苯-氯苯板式精馏塔设计
新疆工业高等专科学校
课程设计说明书
题目名称:年产15000吨苯-氯苯板式精馏塔课
格式及要求
1、摘 要
1)摘要正文
(小四,宋体)
摘要内容200~300字为易,要包括目的、方法、结果和结论。 2)关键词 XXXX;XXXX;XXXX (3—8个主题词) (小四,黑体) 2、目录格式
目 录(三号,黑体,居中)
1 XXXXX(小四,黑体) ……………………………………………1 1.l XXXXX(小四,宋体) ……………………………………………2 1.1.1 XXXXX(同上) …………………………………………………3
3、说明书正文格式:
1. XXXXX (三号,黑体) 1.1 XXXXX(四号,黑体) 1.1.1 XXXXX(小四,黑体) 正文:XXXXX(小四,宋体) (页码居中)
4、 参考文献格式:
列出的参考文献限于作者直接阅读过的、最主要的且一般要求发表在正式出版物上的文献。参考文献的著录,按文稿中引用顺序排列。
参考文献内容(五号,宋体) 示例如下:
期刊——[序号]作者1,作者2…,作者n.题(篇)名,刊名(版本),出版年,卷次(期次)。
图书——[序号]作者1,作者2…,作者n..书名,版本,出版地,出版者,出版年。 5、.纸型、页码及版心要求: 纸 型: A4,双面打印 页 码: 居中,小五
版心距离:高:240mm(含页眉及页码),宽:160mm 相当于A4纸每页40行,每行38个字。 6、量和单位的使用:
必须符合国家标准规定,不得使用已废弃的单位。量和单位不用中文名称,而用法定
符号表示。s
课程设计任务书
日
教研室主任(签名) 系(部)主任(签名) 年 月 日
摘 要
化工生产常需进行二元液相混合物的分离以达到提纯或回收有用组分的目的,精馏是利用液体混合物中各组分挥发度的不同并借助于多次部分汽化和多次部分冷凝达到轻重组分分离目的的方法。
塔设备是化工、炼油生产中最重要的设备类型之一。本次设计的筛板塔是化工生产中主要的气液传质设备。
关键词:分离;苯__氯苯; 精馏;筛板塔。
目录
1.苯-氯苯分离过程筛板板式精馏塔设计任务 ...................................................................... - 4 -
1.1设计题目 ...................................................................................................................... - 4 - 1.2操作条件 ...................................................................................................................... - 4 - 1.3设计内容 ...................................................................................................................... - 5 - 2.基础数据 ................................................................................................................................ - 5 - 3.设计方案的确定及工艺流程的说明 .................................................................................... - 6 -
3.1工艺草图 ...................................................................................................................... - 6 - 3.2工艺流程说明 .............................................................................................................. - 7 - 4.1料液及塔顶底产品含苯的摩尔分率 .......................................................................... - 7 - 4.2平均摩尔质量 .............................................................................................................. - 7 - 4.3料液及塔顶底产品的摩尔流率 .................................................................................. - 7 - 5.塔板数的确定 ........................................................................................................................ - 8 -
5.1理论塔板数的求取 ...................................................................................................... - 8 - 5.2实际塔板数 .................................................................................................................. - 9 -
