1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上Department of Environmental Science and Engineering課程設(shè)計(jì)說明書課程名稱分離正庚烷-正辛烷混合液的篩板精餾塔設(shè)計(jì) 姓 名 學(xué) 號(hào) 班 級(jí) 指導(dǎo)教師 校方 企方設(shè)計(jì)地點(diǎn) 設(shè)計(jì)時(shí)間 2014年5月31日 目 錄1. 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求.31.1 設(shè)計(jì)任務(wù).3 1.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容.32. 主要基礎(chǔ)數(shù)據(jù).33. 設(shè)計(jì)計(jì)算.43.1設(shè)計(jì)方案的確定43.2精餾塔的物料衡算43.3塔板數(shù)的確定53.4精餾塔工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)63.5精餾塔塔體工藝尺寸計(jì)算83.6全凝器冷凝介質(zhì)的消耗量 .93.7再沸器加熱介質(zhì)的消耗量.104. 篩板

2、塔設(shè)計(jì)結(jié)果匯總 .115. 工藝流程圖 .116. 設(shè)計(jì)感想 .127. 參考文獻(xiàn) .12設(shè)計(jì)題目：分離正庚烷-正辛烷混合液的篩板精餾塔1. 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)在一常壓操作的連續(xù)塔精餾塔內(nèi)分離正庚烷-正辛烷混合物。原料液年處理量為20000t，料液濃度為50%（正庚烷質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。要求塔頂產(chǎn)品正庚烷濃度為98.5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)），塔底釜液中正辛烷濃度不低于98%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。設(shè)計(jì)條件如下：操作壓力進(jìn)料熱狀況回流比單板降壓全塔效率建廠地址4kPa泡點(diǎn)進(jìn)料20.7kPaEr=55%遼寧大連根據(jù)上述工藝條件進(jìn)行篩板塔的設(shè)計(jì)計(jì)算。1.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容1.設(shè)計(jì)方案的確定及流程說明；2.工藝計(jì)算；3.

3、主要設(shè)備工藝尺寸設(shè)計(jì)；4.設(shè)計(jì)結(jié)果匯總；5.工藝流程圖；6.設(shè)計(jì)感想。2. 主要基數(shù)數(shù)據(jù)表1 正庚烷和正辛烷的物理性質(zhì)項(xiàng)目分子式分子量沸點(diǎn)/°C臨界溫度/°C臨界壓強(qiáng)/kPa正庚烷C7H16100.2198.5201.71620正辛烷C8H18114.22125.62962510表2 常壓下正庚烷-正辛烷的氣液平衡與溫度的關(guān)系溫度/°C98.4105110115120125.6正庚烷（g）yA1.000.810.6730.4910.2800正辛烷（l）xA1.000.6560.4870.3110.1570以上為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，也可用安托尼(Antoine)公式計(jì)算：lg

4、P°=A-Bt+C表3 A、B、C取值溫度/°CABC正庚烷6.021263.91216.432正辛烷6.051356.36209.635表4 液體密度(Kg/m3)溫度/°C20406080100120140正庚烷684.8667.4649.4630.7611.0590.3568.3正辛烷703.7705.6689.4672.7655.437.4618.7表5 液體表面張力(10-3N/m)溫度/°C20406080100120140正庚烷20.1818.216.2614.3612.5110.78.952正辛烷21.5419.6417.7815.951

5、4.1612.4110.71表6 液體表面粘度(10-3 Pa·s)溫度/°C20406080100120140正庚烷0.4170.3420.2860.2420.2080.1810.143正辛烷0.5450.4360.3580.4000.2550.2190.190表7 液體汽化熱(KJ/mol)溫度/°C8090100110120正庚烷375364352348335正辛烷3703603503453333.設(shè)計(jì)計(jì)算3.1設(shè)計(jì)方案的確定 本設(shè)計(jì)任務(wù)為分離苯-甲苯混合物。對(duì)于二元混合物的分離，應(yīng)采用連續(xù)精餾流程。設(shè)計(jì)中采取飽和液體進(jìn)料，即泡點(diǎn)進(jìn)料。將原料液通過預(yù)熱器加熱

6、至泡點(diǎn)都送入精餾塔內(nèi)。塔頂上升蒸汽采用全凝器，冷凝液在泡點(diǎn)下一部分回流至塔內(nèi)，其余部分經(jīng)產(chǎn)品冷卻后送至貯罐。該物系屬易分離體系，最小回流比較小，故操作回流比取最小回流比的2倍。塔釜采用飽和蒸汽加熱，塔頂產(chǎn)品冷卻后送至貯罐。3.2精餾塔的物料衡算(1)原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分?jǐn)?shù)正庚烷的摩爾質(zhì)量：MA = 100.21 Kg/Kmol正辛烷的摩爾質(zhì)量：MB = 114.22 Kg/Kmol xF=nAnA+nB=50100.21+50114.22=0.5327 原料液的摩爾組成：xD=98.5100.2198.5100.21+(100-98.5)114.22=0.9868 X=2100.21

