筛板精馏塔设计
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化工原理课程设计设计项目:筛板精馏塔系别:化学工程系班级:化工工艺 03 姓名: 625521学号:……指导老师:张老师设计时间: 2006.7.25-8.2第一章概述高径比很大的设备称为塔器.塔设备是化工、炼油生产中最重要的设备之一.它可使气(或汽)液或液液两相之间进行紧密接触,达到相际传质及传热的目的.常见的、可在塔设备中完成的单元操作有:精馏、吸收、解吸和萃取等。
此外,工业气体的冷却与回收,气体的湿法净制和干燥,以及兼有气液两相传质和传热的增湿、减湿等.在化工或炼油厂中,塔设备的性能对于整个装置的产品产量质量生产能力和消耗定额,以及三废处理和环境保护等各个方面都有重大的影响.据有关资料报道,塔设备的投资费用占整个工艺设备投资费用的较大比例(见下表).因此,塔设备的设计和研究,受到化工炼油等行业的极大重视.化工生产装置中各类工艺设备所占投资的比例1作为主要用于传质过程的塔设备,首先必须使气(汽)液两相充分接触,以获得较高的传质效率.此外,为了满足工业生产的需要,塔设备还得考虑下列各项传质效率.此外,为了满足工业生产的需要,塔设备还得考虑下列各项要求:(1)生产能力大.在较大的气(汽)液流速下,仍不致发生大量的雾沫夹带、拦液或液泛等破坏正常操作的现象.(2)操作稳定、弹性大.当塔设备的气(汽)液负荷量有较大的波动时,仍能在较高的传质效率下进行稳定的操作.并且塔设备应保证能长期连续操作.1化工设备设计全书,塔设备设计,第1页.(3)流体流动的阻力小.即流体通过塔设备的压力降小.这将大大节省生产中的动力消耗,以及降低经常操作费用.对于减压蒸馏操作,较大的压力降还使系统无法维持必要的真空度.(4)结构简单、材料耗用量小、制造和安装容易.这可以减少基建过程中的投资费用.(5)耐腐蚀和不易堵塞,方便操作、调节和检修.事实上,对于现有的任何一种塔型,都不可能完全满足上述所有要求,仅是在某些方面具有独到之处.根据设计任务书,此设计的塔型为筛板塔.筛板塔是很早出现的一种板式塔.五十年代起对筛板塔进行了大量工业规模的研究,逐步掌握了筛板塔的性能,并形成了较完善的设计方法.与泡罩塔相比,筛板塔具有下列优点:生产能力大20-40%,塔板效率高10-15%,压力降低30-50%,而且结构简单,塔盘造价减少40%左右,安装、维修都较容易.从而一反长期的冷落状况,获得了广泛应用.近年来对筛板塔盘的研究还在发展,出现了大孔径筛板(孔径可达20-25mm),导向筛板等多种形式.筛板塔盘上分为筛孔区、无孔区、溢流堰及降液管等几部分.工业塔常用的筛孔孔径为3-8mm,按正三角形排列.空间距与孔径的比为2.5-5.近年来有大孔径(10-25mm)筛板的,它具有制造容易,不易堵塞等优点,只是漏夜点低,操作弹性小.筛板塔的特点如下:(1)结构简单、制造维修方便.(2)生产能力大,比浮阀塔还高.(3)塔板压力降较低,适宜于真空蒸馏.(4)塔板效率较高,但比浮阀塔稍低.(5)合理设计的筛板塔可是具有较高的操作弹性,仅稍低与泡罩塔.(6)小孔径筛板易堵塞,故不宜处理脏的、粘性大的和带有固体粒子的料液.第二章 主要基础数据(1)苯和氯苯的物理性质2(2)常压下苯和氯苯的蒸汽压4(3)饱和蒸汽压P O苯和氯苯的饱和蒸汽压可用Antoine 方程 求算,即 CT BA p o+-=ln 式中 T —物系温度,K , P O—饱和蒸汽压,mmHgA 、B 、C —Antoine 常数,其值见下表52 化学化工物性数据手册,有机卷,第290页.3化学工程手册,第1篇化工基础数据,第174页 4 石油化工基础数据手册,第457页5 化学工程手册,第1篇化工基础数据,第175和177页第三章设计方案的确定及流程说明苯和氯苯混合液经原料预热器加热至泡点后送入精馏塔。
筛板精馏塔设计方案1绪论1.1课题研究意义、研究现状及拟采用的技术路线1.1.1课题研究意义、研究现状在化工或炼油厂中,塔设备的性能对于整个装置的产品产量,质量,生产能力和消耗定额,以及三废处理和环境保护等各个方面都有重大的影响。
据有关资料报道,塔设备的投资费用占整个工艺设备投资费用的较大比例。
因此,塔设备的设计和研究,受到化工、炼油等行业的极大重视[6]。
塔设备是化工、石油等工业中广泛使用的重要生产设备。
它可使气(或汽)液或液液两相之间进行紧密接触,达到相际传质及传热的目的。
常见的、可在塔设备中完成的单元操作有:精馏、吸收、解吸和萃取等[2]。
此外,工业气体的冷却与回收,气体的湿法净制和干燥,以及兼有气液两相传质和传热的增湿、减湿等。
化工生产中所处理的原料,中间产物,粗产品几乎都是由若干组分组成的混合物,而且其部分都是均相物质。
生产中为了满足储存,运输,加工和使用的需求,时常需要将这些混合物分离为较纯净或几乎纯态的物质。
塔设备的基本功能就是提供气、液两相以充分接触的机会,使传热、传质两种传递过程能够迅速有效的进行;还能使接触之后的气、液两相及时分开,互不夹带。