5.2.1全塔效率 ........................................................................................................... - 9 - 5.2.2实际塔板数 ..................................................................................................... - 10 -
6.塔的操作工艺条件及相关物性数据的计算 ...................................................................... - 10 -
6.1平均压强 .................................................................................................................... - 10 - 6.2平均温度 .................................................................................................................... - 10 - 6.3平均分子量 ................................................................................................................ - 10 - 6.4平均密度 .................................................................................................................... - 11 - 6.5液体的平均表面张力 ................................................................................................ - 11 - 6.6液体的平均粘度 ........................................................................................................ - 12 - 7.精馏段的汽液负荷计算 ...................................................................................................... - 12 - 8.塔和塔板主要工艺结构尺寸的计算 .................................................................................. - 13 -
8.1塔径 ............................................................................................................................ - 13 - 8.2溢流装置 .................................................................................................................... - 14 - 8.3塔板布置 .................................................................................................................... - 15 - 8.4开孔数和开孔率 ........................................................................................................ - 15 - 9.塔板上的流体力学验算 ...................................................................................................... - 16 -
9.1气体通过筛板压降的验算 ........................................................................................ - 16 -
9.1.1气体通过干板的压降hc................................................................................. - 16 -
9.1.2.气体通过板上液层的压降 ............................................................................ - 16 -
