精馏塔的工作原理课件_12251409

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化工原理课程设计 精馏塔的工艺设计
第一部分 精馏及塔设备概述 一、精馏原理 利用混合液中各个组分挥发度不同, 采用多次部分汽化和多次部分冷凝 进行分离,并能得到较纯组分的单 元操作。
填料塔:浓度连续变化 板式塔:浓度梯度变化, 分级接触塔---逐板计算
操作时液体从上层塔板的降液 管流下,横流过筛板后,越过 溢流堰经降液管流入下层筛板; 而蒸汽经过筛孔分散鼓泡通过 液层,逐板上升。板上形成的 鼓泡层是传质,传热进行的主要 区域。
Rmin
x D yq y q x q ,也可以用做图法求交点。
其中利用 t~x~y 关系图, 查得塔顶塔底的温度, 进而求取 全塔的平均温度,从而可以根据全塔平均温度求取全塔平均相 对挥发度。 R m in —最小回流比 式中: R ---回流 —全塔平均相对挥发度
2、理论板数的计算 a、确定q线方程,求Rmin及R、L b、精馏段操作线方程 c、提馏段操作线方程L/=L+qF V/=V+(q-1)F d、用作图法确定理论板数 e、求实际板数Np=NT/ET f、塔底再沸器的蒸汽用量 g、塔顶全凝器的冷却水用量 (25℃——35℃)
设备费用 回流比
Rmin
R
塔效率的计算
实际板数的确定 板效率:利用奥康奈尔的经验公式
E T 0 .4 9

(教材 283 页)其中: —塔顶与塔底的平均温度下的相对挥发度
L

0 .2 4 5
L —塔顶与塔底的平均温度下的混合液相粘度, mpa s
对于多组分的液相粘度: L
LM mL LS 3600 L
1
L

x苯


1 x苯
甲苯
注意:计算液体密度时,用的是质量分数,平 均摩尔质量用摩尔分数
四、塔板工艺尺寸的计算
查tm下液相和气相的X苯、 Y苯
M Lm M 苯 x苯 M甲苯 x甲苯

