填料精馏塔设计

《化工原理课程设计》说明书

设计题目：环戊烷—苯混合液板式精馏塔设计

学 院 化工与药学院 专 业 化学工程与工艺 年级班别 09级化工工艺1班 学 号 2009402010110 学生姓名 陆忠红 2011 年 12 月

JINGCHU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

目录

1.设计任务书 (3)

2.前言 (3)

3.精馏塔工艺设计 (4)

4.气液平衡 (5)

5.精馏塔的工艺设计计算 (7)

5.1精馏塔的工艺 (7)

5.2 热量衡算 (8)

5.3 精馏塔主要尺寸的设计 (11)

5.4 物性参数的计算 (14)

5.5 填料层高度的计算 (16)

6.塔附件设计 (19)

6.1塔管径的计算及选型 (21)

6.2除沫器 (22)

7.塔板布置图 (23)

8.塔板负荷性能图 (24)

9总结 (25)

填料精馏塔设计

一，课程设计任务书

1.设计题目

分离苯-环戊烷混合物的填料精馏塔。

2.设计数据及条件

生产能力：年处理苯-环戊烷混合液3000t/年（年开工300天）

原料：环戊烷含量为50%（质量百分比，下同）的常温液体。

塔顶产品要求含量不低于99%，塔底轻组分的含量不高于2%。

3．操作条件

（1）常压操作；

（2）回流液温度为塔顶蒸汽的露点温度；

（3）间接蒸汽加热，加热蒸汽压为5Kgf/cm^2(即，490KPa)；

（4）冷却水进口温度为25℃；

（5）设备热损失为加热蒸汽供热量的5%。

4. 设计内容

a 精馏塔的工艺设计计算

（1）物料衡算；（2）塔温确定。

b 精馏塔的结构设计

（1）塔结构的设计；（2）塔板主要工艺尺寸的计算；

（3）流体力学验算；（4）操作性能负荷图。

c 接管设计

d 辅助设备的计算及选型

二前言

1 与物性有关的因素

（1）易起泡的物系在板式塔中有较严重的雾沫夹带现象或引起液泛，故选用填料塔为宜。因为填料不易形成泡沫。本设计为分离苯和环戊烷，故选用填料塔。（2）对于易腐蚀介质，可选用陶瓷或其他耐腐蚀性材料做填料，对于不腐蚀的介质，则可选金属性质或塑料填料，而本设计分离苯和环戊烷，耐腐蚀性小可选用金属填料、

2 与操作条件有关的因素

（1）传质速率受气膜控制的系统，选用填料塔为宜。因为填料塔层中液相为膜状流、气相湍动，有利于减小气膜阻力。

（2）难分离物系与产品纯度要求较高，塔板数很多时，可采取高效填料。（3）若塔的高度有限制，在某些情况下，选用选用填料塔可降低塔高，为了节约能耗，故本设计选用填料塔。

（4）要求塔内持液量、停留时间短、压强小的物系，易用规整填料。

3 流程确定和说明

1 加料方式

加料方式有两种：高位槽加料和泵直接加料。本设计用泵直接加料。因为其结构简单、安装方便。

2 进料状况

进料状况一般有冷液进料、泡点进料。本设计用泡点进料，因为采用泡点进料，不仅对稳定塔操作较方便，而且不受季节温度影响。泡点进料是，给予衡摩尔流家丁精馏段和提留段塔径基本相等，制造上较为方便。

3 塔顶冷凝方式

塔顶冷凝采用全凝器，用水冷凝，苯和环戊烷不反应。且容易冷凝，故使用全凝器。塔顶出来的气体温度不高，冷凝后回流液和产品温度不高无需进一步冷却。此次分离液是想得到液体环戊烷，选用全凝器符合要求。

4 回流方式

回流方式可分为重力回流和强制回流。由于本次设计为小型塔，故采用重力回流。

5 加热方式

加热方式分为直接蒸汽和间接蒸汽加热。本次设计采用间接蒸汽加热。

6 加热器

采用U型管蒸汽间接加热器，用水蒸气做加热剂。因为塔小，可将加热器放在塔内，即再沸器，这样釜液部分企划，维持了原有浓度，减小了理论板数。四精馏塔设计计算

1 操作条件与基础数据

（1）操作压力

精馏操作按操作压力分为常压、减压和加压操作。对于乙醇-水系统在常压

下相对挥发度较大，较易分离，故本设计采用常压精馏。

（2）气。液平衡关系及平衡数据（如下表）

苯-环戊烷平衡时的t、x、y数据(由蒸汽压计算而得）

根据以上数据绘出x-y平衡图如下；

(3) 物料平衡计算

a 物料衡算。

已知F′= 3000t/年，（一年按300天计算），x

F = 99%,x

F

= 50%,xW =2%

M

C5H10 = 70 Kmol

Kg M

C6H6

= 78 Kmol

Kg

摩尔分率: X

F =

78

/

50

70

/

50

70

/

50

+

= 0.527 = 52.7%

X

D =

78

/2

70

/

99

70

/

99

+

= 0.982 =98.2%

X W =

78

/9970/270

/2+ = 0.0198 =1.98%

进料的平均相对分子量

M =0.527×70 +（1-0.527）×78 =73.78(Kg/Kmol) b 根据气液平衡表利用内差法求塔顶温度VD t 、LD t 及塔釜温度W t ，进料温度

F t 。

①塔顶温度LD t ,VD t :

8.3

3-0018.3

3-8.29 = 4.96-9.34 4.96-LD t 解有LD t = 51.12℃

2.36-0018.29-001 = 4.96-9.34

3.49tvD 解有VD t = 50.04℃

②塔釜温度W t ：

.6

7-0.98

1-0 = 0.18-6.670.18-W t 解有W t = 79.19℃

③进料温度F t ：

7

.16-2.757.61-7.02 = 8.86-7.72-7.72F t 解有F t = 59.07℃

c 回流比和塔板数的确定

用捷算法计算： αD =

xA yB xB

yA •• = ()()8.86-1008686-1008.86×× = 1.07

α

W

= xA yB xB

yA •• = ()()16.7-1008.08.0-10016.7×× = 9.56

α

F

= xA yB xB

yA •• = ()()04

.53-1007.207.20-10004.53×× = 4.33

α = F W D 3ααα = 333.456.907.1××

= 3.54 min N =

α

lg lg

W

D xA xB

xB xA =

54

.3lg 008

.0008

.0186.0186.0lg ×

= 5.23