9.1.3.气体克服液体表面张力产生的压降hσ ....................................................... - 16 - 9.1.4.气体通过筛板的压降(单板压降)hp和Δpp ............................................ - 16 -
9.2雾沫夹带量的验算 .................................................................................................... - 17 - 9.3漏液的验算 ................................................................................................................ - 18 - 9.4液泛的验算 ................................................................................................................ - 18 - 10.塔板负荷性能图 ................................................................................................................ - 18 -
10.1雾沫夹带线 .............................................................................................................. - 18 - 10.2液泛线 ...................................................................................................................... - 19 - 10.3液相负荷上限线 ...................................................................................................... - 19 - 10.4漏液线 ...................................................................................................................... - 19 - 10.5液相负荷下限线 ...................................................................................................... - 20 - 11.提馏段的汽液负荷计算 .................................................................................................... - 21 - 12.塔的附属设备选型 ............................................................................................................ - 21 -
12.1接管 .......................................................................................................................... - 21 -
12.1.1进料管 ........................................................................................................... - 21 - 12.1.2回流管 ........................................................................................................... - 21 - 12.1.3塔釜出料管 ................................................................................................... - 22 - 12.1.4塔顶蒸汽出料管 ........................................................................................... - 22 - 12.1.5塔釜进气管 ................................................................................................... - 22 - 12.2塔总体高度的计算 .................................................................................................. - 22 -
