常压操作的连续精馏塔内分离苯、氯苯混合物课程设计（可编辑）

常压操作的连续精馏塔内分离苯、氯苯混合物课程设计
化工原理设计
常压操作的连续精馏塔内分离苯－氯苯混合物
系别应用化学与环境工程系专业班级应用化工化学级2班作者学号指导教师完成日期
2012年5月31日
塔设备设计任务书二
一设计题目
在一常压操作的连续精馏塔内分离苯－氯苯混合物要求年处理量为358万吨原料组成为苯38％质量分率下同馏出液组成为0998 二操作条件
操作压力 4kPa表压
进料状况自选
回流比自选
单板压降＜07kPa
全塔效率ET＝52％
三塔板类型
筛板塔
四工作日
每年300天每天24小时连续运行
五厂址
建厂地址蚌埠地区
六设计内容
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
9绘制生产工艺流程图
10绘制塔体及内件尺寸图
11对设计过程的评述和有关问题的讨论
七设计基础数据
苯氯苯纯组分的饱和蒸汽压数据
温度 80 90 100 110 120 130 1318 Pi0×0133－1kPa 苯 760 1025 1350 1760 2250 2840 2900 氯苯 148 205 293 400 543 719 760 其他物性数据可查有关手册
学生签名
指导教师签名
教研室主任签名
系主任签名
目录
课程设计任务书2
目录 2
设计计算5
1第一章精馏流程的确定5
2第二章精馏塔工艺尺寸的计算 5
2 1设计方案的确定5
2 2 精馏塔的物料恒算5
23 原料液及塔顶塔底产品的平均摩尔质量 5
24 原料液及塔顶底产品的摩尔流率 5
25塔板数确定5
3第三章精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算7 31操作压力计算7
32操作温度计算7
34平均密度计算8
35液体平均表面张力计算9
36液相平均粘度的计算9
4第四章精馏塔的塔体工艺尺寸的计算9
41塔径的计算9
42精馏塔有效高度的计算10
5第五章塔板主要工艺尺寸的计算11 51溢流装置计算11
52塔板布置12
6第六章筛板的流体力学验算12
61塔板压降12
62液面落差13
63液沫夹带13
64漏液14
65液泛14
7第七章塔板负荷性能图14
71漏液线14
72液沫夹带线15
73液相负荷下限线16
74液泛线16
75液相负荷上限线16
8第八章接管尺寸计算 18
81进料管 18
82回流管18
83塔底出料管18
84塔顶蒸气出料管18
85塔底进气管18
86筒体19
87封头19
88除沫器19
89裙座19
810人孔 19
811塔总体高度的设计 20
9第九章所设计的筛板的主要结果汇总于表20
10第十章参考资料 21
11小结21
设计计算
精馏流程的确定
1塔顶压强4kPa表压
2进料热状况泡点进料q 1
3回流比R 2Rmin
4单板压降不大于07kPa
5年工作日300天每天24 小时连续运行
第二章精馏塔工艺尺寸的计算
21 设计方案的确定
在一常压操作的连续精馏塔内分离苯－甲苯混合物要求年处理量为3万吨组成为苯38质量分率下同馏出液组成为0998塔釜液组成为002
22 精馏塔的物料衡算
苯的摩尔质量 MA 7811kgkmol
氯苯的摩尔质量 MB 11256kgkmol
23 原料液及塔顶塔底产品的平均摩尔质量
kgkmol
kgkmol
kgkmol
24 原料液及塔顶底产品的摩尔流率
依题给条件一年以 300 天一天以 24 小时计有
kmolh
联立 F DW 0469F 09986D000288W
解得F 432227 kmolhD 196247 kmolhW 235980 kmolh
25塔板数确定
⑴ q值由于是泡点进料所以q 1
⑵相对挥发度的计算
各温度计苯的气液相比公式
温度 80 90 100 110 120 130 1318 XA 1 0677 0442 0263 0127 0019 0 YA 1 0913 0785 0613
