個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用苯-氯苯連續(xù)精餾篩板塔的設(shè)計(jì)目錄設(shè)計(jì)任務(wù)書3設(shè)計(jì)說(shuō)明書6概述2設(shè)計(jì)方案確定73設(shè)計(jì)計(jì)算83.1精餾塔的物料衡算83.1.1原料液、塔頂及塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量83.1.2塔頂產(chǎn)品產(chǎn)量、釜?dú)堃毫考斑M(jìn)料流量計(jì)算83.2塔板數(shù)的確定83.2.1.1q值的計(jì)算83.2.1.2最小回流比的求取83.2.1.3求操作線方程93.2.1.4求理論板數(shù)：逐板計(jì)算法103.2.1.4實(shí)際塔板數(shù)113.3精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算113.3.1操作壓力計(jì)算113.3.2操作溫度計(jì)算113.3.3平均摩爾質(zhì)量計(jì)算123.3.4平均密度計(jì)算123.3.5體積流率計(jì)算133.3.6液體平均表面張力的計(jì)算143.3.7液體平均粘度計(jì)算153.4精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算153.4.1塔徑的計(jì)算153.4.2塔高的計(jì)算163.5塔板主要工藝尺寸計(jì)算173.5.1精餾段計(jì)算183.6篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算203.6.1精餾段流體力學(xué)驗(yàn)算213.7塔板負(fù)荷性能圖233.7.1精餾段負(fù)荷性能圖234附屬設(shè)備選型26個(gè)人資料整理僅限學(xué)習(xí)使用4.1再沸器的選擇264.1.1再沸器的熱量衡算264.1.2飽和蒸汽用量264.1.3再沸器的加熱面積264.2冷凝器的選擇274.2.1全凝器熱量衡算274.2.2冷卻水用量274.2.3冷凝器的選擇274.3塔內(nèi)其他構(gòu)件284.3.1進(jìn)料管284.3.2回流管284.3.3塔頂蒸汽管284.3.4塔底出料速度295設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)列表296設(shè)計(jì)評(píng)述307參考文獻(xiàn)30設(shè)計(jì)任務(wù)書一、設(shè)計(jì)題目 苯—氯苯連續(xù)精餾篩板塔的設(shè)計(jì)。二、設(shè)計(jì)任務(wù)<1）原料液中氯含量：質(zhì)量分率 =50%<質(zhì)量），其余為苯。<2）產(chǎn)品純度為99.8%以上的<質(zhì)量）的氯苯。<3）塔頂餾出液中氯苯含量不得高于 0.2%<質(zhì)量）。<4）生產(chǎn)能力：20000t/y苯產(chǎn)品，年開(kāi)工 300天。三、操作條件<1）精餾塔頂壓強(qiáng)：4.0<表壓）<2）進(jìn)料熱狀態(tài)：泡點(diǎn)<3）回流比：=1.4<4）單板壓降壓：≯0.7KPa<5）冷凝器冷卻劑：水，冷卻劑溫度：=25；=40<6）再沸器加熱劑：飽和水蒸氣，加熱劑溫度：=2at<表壓）熱損失：=5%四、要求<1）對(duì)精餾過(guò)程進(jìn)行描述<2）對(duì)精餾過(guò)程進(jìn)行物料衡算和熱量衡算<3）對(duì)精餾塔進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算 <4 ）對(duì)精餾塔的附屬設(shè)備進(jìn)行選型個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用<5）畫一張精餾塔的裝配圖 <6 ）編制設(shè)計(jì)說(shuō)明書五、設(shè)計(jì)說(shuō)明書要求<1）目錄<2）設(shè)計(jì)題目及原始數(shù)據(jù) <任務(wù)書）<3）簡(jiǎn)述精餾過(guò)程的生產(chǎn)流程及特點(diǎn) <4）精餾過(guò)程有關(guān)計(jì)算<物料衡算、熱量衡算、理論塔板數(shù)、回流比、塔高、塔徑、塔板設(shè)計(jì)、接管設(shè)計(jì)等）<5）附屬設(shè)備的選型<裙座、再沸器、冷凝器等）； <6）設(shè)計(jì)結(jié)果概要<主要設(shè)備尺寸、衡算結(jié)果等）<7）設(shè)計(jì)評(píng)述<8）參考文獻(xiàn)。符號(hào)說(shuō)明英文字母2Aα－閥孔的鼓泡面積 mAf－降液管面積m2AT－塔截面積m2－操作線截距－負(fù)荷系數(shù)<無(wú)因次）0－流量系數(shù)<無(wú)因次）D－塔頂流出液量kmol/hD－塔徑md0－閥孔直徑mET－全塔效率<無(wú)因次）E－液體收縮系數(shù)<無(wú)因次）－物沫夾帶線kg液/kg氣F－進(jìn)料流量kmol/hF0－閥孔動(dòng)能因子m/s－重力加速度m/s2HT－板間距mH－塔高mHd－清液高度mhc－與平板壓強(qiáng)相當(dāng)?shù)囊褐叨萴h－與液體流徑降液管的壓降相當(dāng)液柱高度mdmh－與氣體穿過(guò)板間上液層壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨萺hf－板上鼓泡高度mhL－板上液層高度mh－降液管底隙高度m0－堰上液層高度mh02vhp－與板上壓強(qiáng)相當(dāng)?shù)囊簩痈叨萴hσ－與克服液體表面張力的壓降所相當(dāng)?shù)囊褐叨萴h－溢液堰高度m2vK－物性系數(shù)<無(wú)因次）Ls－塔內(nèi)下降液體的流量m3/sLw－溢流堰長(zhǎng)度mM－分子量kg/kmol－塔板數(shù)Np－實(shí)際塔板數(shù)NT－理論塔板數(shù)P－操作壓強(qiáng)PaP－壓強(qiáng)降Pa個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用－進(jìn)料狀態(tài)參數(shù)R－回流比Rmin－最小回流比－空塔氣速m/s－釜?dú)堃毫髁縦mol/hwc－邊緣區(qū)寬度mwd－弓形降液管的寬度mws－脫氣區(qū)寬度m－液相中易揮發(fā)組分的摩爾分率－氣相中易揮發(fā)組分的摩爾分率－塔高m希臘字母α－相對(duì)揮發(fā)度μ－粘度Cpρ－密度kg/m3σ－表面張力下標(biāo)－氣相－液相－精餾段－q線與平衡線交點(diǎn)min－最小max－最大A－易揮發(fā)組分B－難揮發(fā)組分設(shè)計(jì)說(shuō)明書概述<一）塔設(shè)備設(shè)計(jì)概述塔設(shè)備是化工、石油化工和煉油等生產(chǎn)中最重要的設(shè)備之一，它可以使氣 (或汽>或液液兩相緊密接觸，達(dá)到相際傳質(zhì)及傳熱的目的。在化工廠、石油化工廠、煉油廠等中，塔設(shè)備的性能對(duì)于整個(gè)裝置的產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量、生產(chǎn)能力和消耗定額，以及三廢處理和環(huán)境保護(hù)等各方面都 有 重 大 影 響 。最常見(jiàn)的塔設(shè)備為板式塔和填料塔兩大類。作為主要用于傳質(zhì)過(guò)程的塔設(shè)備，首先必須使氣<汽）液兩相能充分接觸，以獲得高的傳質(zhì)效率。此外，為滿足工業(yè)生產(chǎn)的需要，塔設(shè)備還必須滿足以下要求： 1、生產(chǎn)能力大；2、操作穩(wěn)定，彈性大； 3、流體流動(dòng)阻力小；