12.2.1塔的顶部空间高度 ....................................................................................... - 22 - 12.2.2塔的底部空间高度 ....................................................................................... - 22 - 12.2.3塔总体高度 ................................................................................................... - 22 -
13.设计结果概要及汇总 ........................................................................................................ - 23 - 14.绘制生产工艺流程图 ........................................................................................................ - 24 - 15.绘制精馏塔设计条件图 .................................................................................................... - 25 - 16.主要符号说明 .................................................................................................................... - 26 - 17.结束语 ................................................................................................................................ - 26 - 主要参考文献 .......................................................................................................................... - 27 -
1.苯-氯苯分离过程筛板板式精馏塔设计任务
1.1设计题目
设计一座苯-氯苯连续精馏塔,要求年产纯度为99.8%的氯苯15000t,塔顶馏出液中含氯苯不高于2%。原料液中含氯苯为38%(以上均为质量%)。
1.2操作条件
1.塔顶压强4kPa(表压); 2.进料热状况,自选; 3.回流比,自选;
4.塔底加热蒸汽压力0.5MPa(表压);
5.冷却水温度35度; 6.单板压降不大于0.7kPa;
7.塔板类型筛板或浮阀塔板(F1型); 8.工作日每年300天,每天24小时连续运行。
1.3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.绘制精馏塔设计条件图;
11.绘制塔板施工图(可根据实际情况选作); 12.对设计过程的评述和有关问题的讨论。
2.基础数据
1.组分的饱和蒸汽压pi(mmHg)
2.苯 ρA9121.187t 推荐:ρA912.131.1886t
71.11t1 推荐:ρB1124.41.0657t 氯苯 ρB112
式中的t为温度,℃。 3.组分的表面张力σ(mN/m)
双组分混合液体的表面张力σm可按下式计算:
σm
σAσB
(xA、
xB为A、B组分的摩尔分率)
σAxBσBxA
4.氯苯的汽化潜热
常压沸点下的汽化潜热为35.3×103kJ/kmol。纯组分的汽化潜热与温度的关系可用下式 表示:
r2r10.38
tct2
ttc1
0.38
(氯苯的临界温度:tc359.2C)
5.其他物性数据可查化工原理附录。
3.设计方案的确定及工艺流程的说明
3.1工艺草图
图 1-1 工艺流程简图
3.2工艺流程说明
一整套精馏装置应该包括精馏塔、原料预热器、再沸器、冷凝器、釜液冷却器和产品冷却器等设备。热量自塔釜输入,物料在塔内经多次部分气化与部分冷凝进行精馏分离,由冷凝器和冷却器中的冷却介质将余热带走。
苯—氯苯混合液原料经预热器加热到泡点温度后送入精馏塔进料板,在进料板上与自塔上部下降的的回流液体汇合后,逐板溢流,最后流入塔底。在每层板上,回流液体与上升蒸汽互相接触,进行热和质的传递过程。操作时,连续地从再沸器取出部分液体作为塔底产品,部分液体气化,产生上升蒸汽,一起通过各层塔板。塔顶蒸汽进入冷凝器中被冷凝,并将部分冷凝液送回塔顶作为回流液,其余部分经冷凝器冷凝后送出作为塔顶产品,经冷凝器冷却后送入贮槽。塔釜采用再沸器加热。塔底产品经冷却后送。
4.精馏塔的物料衡算
4.1料液及塔顶底产品含苯的摩尔分率
苯和氯苯的相对摩尔质量分别为78.11和112.61kg/kmol。
xFxD
62/78.11
0.702
62/78.1138/112.6198/78.11
0.986
98/78.112/112.61
xW
0.2/78.11
0.00288
0.2/78.1199.8/112.61
4.2平均摩尔质量
MF =78.11×0.702+(1-0.702)×112.61=88.39kg/kmol
MD78.110.98610.986112.6178.59kg/kmol
112.61112.5kg/kmol MW78.110.0028810.00288
4.3料液及塔顶底产品的摩尔流率
t/a2083.3kg/h,全依题给条件:一年以330天,一天以24小时计,有:W15000
塔物料衡算:
FDW
0.38F0.02D0.998W
F5659.6/88.3964.03kmol/hF5659.6kg/h
D3576.3kg/h D3576.3/78.5945.51kmol/h
