分离正庚烷-正己烷混合液的筛板式精馏塔工艺设计
一、课题名称
分离正庚烷-正己烷混合液的筛板式精馏塔工艺设计
二、课题条件
原料:正己烷、正庚烷溶液
处理量:30000t/a
原料组成:正己烷44%(质量百分数)
原料液初温: 40℃
操作压力、回流比、单板压降:自选
进料状态:冷液体进料
分离要求:塔顶苯含量不低于99%,残液中苯含量不大于0.2%。
塔顶:全凝器
塔釜:饱和蒸汽间接加热
塔板形式:筛板
生产时间:年开工300天,每天三班8小时连续生产
冷却水温度:20℃
设备形式:筛板塔
厂址:滨州市
三、设计内容
1、设计方案的选定
2、精馏塔的物料衡算
3、塔板数的确定
4、精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算(加热物料进出口温度、密度、粘度、比热、导热系数)
5、精馏塔塔体工艺尺寸的计算
6、塔板主要工艺尺寸的计算
7、塔板的流体力学验算
8、塔板负荷性能图(精馏段)
9、换热器设计
10、精馏塔接管尺寸计算
1、撰写课程设计说明书一份
设计说明书的基本内容
(1)课程设计任务书
(2)目录
(3)设计计算与说明
(4)设计结果汇总
(5)小结
(6)参考文献
14、有关物性数据可查相关手册
15、注意事项
(1)写出详细计算步骤,并注明选用数据的来源
(2)每项设计结束后列出计算结果明细表
(3)设计最终需装订成册上交
四、进度计划
1.设计动员,下达设计任务书 0.5天
2.收集资料,阅读教材,拟定设计进度 1-2天
3.初步确定设计方案及设计计算内容 5-6天
4.整理设计资料,撰写设计说明书
前言...................................................................................................................... 1第一章综述.......................................................................................................... 2
1.1精馏原理及其在生产中的应用........................................................... 2
1.2精馏操作对塔设备的要求................................................................... 2
1.3板式塔类型........................................................................................... 3第二章工艺条件的使用和说明.......................................................................... 3
2.1操作压力的确定.................................................................................... 3
2.2进料状态的确定................................................................................... 4
2.3加热剂和加热方式的确定................................................................... 4
2.4冷凝器和冷却剂的确定....................................................................... 4第三章塔的工艺设计计算................................................................................ 5
3.1精馏塔的物料衡算............................................................................... 5
3.1.1原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数................................... 5
3.1.2原料液及塔顶、塔底产品含正己烷摩尔分数和平均摩尔质量
.............................................................................................................. 5
3.1.3物料衡算................................................................................... 5
3.2理论板数的计算................................................................................... 6
3.2.1正己烷正庚烷的平衡线........................................................... 6
3.2.2 求q值及q线方程.................................................................. 8
3.2.3 全塔效率ET......................................................................... 10
3.2.4 实际板层数求解.................................................................... 11
3.3精馏塔正己烷-正庚烷物性参数的计算......................................... 12
3.3.1 操作温度.............................................................................. 12
3.3.2 平均摩尔质量...................................................................... 12
3.3.3液相平均表面张力计算............................................................... 13
3.3.4液相平均黏度计算............................................................... 13