筛板塔是最早应用于工业生产的设备之一,五十年代之后,通过大量的工业实践逐步改进了设计方法和结构。
近年来与浮阀塔一起成为化工生产中主要的传质设备。
筛板塔普遍用作H2S-H2O双温交换过程的冷、热塔,应用于蒸馏、吸收和除尘等。
筛板精馏塔属于板式塔,筛板精馏塔具有结构简单,造价低,板上液面落差小,气体压降小,生产能力大,气体分散均匀,传质效率高的优点,是化工生产中常见的单元操作设备之一。
筛板塔始于1830年,是结构最简单的一种板型。
由于其操作弹性小,当气量过小或过大时,易发生严重漏液或过量液沫夹带现象;而且易堵塞,不宜处理粘度大、易结焦的物料,一度时间曾影响到它的应用推广。
20世纪50年代后,随着林德塔板、导向塔板的应用推广,筛板塔又重新启用并日趋广泛。
乙醇水筛板精馏塔工艺设计
一、前言
乙醇水筛板精馏塔是一种常用的化工设备,广泛应用于乙醇制备、石
油化工、医药等行业。
本文将详细介绍乙醇水筛板精馏塔的工艺设计。
二、设备介绍
乙醇水筛板精馏塔由筛板、填料层和冷凝器组成。
其中,筛板分为平
板和斜板两种,填料层主要包括金属填料和塑料填料。
冷凝器则有管
壳式和管束式两种。
三、工艺流程
1. 原料准备
将乙醇和水按照一定比例混合后送入精馏塔中。
2. 加热
通过加热方式使混合物达到沸点,开始蒸发。
3. 蒸发分离
在精馏塔中,由于不同组分的沸点不同,会使得混合物中低沸点组分优先蒸发出来。
同时,在填料层中也会发生传质作用,促进组分之间的分离。
4. 冷凝回收
蒸发出来的气体在冷凝器中被冷却成液体,然后被收集起来。
5. 分离
重复以上步骤,直到达到所需的纯度。
四、工艺参数
1. 筛板间距:一般为0.45-0.6m。
2. 填料层高度:一般为1-3m。
3. 冷凝器冷却面积:根据生产需求确定。
4. 加热方式:蒸汽加热或电加热。
五、注意事项
1. 精馏塔内部应保持清洁,避免杂质进入影响分离效果。
2. 操作时应注意安全,避免发生爆炸等意外事故。
3. 根据实际情况调整工艺参数,以达到最佳分离效果。
六、总结
乙醇水筛板精馏塔是一种常用的化工设备,在乙醇制备、石油化工、医药等行业有广泛的应用。
本文对其工艺流程、设备参数和注意事项进行了详细介绍,希望对读者有所帮助。
化工原理课程设计任务书班级:生工081姓名:丁尚************陈国钰************设计题目:乙醇水溶液筛板精馏塔的工艺设计一.基础数据1.原料液量:8000kg·h-12.原料液组成:乙醇:22.6% ,水:77.4%3.原料液温度:25℃4.馏出液组成:乙醇含量大于:93.2%釜液组成:乙醇含量小于:1.1%(以上浓度均指质量分率)5.操作压力:常压二.设计范围1.精馏系统工艺流程设计,绘流程图一张2.筛板精馏塔的工艺计算3.筛板精馏塔塔板结构的工艺设计,绘制塔板负荷性能图,塔板结构图和整体设备结构图4.附属设备选型计算2011.7.8目录第一章:概述 (2)第二章:精馏工艺流程确定 (4)第三章:精馏塔的物料衡算 (5)第四章:塔板数的确定 (10)第五章:塔板结构的工艺设计 (19)第六章:塔板流体力学校核 (29)第七章:塔板负荷性能图 (33)第八章:塔的总体结构的确定 (39)第九章:馏塔附属设备选型计算 (46)参考文献 (51)附录 (52)第一章概述塔设备是化工,石油化工和炼油等生产中最重要的设备之一。
它可使气液或液液两相之间进行紧密接触,达到相际传质及传热的目的。
它是实现精馏,吸收,解吸和萃取等化工单元操作的主要设备。
塔设备在化工过程中有时也用来实现工业气体的冷却与回收,气体的湿法净制和干燥,以及兼有气液两相传质和传热的增湿,减湿等。
在板式塔中,塔内装有一定数量的塔盘,气体以鼓泡或喷射的形式穿过塔板上的液层使两相密切接触,进行传质,两相的组分浓度沿塔高呈阶梯式变化。
在填料塔中,塔内装填一定段数和一定高度的填料层,液体沿填料表面成膜状向下流动,作为连续相的液体自下向上流动,与液体逆流传质。
两相的组分浓度沿塔高呈阶梯式变化。
不管是何种塔型,除了首先要能使气(汽)液两相充分接触,获得较高的传热效率外,还希望能综合满足下列要求:(1)生产能力大。
在较大的气(汽)液流速下,仍不致发生大量的物沫夹带及液泛等破坏正常操作的现象。
化工原理课程设计设计题目乙醇-水筛板精馏塔设计学生姓名学号班级指导教师设计时间完成时间 2化工原理课程设计任务书(一)设计题目:乙醇-水筛板精馏塔设计(二)设计任务完成精馏塔工艺优化设计、精馏塔结构优化设计以及有关附属设备的设计和选用,绘制带控制点的工艺流程图、精馏塔工艺条件图,并编制工艺设计说明书。
年产量: 10000t ;原料液浓度: 40% (乙醇质量分数);产品浓度: 93% (乙醇质量分数);乙醇回收率: 99% 。
(三)操作条件1.塔顶压强4 kPa(表压);2.进料热状况,泡点进料;;3.塔顶全凝器,泡点回流,回流比R=(1.1~2.0)Rmin4.塔釜加热蒸汽压力245 KPa(表压);5.单板压降不大于0.7 kPa;6.塔板类型筛板塔;7.工作日每年330天,每天24h连续运行;8.厂址:徐州地区。
