塔中的浮阀塔，其广泛 用于精馏、吸收、和解吸等过程。其主要特点是再塔板的开孔上装有可浮动的浮阀，气流从 浮阀的周边以稳定的速度水平地进入塔板上

3、液层进行两相接触，浮阀课根据气流流速地大小 上下浮动，自行调节。浮阀有盘式、条式等多种。国内多采用盘式，其优点为生产能力大， 操作弹性大，分离效率较大，塔板结构较简单。此型中的F-1型结构简单，已经列入部颁标 准，因此型号的重阀操作稳定性好，一般采用重阀。二、设计方案和工艺流程的确定:在此次课程涉及中主要介绍浮阀塔在精馏中的应用，精馏装置包括精馏塔、原料预热器、 再沸器、冷凝器、釜液冷却器、和产品冷却器等设备。热量自塔釜输入，物料再塔内经多次 部分气化与部分冷凝进行精馏分离，由冷凝器和冷却器的冷却物质将余热带走。此过程中因 考虑节能。另外，为保持塔的稳定性，流程除用泵直接送入塔原料外，也可采用

4、高位槽送料以受泵 操作波动影响。塔顶冷凝器装置根据生产情况以决定采用全凝器和分凝器。一般，塔顶分凝器对上升蒸 汽虽由一定的增浓作用，当在石油等工业中获取液相产品时往往采用全凝器，以便于准确的 控制回流比。若后继装置使用气态物料，则宜用分凝器操作压强由常压、低压和高压操作，其取决于冷凝温度，一般都采用常压，对于热敏性 物质或混合液沸点过高的物质则宜采用减压操作，而常压下为气态的物质采用高压操作。对于物料的进料，一般情况下采用冷进料，但是为了考虑塔的操作稳定性，则一把采用 泡点进料。蒸馏一般采用间接蒸汽加热，设置再沸器。对于本次的课程因为乙醇的挥发度较高，宜 采用间接蒸汽加热，其优点时可以利用压强

5、较低的加热蒸汽以节省操作费用，并省掉间接加 热设备选择回流比主要从经济的角度来考虑，力使操作费用和设备费用之和最低。这个将在下 面详细的介绍。本设计采用混合原料经原料余热至泡点，送入精馏塔。塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝后 一部分作为回流，其余为塔顶产品经冷却器冷却后送至贮槽。塔釜采用间接蒸汽再沸器供热 塔底产品经冷却后送入贮槽。（流程图见后面附录）三、塔的物料衡算：一）料液及塔顶、塔底产品含苯摩尔分率。二 0.174035/ 46.07X =F 35/46.07 + 65/18.02二 0.8694/46.07X =D 94/46.07 + 6/18.02二 0.0001970.05/ 46.0

6、7X =W 0.05/ 46.07 + 99.95/18.02（二）平均分子量。M = 0.174 x 46.07 + (1-0.174) x 18.02 二 22.9 ；FM= 0.860x46.07 + (1-0.860)x 18.02 二 42.143 ；M = 0.000197 x 46.07 + （1-0.000197） x18.02 二 18.026 ；W（三）物料衡算。总物料衡算：D，+W，=F，=4166.7；易挥发组分物料衡算：0.94D，+0.005 W，=0.35 x 4166.7=1458.345；联立上面两式得：F，=4166.7 kg/h=181.95 kmol/h

7、;D，=1550.04 kg/h=36.78 kmol/h;W，=2616.66 kg/h=145.17 kmol/h四、回流比确定。由（附录T ）得出最小理论回流比为R =2.217五、塔板数的确立。（一）全塔效率EtE= 0.49（仲）-0.25 x 1.1 二 0.4481 x 1.1 二 0.493 ；（其中 a =4.03,卩=0.35747）t（二）由后面的（附录一3）的程序得出理论塔板数N理= 54；理实际塔板数：N =N / E =54/0.493=109.53；实理 t所以实际塔板数等于110块；六、塔的工艺条件及物性数据计算。（一）操作压强Pm精馏段平均操作压强P =101

8、.32眇0.7x104=174.125 kpma（二）温度 t =（83.75+78.2） /2 =81.0Cm,精(三) 平均分子量x =y =0.860 ;x =0.710 ;d 1 1塔顶：M =0.860 x 46.07+(1-0.860) x 18.02=42.14 kg/kmol ;VDMM =0.710x46.07+(1-0.710)x18.02=37.94 kg/kmol ;LDM进料塔：M =0.183x46.07+(1-0.183) x 18.02=23.15 kg/kmol;VFMM =0.174x46.07+(1-0.174) x18.02=22.90 kg/kmol;