W2083.3/112.518.52khmol/W2083.3kg/h
5.塔板数的确定
5.1理论塔板数的求取
苯-氯苯物系属于理想物系,可采用梯级图解法(M·T法)求取NT,步骤如下: 1.根据苯-氯苯的相平衡数据,利用泡点方程和露点方程求取x~y
依据xptpB/pApB,ypAx/pt,将所得计算结果列表如下:
因为操作压力偏离常压很小,所以其对x~y平衡关系的影响完全可以忽略。
2.确定操作的回流比R
将1.表中数据作图得x~y曲线及tx~y曲线。在x~y图上,因q1,查得 ye0.92,而5xexF0.702,xD0.986。故有:
Rm
xDye0.9860.925
0.274 yexe0.9250.702
考虑到精馏段操作线离平衡线较近,故取实际操作的回流比为最小回流比的2倍,即: R2Rm20.2740.548 3.求理论塔板数 精馏段操作线:y
xR
xD0.35x0.64 R1R1
和0.702,0.884两点的直线。 ,0.00288提馏段操作线为过0.00288
WFD 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 x(y)摩尔分数
图1-3苯-氯苯物系的温度组成图
图解得NT9.518.5块(不含釜)。其中,精馏段NT13块,提馏段NT25.5块,第4块为加料板位置。
5.2实际塔板数
5.2.1全塔效率
选用ET0.170.616logμm公式计算。该式适用于液相粘度为0.07~1.4mPa·s的烃类
物系,式中的μm为全塔平均温度下以进料组成表示的平均粘度。
塔的平均温度为0.5(80+131.8)=106℃(取塔顶底的算术平均值),在此平均温度下查化工原理附录11得:μA0.24mPas,μB0.34mPas。
mAxFB1xF0.240.7020.3410.7020.2698
ET0.170.616logμm0.170.616log0.2670.52 5.2.2实际塔板数
精馏段:Np13/0.525.77块,取Np16块 提馏段:Np25.5/0.5210.58块,取Np211块 总塔板数NpNp1Np217块。
6.塔的操作工艺条件及相关物性数据的计算
6.1平均压强
取每层塔板压降为0.7kPa计算。 塔顶:pD101.34105.3kPa 加料板:pF105.30.76109.5kPa 塔底: pw101.30.5101.8kPa
精馏段平均压强:pm1105.3109.5/2107.4kPa 提馏段平均压强:pm2101.8109.5/2105.7kPa
6.2平均温度
查温度组成图得:塔顶为80℃,加料板为88℃,塔底温度131.8℃。 精馏段 :tm18088/284℃ 提馏段 :tm2131.888/2109.9℃
6.3平均分子量
塔顶: y1xD0.986,x10.940(查相平衡图)
MVD,m0.98678.1110.986112.6178.59kg/kmol
MLD,m0.94078.1110.940112.6180.18kg/kmol
加料板:yF0.935,xF0.702(查相平衡图)
MVF,m0.93578.1110.935112.6180.35kg/kmol MLD,m0.70278.1110.702112.6188.39kg/kmol
精馏段:MV,m78.5980.3579.47kg/kmol
ML,180.1888.39/284.29kg/kmol
提镏段:y20.0108 x20.00288(查相平衡图) MV,2112.2380.70/296.46kg/kmol ML,2112.4288.39/2100.41kg/kmol
6.4平均密度
塔顶:ρLD,A912.131.1886t912.131.188680817.0kg/m3
ρLD,B1124.41.0657t1124.41.0657801039.1kg/m3 1ρLD,m
aAa0.980.02
BρLD,m820.5kg/m3 ρLD,AρLD,B817.01039.1
进料板:ρLF,A912.131.1886t912.131.188688807.5kg/m3
ρLF,B1124.41.0657t1124.41.0657881030.6kg/m3 1
LF,m
aA
LF,A
aB
LF,B
0.620.38
LF,m879.88kg/m3 807.51030.6
塔底:Lw,A912.131.1886t912.131.1886131.8755.47kg/m3 Lw,B1124.41.0657t1124.41.0657131.8983.94kg/m3
1
Lw,m
aA
Lw,A
aB
Lw,B
0.980.02
Lw,m757.58kg/m3
755.47983.94
精馏段:L,1820.5879.88/2850.19kg/m3 提馏段:L,2757.58879.88/2818.73kg/m3
6.5液体的平均表面张力
塔顶:σD,A21.08mN/m;σD,B26.02mN/m(80℃)
σAσB
σD,mσxσx
BAAB21.0826.02
21.14mN/m
D21.080.01426.020.986
进料板:σF,A20.20mN/m;σF,B25.34mN/m(88℃)
AB20.2025.34
F,m20.20mN/m xx
20.200.29825.340.702BAFAB
塔底:w,A15.2mN/m;w,B20.3mN/m(131.8℃)
AB15.220.3w,m20.28mN/m xx
15.20.9971220.30.00288BAwAB
精馏段:m121.1420.20/220.67mN/m 提镏段:m220.2820.20/220.24mN/m
6.6液体的平均粘度
塔顶:查化工原理附录11,在80℃下有:
