化工原理筛板精馏塔课程设计案例

南京工业大学化学化工学院化工原理课程设计I吉林化工学院化工原理课程设计题目筛板精馏塔分离苯—甲苯工艺设计教学院化工与材料工程学院专业班级材化0801学生姓名学生学号08150108指导教师张福胜2010年6月14日南京工业大学化学化工学院化工原理课程设计II目录摘要.....................................................一绪论.....................................................二第一章流程及流程说明............................................1第二章精馏塔工艺的设计.....................................22.1产品浓度的计算..........................................................22.1.1原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率......................................22.1.2原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量22.2最小回流比的确定........................................................32.3物料衡算32.4精馏段和提馏段操作线方程................................................32.4.1求精馏塔的气液相负荷32.4.2求操作线方程32.5精馏塔理论塔板数及理论加料位置32.6实际板数的计算32.7实际塔板数及实际加料位置3第三章精馏塔主要工艺尺寸的设计计算...........................53.1物性数据计算............................................................53.2精馏塔主要工艺尺寸的计算................................................93.3筛板流体力学验算.......................................................133.4塔板负荷性能图.........................................................16第四章热量衡算...........................................214.1塔顶气体上升的焓VQ.....................................................214.2回流液的焓RQ...........................................................214.3塔顶馏出液的焓DQ.......................................................214.4冷凝器消耗焓CQ.........................................................214.5进料的焓FQ.............................................................214.6塔底残液的焓WQ.........................................................214.7再沸器的焓BQ...........................................................22第五章塔的附属设备的计算...................................235.1塔顶冷凝器设计计算.....................................................235.2泵的选型...............................................................245.4塔总体高度的设计.......................................................25结论............................................................27致谢............................................................28参考文献.................................................29主要符号说明30南京工业大学化学化工学院化工原理课程设计I摘要在此筛板精馏塔分离苯-甲苯的设计中，给定的条件为：进料量为F=85kmol/h塔顶组成为：0.98Dx进料馏出液组成为：0.5Fx塔釜组成:Wx=0.03加料热状态:q=1塔顶操作压强:101.3kPaP(表压)首先根据精馏塔的物料衡算，求得D和W，通过图解法确定最小回流比；再根据操作线方程，运用图解法求得精馏塔理论板数，确定温度奥康奈尔公式求的板效率，继而求得实际板数，确定加料位置。然后进行精馏段和提馏段的设计工艺计算，求得各工艺尺寸，确定精馏塔设备结构。继而对筛板的流体力学进行验算，检验是否符合精馏塔设备的要求，作出塔板负荷性能图，对精馏塔的工艺条件进行适当的调整，使其处于最佳的工作状态。第二步进行塔顶换热器的设计计算。先选定换热器的类型，确定物性数据，计算传热系数和传热面积。然后对进料泵进行设计，确定类型。