4、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、材料耗用量少，制造和安裝容易； 5、耐腐蝕和不易阻塞，操作方便，調(diào)節(jié)和檢修容 易

。< 二

） 板

式 精 餾

塔

設(shè) 備

選 型

及 設(shè)

計(jì)因?yàn)榘迨剿幚砹看蟆⑿矢摺⑶逑礄z修方便且造價(jià)低，故工業(yè)上多采用板式塔。因而本課程設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)板式塔。工 業(yè) 上 常 見(jiàn) 的 幾 種 的 板 式 塔 及 其 優(yōu) 缺 點(diǎn) ：個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用Ⅰ、浮閥塔：在塔板開(kāi)孔上方，安裝可浮動(dòng)的閥片，浮閥可隨氣體流量的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)開(kāi)度，可避免漏液，操作彈性大，造價(jià)低，且安裝檢修方便，但對(duì)材料的抗腐蝕性能要求高。Ⅱ、篩板塔：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、篩板塔壓降小、液面落差也較小、生產(chǎn)能力及塔板效 率 都 較 泡 罩 塔 高 ， 故 應(yīng) 用 廣 泛 。Ⅲ、泡罩塔：其氣體通道是升氣管和泡罩，由于升氣管高出塔板，即使在氣體負(fù)荷很低時(shí)也不會(huì)發(fā)生嚴(yán)重漏液，操作彈性大，升氣管為氣液兩相提供了大量的傳質(zhì)界面。但泡罩塔板結(jié) 構(gòu) 復(fù) 雜 ， 成 本 高 ， 安 裝 檢 修 不 便 ， 生 產(chǎn) 能 力 小 。綜合考慮，最終本次分離任務(wù)選擇篩板精餾塔。設(shè)計(jì)方案確定本設(shè)計(jì)任務(wù)為分離苯-氯苯混合物連續(xù)精餾。設(shè)計(jì)中采用 25℃進(jìn)料,將原料通過(guò)預(yù)熱器加熱至25℃送入精餾塔內(nèi).塔頂上升蒸汽采用全凝器冷凝，冷凝液在泡點(diǎn)下一部分回流至塔內(nèi)，其余部分經(jīng)產(chǎn)品冷凝器冷卻后送至儲(chǔ)罐。塔釜用再沸器加熱水至飽和過(guò)熱水蒸氣狀態(tài)，送至塔內(nèi)，塔釜塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送至儲(chǔ)罐。設(shè)計(jì)計(jì)算3.1精餾塔的物料衡算由于精餾過(guò)程的計(jì)算均以摩爾分?jǐn)?shù)為準(zhǔn)，需先把設(shè)計(jì)要求中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)化為摩爾分?jǐn)?shù).3.1.1 原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分率苯的摩爾質(zhì)量 =78.11kg/kmol氯苯的摩爾質(zhì)量 =112.56kg/kmol3.1.2 原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量3.1.3 物料衡算塔釜產(chǎn)品總物料衡算：氯苯物料衡算：代入數(shù)據(jù)解得3.2塔板數(shù)的確定個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用3.2.1、理論板層數(shù) 的求取3.2.1.1q 值的計(jì)算因?yàn)榕蔹c(diǎn)進(jìn)料所以3.2.1.2 最小回流比的求取：首先全塔平均相對(duì)揮發(fā)度的求取；根據(jù)我們先求取塔頂?shù)南鄬?duì)揮發(fā)度： <試差法）利用安托因公式：假設(shè)溫度為90攝氏度：假設(shè)溫度為80攝氏度：假設(shè)溫度為85攝氏度：假設(shè)溫度為81.7攝氏度：與 接近故此時(shí)的溫度為塔頂?shù)呐蔹c(diǎn)溫度；用相同的方法求取塔底的露點(diǎn)溫度和相對(duì)揮發(fā)度：全塔平均相對(duì)揮發(fā)度為：相平衡方程為；因?yàn)樗源胂嗥胶夥匠探獾茫?.2.1.3 