1、精品 料推薦Xx學(xué)院化工原 理課程 設(shè)計(jì)題目分離苯 -甲苯篩板精餾塔的設(shè)計(jì)系（院）化學(xué)與化工系專業(yè)應(yīng)用化工技術(shù)班級2008 級 5 班學(xué)生姓名學(xué)號指導(dǎo)教師職稱2008 年 6 月 6 日1精品 料推薦設(shè)計(jì)任務(wù)書(一) 設(shè)計(jì)題目試設(shè)計(jì)一座苯甲苯連續(xù)精餾塔，要求年產(chǎn)純度為97% 的苯 7 萬噸 /年，塔頂餾出液中含苯不得低于 97% ，塔釜餾出液中含苯不得高于 2% ，原料液中含苯 40% 。（以上均為質(zhì)量分?jǐn)?shù)）(二) 操作條件1) 塔頂壓力 常壓2) 進(jìn)料熱狀態(tài) 自選3) 回流比 自選4) 塔底加熱蒸氣壓力 0.5Mpa（表壓）5) 單板壓降 0.7kPa(三) 塔板類型自選(四) 工作日每年工

2、作日為 300 天，每天 24 小時(shí)連續(xù)運(yùn)行 (7200 小時(shí) )。(五) 設(shè)計(jì)說明書的內(nèi)容1. 設(shè)計(jì)內(nèi)容(1) 流程和工藝條件的確定和說明(2) 操作條件和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)(3) 精餾塔的物料衡算；(4) 塔板數(shù)的確定；(5) 精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算；(6) 精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算；(7) 塔板主要工藝尺寸的計(jì)算；(8) 塔板的流體力學(xué)驗(yàn)算；(9) 塔板負(fù)荷性能圖；(10) 主要工藝接管尺寸的計(jì)算和選取（進(jìn)料管、回流管、釜液出口管、塔頂蒸汽管、人孔等）(11) 塔板主要結(jié)構(gòu)參數(shù)表(12) 對設(shè)計(jì)過程的評述和有關(guān)問題的討論。2. 設(shè)計(jì)圖紙要求：1) 繪制生產(chǎn)工藝流程圖（ A3 號圖紙）

3、；2) 繪制精餾塔設(shè)計(jì)條件圖（ A3 號圖紙）。2精品 料推薦目錄1.流程和工藝條件的確定和說明 .12.操作條件和基礎(chǔ)數(shù)據(jù) .12.1.操作條件 .12.2.基礎(chǔ)數(shù)據(jù) .13.精餾塔的物料衡算 .13.1.原料液及塔頂、塔頂產(chǎn)品的摩爾分率 .13.2.原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量 .23.3.物料衡算 .24.塔板數(shù)的確定 .24.1.理論塔板層數(shù) NT 的求取 .24.1.1. 繪 t-x-y 圖和 x-y 圖 .24.1.2.最小回流比及操作回流比的確定 .44.1.3.精餾塔氣、液相負(fù)荷的確定.44.1.4. 求操作線方程 .44.1.5. 圖解法求理論板層數(shù) .44.2.實(shí)際

4、塔板數(shù)的求取 .45.精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性的計(jì)算 .45.1.操作壓力計(jì)算 .55.2.操作溫度計(jì)算 .55.3.平均摩爾質(zhì)量計(jì)算 .55.4.平均密度計(jì)算 .55.4.1. 氣相平均密度計(jì)算 .55.4.2. 液相平均密度計(jì)算 .65.5.液體平均表面張力計(jì)算 .65.6.液體平均黏度計(jì)算 .75.7.全塔效率計(jì)算 .75.7.1. 全塔液相平均粘度計(jì)算 .73精品 料推薦5.7.2. 全塔平均相對揮發(fā)度計(jì)算 .85.7.3. 全塔效率的計(jì)算 .86.精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算 .86.1.塔徑的計(jì)算 .86.2.精餾塔有效高度的計(jì)算 .97.塔板主要工藝尺寸的計(jì)算 .107.1.溢流裝

5、置計(jì)算 .107.1.1. 堰長 l W .107.1.2. 溢流堰高度 hW .107.1.3. 弓形降液管寬度 W d 和截面積 A f .107.1.4. 降液管底隙高度 h0 .117.2.塔板布置 .117.2.1. 塔板分布 .117.2.2. 邊緣區(qū)寬度確定 .117.2.3. 開孔區(qū)面積計(jì)算 .117.2.4. 篩孔計(jì)算及其排列 .118.篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算 .128.1.塔板壓降 .128.1.1. 干板阻力 hc 計(jì)算 .128.1.2. 氣體通過液層的阻力h1 計(jì)算 .128.1.3. 液體表面張力的阻力h計(jì)算 .128.2.液面落差 .138.3.液沫夾帶 .138.4