关键词：苯-甲苯、精馏、图解法、负荷性能图、精馏塔设备结构塔附属设备下图为连续精馏过程简图：出料回流苯蒸汽塔底南京工业大学化学化工学院化工原理课程设计I绪论在本设计中我们使用筛板塔，筛板塔的突出优点是结构简单,造价低。合理的设计和适当的操作筛板塔能满足要求的操作弹性，而且效率高。采用筛板可解决堵塞问题，适当控制漏液。筛板与泡罩板的差别在于取消了泡罩与升气管，而直接在板上开很多小直径的孔——筛孔。操作时气体以高速通过小孔上升，液体则通过降液管流到下一层板。分散成泡的气体使板上液层成为强烈湍动的泡沫层。相同条件下，筛板塔生产能力比泡罩塔高10%—15%，板效率亦约高10%—15%，而每板压力降则低30%左右，适用于真空蒸馏；塔板效率较高，但稍低于浮阀塔。具有较高的操作弹性，但稍低于泡罩塔。其缺点是小孔径筛板易堵塞，不适宜处理脏的、粘性大的和带固体粒子的料液。南京工业大学化学化工学院化工原理课程设计1第一章流程及流程说明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。该物系属易分物系，最小回流比较小，故操作回流比取最小回流比的2倍。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。任务书上规定的生产任务长期固定，适宜采用连续精流流程。贮罐中的原料液用机泵加入精馏塔；塔釜再沸器用低压蒸汽作为热源加热料液；精馏塔塔顶设有全凝器，冷凝液部分利用重力泡点回流；部分连续采出到产品罐。简易流程如下，具体流程见附图。出料苯——甲苯混合液回流塔底出料图1南京工业大学化学化工学院化工原理课程设计2第二章精馏塔工艺的设计2.1产品浓度的计算2.1.1原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率苯的摩尔质量AM=78.11kg/mol甲苯的摩尔质量BM=92.13kg/mol产品中苯的质量分数Dx=0.98/78.110.98/78.110.02/92.13=0.984进料中苯的质量分数Fx=0.5/78.110.5/78.110.5/92.13=0.54残液中苯的质量分数0.03/78.110.03/78.110.97/92.13wx=0.0352.1.2原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量DW0.5478.11(10.54)92.1483.989kg/KmolM0.98478.11(10.984)92.1478.301kg/KmolM0.03578.11(10.035)92.1492.114kg/KmolFM苯——甲苯属于理想物系，可采用图解法求理论板数。2.2最小回流比的确定1.查手册绘制苯——甲苯气液平衡线x-y图。2求最小回流比及操作回流比。采用作图法求最小回流比。在图上对角线上，自点e（0.54，0.54）作垂线ef即为进料线，该线与平衡线的交点坐标为q=y0.745qx=0.54最小回流比minR1.17dqqqxyyx取操作回流比为2倍最小回流比minR=2R2.33南京工业大学化学化工学院化工原理课程设计32.3物料衡算F=85kmol/h总物料衡算FWD85=D+W苯物料衡算FDWFx=Dx+Wx850.54=0.984D+0.035W联立得D=45.23Kmol/hW=39.77Kmol/h2.4精馏段和提馏段操作线方程2.4.1求精馏塔的气液相负荷L=RD=105.4Kmol/hV=(R+1)D=150.6Kmol/hL=L+qF=190.4Kmol/hV=V=150.6Kmol/h2.4.2求操作线方程精馏段提馏段2.5精馏塔理论塔板数及理论加料位置由图解法的总板数NT=13进料板NF=6精馏段5块提馏段7块2.6实际板数的计算（1）板效率0.2450.49()TLE精馏段平均温度为86.08℃由安托尼方程的精馏段相对挥发度2.56又有0.31L求得精馏段板效率为52.3%105.445.23xx*0.9840.7x0.296150.6150.6dLDyxVV1190.439.771.260.00924150.6150.6nnWLWyxxxxVV南京工业大学化学化工学院化工原理课程设计4提馏段平均温度100.63℃由安托尼方程的精馏段相对挥发度2.630.289L求得提镏馏段板效率为52.4%（2）TN实际板数的求取精馏段实际板数NT=5/0.523=9.62≈10提馏段实际板数NT=7/0.524=13.4≈14（包括塔釜）实际总半数为10+14=24块板总板效率ET=13/2=54.2%2.7实际塔板数及实际加料位置实际加料板位置实1FFTNNE=12块精馏段实际板层数jN=10提馏段实际板层数tN=14南京工业大学化学化工学院化工原理课程设计5第三章精馏塔主要工艺尺寸的设计计算3.1物性数据计算3.1.1操作压力计算（1）塔顶操作压力DP=101.3+4=105.3Kpa（2）每层塔板压降P=0.7Kpa（3）进料板压力FDP=P+=105.3+0.710=112.3KpaPN精（4）精馏段平均压力'()/2(105.3112.3)/2108.8DFPPPKpa（5）塔底操作压力WP=DP+PN=105.3+0.7×24=122.1Kpa（6）提馏段平均压力'()/2119.3FWPPPKpa3.1.2操作温度计算用比例内插法求得操作温度Ft92.1-89.4tf-92.10.489-0.5920.54-0.489Ft=90.76℃Dt81.281.280.128.97910.9840.979DtDt=81.4℃Wt110.6110.6106.108.80.0350WtWt=110.5℃精馏段平均温度86.082DFMttt℃提馏段平均温度100.632WFMttt℃3.1.3平均摩尔质量计算（1）塔顶平均摩尔质量计算1y=Dx=0.984，1x=0.9599VDM=1yAM+（1-1y）BM=0.984×78.11+（1-0.984）×