求操作線方程精餾段液體流量精餾段氣體流量提餾段液體流量提餾段氣體流量可得精餾段操作線方程：個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用提餾段操作線方程：3.2.1.4 求理論板數(shù)：逐板計(jì)算法 <塔頂全凝器）相平衡方程：精餾段操作線方程：提餾段操作線方程：應(yīng)用精餾方程：第一塊塔板：第二塊塔板：第三塊塔板：第四塊塔板：第五塊塔板：第六塊塔板：第七塊塔板：第八塊塔板：因?yàn)楣实诎藟K為進(jìn)料板 換用提留段方程計(jì)算：此時(shí)所需要的總的理論板數(shù)為：(包括再沸器>由以上計(jì)算結(jié)果可知：精餾段的理論板數(shù)為73.2.1.5 實(shí)際塔板數(shù) 8板效率的求取查此溫度下的相對(duì)揮發(fā)度為 2左右，個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用=0.737， =0.85所以，精餾段的塔板數(shù)為： 塊提餾段的塔板數(shù)為： 塊(含再沸器>進(jìn)料板實(shí)際位置： 塊3.3 精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算3.3.1操作壓力計(jì)算塔頂操作壓力： P D=101.3+4=105.3kPa每層塔板壓降： △P=0.7kPa進(jìn)料板壓力： P F=105.3+0.7×16=116.5kPa塔釜操作壓力： P w=105.3+0.7×34=129.1kPa精餾段平均壓力： Pm1=(105.3+116.5>/2=110.9kPa提餾段平均壓力： Pm2=(116.5+129.1>/2=122.8kPa3.3.2操作溫度計(jì)算前面已計(jì)算出塔頂、進(jìn)料板及塔釜的泡點(diǎn)溫度，分別為 81.7 、94.2 、137.5 。所以：精餾段的平均溫度為 t m1=(81.7+94.2>/2=87.95 ；提餾段的平均溫度為 t m2=(137.5+94.2>/2=115.85 。3.3.3平均摩爾質(zhì)量計(jì)算<1）塔頂平均摩爾質(zhì)量計(jì)算由相平衡方程算得 x1=0.94260.986 78.11+(1-0.986> 112.56=78.59kg/koml0.9246 78.11+(1-0.9246> 112.56=80.09kg/koml<2）進(jìn)料板平均摩爾質(zhì)量計(jì)算由逐板計(jì)算結(jié)果知<3）塔釜平均摩爾質(zhì)量計(jì)算由逐板計(jì)算結(jié)果知：故：精餾段平均摩爾質(zhì)量為：個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用提餾段平均摩爾質(zhì)量為：3.3.4平均密度計(jì)算<1）氣相平均密度計(jì)算由理想氣體狀態(tài)方程計(jì)算，得：塔頂：塔釜：精餾段平均密度提餾段平均密度<2）液相平均密度計(jì)算液相平均密度以下式計(jì)算，即：塔頂液相平均密度的計(jì)算：由tD=81.7 ,查手冊(cè)可得：進(jìn)料板液相平均密度的計(jì)算查手冊(cè)得：進(jìn)料板液相的質(zhì)量分率：塔釜液相平均密度的計(jì)算查手冊(cè)得：故：精餾段平均密度的計(jì)算個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用提餾段平均密度的計(jì)算3.3.5體積流率計(jì)算<1）氣相體積流率計(jì)算精餾段：提餾段：<2）液相體積流率計(jì)算精餾段：提餾段：3.3.6液體平均表面張力的計(jì)算<1）液相平均表面張力以 計(jì)算<2）塔頂液相平均表面張力的計(jì)算：由 ,查手冊(cè)得：<3）進(jìn)料板液相平均表面張力計(jì)算由 ,查手冊(cè)得：<4）塔釜液相平均表面張力計(jì)算由 ,查手冊(cè)得：<5）精餾段的液相平均表面張力提餾段的液相平均表面張力3.3.7液體平均粘度計(jì)算<1）液體平均粘度計(jì)算如下： ㏒ ㏒<2）塔頂液相平均粘度的計(jì)算由 ,查手冊(cè)[5]得：個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用根據(jù) 可得：<3）進(jìn)料板液相平均粘度的計(jì)算由 ,查手冊(cè)得：根據(jù) 可得：<4）塔釜液相平均粘度的計(jì)算由 ,查手冊(cè)得：0.24根據(jù)

