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10万吨年苯-甲苯分离板式精馏塔设计苯-甲苯分离板式精馏塔的设计1.概述…………………………………………………………………………11.1设计题目…………………………………………………………………11.2操作条件…………………………………………………………………12.设计内容……………………………………………………………………12.1本设计任务为分离苯—甲苯混合物……………………………………12.2精馏塔的物料衡算………………………………………………………12.2.1原料液及塔顶、塔底的摩尔分率…………………………………12.2.2原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量………………………22.2.3物料衡算……………………………………………………………22.3塔板数的确定……………………………………………………………22.3.1理论板层数TN的求取……………………………………………22.3.2实际板层数的求取…………………………………………………32.4精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算……………………………32.4.1操作压力的计算……………………………………………………32.4.2操作温度计算………………………………………………………32.4.3平均摩尔质量计算…………………………………………………42.4.4平均密度计算………………………………………………………42.4.4.1气相平均密度计算……………………………………………42.4.4.2液相平均密度计算……………………………………………42.4.5液体平均表面张力的计算…………………………………………52.4.6液体平均粘度…………………………………………………………52.5精馏塔的塔体工艺尺寸计算………………………………………………62.5.1塔径的计算…………………………………………………………62.5.2精馏塔有效高度的计算……………………………………………72.6塔板主要工艺尺寸的计算…………………………………………………72.6.1溢流装置计算………………………………………………………72.6.1.1堰长wl…………………………………………………………72.6.1.2溢流堰高度wh…………………………………………………72.6.1.3弓形降液管宽度dW和截面积fA……………………………82.6.1.4降液管底隙高度oh……………………………………………82.6.2塔板布置………………………………………………………………82.6.2.1塔板的分块……………………………………………………82.6.2.2边缘区宽度确定………………………………………………82.6.2.3开孔区面积计算………………………………………………82.6.2.4筛孔计算及排列.……………………………………………92.7塔板的流体力学验算………………………………………………………92.7.1塔板压降………………………………………………………………92.7.1.1干板阻力ch计算………………………………………………92.7.1.2气体通过液层的阻力1h计算…………………………………92.7.1.3液体表面张力的阻力h计算…………………………………102.7.2液面落差……………………………………………………………102.7.3液沫夹带……………………………………………………………102.7.4漏液…………………………………………………………………102.7.5液泛…………………………………………………………………112.8塔板负荷性能图…………………………………………………………112.8.1漏液线………………………………………………………………112.8.2液沫夹带线…………………………………………………………122.8.3液相负荷下限线……………………………………………………132.8.4液相负荷上限线……………………………………………………132.8.5液泛线………………………………………………………………133.设计数据一览表…………………………………………………………154.总结…………………………………………………………………………165.参考文献及设计图………………………………………………………161苯-甲苯分离板式精馏塔的设计1.概述1.1设计题目试设计一座连续精馏塔用于分离苯-甲苯混合液,原料液中含苯20%(质量分数)。要求年产纯度为95%的苯10万吨/年,塔釜馏出液中含苯不得高于3%(质量分数)。①要求塔顶苯的含量为95%(质量分数)。②要求苯的回收率为95%。(说明:①和②的条件满足其一)1.2操作条件1.2.1塔顶压力常压1.2.2进料热状态泡点进料1.2.3回流比取最小回流比的2倍1.2.4塔底加热蒸气压力0.5Mpa(表压)1.2.5单板压降≤0.7kPa1.2.6塔板类型筛板塔1.2.7工作日每年工作日为300天,每天24小时连续运行。2.设计内容2.1本设计任务为分离苯—甲苯混合物。对于二元混合物的分离,应采用连续精馏流程。设计中采用泡点进料,将原料液通过预热器加热至泡点后送入精馏塔内。塔顶上升蒸气采用全凝器冷凝,冷凝液在泡点下一部分加回流至塔内,其余部分经产品冷却器冷却后送至储罐。该物系属易分离物系,最小回流比较小,故操作回流比取最小回流比的2倍。该物系塔釜采用间接蒸汽加热,塔底产品经冷却后送至储罐。