6、.漏液 .148.5.液泛 .149.塔板負(fù)荷性能圖 .149.1.漏液線 .149.2.液沫夾帶線 .154精品 料推薦9.3. 液相負(fù)荷下限線 .169.4.液相負(fù)荷上限線 .169.5.液泛線 .1610.主要工藝接管尺寸的計(jì)算和選取 .1810.1.塔頂蒸氣出口管的直徑 dV .1810.2.回流管的直徑 dR .1910.3.進(jìn)料管的直徑 d .19F10.4.塔底出料管的直徑 d W .1911.塔板主要結(jié)構(gòu)參數(shù)表 .1912.設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)評論 .2013. 收獲與致謝 .2114.參考文獻(xiàn) .2115.附圖（工藝流程簡圖、主體設(shè)備設(shè)計(jì)條件圖）.215精品 料推薦1. 流程和工藝條件的

7、確定和說明本設(shè)計(jì)任務(wù)為分離苯甲苯混合物。對于二元混合物的分離， 應(yīng)采用連續(xù)精餾流程。設(shè)計(jì)中采用泡點(diǎn)進(jìn)料， 將原料液通過預(yù)熱器加熱至泡點(diǎn)后送入精餾塔內(nèi)。塔頂上升蒸氣采用全凝器冷凝，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)品冷凝冷卻后送至儲(chǔ)罐。該物系屬易分離物系，最小回流比較小，故操作回流比取最小回流比的1.4 倍。塔釜采用間接蒸汽加熱， 塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送至儲(chǔ)罐。2. 操作條件和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)2.1. 操作條件塔頂壓力常壓101.325kPa進(jìn)料熱狀態(tài)泡點(diǎn)進(jìn)料回流比1.6 倍塔底加熱蒸氣壓力0.5Mpa（表壓）單板壓降0.7kPa。2.2. 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)料中苯含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）40%塔頂苯含量（質(zhì)量分

8、數(shù)）97%塔釜苯含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）2%生產(chǎn)能力（萬噸 /年）9.73. 精餾塔的物料衡算3.1. 原料液及塔頂、塔頂產(chǎn)品的摩爾分率苯的摩爾質(zhì)量M A=78.11 kg/kmol甲苯的摩爾質(zhì)量MB=92.13 kg/kmol0.4 / 78.11xF =0.4400.4 / 78.110.6 / 92.130.97 / 78.11xD =0.9740.97 / 78.110.03 / 92.131精品 料推薦0.02 / 78.11xW= 0.02 / 78.110.98 / 92.13 =0.0243.2. 原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量MF = 0.44078.11+（1-0.440）

9、92.13=85.96kg/kmolMD = 0.97478.11+（1-0.974） 92.13=78.47 kg/kmolMW= 0.02478.11+（1-0.024） 92.13=91.79 kg/kmol3.3. 物料衡算生產(chǎn)能力 F= 9722 =113.10 kmol/h85.96總物料衡算113.10=D+W苯物料衡算113.10 0.440=0.974D+0.02W聯(lián)立解得D=49.79 kmol/hW=63.31kmol/h4. 塔板數(shù)的確定4.1. 理論塔板層數(shù)NT 的求取苯甲苯屬理想物系，可采用圖解法求理論板層數(shù)。4.1.1. 繪 t-x-y 圖和 x-y 圖由手冊 1

10、 查的甲醇 -水物系的氣液平衡數(shù)據(jù)表一苯甲苯氣液平衡 苯（ 101.3KPa）/%（mol）沸點(diǎn) /110.56105.71101.7898.2595.2492.43氣相組成0.020.837.250.761.971.3液相組成0.010.020.030.040.050.0沸點(diǎn) /89.8287.3284.9782.6181.2480.01氣相組成79.185.791.295.998.0100.0液相組成60.070.080.090.095.0100.0由上數(shù)據(jù)可繪出和t-x-y 圖和 x-y 圖。2精品 料推薦圖一圖二3精品 料推薦4.1.2.最小回流比及操作回流比的確定采用作圖法求最小回流