μLD,mμAxADμBxBD0.3150.9860.4450.0140.317mPas 加料板:μLF,m0.280.7280.410.2720.315mPas
塔底Lw,mAxAwBxBw0.0920.002880.2220.997120.2217mPas精馏段:
L,m0.3170.318/20.3175mPas
提镏段:L,m0.22170.318/20.2698mPas
7.精馏段的汽液负荷计算
汽相摩尔流率VR1D1.54845.5170.45kmol/h 汽相体积流量Vs1
VMV,m13600V,m
70.4579.65
0.541m3/s
36002.88
汽相体积流量Vh0.541m3/s1948.4m3/h
液相回流摩尔流率LRD0.54845.5124.94kmol/h 液相体积流量Ls1
LML,m13600L,m
24.9484.29
0.00069m3/s
3600850.19
3
液相体积流量Lh0.00069m3/s2.475m/h
8.塔和塔板主要工艺结构尺寸的计算
8.1塔径
精馏段:
1.初选塔板间距HT450mm及板上液层高度hL60mm,则:
HThL0.450.060.39m
2.按Smith法求取允许的空塔气速umax(即泛点气速uF)
(安全系数)max ,
max由
式中,c可由史密斯关联图得,横标的数值为: 查Smith通用关联图得C200.08
负荷因子CC20
20泛点气速: umaxC
0.2
20.670.08
20
0.2
0.0805
LV/V
0.0805
850.192.88/2.881.3808m/s
3.取安全系数为0.7,则空塔气速为 u0.7umax0.9665m/s 4.精馏段的塔径
D1
0.849 m
圆整取D900mm,此时的操作气速u0.9665m/s。 提馏段:
1/2
1/2
Ls2L2 横坐标数值:Vs2V1
3.07103818.73
0.6622.88
''
0.077
''
取板间距 HT0.45 hL=0.07m 则HT
''
''
hL0.38 m
查图可知:c20
"
0.076 cc20
20
0.2
0.087
max0.0871.46 m/s
0.907m
''
2
0.7max
1.025 m/s D2
''
圆整为1.0m 横截面积AT
4
1.020.785 m2
''
空塔气速:20.662/0.7850.84 m/s
8.2溢流装置
采用单溢流型的平顶弓形溢流堰、弓形降液管、平形受液盘,且不设进口内堰。 1.溢流堰长 (1) 精馏段:
取lw0.6D0.60.90.54m
堰上溢流强Lh/lw2.475/0.544.583m3/mh100~130m3/mh,满足浮阀板塔的 堰上溢流强度要求。 (2) 提馏段: h
''
ow
2.8436003.071032/3
()0.02 m 10000.6
''""''
hwhLhow0.070.020.05 m
2.出口堰高
hwhLhow
对平直堰how0.00284ELh/lw
2/3
2.5由lw/D0.6及Lh/lw2.475/0.542.511.55,查化工原理课程设计图5-5得E1,
于是:
how0.0028412.475/0.54
2/3
0.0078m0.006m(满足要求)
hwhLhow0.060.00780.0522m(3)降液管的宽度Wd和降液管的面积Af由lw/D0.7,查化原下P147图11-16得Wd/D0.14,Af/AT0.09,即:
Wd0.224m,AT0.785D22.01m2,Af0.181m2。 液体在降液管内的停留时间
τAfHT/Ls0.1810.5/0.0021342.46s5s(满足要求) 3.降液管的底隙高度
(1)精馏段:液体通过降液管底隙的流速一般为0.07~0.25m/s,取液体通过降液管底隙的
0.08m/s,则有: 流速uo
ho
Ls0.00069
0.02m(ho不宜小于0.02~0.025m,本结果满足要求) 0.540.08lwuo
(2)提馏段
''
取u0.10 m/s 则:ho
''o
Ls2lw
''o
0.051 m 取ho''0.05 m
''
都不小于0.02m,故ho满足要求。 ho和ho
8.3塔板布置
(1)边缘区宽度Wc与安定区宽度Ws
边缘区宽度Wc:一般为50~75mm,D >2m时,Wc可达100mm。
安定区宽度Ws:规定D1.5m时Ws75mm;D1.5m时Ws100mm; 本设计取Wc60mm,Ws100mm。 (2)开孔区面积Aa
π2x
Aa2xR2x2Rsin1
180R
π0.476
20.0.7420.47620.742sin1
1800.740
1.304m2式中:xD/2WdWs0.80.2240.1000.476m
RD/2Wc0.80.0600.740m
8.4开孔数和开孔率
取筛孔的孔径do5mm,正三角形排列,筛板采用碳钢,其厚度δ3mm,且取
t/do3.0。故孔心距t3515mm。
11581031158103
Aa1.3046711(孔) 每层塔板的开孔数n22t15
每层塔板的开孔率υ
0.907
t/do2
0.907
0.101(υ应在5~15%,故满足要求) 32
每层塔板的开孔面积AoυAa0.1011.3040.132m2 气体通过筛孔的孔速uoVs/Ao1.795/0.13213.60m/s 4.精馏段的塔高Z1
Z1Np11HT810.53.5m
9.塔板上的流体力学验算
9.1气体通过筛板压降的验算
9.1.1气体通过干板的压降hc
uohc0.051Co
ρV13.602.8940.0510.0504m ρ0.8847.1L
2
2
式中孔流系数Co由do/δ5/31.67查图11-10得出,Co0.8。 9.1.2.气体通过板上液层的压降
hlβhwhowβhL0.60.060.036m 式中充气系数β的求取如下:
气体通过有效流通截面积的气速ua,对单流型塔板有:
ua
Vs1.7950.981m/s
ATAf2.010.181
动能因子FauaV0.2.8941.669
查化原图11-12得β0.60(一般可近似取β0.5~0.6)。 9.1.3.气体克服液体表面张力产生的压降hσ
4σ421.26103hσ0.00205m
ρLgdo847.19.810.0059.1.4.气体通过筛板的压降(单板压降)hp和Δpp
hphchlhσ0.05040.0360.002050.088m
(不满足工艺要求,需重ΔppρLghp847.19.810.088731Pa0.731kPa0.7kPa新调整参数)。
现对塔板结构参数作重新调整如下: 取Wc50mm,Ws75mm。 开孔区面积Aa
π2x
Aa2xR2x2Rsin1
180R
π0.501
20.0.75020.50120.7502sin1
1800.750
1.382m2式中:xD/2WdWs0.80.2240.0750.501m
RD/2Wc0.80.0500.750m 开孔数n和开孔率υ
取筛孔的孔径do5mm,正三角形排列,筛板采用碳钢,其厚度δ3mm,且取
t/do3.0。故孔心距t3515mm。
11581031158103
Aa1.3827113(孔) 每层塔板的开孔数n22t15
每层塔板的开孔率υ
0.907
t/do2
0.907
0.101(υ应在5~15%,故满足要求) 2
3
每层塔板的开孔面积AoυAa0.1011.3820.140m2 气体通过筛孔的孔速uoVs/Ao1.795/0.14012.86m/s 气体通过筛板压降hp和Δpp的重新验算
uohc0.051Co
ρV12.862.8940.0510.045m ρ0.8847.1L
2
2
气体通过筛板的压降(单板压降)hp和Δpp
hphchlhσ0.0450.0360.002050.083m
ΔppρLghp847.19.810.083690Pa0.69kPa0.7kPa(满足工艺要求)
9.2雾沫夹带量的验算
3.2
5.710ua5.71060.981eV3σHh0.52.50.0621.2610 Tf0.00725kg液/kg气0.1kg液/kg气(满足要求)
6
3.2
式中:hf2.5hL,验算结果表明不会产生过量的雾沫夹带。
9.3漏液的验算
漏液点的气速uom
uom4.4Co
0.00560.13hLhσρL/ρV
4.40.80.00560.130.060.002847.1/2.894
6.430m/s
筛板的稳定性系数K
uo12.86
2.01.5(不会产生过量液漏) uom6.430
9.4液泛的验算
为防止降液管发生液泛,应使降液管中的清液层高度HdΦHThw
HdhphLhd
Ls
hd0.153lh
wo
0.002130.153m 0.000981.120.0238
2
2
Hd0.0830.060.000970.144m
0.275m ΦHThw0.50.50.0496
HdΦHThw成立,故不会产生液泛。
通过流体力学验算,可认为精馏段塔径及塔板各工艺结构尺寸合适,若要做出最合理的设计,还需重选HT及hL,进行优化设计。
10.塔板负荷性能图
10.1雾沫夹带线
泛点率
Fb
据此可作业负荷性能图中的物沫夹带线,按泛点泛80%计算。 1.精馏段
整理得:0.0570.0583vs0.955Ls
即vs0.9816.38Ls (7-2)
由上式知物沫夹带线为直线,则在操作范围内作取两个LS值,算出VS,作出雾沫夹带线(1) 2.提馏段:
""
整理得:0.174=0.0594vs+1.210 即vs=2.93-20.37L"s
10.2液泛线
(HThW)hphchdhch1hhLhd
由此确定液泛线,忽略式中h
2
vuoL3600Ls2/32.84
0.153(s)2(1o)hwE() (HThW)5.34
L2glwho1000lw
而 u0 精馏段
vs
2
d0/4v
2.88vs2122/3
0.2535.34142.56L1.5(0.05690.6008Ls1s1)224
0.785630.039850.1929.81
2/3
整理得:vs211.05891L25.6352Ls1s1
10.3液相负荷上限线
液体的最大流量应保证降液管中停留时间不低于3-5s,液体降液管内停留时间
AH
fT35 s。以5s作为液体降液管内停留时间的下限,则:
Ls
AH0.0440.45
0.004 m3/s LsmaxfT
55
10.4漏液线
对于 F1 型重阀,依F0=5作为规定气 体最小负荷的标准,则vs精馏段:
(vs1)min
4
2
doNuo
4
0.0392630.2216 m3/s
提馏段
:
(vs2)min
4
0.039274
0.2603 m3/s 10.5液相负荷下限线
取堰上液层高度how0.006作为液相负荷下限条件作出液相负荷下限线,该线为气相流量无关的竖直线。
2.843600(LS)min0.0061000
取E=1则E0.006Lsmin
2.8411000lw由以上4.5-4.10可作出负荷性能图,图如下: 由塔板负荷性能图可看出:
3/2
lw
0.0005m3/s 3600
1.在任务规定的气液负荷下的操作p处在操作区内的适中位置。 2.塔板的气相负荷上限完全由物沫夹带线控制,操作下限由漏液控制;
3.按固定的液气比,由图可查出塔板的气相负荷上限Vmax=0.662m3/s,气相负荷下限
Vmin0.2216 m3/s。
所以:精馏段操作弹性为:0.662/0.2216=2.9874;提馏段操作弹性为:
0.004/0.0005=8.
图 4-3 精馏段负荷性能图
(H表示液泛线,I表示液沫夹带线,J表示液漏线,C表示负荷下限,E代表负荷上限。)
11.提馏段的汽液负荷计算
饱和液体进料,q=1 汽相摩尔流率