2.2精馏塔的物料衡算2.2.1原料液及塔顶、塔底的摩尔分率:苯的摩尔质量AM=78.11kg/kmol甲苯摩尔质量BM=92.13kg/kmol0.20/78.110.2280.20/78.110.80/92.13FX0.95/78.110.9570.95/78.110.05/92.13DX0.03/78.110.0350.03/78.110.97/92.13WX22.2.2原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量0.22878.1110.22892.1388.93/FMkgkmol0.95778.1110.95792.1378.71/DMkgkmol0.03578.1110.03592.1391.64/WMkgkmol2.2.3物料衡算原料处理量100000000176.46/ 78.7130024Dkmolh总物料衡算F=176.46+W苯物料衡算0.228F=0.957×176.46+0.035W联立解得F=842.99kg/hW=666.53kg/h2.3塔板数的确定2.3.1理论板层数TN的求取苯—甲苯属理想物系,可采用图解法求理论板层数2.3.1.1由手册查得苯—甲苯物系的汽液平衡数据,绘出x-y图,2.3.1.2求最小回流比及操作回流比采用作图法求最小回流比,在图中对角线上,自点e(0.228,0.228)作垂线ef即为进料线(q线),该线与平衡线的交点坐标为qy=0.425qx=0.2283故最小回流比为min0.9570.4252.700.4250.228DqqqxyRyx取操作回流比为R=2minR=22.70=5.402.3.1.3求精溜塔的气,液相负荷L=RD=5.40×176.46=952.88kmol/hV=(R+1)D=(5.40+1)×176.46=1129.34kmol/hL′=L+F=952.88+842.99=1795.87kmol/hV′=V=1129.34kmol/h2.3.1.4求操作线方程精馏段操作线方程为952.88176.460.9570.8440.1501129.341129.34DLDyxxxxVV提馏段操作线方程为'1795.87666.53'''0.0351.590'0.021''1129.341129.34wLWyxxxxVV2.3.1.5逐板法求理论板层数总理论板层数TN=11(包括再沸器)进料板位置NF=72.3.2实际板层数的求取精馏段实际板层数N精=6/0.52=11.54≈12提馏段实际板层数N提=4/0.52=7.69≈82.4精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算2.4.1操作压力的计算塔顶操作压力DP=101.30kPa每层塔板压降P=0.7kpa进料板压力FP=101.30+0.712=109.70kpa精馏段平均压力MP=(101.30+109.70)/2=105.50kpa2.4.2操作温度计算查苯—甲苯的气液平衡数据,由内插法求得塔顶温度Dt=81.2°C4进料板温度tF=102.2℃精馏段平均温度mt=(81.2+102.2)/2=91.7℃2.4.3平均摩尔质量计算塔顶平均摩尔质量计算由Dx=1y=0.957,查平衡曲线,得1x=0.899VDmM=0.957*78.11+(1-0.957)*92.13=78.71kg/kmolLDmM=0.899*78.11+(1-0.899)*92.13=79.53kg/kmol进料板平均摩尔质量计算Fy=0.348Fx=0.176VFmM=0.348*78.11+(1-0.348)*92.13=87.25kg/kmolLFmM=0.176*78.11+(1-0.176)*92.13=89.66kg/kmol精馏段平均摩尔质量VmM=(78.71+87.25)/2=82.98kg/kmolLmM=(79.53+89.66)/2=84.60kg/kmol2.4.4平均密度计算2.4.4.1气相平均密度计算由理想气体状态方程计算,即105.50*82.982.8868.314(91.7273.15)mvmvmmPMRTkg/3m2.4.4.2液相平均密度计算液相平均密度依上式计算,即1//Lmaii塔顶液相平均密度的计算由Dt=91.7℃,查手册得0.957*78.110.9500.957*78.11(10.957)*92.13ADa5A=801.84kg/3mB=798.48kg/3m1801.670.950/801.84/798.48LDm(1-0.950)kg/3m进料板液相平均密度的计算由Ft=102.2,查手册得A=789.79kg/3mB=788.07kg/3m进料板液相的质量分率0.176*78.110.1530.176*78.11(10.176)*92.13AFa1788.330.153/789.79/788.07LFm(1-0.153)kg/3m精馏段液相平均密度为(801.67788.33)/2794.99Lmkg/3m2.4.5液体平均表面张力的计算液相平均表面张力依下式计算Lmxii塔顶液相平均表面张力的计算由81.2DtC查手册得-1-121.12mNm,21.56mNmLALB-10.95721.12(10.957)21.5621.14mNmLDm进料板液相平均表面张力的计算由102.2Ft℃查手册得-1-118.59mNm,19.25mNmLALB-10.17618.59(10.176)19.2519.13mNmLFm精馏段液相平均表面张力:-1L121.1419.1320.14mNm2m2.4.6液体平均粘度液相平均粘度依下式计算,即lglgLmiix塔顶液相平均粘度的计算由tD=81.2查手册得60.305*Ampas0.308*Bmpaslg0.957*lg(0.305)0.043*lg(0.308)LDm解出0.279*LDmmpas进料板液相平均粘度的计算由tF=102.2℃,查手册的0.251*Ampas0.260*Bmpaslg0.176*lg(0.251)0.824*lg(0.260)LFm解出0.258*LFmmpas精馏段液相平均粘度的计算(0.2790.358)/20.26
本文标题:10万吨年苯-甲苯分离板式精馏塔设计
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