9、VFM 则精馏段分子量:M =(42.14+37.94) /2=40.04 kg/kmol;VM精M =(23.15+22.90)/2=23.03 kg/kmol;LM精(四) 精馏段气液负荷计算Vs = V x M /(3600 x p )=0.59 iWs ;VM精VM精L=RxD=2.38x36.78=87.54 kmol/h ;L=Lx M /(3600x p )=0.0007 m3/s ;SLM精LM精L= Lx3600=2.52 m3/s ;HS 七：塔和塔板主要工艺尺寸计算 。(一) 塔径：初选板间距Ht=0.35 m ;取板上液层高度=0.06 m ;H-h=0.35-0.06

10、=0.29 m ;Tl(L/V) x( p / p )0.5=(0.007/0.59) x(777.96/2.35)0.5=0.0218 ；S SLV查图得：C =0.059 ；20638.86C = C x () 0.2 = 0.059x ()0.2 = 0.0674 ；20 2020U = Cxsqrt ( p xp )/p =1.22 m/s ;maxLVV取安全系数为0.70；则U=0.70xU =0.70x1.22=0.854 m/s ;maxD = sqrt(4x Vs )/(兀 xU)= sqrt(4x0.59)/(3.14x0.854)=0.938 m ;按标准，塔径园整为1.

11、0m ,则空塔气速为0.75 m/s ;(二) 溢流装置： 采用单溢流，弓形降液管，平形受液盘及平形溢流堰，不设进口堰。各项计算如下1. 溢流堰长l =0.6xD=0.6x1=0.6 m;W2. 出口堰高l /D=0.60/1 =0.60 ;Wl /(l )3.5=9.04 ;hh查图知： E=1.03；h =(2. 84/1000) xEx (l /l )2/3=(2. 84/1000) x 1. 03x (2. 52/0. 60)2/3=0. 008 m ; OWh Wh=h-h =0.06-0.008=0.052 m ;W L OW3降液管的宽度叫与移液管的宽度A dfl /D=0.60

12、/1 =0.60 ;W查图知：W/D = 0.100 ；dA/A=0.052;ft得：W=0.100xD=0.10x1.0=0.10 m ;d兀A =0.052 xx D2 = 0. 052 x 0. 78 x 1.02=0. 041 m2 ;f44. 停留时间检验降液管面积5。降液管底隙高度h取液体通过降液管底隙的流速u、为0.09 m/s ;oh=h/(l xu 、)=0.0007/(0.60x 0.09)=0.93 m ;o o W o(三) ：塔板布置1。取边缘区宽度W =0.035 m ;安定区宽度W =0.070 m ; cb2计算开孔区面积Aax=D/2-(W+W)=0.5-(0

13、.1+0.070)=0.330 m ;sbR=D/2-W=0.5-0.050=0.450 m ;cA = 2心;R2 一 x2 +x R2 x sin-1 = 0.572 m2 ;a180R(四) 筛孔数与开孔率取筛孔的孔径d0为5mm ;正三角形排列，一般炭钢的板厚为3mm ； 取 t/d =3.0 故空中心距：t=3.0x 5.0=15.0 mm ;01.筛孔数：1158x103n =x At 2u1158x10315x 0.572 = 2944孔=他二空7 二 10.1%9t()2u03.开孔面积：A =9 x A =0.101x0.572=0.0578 m2oa4.气体通过筛孔的气速：

14、u = V / A = 0.59/0.058 = 10.21 m/s ；0 s 0（五）塔有效高度z 二（104 1）x 0.35 二 36.05 m ；（六）塔高计算=32.9+0.2+8.4+4 = 45.5 m ；其中 H ：塔高 ； H ：进料板处板间距； H ：人孔处板间距FpHD ：塔顶空间；HB ：塔底空间：实际塔板数；nF ：进料板数;n ：人孔数； H ：板间距； pT八、塔板的流体力学验算（一）气体通过塔板的压降Ap相当于液柱高度hph = h + h + h :p c l 1干板压降相当于液体高度h7月、P,11.552.92h =0.051 (-0)2 尸=0.051

15、x ()2x=0.0351 mcc p0.84802.90l其中由d o/ 8 =5/3=1，67 ；查图得L842-气体穿过板上液层压降相当得液柱高度hiVU sa A ATF0.590.788 0.041二 0.790m/sF = u Jpv =0.852*292 =1.46 ;由图查得上液层充气系数二0.625a a0h = xh = x(h + h ) = 0.625x(0.052 + 0.008) = 0.0375 ml 0 L 0 W ow3. 克服液体表面张力压降相当的液柱高度二 0.004074 x 38.86 x10-3777.9 x 9.8 x 0.005由 h = h + h + h =0.0228