可得：(5>精餾段液相平均粘度為：提餾段液相平均粘度為：3.4 精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算3.4.1塔徑的計(jì)算<1）精餾段將以上計(jì)算結(jié)果列表如下：表3已計(jì)算出的各項(xiàng)物性數(shù)據(jù)名稱精餾段提餾段液相平均密度/847.44927.23氣相平均密度/2.9893.7142液相體積流量/0.00050.0024氣相體積流量/0.40620.3952液體表面張力mM/m20.88119.144液體平均粘度mPa.s0.31480.2857由<其中由計(jì)算，由史密斯關(guān)聯(lián)圖查取。橫坐標(biāo)為取板間距[1]，板上液層高度,則查史密斯關(guān)聯(lián)圖得個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用取安全系數(shù)為0.7，則空塔速度為則：按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后為塔截面積為實(shí)際空塔氣速為3.4.2塔高的計(jì)算塔的高度可以由下式計(jì)算：已知實(shí)際塔板數(shù)為 塊，板間距 由于料液較清潔，無(wú)需經(jīng)常清洗，可取每隔7塊板設(shè)一個(gè)人孔，則人孔的數(shù)目 為： 個(gè)取人孔兩板之間的間距 ，則塔頂空間 ，塔底空間 ，進(jìn)料板空間高度 ，那么，全塔高度：3.5塔板主要工藝尺寸計(jì)算3.5.1精餾段計(jì)算1、溢流裝置計(jì)算因塔徑 ，可選用單溢流弓形降液管，采用凹形受液盤。各項(xiàng)計(jì)算如下：（1）堰長(zhǎng) 取（2）溢流堰高度由 選用平直堰，堰上液層高度 由式 計(jì)算近似取 <根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)）由 ，得：取板上清液高度 可行個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用故<3）弓形降液管寬度 和截面和由 查弓形降液管的參數(shù)得故依式 驗(yàn)算液體在降液管中停留時(shí)間，即故降液管設(shè)計(jì)合理。<4）降液管底隙高度取則0.011故：此降液管底隙高度設(shè)計(jì)合理。選用凹形受液盤，深度 。2、塔板布置a>塔板分塊因b>