0376 0072 0 各温度计苯对氯苯的相对挥发度理想状态下相对挥发度或
计算苯的平均相对挥发度
温度 80 90 100 110 120 130 1318 XA 1 0677 0442 0265 0127 0019 0 X 514 500 461 440 414 395 382 各温度的平均值
泡点进料 xq xF 0469
故最小回流比 Rmin 06196
取操作回流比 R 12392
④求精馏塔的气液相负荷
⑤求操作线方程
精馏段操作线方程为
提馏段操作线方程
平衡方程
y1 xD 09986 xq xF 0469 xw 000288
第1块 y1 09986 x1 09939
第2块 y2 09960 x2 09825
第3块
第4块
第5块
第6块
第7块
第8块
x8 03525 xq 0469 则第8块进料第9块
第10块
第11块
第12块
xW 002
精馏段实际板层数
提留段实际板层数
第三章精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算
以精馏段为例
31操作压力计算
塔顶操作压力
每层塔板压降
进料板压力
精馏段平均压力
32操作温度计算
依据操作压力有泡点方程通过试差法计算出泡点温度其中苯氯苯的饱和蒸汽压由安托尼方程计算
苯㏒p° 69056-1211 t22079
氯苯㏒p° 69459-1423 t216
计算结果如下
塔顶温度0C
进料板温度0C
精馏段平均温度0C
33平均摩尔质量计算
塔顶平均摩尔质量计算
由
kgkmol
kgkmol
进料板平均摩尔质量计算
精馏段平均摩尔质量
34平均密度计算
气相平均密度计算
由理想气体状态方程式计算即液相平均密度计算
液相平均密度依计算
塔顶液相平均密度计算
由0C查手册得 kg
kg
进料板液相平均密度计算
由0C查手册得 kgm3 kgm3 进料板液相的质量分率
kgm3
精馏段液相平均密度为
kgm3
35液体平均表面张力计算
液相平均表面张力依计算
塔顶液相平均表面张力的计算
由0C查手册得
进料板液相平均表面张力的计算
由0C查手册得
精馏段液相平均表面张力为
36液相平均粘度的计算
液相平均粘度依计算
塔顶液相平均粘度的计算
由0C查图得mPa·smPa·s
解出
进料板液相平均粘度的计算
有 0C查手册得
解出
精馏段液相平均表面粘度为
第四章精馏塔的塔体工艺尺寸计算41塔径的计算
精馏段的气液相体积流率为
m3s
m3s
由
式中C由计算其中的C20由图查取查取图的横坐标为
取板间距板上液层高度则
HT-HL 040-006 034m
查书图的
取安全系数为07则空塔气速为
按标准塔径圆整后为
塔截面积为
实际空塔气速为
42精馏塔有效高度的计算
精馏塔有效高度为
提馏段有效高度为
在进料板上方开3人孔其高度为
故精馏塔的有效高度为
第五章塔板主要工艺尺寸的计算
51溢流装置计算
因塔径可选用单溢流弓形降液管采用凹形受液盘各项计算如下
堰长
溢流堰高度
选用平直堰堰上液层高度how 近似取E 1则
塔板上清液层高度
故
弓形降液管宽度和截面积
由图5-7得
依据公式验算液体在降液管中的停留时间即
故降液管设计合理
④降液管底隙高度
取
则
故降液管底隙高度设计合理
选用凹形受液盘深度
52塔板布置
塔板的分块
因故塔板采用分块式查表得塔板分为3块
边缘区宽度确定
取
开孔区面积计算
开孔区面积
其中
故
④筛孔计算及其排列
本题所处理的物系无腐蚀性可选用碳钢板取筛孔板直径
筛孔板按正三角形排列取孔中心距t为
筛孔数目为个
开孔率
气体通过阀孔的气速为ms
第六章筛板的流体力学验算61塔板压降
干板阻力计算
干板阻力由式
由查图得
故液柱
气体通过液层的阻力计算
气体通过液层的阻力由式计算ms
kg12 sm12
查图得
故m 液柱
液体表面张力的阻力计算
液体表面张力所产生的阻力
m 液柱
气体通过每层塔板的液柱高度 m液柱
气体通过每层塔板的压降为
