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精馏塔工艺设计

一、苯- 氯苯板式精馏塔的工艺设计任务书(一)设计题目设计一座苯-氯苯连续精馏塔,要求年产纯度为98.5%的苯36432吨,塔底馏出液中含苯1%,原料液中含苯为61%(以上均为质量百分数)。

(二)操作条件1. 塔顶压强4kPa(表压)2. 进料热状况:饱和蒸汽进料3. 回流比:R=2R min4. 单板压降不大于0.7kPa(三)设计内容设备形式:筛板塔设计工作日:每年330 天,每天24小时连续运行厂址:青藏高原大气压约为77.31kpa 的远离城市的郊区设计要求1. 设计方案的确定及流程说明2. 塔的工艺计算3. 塔和塔板主要工艺尺寸的确定(1)塔高、塔径及塔板结构尺寸的确定(2)塔板的流体力学验算(3)塔板的负荷性能图绘制(4)生产工艺流程图及精馏塔工艺条件图的绘制4、塔的工艺计算结果汇总一览表5、对本设计的评述或对有关问题的分析与讨论(四)基础数据1. 组分的饱和蒸汽压p i (mmH)g2. 组分的液相密度ρ(kg/m3)、苯- 氯苯板式精馏塔的工艺计算书(精馏段部分)一)设计方案的确定及工艺流程的说明原料液经卧式列管式预热器预热至泡点后送入连续板式精馏塔(筛板塔),塔顶上升蒸汽流采用强制循环式列管全凝器冷凝后一部分作为回流液,其余作为产品经冷却后送至苯液贮罐;塔釜采用热虹吸立式再沸器提供汽相流,塔釜产品经卧式列管式冷却器冷却后送入氯苯贮罐。

典型的连续精馏流程为原料液经预热器加热后到指定的温度后,送入精馏塔的进料板,在进料上与自塔上部下降的回流液体汇合后,逐板溢流,最后流入塔底再沸器中。

在每层板上,回流液体与上升蒸气互相接触,进行热和质的传递过程。

操作时,连续地从再沸器取出部分液体作为塔底产品(釜残液),部分液体汽化,产生上升蒸气,依次通过各层塔板。

塔顶蒸气进入冷凝器中被全部冷凝,并将部分冷凝液用泵送回塔顶作为回流液体,其余部分经冷却器后被送出作为塔顶产品(馏出液)。

(二)全塔的物料衡算1. 料液及塔顶底产品含苯的摩尔分率苯和氯苯的相对摩尔质量分别为 78.11 kg/kmol 和 112.6kg/kmol 0. 61/ 78. 110.61/ 78.11 0.39/ 112.62. 平均摩尔质量3. 料液及塔顶底产品的摩尔流率依 题 给 条 件 : 一 年 以 330 天 , 一 天 以 24 小 时 计 , 有 :(三)塔板数的确定1. 理论塔板数 N T 的求取 2)确定操作的回流比 R将 1)表中数据作图得 x ~ y 曲线及 t x ~ y 曲线。

在 x ~ y 图上,因 q=0, e0.693,0.693 )查得 y q0. 693,x qx D y q 0. 989 0. 693 y q x q0.693 0.310. 7624 ; R2R min1. 5253)求理论塔板数 ( 图解法 )RxRR1x R x D 1 0. 604x 0.392总理论板层数: 6.5( 包括再沸器 ) 进料板位层: 42. 实际塔板数 N 1)全塔效率 E T选用 E T 0.17 0.616log μm 公式计算。

该式适用于液相粘度为 0.07~1.4mPa ·s 的烃 类物系,式中的 μm 为全塔平均温度下以进料组成表示的平均粘度。

塔的平均温度为 0.5(80+129)=104.5 ℃(取塔顶底的算术平均值) ,在此平均温度下查 化工原理附录得: A 0. 246mPa s , B 0. 352mPa s2)实际塔板数 N p (近似取两段效率相同)x F0.69336432 1000 0.989330 2458. 62 kmol h ,全塔物料衡算:F D W x f F x D D x w WF 84.22kmol/hW 25.6kmol/h0. 31 。

故有: R min精馏段操作线: y精馏段:Np1 3/ 0.51 6块提馏段:Np1 2.5 / 0.51 5块(四)塔的精馏段操作工艺条件及相关物性数据的计算1. 平均压强p m取每层塔板压降为0.7kPa 计算。