3.3.6 液相平均密度计算.............................................................. 14第四章精馏塔的塔体工艺尺寸设计.............................................................. 15
4.1 塔径的计算...................................................................................... 15
4.1.1精馏段................................................................................... 15
4.1.2提馏段............................................................................................. 17提馏段...................................................................................................... 194.2 精馏塔有效高度的计算.................................................................. 194.3塔板主要工艺尺寸的计算............................................................... 19
4.3.1 溢流装置计算...................................................................... 19
4.3.1.1 堰长.......................................................................... 20
4.3.1.2溢流堰高度............................................................... 20
4.3.1.3弓形降液管宽度和截面积....................................... 21
4.3.1.4 降液管底隙高度...................................................... 224.4 塔板布置.......................................................................................... 22
4.4.1塔板的分块........................................................................... 22
4.4.2边缘区宽度确定................................................................... 23
4.4.3 开孔区面积计算.................................................................. 23
4.3.4 筛孔计算及其排列.............................................................. 234.5 筛板的流体力学验算...................................................................... 24
4.5.1 塔板压降.............................................................................. 24
4.5.1.1 干板阻力计算.......................................................... 24
4.5.1.2 气体通过液层的阻力计算...................................... 25
4.5.1.3 液体表面张力的阻力计算...................................... 26
4.5.2液沫夹带............................................................................... 27
4.5.3 漏液...................................................................................... 27
4.5.4 液泛...................................................................................... 284.6 塔板负荷性能图.............................................................................. 29
4.6.1精馏段................................................................................... 29
4.6.1.1 漏液线...................................................................... 29
4.6.1.2 液沫夹带线.............................................................. 30
4.6.1.3 液相负荷下限线...................................................... 30
4.6.1.4液相负荷上限线....................................................... 31
4.6.1.5 液泛线...................................................................... 31
4.6.2提馏段................................................................................... 33
4.6.2.1漏液线....................................................................... 33
4.6.2.2雾沫夹带线............................................................... 33