07 kPa 设计允许
62液面落差
对于筛板塔液面落差很小且本例的塔径和液流量均不大故可忽略液面落差的影响
63液沫夹带
液沫夹带量计算
25hL
故kg液kg气 01kg液kg气
故在本设计中液沫夹带量在允许范围内
64漏液
对筛塔板漏液点气速
ms
实际孔速
稳定系数为
故在本设计中无明显漏液
65液泛
为防止塔内发生液泛降液管内液层高应服从
苯氯苯物系属一般物系取 05则
m
而
板上不设进口堰可有
m液柱
m液柱
故在本设计中不会发生液泛现象
第七章塔板负荷性能图
71漏液线
由 44
E
得
整理得
在操作范围内任取几个值计算出值计算结果列如表
Lsm3s 00006 00015 00030 00045 Vsm3s 01860 01924 02004 02068 由上表数据即可作出漏液线1
72液沫夹带线
以 01kg液kg气为限求关系如下
由
25hL 25hwhow 01499
005189
故 01297
- 02703-
整理得
在操作范围内任取几个值计算出值计算结果如表
Lsm3s 00006 00015 00030 00045 Vsm3s 07463 06985 06406 05920 由上表数据即可作出液沫夹带线2
73液相负荷下限线
对于平直堰取堰上液层高度 0006m作为最小液体负荷标
准由公式得
取E 1则
据此可作出与液体流量无关的垂直液相负荷下限线3
74液相负荷上限线
以 4s作为液体在降液管中停留时间的下限
4
故
据此可作出与气体流量无关的垂直液相负荷上限线4
75液泛线
令
联立得 --1 1
忽略将与与与的关系式代入上式并整理得
将有关的数据代入得 032239
01417
19584508
16573
故
在操作范围内任取几个值计算出VS值计算结果如表
Lsm3s 00006 00015 00030 00045 Vsm3s 06350 05987
05272 04200
由上表数据即可作出液泛线5
根据以上各线方程可作出筛板塔的负荷性能图在负荷性能图上作出操作点A连接OA即可作出操作线由图可
看出该筛板的操作上限为液泛控制下限为漏液控制由图查得0601 0208
故操作弹性为
第八章接管尺寸计算
81进料管
进料管的结构类型很多有直管进料管T型进料管弯管进料管本设计采用直管进料管管径计算如下
取
3s
82回流管
采用直管回流管取uR 1ms
83塔底出料管
取uW 1ms直管出料
84塔顶蒸气出料管
直管出气取出口气速
85塔底进气管
采用直管取气速则
86筒体
筒径800mm壁厚选6mm
87封头
封头分为椭圆形封头蝶形封头等几种本样封设计采用椭圆形封头由公称直径D 800mm可查得曲面高h1 200mm直边高度内表面积F 0792m3容积V 00871m3选用封头Dg800×6JB1154-73
88除沫器
在空塔气速较大塔顶带液现象严重以及工艺过程中不许出塔气速夹带雾滴的情况本设计采用丝网除沫器其具有比表面积打质量轻空隙大使用方便的优点
设计气速选取u K ρLρV ρV 05系数K 0107
u 0107× 853********* 31101 05 10052
除沫器直径D 4VS314u 05 4×03265314×10052 05 065
89裙座
塔底常用裙座支撑裙座的结构性能好连接处产生的局部阻力小所以它是塔设备的主要支座形式为了制作方便一般采用圆筒形由于裙座内径为800mm故裙座壁厚取16mm
基础环内径Dbi 8002×16 -02×103 632mm
基础环外径Dbo 8002×16 02×103 1032mm
经圆整后裙座取Dbi 07mDbo 12m基础环厚度考虑到腐蚀余量去10mm考虑到再沸器裙座高度取18m
810人孔
人孔是安装或检修人员进出塔的唯一通道人孔的设置应便于人进出任何一层塔板由于设置人孔处塔间距离大且人孔设备过多会使制造时塔体的弯曲度难以达到要求一般每隔10块板才设一个孔本塔中共20块板需设置3个人孔每个人孔直径为450mm板间距为600mm 裙座上应开2个人孔直径为450mm人孔深入塔内部应与塔内壁修平其边缘需倒棱和磨圆人孔法兰的密封面形状及垫片用材一般与塔的接管法兰相同本设计也是如此
