...wd......wd......wd...DepartmentofEnvironmentalScienceandEngineering課程設計說明書課程名稱別離正庚烷-正辛烷混合液的篩板精餾塔設計姓名學號班級指導教師校方企方設計地點設計時間2014年5月31日目錄設計任務及要求…………………..31.1設計任務…………………….31.2設計內容…………………….3主要根基數據………………..................................3設計計算…………..43.1設計方案確實定………………43.2精餾塔的物料衡算……………43.3塔板數確實定…………………53.4精餾塔工藝條件及有關物性數據……………63.5精餾塔塔體工藝尺寸計算……………………83.6全凝器冷凝介質的消耗量…………………..93.7再沸器加熱介質的消耗量…………………..104.篩板塔設計結果匯總…………...115.工藝流程圖……………………...116.設計感想………………………...127.參考文獻………………………..12設計題目：別離正庚烷-正辛烷混合液的篩板精餾塔設計任務及要求設計任務在一常壓操作的連續塔精餾塔內別離正庚烷-正辛烷混合物。原料液年處理量為20000t，料液濃度為50%〔正庚烷質量分數〕。要求塔頂產品正庚烷濃度為98.5%(質量分數〕，塔底釜液中正辛烷濃度不低于98%(質量分數〕。設計條件如下：操作壓力進料熱狀況回流比單板降壓全塔效率建廠地址4kPa泡點進料2≤0.7kPaEr=55%遼寧大連根據上述工藝條件進展篩板塔的設計計算。設計內容1.設計方案確實定及流程說明；2.工藝計算；3.主要設備工藝尺寸設計；4.設計結果匯總；5.工藝流程圖；6.設計感想。主要基數數據表1正庚烷和正辛烷的物理性質工程分子式分子量沸點/°C臨界溫度/°C臨界壓強/kPa正庚烷C7H16100.2198.5201.71620正辛烷C8H18114.22125.62962510表2常壓下正庚烷-正辛烷的氣液平衡與溫度的關系溫度/°C98.4105110115120125.6正庚烷〔g〕yA1.000.810.6730.4910.2800正辛烷〔l〕xA1.000.6560.4870.3110.1570以上為實驗數據，也可用安托尼(Antoine)公式計算：lg表3A、B、C取值溫度/°CABC正庚烷6.021263.91216.432正辛烷6.051356.36209.635表4液體密度(Kg/m3)溫度/°C20406080100120140正庚烷684.8667.4649.4630.7611.0590.3568.3正辛烷703.7705.6689.4672.7655.437.4618.7表5液體外表張力(10-3N/m)溫度/°C20406080100120140正庚烷20.1818.216.2614.3612.5110.78.952正辛烷21.5419.6417.7815.9514.1612.4110.71表6液體外表粘度(10-3Pa·s)溫度/°C20406080100120140正庚烷0.4170.3420.2860.2420.2080.1810.143正辛烷0.5450.4360.3580.4000.2550.2190.190表7液體汽化熱(KJ/mol)溫度/°C8090100110120正庚烷375364352348335正辛烷3703603503453333.設計計算3.1設計方案確實定本設計任務為別離苯-甲苯混合物。對于二元混合物的別離，應采用連續精餾流程。設計中采取飽和液體進料，即泡點進料。將原料液通過預熱器加熱至泡點都送入精餾塔內。塔頂上升蒸汽采用全凝器，冷凝液在泡點下一局部回流至塔內，其余局部經產品冷卻后送至貯罐。該物系屬易別離體系，最小回流比較小，故操作回流比取最小回流比的2倍。塔釜采用飽和蒸汽加熱，塔頂產品冷卻后送至貯罐。3.2精餾塔的物料衡算(1)原料液及塔頂、塔底產品的摩爾分數正庚烷的摩爾質量：MA=100.21Kg/Kmol正辛烷的摩爾質量：MB=114.22Kg/KmolxF原料液的摩爾組成：xXω=(2)原料液及塔頂、塔底產品的平均摩爾質量MMM(3)全塔物料衡算進料量：F=由全塔的物料衡算方程可寫出：F=D+WD=7.93kmol/hFxF3.3塔板數確實定(1)理論塔板層數NT正庚烷-正辛烷屬于理想物系，采用圖解法求理論塔板數①由設計手冊查得正庚烷-正辛烷物系的氣液平衡數據，繪出x-y圖。②求最小回流比(Rmin)及操作回流比(R)采用作圖法求最小回流比。泡點進料(q=1)，即q為直線。在圖中對角線上，自點e(0.5327,0.5327)做垂線ef即為進料線(q線),q線與平衡線交于點d,d點坐標為yq=0.7066,xq=0.5327。