10万吨年苯-甲苯分离板式精馏塔设计Word下载.doc
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2.7.1.3液体表面张力的阻力计算…………………………………10
2.7.2液面落差……………………………………………………………10
2.7.3液沫夹带……………………………………………………………10
2.7.4漏液…………………………………………………………………10
2.7.5液泛…………………………………………………………………11
2.8塔板负荷性能图…………………………………………………………11
2.8.1漏液线………………………………………………………………11
2.8.2液沫夹带线…………………………………………………………12
2.8.3液相负荷下限线……………………………………………………13
2.8.4液相负荷上限线……………………………………………………13
2.8.5液泛线………………………………………………………………13
3.设计数据一览表…………………………………………………………15
4.总结…………………………………………………………………………16
5.参考文献及设计图………………………………………………………16
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≤0.7kPa
1.2.6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=78.11kg/kmol
甲苯摩尔质量=92.13kg/kmol
2.2.2原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量
2.2.3物料衡算
原料处理量
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/h
2.3塔板数的确定
2.3.1理论板层数的求取
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
=0.425=0.228
故最小回流比为
取操作回流比为
=2=22.70=5.40
2.3.1.3求精溜塔的气，液相负荷
L=RD=5.40×
176.46=952.88kmol/h
V=（R+1）D=（5.40+1）×
176.46=1129.34kmol/h
L′=L+F=952.88+842.99=1795.87kmol/h
V′=V=1129.34kmol/h
2.3.1.4求操作线方程
精馏段操作线方程为
提馏段操作线方程为
2.3.1.5逐板法求理论板层数
总理论板层数=11（包括再沸器）
进料板位置=7
2.3.2实际板层数的求取
精馏段实际板层数=6/0.52=11.54≈12
提馏段实际板层数=4/0.52=7.69≈8
2.4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=101.30kPa
每层塔板压降P=0.7kpa
进料板压力=101.30+0.712=109.70kpa
精馏段平均压力=（101.30+109.70）/2=105.50kpa
2.4.2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=81.2°
C
进料板温度=102.2℃
精馏段平均温度=（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==0.957，查平衡曲线，得
=0.899
=0.957*78.11+（1-0.957）*92.13=78.71kg/kmol
=0.899*78.11+（1-0.899）*92.13=79.53kg/kmol
进料板平均摩尔质量计算
=0.348
=0.176
=0.348*78.11+（1-0.348）*92.13=87.25kg/kmol
=0.176*78.11+（1-0.176）*92.13=89.66kg/kmol
精馏段平均摩尔质量
=（78.71+87.25）/2=82.98kg/kmol
=（79.53+89.66）/2=84.60kg/kmol
2.4.4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
kg/
2.4.4.2液相平均密度计算
液相平均密度依上式计算，即
塔顶液相平均密度的计算
由=91.7℃，查手册得
=801.84kg/=798.48kg/
kg/
进料板液相平均密度的计算
由=102.2，查手册得
=789.79kg/=788.07kg/
进料板液相的质量分率
精馏段液相平均密度为
2.4.5液体平均表面张力的计算
液相平均表面张力依下式计算
塔顶液相平均表面张力的计算
由查手册得
进料板液相平均表面张力的计算
由℃查手册得
精馏段液相平均表面张力：
2.4.6液体平均粘度
液相平均粘度依下式计算，即
塔顶液相平均粘度的计算
由tD=81.2查手册得
解出
进料板液相平均粘度的计算
由tF=102.2℃，查手册的
精馏段液相平均粘度的计算
2.5精馏塔的塔体工艺尺寸计算
2.5.1塔径的计算
精馏段的气、液相体积流率为
由
式中C由5-5计算，其中的由图5-1查取，图的横坐标为
取板间距，板上液层高度，则
-=0.400-0.10=0.300m
查图5-1得=0.062
C==0.062
取安全系数为0.70，则空塔气速为
按标准塔径圆整后为D=4.0m
塔截面积为
实际空塔气速为
2.5.2精馏塔有效高度的计算
精馏段有效高度为
提馏段有效高度为
在进料板上方开一人孔，其高度为：
0.8m
故精馏塔的有交高度为
2.6塔板主要工艺尺寸的计算
2.6.1溢流装置计算
因塔径D＝4.0m，可选用双溢流弓形降液管，采用凹形受液盘。
各项计算如下：
2.6.1.1堰长
取=0.60D=0.604.0=2.4m
2.6.1.2溢流堰高度
选用平直堰，堰上液层高度由式5-7计算，即
=
近似取E=1，则
取板上清液层高度100mm
故0.10-0.0343=0.0657m
2.6.1.3弓形降液管宽度和截面积
由0.60
查图5-7得
0.05550.120
故=0.0555=0.055512.56=0.697
=0.120D=0.1204.0=0.480
依式5-9验算液体在降液管中停留时间，即
故降液管设计合理
2.6.1.4降液管底隙高度
取
则
>
0.006m
故降液管底隙高度设计合理
选用凹形受液盘，深度=50mm
2.6.2塔板布置
2.6.2.1塔板的分块
因D800mm，故塔板采用分块式。
查表5-3得，塔板分为6块以上。
2.6.2.2边缘区宽度确定
2.6.2.3开孔区面积计算
开孔区面积按式
计算
其中0.480/2+0.100＝0.340
4.0/2-（0.480+0.100）=1.420m
4.0/2-0.05=1.950m
故
2.6.2.4筛孔计算及排列.