(四)设计内容1.精馏塔的物料衡算;2.塔板数的确定;3.精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算;4.精馏塔的塔体工艺尺寸计算;5.塔板主要工艺尺寸的计算;6.塔板的流体力学验算;7.塔板负荷性能图;8.精馏塔接管尺寸计算,附属设备的确定;9.绘制带控制点工艺流程图(A2)、精馏塔工艺条件图(A2);10.符号说明;11.对设计过程的评述和有关问题的讨论;12.参考文献。
摘要精馏塔是进行精馏的一种塔式气液接触装置,又称为蒸馏塔。
有板式塔与填料塔两种主要类型。
根据操作方式又可以分为连续精馏塔与间歇精馏塔。
化工生产常需进行液体混合物的分离以达到提纯或回收有用组分的目的,精馏操作在化工、石油化工、轻工等工业生产中占有重要的地位。
为此,掌握气液平衡关系,熟悉各种塔形的操作特性,对选择、设计和分析分离过程中的各种参数是非常重要的。
在本设计中我使用了筛板塔,筛板塔的突出优点是结构简单、造价低。
当有合理的设计和适当的操作,筛板塔能满足分离要求的操作弹性,而且效率高。
精馏是最常用的分离液液混合物方式之一,是组成化工生产过程的主要单元操作,也是典型的化工操作设备之一。
化工原理课程设计分离甲醇-水混合液的筛板精馏塔设计潍坊学院小组成员:吴鑫李春阳袁旭目录第一章设计题目 (6)第二章工艺计算 (7)2.1精馏塔的物料衡算 (7)2.2塔板数的确定 (8)N的求取 (9)2.2.1理论板数T2.3工艺条件及有关物性数据计算 (10)2.3.1 图解法求理论塔板数 (10)2.3.2操作压力计算 (11)2.3.3 操作温度计算 (11)2.3.4相对挥发度的计算 (12)2.3.5平均摩尔质量计算 (12)2.3.6平均密度的计算 (13)2.3.7体平均表面张力计算 (15)2.3.8液体平均黏度计算 (16)2.3.9实际塔板数的计算 (17)2.4塔的主要工艺尺寸计算 (18)2.5塔板主要工艺尺寸的计算 (19)2.5.1溢流装置计算 (19)2.5.2塔板板面布置 (21)2.5.3筛孔计算及排列 (21)2.6筛板的流体力学验算 (22)2.6.1液面落差 (23)2.6.2液沫夹带 (23)2.6.3漏液 (23)2.7负荷性能图 (24)2.7.1漏液线(气相负荷下限线) (24)2.7.2 液体流量下限线 (24)2.7.3液体流量上限线 (25)2.7.4 过量液沫夹带线 (25)2.7.5 液泛线 (25)2.7.6塔板工作线 (28)第三章设计总结 (29)第四章附属设备的选型与设计 (31)4.1冷凝器的选择 (31)4.2再沸器的选择 (32)第五章塔附件的设计 (33)5.1接管的计算与选择 (33)5.1.1进料管 (33)5.1.2回流管 (33)5.1.3塔底出料管 (33)5.1.4塔顶蒸汽出料管 (34)5.1.5塔底进气管 (34)5.2 筒体 (34)5.3 封头 (34)5.4法兰的选取 (34)5.5裙座 (35)5.6人孔 (35)第六章塔总高度设计 (36)6.1塔顶部空间高度 (36)6.2塔总体高度计算 (36)第七章设计心得 (37)参考文献 (38)前言精馏是利用液体混合物中各组分挥发性的差异对其进行加热,然后进行多次混合蒸气的部分冷凝和混合液的部分加热汽化以达到分离目的的一种化工单元操作。
设计任务书题目:苯-甲苯混合液筛板精馏塔设计原始数据:年处理量:35000进料组成:45%(苯质量分数)塔顶产品浓度:98%(苯质量分数)塔底釜液含甲苯量不低于98%(以质量计)每年实际生产天数:330天(24小时/天)冷却水温度:30℃饱和水蒸气压力:2.5kgf/cm2(表压)泡点进料,塔顶压强为4kPa(表压),单板压降<0.7kPa,塔顶全凝,泡点回流。
R /Rmin = 1.3 。
设计内容:1.确定全套精馏装置的流程,绘出工艺流程示意图;2.精馏塔的工艺计算与结构设计:1)物料衡算确定理论板数和实际板数;(可采用计算机编程)2)按精馏段首、末板计算塔径并圆整;3)确定塔板和降液管结构;4)按精馏段的首、末板进行流体力学校核;5)绘制精馏段塔板的负荷性能图;6)进行全塔优化,要求操作弹性大于2。
3.计算塔高;4.估算冷却水用量和冷凝器的换热面积、选出冷凝器型号;估算塔顶回流泵流量、扬程,初选泵型号。
5.绘制精馏塔装配图、塔板结构布置图;6.设计结果概要或塔设计计算结果汇总;7.设计小结和参考文献。
设计基础数据表1 苯和甲苯的物理性质表2 气液相平衡数据苯-甲苯溶液,p=101.3kPa ,(p82,表3-21数据更多些)1.饱和蒸汽压:苯和甲苯的饱和蒸汽压可由Antoine方程式求算。
Logp0=A-B/(t+C)式中 t——物系温度,℃P0——饱和蒸汽压,kPa;表3 A、B、C——Antoine常数。
表4 苯和甲苯的液相密度ρ(kg/m3)表5 液体表面张力σ(mN/m)表6 液体粘度μ(mPa*s)表7 液体汽化热r(kJ/kg)(kJ/kg·K)表8 液体热容Cp=A+BT+CT2+DT3,式中T——物系温度,K;A、B、C、D——常数。
