《分离苯甲苯混合液的浮阀板式精馏塔工艺设计方案》由会员分享，可在线阅读，更多相关《分离苯甲苯混合液的浮阀板式精馏塔工艺设计方案（41页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、分离苯甲苯混合液的浮阀板式精馏塔工艺设计方案设计方案的选择和论证 1 设计流程本设计任务为分离苯_甲苯混合物。对于二元混合物的分离，采用连续精馏流程。设计中采用泡点进料，将原料液通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，其余部分经产品冷凝器冷却后送至储罐。该物系属易分离物系，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。塔板工艺计算流体力学验算全塔热量衡算塔负荷性能图塔附属设备计算2 设计思路在本次设计中，我们进行的是苯和甲苯二元物系的精馏分离，简单蒸馏和平衡蒸馏只能达到组分的部分增浓，如何
2、利用两组分的挥发度的差异实现高纯度分离，是精馏塔的基本原理。实际上，蒸馏装置包括精馏塔、原料预热器、蒸馏釜、冷凝器、釜液冷却器和产品冷却器等设备。蒸馏过程按操作方式不同，分为连续蒸馏和间歇蒸馏，我们这次所用的就是浮阀式连续精馏塔。蒸馏是物料在塔内的多次部分汽化与多次部分冷凝所实现分离的。热量自塔釜输入，由冷凝器和冷却器中的冷却介质将余热带走。在此过程中，热能利用率很低，有时后可以考虑将余热再利用，在此就不叙述。要保持塔的稳定性，流程中除用泵直接送入塔原料外也可以采用高位槽。塔顶冷凝器可采用全凝器、分凝器-全能器连种不同的设置。在这里准备用全凝器，因为可以准确的控制回流比。此次设计是在常压下操作
3、。 因为这次设计采用间接加热，所以需要再沸器。回流比是精馏操作的重要工艺条件。选择的原则是使设备和操作费用之和最低。在设计时要根据实际需要选定回流比。1、本设计采用连续精馏操作方式。2、常压操作。3、20进料。4、间接蒸汽加热。5、选R=2Rmin。6、塔顶选用全凝器。7、选用浮阀塔。在此使用浮阀塔，浮阀塔塔板是在泡罩塔板和筛孔塔板的基础上发展起来的，它吸收了两者的优点，其突出优点是可以根据气体的流量自行调节开度，这样就可以避免过多的漏液。另外还具有结构简单，造价低，制造方便，塔板开孔率大，生产能力大等优点。浮阀塔一直成为化工生中主要的传质设备，其多用不锈钢板或合金 。近年来所研究开发出的新型
4、浮阀进一步加强了流体的导向作用和气体的分散作用，使气液两相的流动接触更加有效，可显著提高操作弹性和效率。从苯甲苯的相关物性中可看出它们可近似地看作理想物系。而且浮阀与塔盘板之间的流通面积能随气体负荷的变动而自动调节，因而在较宽的气体负荷范围内，均能保持稳定操作。气体在塔盘板上以水平方向吹出，气液接触时间长，雾沫夹带量少，液面落差也较小。第一章 塔板的工艺设计1.1物料衡算1.1.1塔的物料衡（1）苯的摩尔质量：甲苯的摩尔质量：=（2）原料液平均摩尔质量：（3）物料衡算原料液流量： 总物料衡算： 即 易挥发组分物料衡算：即总物料衡算：D+W=48.56苯物料衡算：0.966D+0.0235W=0
5、.44048.56解得：D=21.46，W=27.10 1.2.2平衡线方程的确定由文献1中苯与甲苯的汽-液平衡组成可以找出算出。如表1-6 苯甲苯（101.3kPa）的t-x-y相平衡数据苯摩尔分数温度苯摩尔分数温度液相气相液相气相0.00.0110.60.5920.78989.40.0880.212106.10.7000.85386.80.2000.370102.20.8030.91484.40.3000.50098.60.9030.95782.30.3970.61895.20.9500.97981.20.4890.71092.11.001.0080.2=2.352.332.462.562
6、.582.492.612.392.45同理可算出其它的从而推出所以平衡线方程因为，查表知：苯和甲苯的热熔均为1.83kJ/kg，；=所以q线方程为：y=3.8x-1.26;和平衡线方程联立求得：取操作回流比。 1.2.4求精馏塔的气液相负荷 1.2.5操作线方程精馏段操作线方程为：提馏段操作线方程为：1.2.6用逐板法算理论板数同理可算出如下值：所以第七块为进料板所以总理论板数为12块（不含再沸器），第7块板上进料。1.2.7实际板数的求取由苯-甲苯体系的t-x（y）图可知对应的温度为塔底温度，查得为。同理可查得：，由它们的安托因方程2 平均塔温为。由经验式3式中，相对挥发度；加料液体的平均粘