11、比。 因?yàn)槭桥蔹c(diǎn)進(jìn)料， 則 xF =x q，在圖二中對角線上，自點(diǎn)（ 0.440，0.440）作垂線即為進(jìn)料線（ q 線），該線與平衡線的交點(diǎn)坐標(biāo)為yq = 0.660 xq=0.440故最小回流比為x Dy q=0.9740.660Rmin=x q0.660=1.427y q0.440則操作回流比為R= 1.6Rmin =1.6 1.427=2.2834.1.3.精餾塔氣、液相負(fù)荷的確定L=RD =2.28349.79=113.67kmol/hV=(R+1)D =（2.283+1） 49.79=163.46 kmol/hL=L+F =113.67+113.10=226.77 kmol/hV=

12、V=163.46 kmol/h4.1.4. 求操作線方程相平衡方程xnyn2.471.47yn精餾段操作線方程為yL xD xD2.283 x0.9740.695x0.297VV3.2833.283提餾段操作線方程為y L x W xw226.77 x 1.51941.387x 0.00930V V 163.46163.464.1.5. 求理論板層數(shù)1)采用圖解法求理論板層數(shù)，如圖二所示。求解結(jié)果為總理論塔板數(shù)NT=14（包括再沸器）進(jìn)料板位置NF=72)逐板計(jì)算求理論塔板數(shù)4精品 料推薦xyxy10.9380.97490.2800.49020.8830.949100.1980.37930.8

13、060.911110.1270.26540.7080.857120.0750.16750.6020.789130.0410.09560.5040.715140.0200.04870.4260.64780.3600.582x x換提餾段方程逐板計(jì)算進(jìn)料板在 NF=77qx14 5 sLh0.00324 3600故降液管設(shè)計(jì)合理7.1.4. 降液管底隙高度h0h0Lh3600lwu0 取 u0=0.06 m/s則0.003243600=0.0531m符合小塔徑 h0 不小于 25mm 的要求。h01.0160.063600hW -h0 =0.0652-0.0531=0.0121m 0.006m故降

14、液管底隙高度設(shè)計(jì)合理。選用凹形受液盤，深度hW =70mm7.2. 塔板布置7.2.1. 塔板分布因 D=1.40m，所以采用分塊式。查手冊4 得，塔板分為 3 塊。7.2.2. 邊緣區(qū)寬度確定取安定區(qū) WsW s0.075m，邊緣區(qū) Wc=0.06m。7.2.3. 開孔區(qū)面積計(jì)算開孔區(qū)面積 A a 按下式計(jì)算，Aa 2( x r 2x2r 2sin 1 x)180r其中 x= D(WdWS )1.4 -(0.224+0.75)=0.401m22r= DWc1.4 -0.06=0.64m22則 A a=0.1.016 m27.2.4. 篩孔計(jì)算及其排列苯甲苯體系處理的物系無腐蝕性，選用 =3m

15、m 碳鋼板，取篩孔直徑 d0=5mm。篩孔按正三角排列，取孔中心距t 為t=2.5 d0=2.5 5=12.5mm12精品 料推薦篩孔數(shù)目 n 為n= 11581000 Aa = 1.158 1.016=7530 個(gè)tt0.01252開孔率為=0.907（ d0 ）2=0.907( 0.005 )2 =14.51%t0.0125氣體通過閥孔的氣速為Vs1.2868.72 m/su =0A001.016 0.14518. 篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算8.1. 塔板壓降8.1.1. 干板壓降 hd 計(jì)算干板壓降可由下式計(jì)算，d1（u02V）h =c0）（2gL由 d0 ，查手冊干篩孔的流量系數(shù)圖4，可得孔流

16、系數(shù)0/=5/3=1.67C =0.78故hd=1（8.7222.851） 0.023m 液柱0.78）（29.81805.398.1.2. 氣體通過液層的阻力 hL 計(jì)算ua=Va=1.2860.929 m/sATAf1.5390.154Fa= uav = 0.929 2.8511/2）1.69 kg1/2/（sm查手冊充氣系數(shù)關(guān)聯(lián)圖 4 可得=0.58則 hL = (hw+how)=0.59（0.0652+0.0148） =0.045m 液柱8.1.3. 液體表面張力的阻力h計(jì)算液體表面張力所產(chǎn)生的阻力h由下式計(jì)算13精品 料推薦h= 4 L4 20.2610 3m 液柱L gd0805.39 9.810.0050.0021氣體通過每層塔板的液柱高度hp 由下式得hp= h1+ h+ hc=0.023+0.047+0.0021=0