Cp目录一序言............................................................ 二流程说明、工艺流程图绘制......................................... 三设计计算.........................................................3.1 精馏塔的物料衡算.............................................3.2 塔板数的确定.................................................3.3 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算.........................3.4 精馏塔的塔体工艺尺寸计算.....................................3.5 塔板主要工艺尺寸的计算.......................................3.6 筛板的流体力学验算...........................................3.7 塔板负荷性能图............................................... 四板式塔得结构与附属设备...........................................4.1附件的计算....................................................4.1.1接管.....................................................4.1.2冷凝器...................................................4.1.3 再沸器 ..................................................4.1.4 泵的选型 ................................................4.2 板式塔结构.................................................. 五设计心得体会..................................................... 六参考文献......................................................... 七评分表........................................................... 八附录(板式塔工艺条件图、塔板结构布置图).........................一序言化工原理课程设计是综合运用《化工原理》课程和有关先修课程(《物理化学》,《化工制图》等)所学知识,完成一个单元设备设计为主的一次性实践教学,是理论联系实际的桥梁,在整个教学中起着培养学生能力的重要作用。
第一章绪论1.1 化工原理课程设计的目的和要求课程设计是《化工原理》课程的一个总结性教学环节,是培养综合运用本门课程及有关选修课程的基本知识去解决某一设计任务的一次训练。
在整个教学计划中,它也起着培养独立工作能力的重要作用。
1.2 精馏操作对塔设备的要求为了满足工业生产和需要,塔设备还得具备下列各种基本要求:(1) 气(汽)、液处理量大,即生产能力大时,仍不致发生大量的雾沫夹带、拦液或液泛等破坏操作的现象。
(2) 操作稳定,弹性大,即当塔设备的气(汽)、液负荷有较大范围的变动时,仍能在较高的传质效率下进行稳定的操作并应保证长期连续操作所必须具有的可靠性。
(3) 流体流动的阻力小,即流体流经塔设备的压力降小,这将大大节省动力消耗,从而降低操作费用。
对于减压精馏操作,过大的压力降还将使整个系统无法维持必要的真空度,最终破坏物系的操作。
(4) 结构简单,材料耗用量小,制造和安装容易。
(5) 耐腐蚀和不易堵塞,方便操作、调节和检修。
(6) 塔内的滞留量要小。
实际上,任何塔设备都难以满足上述所有要求,不同的塔型各有某些独特的优点,设计时应根据物系性质和具体要求,抓住主要矛盾,进行选型。
1.3板式塔类型在化学工业和石油工业中广泛应用的诸如吸收、解吸、精馏、萃取等单元操作中,气液传质设备必不可少。
塔设备就是使气液成两相通过精密接触达到相际传质和传热目的的气液传质设备之一。
塔设备一般分为级间接触式和连续接触式两大类。
前者的代表是板式塔,后者的代表则为填料塔,在各种塔型中,当前应用最广泛的是筛板塔与浮阀塔。
筛板塔在十九世纪初已应用与工业装置上,但由于对筛板的流体力学研究很少,被认为操作不易掌握,没有被广泛采用。
五十年代来,由于工业生产实践,对筛板塔作了较充分的研究并且经过了大量的工业生产实践,形成了较完善的设计方法。