，故塔板采用分塊式。取開(kāi)孔區(qū)面積計(jì)算

。開(kāi)孔區(qū)面積

按

計(jì)算其中故c>篩孔計(jì)算及排列本例所處理的物系無(wú)腐蝕性，可選用 碳鋼板，取篩孔直徑 。篩孔按三角個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用形排列，取孔中心距故：篩孔數(shù)目 為開(kāi)孔率3.6篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算3.6.1精餾段流體力學(xué)驗(yàn)算1、塔板壓降<1）干板阻力 的計(jì)算干板阻力由式 計(jì)算由 ，查篩孔的流量系數(shù)圖可得：氣體通過(guò)篩孔的速度故 液柱<2）氣體通過(guò)液層的阻力 的計(jì)算氣體通過(guò)液層的阻力 由 計(jì)算查充氣系數(shù)關(guān)聯(lián)圖得： 故： 液柱<3）液體表面張力的阻力 的計(jì)算液體表面張力所產(chǎn)生的阻力 由 計(jì)算氣體通過(guò)每層塔板的液柱高 可按下式計(jì)算：液柱氣體通過(guò)每層塔板的壓降為：△ <設(shè)計(jì)允許值）2、液面落差對(duì)于篩板塔，液面落差很小，可忽略不計(jì)。個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用3、液沫夾帶液沫夾帶量由 計(jì)算故：液沫夾帶量

在允許范圍內(nèi)。4、漏液對(duì)篩板塔，漏液板氣速即

可由下式解得：實(shí)際孔速穩(wěn)定系數(shù)為：故本設(shè)計(jì)中無(wú)明顯漏液。5、液泛為防止塔內(nèi)發(fā)生液泛，降液管內(nèi)液層高 應(yīng)服從苯—氯苯系屬一般物系，取 ，則：而板上不設(shè)進(jìn)口堰， 可由式計(jì)算如下：液柱液柱故在本設(shè)計(jì)中不會(huì)發(fā)生液泛現(xiàn)象。3.7塔板負(fù)荷性能圖3.7.1精餾段負(fù)荷性能圖1、漏液線個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用代理數(shù)據(jù)整理得：在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)Ls值，依上式計(jì)算出值，計(jì)算結(jié)果列于下表：0.00060.00150.00300.00451.4101.52311.76941.8365由此可作出漏液線 1。2、液沫夾帶線以 ，求 關(guān)系如下：因?yàn)楣收淼茫涸诓僮鞣秶?/p>