M mV M 苯 y苯 M甲苯 y甲苯
L V
LS VS
一、化工原理课程设计任务书
1、设计题目 常压精馏塔工艺设计 2、设计时间: 3、原始设计数据 (1)每年处理量(吨/年): 8000 8500 9000 9500 10000 10500 11000 11000 12000 (2)料液浓度:40% 42% 45% 46% 48% (苯质量分率) (3)塔顶产品浓度:95% 96% 97 % 98% (苯质量分率) (4)塔底釜液含甲苯量不低于 90%, 92% 94% 96% (甲苯质量分率) (5)生产方式:年工作日300天,每天24小时连续运行,其余时间检修。 (6)精馏塔塔顶压强:4 kPa(表压) (7)冷却水进口温度:30℃ (8)塔底加热饱和水蒸汽压力:0.25MPa(表压) (9)进料热状态:饱和液体 (10)回流比R=(1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8 )Rmin。 (11)设备型式:筛板塔 (12)单板压降:小于等于0.9kPa
4、设计要求及内容: (1)综述
化工原理课程设计任务书
(2)精馏流程、设备及操作条件的确定。 (3)塔的工艺计算及塔板结构参数计算: 包括物料衡算,回流比选择,进料热状况的选择,理论塔板数的 计算,塔径、板间距的确定,塔板参数计算,塔的结构参数及水力 学性能的检验,塔效率的估算,实际塔板数的确定,塔高的确定, 画出塔板负荷性能图。 (4)计算结果一览表(工艺计算一览表、塔结构设计一览表) (5)设计总结及讨论 (6)参考文献目录 (7)所有计算均需注明公式及数据的来源 (8)设计图纸: 1)流程图 ,2)塔板结构图, 3)设计计算用图
1、全塔的物料衡算
总物料
F P W
L xp F xF
P xp 易挥发组分
FxF Pxp WxW
xF xw PF xP xw xP xF W F xP xw
塔顶产品
W xw
塔底残液
W F P
2、理论板数的计算 需收集苯和甲苯物系基础数据(包括物理性 质,如沸点、分子量、饱和蒸汽压、液相密度、 粘度、表面张力,汽液平衡数据等),根据物系 的相平衡数据绘制物系的温度组成图,气液平衡 相图。
阶梯溢流 结构复杂, 适用于大塔径 负荷大的塔。
一般可根据初估塔径和液体流量, 塔板的液流型式。
四、塔板工艺尺寸的计算
4. 溢流堰装置的设计计算 溢流堰 堰长 lw 单流型 lw 为(0.6 ~ 0.8)D 双溢流 lw 为(0.5 ~ 0.7)D 也可由溢流强度计算筛板及浮阀塔的 lw :
连续精馏的流程图
连续精馏的流程图
连续精馏的流程图
连续精馏的流程图
三、精馏塔的工艺计算
主要内容包括; (1)物料衡算 (2)确定回流比 (3)确定理论板数和实际板数 (4)塔的气液负荷计算 (5)热量衡算 塔设备的生产能力一般以千克/小时或吨/年表示, 但在理论板计算时均须转换成kmol/h,在塔板设计时, 气液流量又须用体积流量m3/s表示。因此要注意不 同的场合应使用不同的流量单位。
四、塔板工艺尺寸的计算
平均温度tm下(精馏段、提馏段分开算)
• •
m 苯 x苯 +甲苯 x甲苯
V V L W
/ /
kmol/h m3/s
VM mV VS 3600 V
V
Pm M m V Pm M m V RT 8 .3 1 ( 4 t m 2 7 3)
四、塔板工艺尺寸的计算
对精馏塔而言,自塔底向塔顶方向 ,蒸汽中易挥发组分(轻组分)的含 量越来越高,自塔顶向塔底方向,液 体中难挥发组分(重组分)含量越来 越高,而温度分布是塔顶的温度最低 ,塔底温度最高。
yn 1
n-1
yn
xn 1
n
xn
yn 1
n+1
xn 1
y 从上一块板下来的液相 xn 与从下一块上来的气相 n 1 1 接触传质,形成新的气液相xn ,yn离开筛板分别向上和
L V
史密斯 关联图(教材285页)
四、塔板工艺尺寸的计算
两相流动参数 (横坐标)
L V
S S

L V
初选塔板间距 HT=(参考)选取板上清液层高度由图查得 C20= ? 气体负荷因子(纵坐标)

液泛气速
C C 20 20
0 .2
u max C

L
V
V
降液管
HT
受液盘 ho
Aa W's Wd
x
Ws D D
Lw
t
A'f
四、塔板工艺尺寸的计算 溢流堰的类型
U型流 小液体负 荷,液体流 程长,板面 利用好,板 效较高,但 液面落差大。
双溢流
单流型 液体流程 较长,板面利 用好, 塔板 结构简单,直 径2.2米以下 的塔。
流程短可 减少液面落 差,但板面 利用率低且 结构复杂, 用于液体负 荷大,直径 2m以上塔。
确定回流比
一般是先求出最小回流比,然后根据
R 1 . 1 — 2 R min ,确定回流比
R m in 是根据汽液相平衡方程 y
x 1 1
q xF q 线方程 y x q 1 q 1
联 立 求 得 交 点
xq
yq , 然 后 代 入 方 程
塔板的作用
•塔板提供了汽液分离的 场所。 •每一块塔板是一个混合 分离器 •足够多的板数可使各组 分较完全分离
5
加料板及最优的进料位置
原料液加入的塔板称为加料板。加料板以上部 分,称为精馏段,起提纯原料中易挥发组分的作 用;以下部分(含加料板),称为提馏段,起提纯 原料中难挥发组分的作用。 最优的进料位置一般应在塔内液相或汽相组成 与进料组成相近或相同的塔板上。 进料位置过高,使塔顶产品的组成偏低;进料 位置偏低,塔釜产品中易挥发组分含量增高,从 而降低易挥发组分的回收率。
L i —液态组分 i 的粘度, x i — 液相中组分 i 的摩尔分率 N理 实际理论板数 N 实 ET
适用于
2017-12-17
xi mpa s
Li
,且板上液流长度≤1.0的一般工业板式塔。 L 0 . 1 ~ 7 . 5
四、塔板工艺尺寸的计算 1、塔高的计算(有效高度)
向下流动。
回流是精馏操作必不可少的条件,提供塔 内与上升气相接触传质的液相。也是区分蒸 馏和精馏的主要标志。
二、塔设备简介
塔设备是 使气液成两相通过紧密接触达到相际传 质和传热目的的气液传质设备之一。 塔设备一般分为阶跃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。
板 式 塔
NT Z E 1 H T
T
板间距HT选取的一般依据(见教材表7-2)
塔径D/m 板间距HT/mm 0.3~0.5 200~300 0.5~0.8 250~350 0.8~1.6 300~450 1.6~2.4 350~600 2.4~4.0 400~600
选定时,还要考虑实际情况,塔底塔顶的高度另加。
— 最 大 空 塔 气 速 , m/s
L 、V
—分 别 为 液 相 与 气 相 密 度 , k g m 3
负荷系数 C C 20
20
Fra Baidu bibliotek
( C20 值 可 由 Smith 关 联 图 求 取 )
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四、塔板工艺尺寸的计算
L V
2017-12-17
S S