筛板塔和泡罩塔相比较具有下列特点:生产能力大于10.5%,板效率提高产量15%左右;而压降可降低30%左右;另外筛板塔结构简单,消耗金属少,塔板的造价可减少40%左右;安装容易,也便于清理检修。
第一章绪论第一节塔设备在化工生产中的作用和地位塔设备是化工、石油化工和炼油等生产中最重要的的设备之一。
它可使气(或汽)液或液液两相之间进行紧密接触,达到相际传质及传热的目的。
可在塔设备中完成的常见的单元操作有:精馏、吸收、解吸和萃取等。
另外,工业气体的冷却与回收、气体的湿法净制和干燥,和兼有气液两相传质和传热的增湿、减湿等。
在化工厂、石油化工厂、炼油厂等中,塔设备的性能对于整个装置的产品产量、质量、生产能力和消耗定额,和三废处置和环境保护等方方面面,都有重大的影响。
据有关资料报导,塔设备的投资费用占整个工艺设备投资费用的较大比例;它所耗用的钢材重量在各类工艺设备中也属较多。
因此,塔设备的设计和研究,受到化工、炼油等行业的极大重视。
第二节塔设备的分类及一般构造塔设备经太长期进展,形成了型式繁多的结构,以知足各方面的特殊需要。
为了便于研究和比较,人们从不同的角度对塔设备进行分类。
例如:按操作压力分为加压塔、常压塔和减压塔;按单元操作分为精馏塔、吸收塔、解吸塔、萃取塔、反映塔和干燥塔;按形成相际接触界面的方式分为具有固定相界面的塔和流动进程中形成相界面的塔;也有按塔釜型式分类的。
可是长期以来,最常常利用的分类是按塔的内件结构分为板式塔和填料塔两大类,还有几种装有机械运动构件的塔。
在板式塔中,塔内装有必然数量的塔盘,气体以鼓泡或喷射的形式穿过塔盘上的液层使两相紧密接触,进行传质。
两相的组分浓度沿塔高呈阶梯式转变。
在填料塔中,塔内装填必然段数和必然高度的填料层,液体沿填料表面呈膜状向下流动,作为持续相的气体自下而上流动,与液体逆流传质。
两相的组分浓度沿塔高呈持续转变。
人们又按板式塔的塔盘结构和填料塔所用的填料,细分为多种塔型。
装有机械运动构件的塔,也就是有补充能量的塔,常被用来进行萃取操作,液有效于吸收、除尘等操作的,其中以脉动塔和转盘塔用得较多。
塔设备的构件,除种类繁多的各类内件外,其余构件则是大致相同的。
乙醇_水连续精馏筛板塔的设计说明乙醇-水连续精馏筛板塔的设计是为了分离乙醇和水这两种具有相似沸点的液体,旨在提高分离效率和产品纯度。
以下是该塔的设计说明,包括设计原理、操作参数及优化措施。
一、设计原理:乙醇-水连续精馏筛板塔的设计基于质量传递和相互溶解的原理,通过不同的工艺参数,使得乙醇和水分别在各自的汽液平衡条件下达到浓缩和净化的目的。
二、操作参数:1.塔盘布局:筛板塔通常采用倾斜式布局,乙醇-水连续精馏塔的塔盘数量和布局需要根据实际情况来确定。
常见的布局方式有竖直反流、倾斜面反流和倾斜织布式等。
2.进料方式:乙醇-水混合物通过一些塔板上的进料口进入塔中,一般采用均匀分布的喷淋器进行进料,以确保混合物能够均匀地覆盖整个塔板面积。
3.塔底回流比:为了提高塔的分离效率和稳定性,需要调整乙醇-水混合物的塔底回流比,一般控制在10-100之间,具体数值取决于乙醇和水的性质以及产品纯度的要求。
4.塔顶压力:塔顶压力的选择对塔的分离效率和产量有重要影响。
过高的顶压可能导致乙醇的损失,而过低的顶压则会影响分离效果。
三、优化措施:为了提高乙醇-水连续精馏筛板塔的分离效率和产品纯度,可以采取以下优化措施:1.适当增加塔盘数量:增加塔盘数量可以增加物质在塔中的停留时间,有利于乙醇和水的分离。
2.优化塔盘布局:选择合适的塔盘布局,使得气液流动均匀、阻力小,有利于提高分离效果。
3.控制塔底回流比:根据乙醇和水的性质和产品纯度要求,选择适当的塔底回流比,以提高分离效率并减少乙醇的损失。
4.精确控制塔顶和塔底温度:通过控制塔顶和塔底温度的变化,可以调整两种液体在塔中的沸点差异,提高分离效果。
5.使用适当的填料:填料是影响乙醇-水连续精馏筛板塔性能的重要因素,选择适当的填料可以提高传质效率和阻力噪声比。
6.操作控制:严格控制进料流量、塔顶流量和塔底回流比,合理调整操作参数,以达到最佳的分离效果和产品纯度。
总结:乙醇-水连续精馏筛板塔的设计是为了分离乙醇和水这两种具有相似沸点的液体。
化工原理课程设计说明书筛板式精馏塔设计系别:化学工程系班级:水净化1001学号:0903100108姓名:张泽于指导老师;黄秋颖目录第一部分概述 (5)一、设计目标 (5)二、设计任务 (5)三、设计条件 (5)四、设计内容 (5)五、工艺流程图 (6)第二部分工艺设计计算 (7)一、设计方案的确定 (7)二、精馏塔的物料衡算 (8)1.原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数 (8)2.原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量和质量分数 (8)3.物料衡算原料处理量 (8)三、塔板数的确定 (9)1.理论板层数T N的求取 (9)2.全塔效率T E ................................................................. 错误!未定义书签。