7、(100-98)100.21+98114.22=0.0227(2)原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量 MF=xFMA+1-xFMB=0.5327×100.21+1-0.5327×114.22=106.7569kgmol MD=xDMA+1-xDMB=0.9868×100.21+1-0.9868×114.22=100.395kgmol Mw=xwMA+1-xwMB=0.0227×100.21+1-0.0227×114.22=113.902kgmol(3)全塔物料衡算進(jìn)料量：F=2××24106.7569=14.99

8、kmol/h 由全塔的物料衡算方程可寫出： F=D+W D=7.93kmol/h FxF=DxD+Wxw W=7.06kmol/h3.3塔板數(shù)的確定(1)理論塔板層數(shù)NT正庚烷-正辛烷屬于理想物系，采用圖解法求理論塔板數(shù)由設(shè)計(jì)手冊(cè)查得正庚烷-正辛烷物系的氣液平衡數(shù)據(jù)，繪出x-y圖。求最小回流比(Rmin)及操作回流比(R)采用作圖法求最小回流比。泡點(diǎn)進(jìn)料(q=1)，即q為直線。在圖中對(duì)角線上，自點(diǎn)e(0.5327,0.5327)做垂線ef即為進(jìn)料線(q線),q線與平衡線交于點(diǎn)d,d點(diǎn)坐標(biāo)為yq=0.7066,xq=0.5327。故最小回流比：Rmin=xD-yqyq-xq=0.9868-0.7

9、0660.7066-0.5327=0.28020.1739=1.61R = 2Rmin = 3.22精餾塔的氣、液相負(fù)荷 L=RD=25.5346kmol/h V=L+D=33.4646 kmol/h L=L+qF=40.5246 kmol/h V=V+(q-1)F=33.4646 kmol/h操作線方程精餾段操作線方程：yn+1=RR+1xn+xDR+1=0.76xn+0.234提餾段操作線方程：ym+1=L'V'xm-WV'xw=1.21xm-0.005圖解法求理論塔板數(shù) 在圖上做操作線，由點(diǎn)（0.9868,0.9868）起在平衡線與操作線間畫階梯，直到階梯與平衡線

10、交點(diǎn)小于0.0227為止。由此得到理論板NT=15塊（含再沸器）。其中，精餾段7塊，提餾段8塊（含進(jìn)料板）。第8塊為進(jìn)料板。實(shí)際塔板層數(shù)Np的求取精餾段實(shí)際板層數(shù)：N精 =7/0.5513 提餾段實(shí)際板層數(shù)：N提 =7/0.5513 總實(shí)際板數(shù)：NP=N精+N提=263.4精餾塔工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù) 以精餾段為例進(jìn)行計(jì)算(1)操作壓力 塔頂操作壓力：PD=101.3+4=105.3kpa 每層塔壓降：p=0.7kpa 進(jìn)料板壓力：PF=105.3+0.7×13=114.4kpa 精餾段平均壓力：Pm=(105.3+114.4)/2=109.85kpa(2)操作溫度 根據(jù)表1的常壓下

11、正庚烷=正辛烷的氣液平衡常數(shù)與溫度的關(guān)系。有內(nèi)插法求得： 塔頂溫度：tD=98.49 進(jìn)料板溫度：tF=113.85 精餾段平均溫度：tm=(98.49+113.85)/2=106.2(3)平均摩爾質(zhì)量塔頂氣、液混合物平均摩爾質(zhì)量：由xD=y1=0.9868，查平衡曲線，得x1=0.981MLDm=x1×MA+1-x1×MB=96.14kq/kmolMVDm=y1×MA+1-y1×MB=97.38kg/kmol進(jìn)料板氣、液混合物平均摩爾質(zhì)量：由圖解理論板數(shù)，得yF1=0.62，查平衡曲線，得xF1=0.47MLFm=xFI×MA+1-xF1&#

12、215;MB=107.64kg/kmolMVFm=yFI×MA+1-yF1×MB=105.53kg/kmol精餾段氣、液混合物平均摩爾質(zhì)量：M精Lm=MLDm+MLFm2=101.89kg/kmolM精Vm=MVDm+MVFm2=101.46kg/kmol(4)平均密度氣相平均密度 理想氣體狀態(tài)方程P精Vm=P精mM精VmRT精m=109.85×101.468.314×(106.2+273)=3.54kg/m3液相平均密度1PLm=APLA+BPLB塔頂液相平均密度 tD=98.49,由表4內(nèi)插法得：PLA=612.49kg/m3, PLB=656.71

13、kg/m31PLDm=0.49+0.71 PLDm=613.5kg/m3進(jìn)料板液相平均密度 tF=113.85，由表4內(nèi)插法得：PLA=596.67 kg/m3,PLB= 227.435kg/m3 進(jìn)料板液相質(zhì)量分?jǐn)?shù)： A=xF1×MAxF1×MA+1-xF1×MB=0.47×100.210.47×100.21+（1-0.47）×114.22=0.4381PLFm=0.67+0.435 ，PLFm=312kg/m3精餾段液相平均密度P精Lm= (PLDm+PLFm)2=462.75kg/m3(5)液相平均表面張力 液相平均表面張力:L