故最小回流比：RR=2Rmin=3.22③精餾塔的氣、液相負荷L=RD=25.5346kmol/hV=L+D=33.4646kmol/hL’=L+qF=40.5246kmol/hV’=V+(q-1)F=33.4646kmol/h④操作線方程精餾段操作線方程：y提餾段操作線方程：y⑤圖解法求理論塔板數在圖上做操作線，由點〔0.9868,0.9868〕起在平衡線與操作線間畫階梯，直到階梯與平衡線交點小于0.0227為止。由此得到理論板NT=15塊〔含再沸器〕。其中，精餾段7塊，提餾段8塊〔含進料板〕。第8塊為進料板。⑥實際塔板層數Np的求取精餾段實際板層數：N精=7/0.55≈13提餾段實際板層數：N提=7/0.55≈13總實際板數：NP=N精+N提=263.4精餾塔工藝條件及有關物性數據以精餾段為例進展計算(1)操作壓力塔頂操作壓力：PD=101.3+4=105.3kpa每層塔壓降：?p=0.7kpa進料板壓力：PF=105.3+0.7×13=114.4kpa精餾段平均壓力：Pm=(105.3+114.4)/2=109.85kpa(2)操作溫度根據表1的常壓下正庚烷=正辛烷的氣液平衡常數與溫度的關系。有內插法求得：塔頂溫度：tD=98.49℃進料板溫度：tF=113.85℃精餾段平均溫度：tm=(98.49+113.85)/2=106.2℃(3)平均摩爾質量①塔頂氣、液混合物平均摩爾質量：由xD=y1=0.9868，查平衡曲線，得x1=0.981MM②進料板氣、液混合物平均摩爾質量：由圖解理論板數，得yF1=0.62，查平衡曲線，得xF1=0.47MM③精餾段氣、液混合物平均摩爾質量：MM(4)平均密度①氣相平均密度理想氣體狀態方程P②液相平均密度1塔頂液相平均密度tD=98.49℃,由表4內插法得：PLA=612.49kg/1進料板液相平均密度tF=113.85℃，由表4內插法得：PLA=596.67kg/m3,PLB進料板液相質量分數：α1精餾段液相平均密度P(5)液相平均外表張力液相平均外表張力:σ塔頂液相平均外表張力：tD=98.49℃,由表5內插法得：σσ進料板液相平均外表張力：tF=113.85℃，由表5內插法得：σσ精餾段液相平均外表張力為：σ精Lm(6)液體平均粘度液體平均粘度:lg塔頂液相平均粘度：tD=98.49℃,由表6內插法得：μlg進料板液相平均粘度：tF=113.85℃，由表6內插法得：μlg3.5精餾塔塔體工藝尺寸計算(1)塔徑計算①精餾段氣、液相體積流率VL②空塔氣速計算由umax=C斯密斯關聯圖的橫坐標：L取板間距HT=0.40m查斯密斯關聯圖得：CC=u安全系數取0.7，則空塔氣速為：u=0.7umax=0.5022m/sD=按照標準塔徑圓整后為：D=1.0m塔截面積：A實際空塔氣速為u=(2)精餾塔有效高度計算精餾段有效高度Z提餾段有效高度Z在進料板上方開一人孔，其高度為0.8m,故精餾塔有效高度為Z=3.6全凝器冷凝介質的消耗量塔頂全凝器的熱負荷：Q由于塔頂溜出液幾乎為純粹庚烷，為簡化計算，可按純的正庚烷的摩爾焓計算。假設回流液在飽和溫度下進入塔內，則htD=98.49℃,由表7內插法得該溫度下正庚烷的汽化熱為341.81J/Kg。rQ水為冷凝質，其進出冷凝器的溫度分別為15℃，30℃，則平均溫度下的比熱cW3.7再沸器加熱介質的消耗量再沸器熱負荷：Q①塔頂蒸汽帶出的熱量Qv〔塔頂產品幾乎為純粹庚烷，摩爾汽化焓取純粹庚烷的摩爾汽化焓〕：Q〔查設計手冊：tD=98.49℃時，c②塔底產品帶出的熱量QW〔塔底產品幾乎為純粹辛烷，摩爾汽化焓取純粹辛烷的摩爾汽化焓〕：Q〔由表1內插法求得釜液溫度tw=124.79℃。查設計手冊：tw=124.79℃時，cp正辛烷=299.55kJ/kmol?℃〕③原料液帶入的熱量QtF=113.85℃。由設計手冊查出此溫度下正庚烷、正辛烷的比熱容cp正庚烷=264.55kJ/kmol?℃，cp正辛烷=293.55kJ/kmol?℃。原料液平均摩爾比熱容：C④回流液帶入的熱量QL〔回流液的摩爾焓取純粹庚烷的摩爾焓〕：QQ200kPa〔表壓〕的水蒸氣汽化熱為r水=3.97×加熱水蒸汽的消耗量為：W篩板塔設計結果匯總工程符號單位數值精餾段提餾段平均壓力PmkPa109略平均溫度tm°C106.2平均流量氣相Vsm3/s0.266液相Lsm3/s0.0016實際塔板數N塊26板間距HTm0.4塔的有效高度Zm10.4塔徑Dm1.0空塔氣速um/s0.5022全凝氣冷凝水用量WcKg/h1.83×104再沸器水蒸氣用量WhKg/h291.54工藝流程圖設計感想這次我們課程設計的課題是別離正庚烷-正辛烷混合液的篩板精餾塔，雖然是簡單的純化別離設計，但是還是發現自己有很多知識點存在遺漏或忘記。在教師和同學的幫助和指導下,對于一些平常理論的知識，有了更深的認識，感覺受益匪淺。這對我們以后的學習和工作有很大的幫助,我在此感謝教師和同學們的熱心幫助。通過化工原理的課程設計，使我增長了不少實際的知識，也在大腦中確立了一個關于化工生產的輪廓。設計中需要的許多知識都需要我