3.实际板层数的求取 (11)四、精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (12)1.操作压强计算 (12)2.操作温度计算 (12)3.平均摩尔质量计算 (12)4.平均密度计算 (13)5.液相平均表面张力计算 (14)6.液相平均粘度计算 (14)五、精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (15)1.塔径的计算 (15)2.精馏塔的有效高度的计算 (16)六、塔板主要工艺尺寸的计算 (16)1.溢流装置计算 (16)2.塔板布置 (18)3.筛孔数n与开孔率 ................................................... 错误!未定义书签。
七、筛板的流体力学验算 (19)1.气体通过筛板压降相当的液柱高度P h .................. 错误!未定义书签。
2.雾沫夹带量V e的验算 (20)3.漏液的验算 (21)4.液泛验算 (21)八、塔板负荷性能图 (22)1.漏液线 (22)2.雾沫夹带线 (23)3.液相负荷下限线 (24)4.液相负荷上限线 (24)5.液泛线 (24)6. 操作线 (26)九、设计一览表 (27)十、操作方案的说明: (28)附表 (29)总结 (32)参考文献 (32)第一部分概述一、设计目标分离苯—甲苯混合液的筛板式精馏塔设计二、设计任务试设计分离苯-甲苯混合物的筛板精馏塔。
目录1、符号说明 (2)2.主要物性数据 (4)2.1苯、乙苯的物理性质 (4)2.2苯、乙苯在某些温度下的表面张力 (4)2.3苯、乙苯在某些温度下的粘度 (4)2.4苯、乙苯的液相密度 (4)2.5不同塔径的板间距 (4)3.工艺计算 (5)3.1精馏塔的物料衡算 (5)3.2塔板数的确定 (5)3.3实际塔板数的求取 (6)3.4相关物性参数的计算 (7)3.4.1操作压强 (7)3.4.2平均温度 (8)3.4.3平均摩尔质量 (8)3.4.4平均密度 (9)3.4.5液体平均表面张力 (11)3.4.6气液相负荷 (11)3.5塔和塔板的主要工艺尺寸计算 (13)3.5.1塔径 (13)3.5.2溢流装置 (16)3.5.3弓形降液管宽度 (16)3.5.4降液管底隙高度 (17)3.5.5塔板布置 (17)3.5.6筛孔计算及其排列 (18)3.6筛板的流体力学计算 (18)3.6.1液面落差 (20)3.6.2液沫夹带 (20)3.6.3漏液 (20)3.6.4液泛 (21)3.7塔板负荷性能图 (21)3.7.1漏液线 (21)3.7.2雾沫夹带线 (22)3.7.3液相负荷下限线 (22)3.7.4液相负荷上限线 (23)3.7.5液泛线 (23)6.参考文献 (27)1、符号说明1.1英文字母∆P——气体通过每层筛板的压降,kPa——塔的截面积,m2ATC——负荷因子,无因次t——筛孔的中心距,m——表面张力为20mN/m的C20u——空塔气速,m/s——筛孔直径,mdo——塔板开孔区面积,m2Aan——筛孔数目——降液管截面积,m2AfP——操作压力,kPa——筛孔区面积,m2Aou——漏液点气速,m/sominD——塔径,m'——液体通过降液体系的速度,m/suoe——液沫夹带量,kg液/kg气vV——气体体积流量,m/snR——回流比——气体体积流量,m/sVs——最小回流比Rmin——边缘无效区宽度,mWcM——平均摩尔质量,kg/kmolW——弓形降液管高度,md——平均温度,℃Tm——破沫区宽度,mWsg——重力加速度,m/s2Z——板式塔有效高度,mF——筛孔气相动触因子o——出口堰与沉降管距离,mhl——与平板压强相当的液柱高度,mhcτ——液体在降液管内停留时——与液体流过降液管压强降hd相当的液柱高度,mh——板上清液高度,m f——堰上液层高度,mhowH——出口堰高度,mwH'——进口堰高度,mwhσ——与克服表面张力压强降相当的液柱高度,mL——液相H——板式塔高度,mV——气相H——降液管内清夜层高度,m dL——液体体积流量,m3/hsHF——进料处塔板间距,m HP——人孔处塔板间距,mT——理论板层数δ——筛板厚度,mμ——粘度,mPa·sρ——密度,kg/m3α——质量分率,无因次φ——开孔率,无因次——降液管的底隙高度,mhoσ——表面张力,mN/mmax——最大min——最小2.主要物性数据2.1苯、乙苯的物理性质2.2苯、乙苯在某些温度下的表面张力2.3苯、乙苯在某些温度下的粘度2.4苯、乙苯的液相密度2.5不同塔径的板间距3.