填料塔 液体分布器 塔壳 填料层
封头 支承板
三、 板式塔结构
它主要由圆柱形 壳体、塔板、溢流堰、 降液管及受液盘等部件 构成。
板式塔内流体的流动
在塔板上,气液两相密切接触,进行热量和质量 的交换。在板式塔中,气液两相逐级接触,两相的组 成沿塔高呈阶梯式变化,在正常操作下,液相为连续 相,气相为分散相。 一般而论,板式塔的空塔速度较高,因而生产能力 较大,塔板效率稳定,操作弹性大,且造价低,检修、 清洗方便,故工业上应用较为广泛。
和 HT-hL 查出C20
计算 C u
(max)

u、D重新校核u
四、塔板工艺尺寸的计算
塔径圆整 将计算所得塔径向系列标准圆整 400、500、700、800、1000 ······· 4600 变径塔或通径塔
四、塔板工艺尺寸的计算
3. 溢流装置设计(教材302页)
how hw
Af Hd
溢流堰 hL
四、板式塔分类
泡罩塔 筛板塔 浮阀塔 喷射型塔板
筛 板 塔
浮 阀 塔
接触面 积少效 率低
不利于传 热和传质
良好的接触状态
接触状态好
五、筛板塔的特点
筛板塔在十九世纪初已应用于工业装置上,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。
一、综述
第二部分 筛板式精馏塔设计方法
包括 课程设计的意义、本设计的任务等。 二、精馏流程、设备及操作条件及设计方案的确定 简要叙述精馏的原理、流程和基本操作条件及设计方案(设 计思路)的选择。
确定设计方案总的原则是在可能的条件下,尽量采用科学 技术上的最新成就,使生产达到技术上最先进、经济上最合理 的要求,符合优质、高产、安全、低消耗的原则。为此,必须 具体考虑如下几点 1.满足工艺和操作的要求 2.满足经济上的要求 3.保证安全生产
气液混合进料0<q<1
y
泡点进料 q=1
冷液体进料 q>1
饱和蒸汽进料q=0
(xF,xF)
过热蒸汽进料q<0
(xw,xw) x xW
适宜回流比的选择
回流比R 操作线斜率 理论板数 冷凝器再沸器负荷 操作线与平衡线距离 塔高 操作费用 设备费用
费用
总费用 操作费用
R (1.1 ~ 2.0) R m in
五、筛板塔的特点
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。
筛板塔外形图
第二部分
一、综述
筛板式精馏塔设计方法
下达任务书,分配任务
二、精馏流程、设备及操作条件的确定 三、精馏塔的工艺计算 四、塔板工艺尺寸的计算
四、塔板工艺尺寸的计算
2、 塔 径 D 的 初 估 与 圆 整
根据流量公式计算塔径,即
D
4V S u
3 式 中 Vs — 塔 内 的 气 相 流 量 , m s
u — 空 塔 气 速 , m/s
u 0.6 ~ 0.8 u m ax
umax
L V C V

0 .2
umax
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