塔顶:p D 77 .31 4 81.31kPa加料板:p F 81.31 0.7 6 85. 51kPa塔底:p W 85. 51 0. 7 5 89. 01kPa精馏段平均压强p m ( 81. 31 85. 51) / 2 83. 41kPa提馏段平均压强p m ( 89. 01 85. 51) / 2 87. 26kPa 2. 平均温度t mBP P A x A P B x B和lgP A B两式联立由试差法求得A AB Bt Ct D 73. 35 ℃ ;t F 83. 76℃ ;t W 125. 79 ℃精馏段平均温度:℃提馏段平均温度:℃3. 平均分子量M m塔顶:y1 x D 0. 989,x1 0. 93 (查相平衡图)加料板:y F 0. 725,x F 0. 38 (查相平衡图)塔底:y W 0. 075,x W 0.014精馏段:M Vm ( 78. 49 87. 59) / 2 83. 04kg/kmol提馏段:M Vm ( 87. 59 110. 01) / 2 98. 8kg/kmol4. 平均密度ρm1)液相平均密度ρL,m塔顶:t D 73.35℃ A 822. 2Kg / m3B 1049. 3Kg / m3进料板:t F 83.76℃ A 810. 8Kg / m3 B 1037. 7Kg / m3塔底:t w 83. 76 A 761. 7Kg/ m3 B 989. 6Kg / m3精馏段:Lm (824.9 947.2)/ 2 886. 05Kg / m3提馏段:Lm(947.2 986.6)/ 2 966. 9Kg / m3 2)汽相平均密度ρV ,m精馏段:P m M vm 84. 81 83. 04 3Vm 2. 38Kg / m Vm RT m 8.314 (78. 55 273. 15)提馏段:P m M vm 84. 81 99. 36 3Vm 2. 76Kg / m Vm RT m 8.314 (104. 71 273. 15)5. 液体的平均表面张力σm塔顶:t D 73. 35 ℃;DA 22. 09mN / m DB 24. 44mN/ m进料板:t F 83. 76℃;FA 20.82mN/ m FB 23. 34mN/ m 塔底:t W 125. 79 ℃;WA 15. 82mN/ m WB 18. 77mN/ m精馏段:Lm ( 24. 44 21. 59) / 2 21. 86mN/ m提馏段:Lm( 21. 59 18. 77) / 2 20. 18mN/ m6. 液体的平均粘度μL,m塔顶:t D 73. 35℃ DA 0. 332mpa s DB 0. 457mpa s加料板:t F 83. 76℃ FA 0. 298mpa s FB 0. 416mpa s塔底:t F 125. 79 ℃,FA 0. 206mpa s,FB 0. 302mpa s精馏段:Lm ( 0. 333 0.334)/ 2 0. 3335mpa s提馏段:Lm (0. 334 0. 3003) / 2 0. 317mpa s五)精馏段的汽液负荷计算汽相摩尔流率V (R 1)D 2. 525 58. 62 148. 02Kmol / h液相回流摩尔流率 L RD 1.525 58. 62 89. 40Kmol / h(六)塔和塔板主要工艺结构尺寸的计算1. 塔径1)初选塔板间距 H T 400mm 及板上液层高度 h L50mm ,则:2)按 Smith 法求取允许的空塔气速 u max (即泛点气速 u F )查 Smith 通用关联图得 C 20 0.075负荷因子C C20( L )0.20.075 (21.86)0.20. 0763泛点气速:圆整取 D 1400mm 汽相体积流量 Vs VMVm3600 Vm148. 02 83. 04 3600 2. 381. 43m 3 / s液相体积流量 LsLM Lm3600 Lm89. 40 90. 0 3600 886. 050. 0025m 3 / s3) 4) u max 0.0763 886. 05 2.382. 381. 47m / s m/s操作气速取 u 0. 7u max0. 7 1. 47精馏段的塔径1. 029m / s塔截面积为 A T2D 2 4(1.4)1 2 1. 539m 2③降液管的宽度 W d 和降液管的面积 A f由l w / D 0. 66 ,查化原下 P 147图11-16 得W d / D 0.1, A f / A T0. 055 ,即:W d0. 14m ,A f0. 055m 2液体在降液管内的停留时间④降液管的底隙高度 h o液体通过降液管底隙的流速一般为 0.07~0.25m/s ,取液体通过降液管底隙的流速 u o0.1m/s ,则有:故降液管设计合底隙高度设计合理2)塔板布置1.塔板分块 因 D=1400 故塔板分 4块2. 边缘区宽度 W s ' 0. 09mW c 0. 04m② 开孔区面积 A a式中: x D / 2 W d W s0.47m 3)开孔数 n 和开孔率 φ取筛孔的孔径 d o 5mm ,正三角形排列,筛板采用碳钢,其厚度 δ 3mm ,且取t/d o 3.0 。

故孔心距 t 3 5 15mm 。

每层塔板的开孔率 φ t 0/.9d 0o 72 0.39207 0.101(φ应在 5~15%,故满足要求) 气体通过筛孔的孔速 u 0 Vs12. 54m / s 4)精馏段的塔高 Z 1Z 精 (N 精 - 1)H T (6 1)0.4 2m ;②出口堰高 h w 查得 E=1.023600A f H TLs13. 55 5s (满足要求)每层塔板的开孔数 n1158A 0t 25769 (孔)(七)塔板上的流体力学验算1. 塔板压降1)气体通过干板的压降h c2h c 0.051 u0 V C o0. 84 。

c C0 L o2)气体通过板上液层的压降h1动能因子F0 0.983 2.38 1. 52Kg /(s m1/ 2)查化原图得0. 603)气体克服液体表面张力产生的压降hσ4)气体通过筛板的压降(单板压降)h p和Δp pP p L gh P 0. 539Kpa 0. 7Kpa (满足工艺要求)。

2.雾沫夹带量e v 的验算验算结果表明不会产生过量的雾沫夹带。

3. 漏液的验算漏液点的气速u omu o min 4.4C0 (0.0056 0. 13h l h )L / V 7.16m/ s <11.07m/s筛板的稳定性系数K u u0 1.75( 1. 5)(无漏液)u0 min4. 液泛的验算为防止降液管发生液泛,应使降液管中的清液层高度H d Φ H T h w取=0.5;(H T h w) 0.218mH d Φ H T h w 成立,故不会产生液泛。

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