811塔总体高度的设计
塔的顶部空间高度
塔的顶部空间高度是指塔顶第一层塔盘到塔顶封头的直线距离
取除沫器到第一块板的距离为600mm塔顶部空间高度为1200mm 塔的底部空间高度
塔的底部空间高度是指塔底最末一层塔盘到塔底下封头切线的距离釜液停留时间取5min
HB
塔立体高度
H1 HTN 400× 20-1 3×450 895m
H H1H顶HBH封H裙 89512077680718 134268m
九所设计的筛板的主要结果汇总于表
序号项目精馏段提馏段 1 平均温度tm℃951925 118065 2 平均压力PmkPa 1102 1158 3气相流量Vs m3s 03265 03697 4 液相流量Ls m3s 70723×10-4 7679710-4 5 实际塔板数14 6 6 有效段高度Zm 52 2 7 塔径m 08 08 8 板间距m 04 04
9 溢流形式单溢流单溢流10 降液管形式弓形弓形11 堰长m 0528 0528 12 堰高m 005189 00514 13板上液层高度m 006 006 14 堰上液层高度m 82728×10-3 85637×10-3 15 降液管底隙高度m 003515 003322
16 安定区宽度m 007 007 17 边缘区宽度m 004
004 18 开孔区面积m2 03079 03079 19 筛孔直径m 0005 0005 20 筛孔数目 1581 1581 21 孔中心距m 0015 0015 22 开孔率101 101 23 空塔气速ms
06495 07354 24 筛孔气速ms 104991 118883 25 稳定系数17468 1949 26 每层塔板压降Pa 617 679 27负荷上限液泛控制液泛控制28 负荷下限漏液控制漏液控制29 液沫夹带ev kg液kg气73689×10-3 00105 30气相负荷上限 m3s 0601 0405 31 气相负荷下限m3s 0208 0210 32 操作弹性 2899 1928 十参考资料
[1]贾绍义柴诚敬化工原理课程设计天津大学出版社20011年9月
[2]夏清陈常贵化工原理天津大学出版社2005年1月
[3]国家医药管理局上海医药设计院化工工艺设计手册1986年12月
十一小结
在此次设计的全过程中我们达到了最初的目的对化工原理有了较深入的认识对化工设备的设计方面的知识有了较全面的认识熟悉了板式塔设计的全过程及工具用书我去图书馆查阅了这方面的有关书籍并上了一些网站检索了相关内容从中学到了很多知识受益匪浅这次课程设计我投入了不少时间和精力我觉得这是完全值得的我独立思考勇于创新的能力得到了进一步的加强
- 2 -
Sheet3
Sheet2 Sheet1 Chart1 Lsm3s A
lsmin ls
OA
000E-00 000E-00 000E-00 000E-00 00
00
00
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000E-00 000E-00 000E-00 000E-00 000E-00
000E-00 000E-00 000E-00 00
00
00
00
00
000E-00 00
00
1
2
5
lsmin ls
OA
1
2
5
lsmin ls
OA
000E-00 000E-00 000E-00 000E-00 000E-00 00
000E-00 000E-00 000E-00 000E-00 000E-00 000E-00 000E-00 000E-00 000E-00 000E-00 000E-00 000E-00 000E-00 000E-00 000E-00
000E-00 00
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