4.6.2.3 液相负荷下限线...................................................... 34
4.6.2.4 液相负荷上限线...................................................... 34
4.6.2.5 液泛线...................................................................... 35第五章热量衡算............................................................................................ 37
5.1相关介质的选择............................................................................... 37
5.1.1加热介质的选择................................................................... 37
5.1.2冷凝剂................................................................................... 37
5.2焓值衡算........................................................................................... 37
5.3附属设备设计................................................................................... 40
5.3.1 进料管.................................................................................. 40
5.3.2回流管................................................................................... 40
5.3.3塔顶蒸气出料管................................................................... 41
5.3.4 釜液排出管.......................................................................... 42
5.3.5加热蒸汽管........................................................................... 42
5.4筒体与封头....................................................................................... 43
5.4.1筒体....................................................................................... 43
5.4.2封头....................................................................................... 43
5.4.3裙座....................................................................................... 43
5.4.4人孔....................................................................................... 44
5.4.5除沫器................................................................................... 44
5.5塔总体高度的设计........................................................................... 44
5.5.1塔顶空间............................................................................... 44
5.5.2塔底空间............................................................................... 44
5.5.3塔总高度的设计................................................................... 45
5.7 再沸器的选择.................................................................................. 46
5.8 泵的选择.......................................................................................... 47
5.5.1.进料泵.................................................................................. 47
5.8.2.回流泵................................................................................ 48
设计感想.......................................................................................................... 49参考文献.......................................................................................................... 49附录一(结果汇总)...................................................................................... 50附录二符号说明............................................................................................ 51精馏塔的工艺性能图...................................................................................... 54塔板设计图.............................................................................................. 54塔设计图.................................................................................................. 55塔板设计工艺图...................................................................................... 56