工艺计算3.1精馏塔的物料衡算W D F +=W D F Wx Dx Fx +=苯的摩尔质量: 78/A M kg kmol = 乙苯的摩尔质量: 106/B M kg kmol = 原料液及塔顶,塔底产品的平均摩尔质量:()150%7850%10692/F M kg kmol =-⨯+⨯=因为5%F D W x x x ==50%、=98%、分别为原料、塔顶、产品中的苯的摩尔分数所以:5000500054.35/92F F kmol h M === ()54.35(0.50.05)26.30/0.980.05F W D W F X X D kmol h X X ⨯-⨯-===--54.3526.3028.05/W F D kmol h =-=-=3.2塔板数的确定查化工手册得苯和乙苯的t-x-y 关系T/℃ x y - 1 1 84 0.86 0.974 88 0.74 0.939 92 0.635 0.906 96 0.541 0.864 100 0.485 0.816 104 0.4 0.8 108 0.318 0.7 110.6 0.278 0.654 115 0.217 0.571 120 0.156 0.463 125 0.103 0.344 130 0.055 0.205 135 0.01 0.042 136.2 0 0由上图可得q 线与平衡线的交点坐标q q x y (,)为(0.5,0.82)则最小回流比为:min 0.980.820.50.820.5D q q qx y R y x --===--取回流比:min 1.8 1.80.50.9R R ==⨯= 则精馏塔的气液负荷: 精馏段:(1)(0.81)26.3047.34kmol/h V R D =+=+⨯=0.826.3021.04kmol/h L RD ==⨯= 提馏段:'47.34kmol/h V V =='21.0454.3575.39kmol/h L L F =+=+= 求取操作线方程精馏段操作线方程:10.440.5411D n n n x Ry x x R R +=+=+++提馏段操作线方程:1' 1.490.002''m m W m L Wy x x x V V +=-=-由x-y 图,画梯级可得理论板数为7(不包含塔釜),进料板为第4块板。
3.3实际塔板数的求取塔板效率是气、液两相的传质速率、混合和流动状况,以及板间反混(液沫夹带、气泡夹带和漏液所致)的综合结果。
板效率为设计的重要数据。
板效率与塔板结构、操作条件、物质的物理性质及流体力学性质有关,它反映了实际塔板上传质过程进行的程度。
O'Connell 对几十个工业塔及实验塔板效率进行综合归纳,认为蒸馏塔可用相对挥发度与液相黏度的乘积作为参数来关联全塔效率,其经验式为:()245.049.0-=L T E αμ式中α——相对挥发度;L μ——液相黏度,mPa ·s 。
上式中α、L μ的数据均取塔顶、塔底平均温度下的值。
此经验式的图解见下图用于多元系统时,α取关键组分间的相对挥发度;L μ取液相的平均黏度。
可按下式计算Li i L x μμ∑=式中i x ——进料中各组分的摩尔分数; Li μ——i 组分的液态黏度,mPa ·s 。
由t-x-y 曲线可知:8413298D W F t t t ===℃、℃、℃全塔平均温度:104.673D W Ft t t t ++==℃则有: 0.50.23(10.5)0.290.26LF μ=⨯+-⨯= 同理:0.231LD μ=,0.287LW μ=平均黏度:0.260.2310.2870.2593L μ++==查手册得,在104.67℃下,相对挥发度: 4.55α= 则全塔效率()()0.2450.2450.490.49 4.550.2590.47T L E αμ--=⨯=⨯⨯=计算实际塔板数 精馏段:T T N 39E 0.47P N ==≈精 提馏段: T T N 49E 0.47P N ==≈提 故全塔实际所需塔板数18=N 块 加料板位置在第9块3.4相关物性参数的计算3.4.1操作压强塔顶压强:101.3D P kPa =进料板压强: 0.7101.390.7107.6F D P P P N kPa =+⨯=+⨯=精塔釜压强: 0.7106.790.7113.9W F P P P N kPa =+⨯=+⨯=提 精馏段平均操作压强D P 104.45kPa 2F m PP +==精提馏段平均操作压强W P 111.9kPa 2Fm P P +==提全塔平均操作压强D P 108.13kPa 2W m PP +==3.4.2平均温度由前8413298D W F t t t ===℃、℃、℃精馏段平均温度: D 912Ft t t +==精℃ 提馏段平均温度: W 1152F t tt +==提℃全塔平均温度: D 1082W t tt +==℃3.4.3平均摩尔质量气相: (1)83.04/VmF F A F B M y M y M kg kmol =+-= 液相: '(1')92/LmF F A F B M x M x M kg kmol =+-= 塔顶平均摩尔质量气相: (1)78.56/VmD D A D B M y M y M kg kmol =+-= 液相: '(1')80.24/LmD D A D B M x M x M kg kmol =+-= 塔底平均摩尔质量气相: (1)104.60/VmW W A W B M y M y M kg kmol =+-= 液相: '(1')105.72/LmW W A W B M x M x M kg kmol =+-= 则精馏段平均摩尔质量气相: 83.0478.56()80.80/2Vm M kg kmol +==精液相: 9280.24()86.12/2Lm M kg kmol +==精提馏段平均摩尔质量气相:83.04105.72()94.38/2Vm M kg kmol +==提液相: 92105.72()98.86/2Lm M kg kmol +==提全塔平均摩尔质量气相: 80.8094.38()87.59/2Vm M kg kmol +==全液相: 86.1298.86()92.49/2Lm M kg kmol +==全3.4.4平均密度气相密度:RTM P Vmm Vm =ρ 精馏段: 3104.680.80() 2.79kg /8.31427391Vm m ρ⨯==⨯+精()提馏段: 3111.0594.38() 3.25kg /8.314273115Lm m ρ⨯==⨯+精()全塔: 3()()2.793.25() 3.02kg /22Vm Vm Vm m ρρρ++===精提精 液相密度:BBA A Lραραρ+=1,式中α为质量分率 查的在8413298D W F t t t ===℃、℃、℃下苯乙苯的密度为10.970.03810.5890.0LmDρ=+ , 3812.7/LmD kg m ρ= 进料板平均密度:10.420.58794.75807.58LmFρ=+ ,3802.1/LmF kg m ρ= 塔釜平均密度:10.040.96754.02764.5LmWρ=+, 3764.1/LmW kg m ρ= 精馏段平均密度:3812.7802.1()807.4kg /22LmD LmF Lm m ρρρ++===精提馏段平均密度:3F W 802.1764.1()783.1kg /22Lm Lm Lm m ρρρ++===提全塔液相平均密度:3()()807.4783.1()795.3kg /22Lm Lm Lm m ρρρ++===精提平液体平均黏度:查的在8413298D W F t t t ===℃、℃、℃温度下各组成的黏度由公式i i m x μμ∑=计算平均黏度进料板:0.500.2810.500.2520.267mPa s m μ=⨯+⨯=⋅进 塔顶:0.980.2970.020.3430.298mPa s m μ=⨯+⨯=⋅顶 塔釜:0.050.2600.950.3050.303mPa s m μ=⨯+⨯=⋅釜 精馏段平均黏度:30.2980.267()0.283kg /22m m m m μμμ++===进顶精提馏段平均黏度:30.2670.303()0.285kg /22m m m m μμμ++===进底提全塔平均黏度:30.2830.2850.284kg /22m m m m μμμ++===提精3.4.5液体平均表面张力 由公式i i ni m x σσ1=∑=进行计算查资料得8413298D W F t t t ===℃、℃、℃温度下苯乙苯的表面张力进料板表面张力:0.519.090.521.0620.08/m mN m σ=⨯+⨯=进 塔顶表面张力: 0.9818.370.0222.5118.45m /m m N σ=⨯+⨯=顶 塔底表面张力: 0.0515.420.9517.6217.51/m mN m σ=⨯+⨯=底 精馏段液体平均表面张力:20.0818.45()19.27/22m m m mN m σσσ++===进顶精提馏段液体平均表面张力:20.0817.51()18.80/22m m m mN m σσσ++===进底提全塔液体平均表面张力()19.2717.5119.04/22m mm mN m σσσ++===精(提)3.4.6气液相负荷 精馏段:(1)(0.81)26.3047.34kmol/h V R D =+=+⨯=3Vm 47.3480.800.38m /36003600 2.79Vm s VM V s ρ⨯===⨯精精0.826.3021.04kmol/h L RD ==⨯=3Lm 21.0486.120.000623m /36003600807.4Lm s LM L s ρ⨯===⨯精精32.67m /h L h =提馏段:'47.34kmol/h V V ==3Vm '47.3494.39'0.390m /36003600 3.15Vm s V M V s ρ⨯===⨯提提'75.39kmol/h L L F =+=3Lm '75.3998.86'0.00264m /36003600783.1Lm s L M L s ρ⨯===⨯提提3'8.041m /h L h =塔的工艺条件及物性数据统计汇总如下3.5塔和塔板的主要工艺尺寸计算3.5.1塔径塔径的计算按照下式计算:D =式中 D —— 塔径m ;V s —— 塔内气体流量m 3/s ; u —— 空塔气速m/s 。