V"V(q1)FV0.0196Kmol/s 液相回流摩尔流率
L"LqF(24.9464.03)/36000.025Kmol/s 则有质量流量:L2ML2L"100.410.0252.51Kg/s V2MV2V"96.460.01961.90Kg/s 体积流量: LS2L2/L22.51/818.73=3.07103 m3/s VS2V2/V252.47/2.880.662 m3/s
12.塔的附属设备选型
12.1接管
12.1.1进料管
进料管的要求很多,有直管进料管、弯管进料管、丁型进料管。本设计采用直管进料管,管径如下:
D
取uF=1.6m/s ,tF=88°C
LF,m879.88kg/m3
1.5107
vS0.000658m3/s
360030024879.88
D
0.0229m=22.9mm
12.1.2回流管
采用直管回流管,取uR1.8 m/s,
L=24.94kmol/h
dR
0.0216m21.6mm
12.1.3塔釜出料管
取uW1.6 m/s,直管出料tW=131.8℃,Lw,m757.58kg/m3 ,
0.0247m24.7mm dw
12.1.4塔顶蒸汽出料管
直管出气,,取出口气速:u=20 m/s,V,m2.88kg/m3
Vs1D
VMV,m13600V,m
70.4578.59
0.534m3/s,
36002.88
0.1844m184.4mm。
12.1.5塔釜进气管
采用直管,取气速u=23m/s, V,m2
pm2MV,2RTm2
105.796.46
3.20kg/m3
8.314273109.90.019112.5
0.668m3/s
3.20
V"V(q1)FV0.0196Kmol/s, v D
0.1923mm192.3m
12.2塔总体高度的计算
12.2.1塔的顶部空间高度
塔的顶部空间高度Hd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间的距离为600 mm,塔顶部空间高度为1200 mm。 12.2.2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5 min。
HB(tLs260Rv)/AT0.6 (53.07103600.142)/0.7850.61.59m 12.2.3塔总体高度
H1HTN5(600450)0.45(171)50.157.95m HH1HBH顶H裙H封7.951.590.4931.2=14.23 m
13.设计结果概要及汇总 浮阀塔工艺设计计算结果总表
14.绘制生产工艺流程图
图2-1 生产工艺流程图 15.绘制精馏塔设计条件图
b
a1
a3
图2-2 精馏塔设计条件图
2
52
16.主要符号说明
Aa—塔板开孔区面积m2; Af—奖液管截面积m2 A0—筛孔总面积m2; AT—塔截面积m2
d0—筛孔直径,m ev—液沫夹带量kg(液)/kg(气) D—塔径,m; ET—总板效率 F—气相动能因子,kg/(sm); E—液流收缩系数 h1—与板上液层阻力相当的液柱高度,m t——筛孔的中心距,m h2—板上清液层高度,m; h0—降液管的底隙该度,m h0w—堰上液层高度,m; hw—出口堰高度,m
Hb——塔底空间高度;m Hd——降液管内清液层高度, m Hd——塔顶空间高度,m HT——塔板间距,m K——稳定系数
12
12
Lw——堰长,m
Ls——液体体积流量,m3/s n——筛孔数目
△Pp——气体通过每层筛板的压降,Pa r——鼓泡区半径,m u——空塔气速,m/s Uf——泛点气速。m/s Uo——气体通过筛孔的速度。m/s Uo
min
——漏液点气速。m/s
Vs——气体体积流量,m3/s WL——液体质量流量 kg/s WV——气体质量流量,kg/s Wc——边缘无效区宽度,m Wd——边缘区宽度,m Ws——安定区宽度,m
17.结束语
通过本次课程设计,提高了我分析问题,解决问题,理论联系实际,独立思考问题等能力。本次课程设计的结果是全组成员很多天同心协力的结果。不同的分工使得我们遇到不同的困境,然而在小组成员积极的探讨之下,我们解决了一个又一个的问题。这次的课程设计不仅使我们加深了对化工原理课程中的一些精馏知识的理解,懂得了学以致用,同时,在查阅资料的同时也丰富了课外知识,为以后的毕业设计和工作打下了坚实的基础。
在本次设计中我们也发现了自己的很多不足之处,知道了自己学习中的薄弱环节在哪里,对知识的掌握还存在盲点,总而言之,本次课程设计让我们获益匪浅,我们相信在以后的专业设计中能做的更好。
从设计结果看,本设计基本上是可行的,但仍存在一些不足之处,在此我们将体会和不足总结如下:
(1)本次设计的是苯-氯苯精馏塔,由于该物系非理想物系,所以不能用逐板法求取理论板数,因此本设计选用图解法。设计中很多数据都是由x-y图或t-x-y图读出。 (2)在物性计算中,一定注意要取平均值,而不能直接应用某个温度下的物性。 (3)对塔板流体力学的验算是一项繁冗而耗时的工作,因此要认真对待,仔细计算,尽力将错误减小到最低值。
(4)从设计总体看,各设计过程和结果是相互关联,相互影响的。对某一设计值若取的不好,就很有可能影响到后边乃至全设计的结果。因此,在作设计时一定要统筹全局,不能顾此失彼。
(5)本设计中对一些数据的选取均选了经验值或参考值,这使计算不够精确。实际工作中应尽量查取精确值。
(6)由于是很少用AutoCAD,导致我们不能很好的绘出相平衡图,以及流程图、设备图,还望老师批评指正。
主要参考文献
[1]路秀林,王者相,等编《塔设备》,第一版,化学工业出版社,2004年1月。 [2]陈敏恒,丛德滋,等编《化工原理》,第三版,化学工业出版社,2006年5月。
b
[3]《化工过程及设备课程设计参考资料》,第一版, 人民教育出版社,2010年2月。 a
2
152
1
a
3