前言
塔设备的基本功能在于给气、液两相充分接触的机会,使传质、传热两种传递过程能够迅速而且有效地进行,并且还要能使能够接触的气、液两相及时分开,互不夹带。所以,蒸馏、吸收、萃取、吸附等操作可在相同的设备中进行。根据塔的结构型式,塔设备可分为板式塔与填料塔两大类。
板式塔内装有若干层塔板,液体靠重力作用由顶部逐板流向塔底,并在各块板面上形成流动的液层;气体则靠压差的推动,由塔底向上依次穿过各塔板上的液层而流向塔顶。气、液两相在塔内进行逐级接触,两相的组成沿塔高呈阶梯式变化。
板式塔为逐级接触式气液传质设备。在一个圆筒形的壳体内装有若干层按一定间距放置的水平塔板,塔板上开有很多筛孔,每层塔板靠塔壁处设有降液管。气液两相在塔板内进行逐级接触,两相的组成沿塔高呈阶梯式变化。板式塔的优点重量轻、效率好、处理量大、便于维修。缺点:结构复杂,压降大。
本设计采用板式塔中的筛板塔,主要对塔高、塔径、附属设备的设计计算与选择,进行塔的流体力学验算和负荷性能图,得到操作弹性等等。
本次设计结果为:理论板数为21块(不含再沸器),塔效率为57.48%,精馏段实际操作板数为16块,提馏段实际操作板数为21块,实际总板数为37块(不包括塔底再沸器)。进料位置为第17块板,在板式塔的主要工艺尺寸计算中得出塔径为1.2米,设置2个人孔,塔高为18.774米,通过筛板塔的流体力学验算,证明设计各指标数据均符合要求。
第一章综述
1.1精馏原理及其在生产中的应用
塔设备是化工、石油等工业中最广泛使用的重要生产设备。塔设备的基本功能在于给气、液两相提供以充分接触的机会,能够使质、传热两种传递过程能够迅速有效地进行;还要使接触之后的气、液两相及时分开。所以,蒸馏和吸收操作可在同样的设备中进行。根据塔内气液接触部件的结构型式,塔设备可分为板式塔与填料塔两大类。板式塔内沿塔高装有若干层塔板,液体靠重力作用由顶部逐板流向塔底,并且在各块板上形成流动的液层;气体的推动力为压强差,由塔底向上穿过每层塔板上的液层而流向塔顶。气、液两相在塔内进行逐级接触,两相的组成沿塔高呈阶梯式变化。填料塔内装有各种形式的固体填充物,即填料。液相由塔顶喷淋装置分布于填料层上,靠重力作用沿填料表面流下;气相则在压强差推动下穿过填料的间隙,由塔的一端流向另一端。气、液在填料的润湿表面上进行接触,其组成沿塔高连续地变化。目前在工业生产中,当处理量大时多采用板式塔,而当处理量较小时多采用填料塔。蒸馏操作的规模往往较大,所需塔径常达一米以上,故采用板式塔较多;吸收操作的规模一般较小,故采用填料塔较多。
1.2精馏操作对塔设备的要求
(1)气(汽)、液两相处理量大,即生产能力大时,仍不致发生大量的雾沫夹带、液泛等破坏操作的现象。
(2)操作稳定,弹性大,即当塔设备的气(汽)、液负荷具有较大范围的变动时,而且仍能够在较高的传质效率下进行稳定的操作并应保证长期连续操作所必须的可靠性。
(3)流体流动的阻力小,这大大节省了动力消耗,并且也降低了操作费用。对于减压精馏操作,过大的压力降使整个系统无法继续维持必要的真空度,导致破坏物系的操作。
(4)结构简单,材料耗用量小,制造安装容易。
(5)耐腐蚀而且不易堵塞,方便操作、调节和检修。
(6)塔内的滞留量要小。
实际上,任何塔设备都难以满足上述所有要求,况且上述要求中有大部分也是互相矛盾。不同的塔型各有某些独特的优点,设计时应该根据物系性质和具体要求,一定要抓住主要矛盾,进行选型。
1.3板式塔类型
塔设备主要分为板式塔和填料塔两大类。精馏操作既可采用板式塔,也可采用填料塔。
板式塔为逐级接触的气-液传质设备,其种类繁多,根据塔板上气-液接触元件的不同,可分为泡罩塔、浮阀塔、筛板塔、穿流多孔板塔、舌形塔、浮动舌形塔和浮动喷射塔等多种。
筛板塔也是传质过程常用的塔设备,它的主要优点有:
(1)结构比浮阀塔更简单,易于加工,造价约为泡罩塔的60%,为浮阀塔的80%左右。
(2)处理能力大,比同塔径的泡罩塔可增加10~15%。
(3)塔板效率高,比泡罩塔高15%左右。
(4)压降较低,每板压力比泡罩塔约低30%左右。
筛板塔的缺点是:
(1)塔板安装的水平度要求较高,否则气液接触不匀。
(2)操作弹性较小(约2~3)。
(3)小孔筛板容易堵塞。
第二章工艺条件的使用和说明
2.1操作压力的确定
蒸馏操作通常在常压、加压和减压下进行。确定操作压力时,应该根据所处理的物料的性质,兼顾技术上的可行性和经济上的合理性进行考虑。由于对于正己烷—正庚烷物系并没有什么特殊要求,故本设计采用的是常压进
料。
2.2进料状态的确定
进料状态与塔板数、塔径、回流量及塔的热负荷都有密切的联系。
本设计中采用40℃进料。
2.3加热剂和加热方式的确定
蒸馏釜的加热方式通常采用间接蒸汽加热,设置再沸器。当然有时也可采用直接蒸汽加热。然而,直接蒸汽加热时,由于蒸汽的不断通入,对塔底溶液起到了稀释作用,在塔底易挥发物损失量相同的情况下,塔底残液中易挥发组分的浓度应较低,因而塔板数会稍有增加。
本设计采用立式热虹吸式再沸器,该再沸器是利用塔底单相釜液与换热管内气液混合物的密度差形成循环推动力,构成工艺物流在精馏塔底与再沸器间的流动循环。这种再沸器具有传热系数高,结构紧凑,安装方便,釜液在加热段停留时间短,不易结垢,调节方便,占地面积小,设备及运行费用低等显著优点。但由于结构上的原因,壳程不易清洗,因此不适宜用于高粘度的液体或较脏的加热介质。同时由于是立式安装,因而,增加了塔的裙座高度。
2.4冷凝器和冷却剂的确定
本设计用水作为冷却剂。冷凝器将塔顶蒸气冷凝成液体,部分冷凝液作塔顶产品,其余作回流液返回塔顶,使塔内气液两相间的接触传质得以进行。精馏塔选用筛板塔,配合使用螺纹管式换热器。因为此换热器承受的压力在0-1.6MPa,振动幅度小,噪音小,使用寿命长,热效率高,更加节省能量,全不锈钢焊接,耐高温高压,结构紧凑,安装方便,占地面积小,,结垢倾向低,维护费用低,而且节能环保。
第三章 塔的工艺设计计算
3.1精馏塔的物料衡算
3.1.1原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数
正己烷的摩尔质量 ol 86.172Kg/m M A = 正庚烷的摩尔质量 ol 100.21Kg/m M B =
原料处理量为:
h
k m o l F /559.4451
.93243001000
30000=???=