7、度；及为塔顶及塔底平均温度时的数值。在95.25苯的粘度：0.276厘泊。 甲苯的粘度：0.270厘泊。加料液体的平均粘度：厘泊。精馏段实际板层数提馏段实际板层数(不含再沸器)1.3精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算1.3.1进料温度的计算查苯-甲苯体系的t-x（y）图可知：精馏段平均温度：提馏段平均温度：1.3.2 操作压强塔顶压强 =101.3kPa取每层塔板压降P=0.7kPa，进料板压强： =101.3+120.7=109.7kPa塔底压强：=101.3+240.7=118.1 kPa 精馏段平均操作压力： 提馏段平均操作压力：1.2.3平均摩尔质量的计算精馏段平均摩尔分数精馏段平均
8、摩尔质量 提馏段平均摩尔分数 提馏段平均摩尔质量： 1.2.4平均密度计算（1）气相平均密度计算理想气体状态方程计算，即精馏段气相密度：提馏段气相密度：（2）液相平均密度计算由式 求相应的液相密度。对于塔顶：,查表化工原理14(360 页)对于进料板：，查表化工原理14(360 页)对于塔底：，查表化工原理14(360 页) 精馏段平均密度：提馏段平均密度：1.2.5液体平均表面张力计算液体表面张力M=由查手册得由 查手册得 由查手册得精馏段平均表面张力： 提馏段平均表面张力： 1.3 精馏塔工艺尺寸的计算1.3.1塔径的计算精馏段气液相体积流率为精馏段 提馏段 （1） 精馏段塔径计算由（其中
9、）由课程手册108页图5-1查得，其横坐标为： 选板间距，取板上液层高度 =0.06m ，故以为横坐标查图5-1得到，因，很接近，故无需校正，即取安全系数0.75，则空塔速度为故塔径（2）提馏段塔径计算其中的C20查图求得，图的横坐标为查图5-1得到取安全系数为0.75，则空塔速度为故塔径 按标准塔径圆整为。根据上述精馏段和提馏段塔径的计算，可知全塔塔径为。塔截面积为以下的计算将以精馏段为例进行计算：空塔气速1.3.2精馏塔有效高度的计算精馏段有效高度为提馏段有效高度为1.4塔板主要工艺尺寸的计算1.4.1溢流装置计算因塔径D=1.0m可采用单溢流、弓形降液管、凹形受液盘及平直堰，不设进口堰。
10、各项计算如下：（1）溢流堰长取堰长为0.7D，即（2）溢流堰堰高hw查1101图得，取E=1.0，则取板上清液层高度 故（3）降液管的宽度Wd和降液管的面积由，查图得计算液体在降液管中停留时间故降液管设计合理。（4）降液管底隙高度h0取液体通过降液管底隙的流速为0.13m/s依式156计算降液管底隙高度h0，即：选用凹形受液盘，深度1.5浮阀数目、浮阀排列及塔板布置（1）塔板的分块本设计塔径为，因，故塔板采用分块式。由文献（一）查表5-3得，塔板分为4块。（2）边缘区宽度确定 取 。（3）开孔区面积计算 其中： 故（4）浮阀数计算及其排列预先选取阀孔动能因子,由F0=可求阀孔气速，即每层塔板上
11、浮阀个数为个浮阀的排列，考虑到各分块的支承与衔接要占去一部分鼓泡区面积，阀孔排列采用等腰三角形叉排方式。现按的等腰三角形叉排方式排列，则设计条件下的阀孔气速为阀孔动能因数为所以阀孔动能因子变化不大，仍在912的合理范围内，故此阀孔实排数适用。此开孔率在10%14%范围内，符合要求。所以这样开孔是合理的。1.6塔板流体力学验算1.6.1计算气相通过浮阀塔板的静压头降每层塔板静压头降可按式计算。(1)计算干板静压头降由式可计算临界阀孔气速，即，可用算干板静压头降，即(2)计算塔板上含气液层静压头降由于所分离的苯和甲苯混合液为碳氢化合物，可取充气系数，已知板上液层高度所以依式(3)计算液体表面张力所
12、造成的静压头降由于采用浮阀塔板，克服鼓泡时液体表面张力的阻力很小，所以可忽略不计。这样，气流经一层，浮阀塔板的静压头降为换算成单板压降 (设计允许值)1.6.2降液管中清夜层高度(1)计算气相通过一层塔板的静压头降前已计算(2)液体通过降液管的静压头降因不设进口堰，所以可用式故为了防止液泛，按式：，取校正系数，选定板间距,从而可知，符合防止液泛的要求。(3) 液体在降液管内停留时间校核应保证液体早降液管内的停留时间大于35 s,才能使得液体所夹带气体释出。本设计可见，所夹带气体可以释出。1.6.3计算雾沫夹带量（1）雾沫夹带量判断雾沫夹带量是否在小于10%的合理范围内，是通过计算泛点率来完成的
13、。泛点率的计算时间可用式：和塔板上液体流程长度塔板上液流面积苯和甲苯混合液可按正常物系处理，取物性系数K值，K=1.0,在从泛点负荷因数图中查得负荷因数,将以上数值分别代入上式，得泛点率F1为和为避免雾沫夹带过量，对于大塔，泛点需控制在80%以下。从以上计算的结果可知，其泛点率都低于80%，所以雾沫夹带量能满足的要求。（2）严重漏液校核当阀孔的动能因数低于5时将会发生严重漏液，前面已计算，可见不会发生严重漏液。1.7精馏段塔板负荷性能图1.7.1雾沫夹带上限线对于苯甲苯物系和已设计出塔板结构，雾沫夹带线可根据雾沫夹带量的上限值所对应的泛点率 (亦为上限值),利用式便可作出此线。由于塔径较大，所以取泛点率，依上式有：即 即为负荷性能图中的线(1)此式便为雾沫夹带的上限线方程，对应一条直线。所以在操作范围内任取两个值便可算出相应的。利用两点确定一条直线，便可在负荷性能图中得到雾沫夹带的上限线。0.0010.0020.0030.907