14、m=i=1nxii 塔頂液相平均表面張力： tD=98.49,由表5內(nèi)插法得：A=13.9mN/m ,B=14.3mN/m LDm=xDA+1-xDB=13.91mN/m 進(jìn)料板液相平均表面張力： tF=113.85，由表5內(nèi)插法得：A=11.26mN/m ,B=12.95mN/m LFm=xFA+1-xFB=12.05mN/m 精餾段液相平均表面張力為： 精Lm=LDm+LFm2=12.98mN/m(6)液體平均粘度 液體平均粘度:lgLm=i=1nxilgi 塔頂液相平均粘度： tD=98.49,由表6內(nèi)插法得：A=0.211mZPags,B=0.266mZPags lgLDm=xDlgA

15、+1-xDlgB,LDm=0.212mPags 進(jìn)料板液相平均粘度：tF=113.85，由表6內(nèi)插法得：A=0.189mZPags,B=0.23mZPags lgLFm=xFlgA+1-xFlgB,LFm=0.207mPags 精Lm=LDm+LFm2=0.210mPags3.5精餾塔塔體工藝尺寸計(jì)算(1)塔徑計(jì)算精餾段氣、液相體積流率Vs=VM精Vm3600P精Vm=33.46×101.×3.54=0.266m3/sLs=LM精Lm3600P精Lm=25.53×101.×462.75=0.0016m3/s空塔氣速計(jì)算由umax=CPL-PVPV , C

16、=C200.020.2 。C20由斯密斯關(guān)聯(lián)圖查取。斯密斯關(guān)聯(lián)圖的橫坐標(biāo)：LSVSP精LmP精Vm12=3600×0.×0.266×462.753.5412=0.0688取板間距HT=0.40m，板上液層高度hL=0.06m，則HT-hL=0.34m 查斯密斯關(guān)聯(lián)圖得：C20=0.069C=C20精Lm200.2=0.069×12.98200.2=0.063umax=CPL-PgPg=CP精Lm-P精VmP精Vm=0.063×462.75-3.543.54=0.718m/s 安全系數(shù)取0.7，則空塔氣速為： u=0.7umax=0.5022m/

17、s D=4VSu=4×0.2663.14×0.5022=0.82m 按照標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后為：D=1.0m 塔截面積：AT=4D2=0.785m2 實(shí)際空塔氣速為u=VSAT=0.3389m/s(2)精餾塔有效高度計(jì)算 精餾段有效高度 Z精=N精-1HT=13-1×0.4=4.8m 提餾段有效高度 Z提=N提-1HT=13-1×0.4=4.8m 在進(jìn)料板上方開一人孔，其高度為0.8m,故精餾塔有效高度為 Z=Z精+Z提+0.8=10.4m3.6全凝器冷凝介質(zhì)的消耗量 塔頂全凝器的熱負(fù)荷：Qc=R+1DhV-hL=VhV-hL由于塔頂溜出液幾乎為純正庚烷，為簡(jiǎn)

18、化計(jì)算，可按純的正庚烷的摩爾焓計(jì)算。若回流液在飽和溫度下進(jìn)入塔內(nèi)，則hV-hL=r正庚烷tD=98.49,由表7內(nèi)插法得該溫度下正庚烷的汽化熱為341.81J/Kg。 r正庚烷=341.81×MA=341.81×100.21=34253KJ/kmol Qc=V×r=33.4646×34253=1.15×106kJ/h水為冷凝質(zhì)，其進(jìn)出冷凝器的溫度分別為15，30，則平均溫度下的比熱 cpc=4.181KJ/Kg（查設(shè)計(jì)手冊(cè)），冷凝水用量為： Wc=Qccpct2-t1=1.15×1064.181×30-15=1.83

19、5;104kg/h3.7再沸器加熱介質(zhì)的消耗量 再沸器熱負(fù)荷：QB=QV+QW-QF-QL=Wh×r水塔頂蒸汽帶出的熱量Qv（塔頂產(chǎn)品幾乎為純正庚烷，摩爾汽化焓取純正庚烷的摩爾汽化焓）： QV=V×HV=V×cp正庚烷×tD+r正庚烷=33.4646×255.54×98.49+34253=1.99×106KJ/h （查設(shè)計(jì)手冊(cè)：tD=98.49時(shí)，cp正庚烷=255.54KJ/(kmol)塔底產(chǎn)品帶出的熱量QW（塔底產(chǎn)品幾乎為純正辛烷，摩爾汽化焓取純正辛烷的摩爾汽化焓）： QW=W×hw=W×cp正辛烷×tw=7.06×299.55×124.79=2.64×105KJ/h （由表1內(nèi)插法求得釜液溫度tw=124.79。查設(shè)計(jì)手冊(cè)：tw=124.79時(shí)，cp正辛烷=299.55kJ/kmol）原料液帶入的熱量QF tF=113.85。由設(shè)計(jì)手冊(cè)查出此溫度下正庚烷、正辛烷的比熱容cp正庚烷=264.55kJ/ kmol，cp正辛烷= 293.55kJ/ kmol。 原料液平均摩爾比熱容： CP=xF×cp正庚烷+1-xF×cp正辛烷=0.5327×264.55×100.