筛孔按正三角形排列，取孔中心距t为
筛孔数目n为
开孔率为
气体通过阀孔的气速为
2.7塔板的流体力学验算
2.7.1塔板压降
2.7.1.1干板阻力计算
干板阻力由式计算
由5/3=1.667，查图5-10得，0.772
故液柱
2.7.1.2气体通过液层的阻力计算
气体通过液层的阻力由式计算
查图5-11，得0.62。
故m液柱
2.7.1.3液体表面张力的阻力计算
液体表面张力的阻力可按式计算，即
液柱
气体通过没层塔板的液柱高度可按下式计算，即
气体通过每层塔板的压降为
〈0.7kpa
2.7.2液面落差
对于筛板塔，液面落差很小，且本例的塔径和液流量均不大，故可忽略液面落差的影响。
2.7.3液沫夹带
液沫夹带量由下式计算，即
故〈0.1
2.7.4漏液
对筛板塔，漏液点气速可由下式计算，即
实际孔速>
稳定系数为
2.7.5液泛
为防止塔内发生液泛，降液管内液层高度应服从下式的关系，即
丙酮——水物系属一般物系，取，则
而
板上不设进口堰，可由下式计算，即
故在本设计中不会发生液泛现象
2.8塔板负荷性能图
2.8.1漏液线
得
整理得
在操作数据内，任取几个值，依上式计算出值，计算结果列于表
，0.0010.0100.0200.0300.040
，4.6935.2366.5745.8436.019
由上表数据即可作出漏液线1
2.8.2液沫夹带线
以=0.1kg液/kg气为限，求关系如下
=0.0657
整理得=17.509-69.018
在操作范围内，任取几个值，依上式计算出值，计算结果列于表
，0.00100.01000.02000.03000.0400
，16.81912.4249.43706.93105.2350
由上表数据即可作出液沫夹带线2
2.8.3液相负荷下限线
对于平直堰，取堰上液层高度=0.006m作为最小液体负荷标准。
由式5-7得
取E=1.00，则
据此可作出与气体流量无关的垂直液相负荷下限线3
2.8.4液相负荷上限线
以=4s作为液体在降液管中停留时间的下限，由式5-9得
4
据此可作出与气体流量无关的垂直液相负荷下限线4
2.8.5液泛线
令
联立得
忽略，将与与与的关系式代入上式，并整理得
式中
将有关的数据代入，得
，0.00100.01000.02000.03000.0400
，14.62813.14511.70810.0878.0440
由上表数据即可作出液泛线5
根据以上各线方程，可作出筛板塔的负荷性能图，如图所示
在负荷性能图上，作出操作点A，连接OA，即作出操作线，由图可看出，该筛板的操作上限为液泛控制，下限为液漏控制，由图5-20查得
故操作弹性为
所设计筛板的主要结构汇总于下表。
3.设计数据一览表
表筛板塔设计计算结果
序号
项目
数值
1
平均温度，℃
91.7
2
平均压力，
105.5
3
气相流量，
9.020
4
液相流量，
0.028
5
实际塔板数
18
6
有效段高度
7.6
7
塔径，
4.0
8
板间距，
0.4
9
溢流形式
双溢流
10
降液管形式
弓形
11
堰长，
2.4
12
堰高，
0.0657
13
板上液层高度，
0.10
14
堰上液层高度，
15
降液管管底隙高度，
0.0467
16
安定区宽度，
17
边缘区宽度，
0.05
开孔区面积，
7.358
19
筛孔直径，
0.005
20
筛孔数目
37772
21
孔中心距，
0.015
22
开孔率，%
10.1
23
空塔气速，
0.718
24
筛孔气速，
12.14
25
稳定系数
1.675
26
每层塔板压降，
656.860
27
负荷上限
液泛控制
28
负荷下限
液漏控制
29
液沫夹带
0.0509
30
气相负荷上限，
9.98
31
气相负荷下限，
5.12
32
操作弹性
1.949
4.总结
5.参考文献：
[1]上海化学设计院医药工业设计建设组。
化工工艺设计手册（上册）。
北京。
化学工业出版社，1996
[2]贾绍义，柴成敬.化工原理课程设计.天津大学出版社，2002.
[3]杨祖荣.化工原理.化学工业出版社.2004
[4]汪镇安.化工工艺设计手册（上、下册）（第三版）.化学工艺出版社，2003.
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