3.1.2原料液及塔顶、塔底产品含正己烷摩尔分数和平均摩尔质量
4775
.021
.100/)44.01(172.86/44.0172
.86/44.0=-+=
F
x
9914
.021
.100)991(172.86/99172
.86/99=?-+=
D
x
0023.021
.100/)2.01(172.86/2.0172
.86/2.0=-+=W x
mol
kg M
F
/51.9321.100)4775.01(172.864775.0=?-+?=
k m o l
kg kmol
kg M
M W
D /1777.10021.100)0023.01(172.860023.0/293.8621.100)9914.01(172.869914.0=?-+?==?-+?=
3.1.3物料衡算
总物料衡算 D+W =F
正己烷物料衡算559.444775.00023.09914.0?=?+?W D 联立解得 Kmol kg D /41.22=
K m o l kg W /1512.23= 正庚烷的回收率: (1)
100%99.2%
(1)
W B F W x F x η-=?=
- 正己烷的回收率:
9976.04775
.0559.449914
.041.21=??==
F D A Fx Dx η
式中:F —原料液流量,h Kmol / D —流出液流量,h kmol / W —釜残液流量,h Kmol /
XF —原料液中易挥发组分的摩尔分数 XD —馏出液中易挥发组分的摩尔分数 XW —釜残液中易挥发组分的摩尔分数 3.2理论板数的计算
3.2.1正己烷正庚烷的平衡线 Antoine 常数值
组分 A B C PS
正己烷 5.99694 1168.337 223.9891 KPa 正庚烷
6.90240
1268.115
216.900
mmHg
常压下正己烷-正庚烷气液平衡组成与温度的关系 气液平衡数据:
PA/KPa
PB/KPa
液相中正己烷
的摩尔分率x
气相中正庚烷的摩尔分率y 温度t/℃
101.172017 38.63823519 1.002046622 1.00078063
68.7
104.3888901
40.04145771 0.951996685
0.981025442 69.7
107.6851979 41.48534828 0.903546641 0.960499495 70.7 111.0622668 42.97075497 0.856630195 0.939183527 71.7 114.5214319 44.49853518 0.811184163 0.917057965 72.7 118.0640367 46.06955554 0.767148309 0.894102923 73.7 121.691433 47.68469187 0.724465195 0.8702982 74.7 125.4049808 49.34482912 0.683080032 0.845623281 75.7 129.2060481 51.05086132 0.642940549 0.82005733 76.7 133.0960105 52.80369147 0.603996859 0.793579194 77.7 137.0762516 54.60423155 0.566201342 0.7661674 78.7 141.1481624 56.45340238 0.529508527 0.737800154 79.7 145.3131412 58.35213358 0.493874986 0.708455336 80.7 149.5725936 60.30136352 0.459259231 0.678110507 81.7 153.9279322 62.30203919 0.425621618 0.646742898 82.7 158.3805764 64.35511617 0.392924254 0.614329416 83.7 162.9319524 66.46155856 0.361130913 0.580846641 84.7 167.583493 68.62233885 0.330206953 0.546270825 85.7 172.3366372 70.83843788 0.300119237 0.510577888 86.7 177.1928304 73.11084474 0.270836063 0.473743422 87.7 182.153524 75.44055669 0.242327094 0.435742687 88.7 187.2201752 77.82857908 0.214563291 0.396550612 89.7 192.3942471 80.27592526 0.187516852 0.356141792 90.7 197.677208 82.78361645 0.161161152 0.314490489 91.7 203.070532 85.35268172 0.135470689 0.27157063 92.7 208.5756983 87.98415786 0.11042103 0.22735581 93.7 214.1941908 90.67908926 0.085988763 0.181819283 94.7 219.9274988 93.43852786 0.062151444 0.134933974 95.7 225.7771159 96.26353303 0.038887558 0.086672465 96.7 235.9926376 101.21954 0.000597003 0.001390804 98.4 正己烷正庚烷t-x-y图如下:
利用表一中数据由内差可求得当4775.0=F X ,溶液的泡点温度F t
C t F ?=-?--+=17.81)459259.04775.0(459259.0425622.07
.817.827.81
3.2.2 求q 值及q 线方程
表二:正己烷和正庚烷的汽化热(求81.17℃)
内插法可得
r 32.354(2
.3532.36335
.2864.2735.281-
?--+=
m o l
KJ r /33)2.35332.354(2
.3532.36308
.3341.3208.332=-?--+
= mol
J mol KJ x r x r r F F m /30741/741.30)4775.01(334775.027.28)1(21==-?+?=-?+= 平均温度C t ?=+=
585.602
40
17.81 温度T/K 353.2 363.2 正己
烷
r 1(KJ/mol)
28.35
27.64
正庚烷r 2(KJ/mol)
33.08
32.41
表三:正己烷和正庚烷的比热容(求60.89℃下)
温度T/K
330 340 正庚烷 Cp2(J/(mol/K)) 237.4
241.7
内插法:)//(239)330735.333(330
3404
.2377.2414.2372K mol J C P =-?--+
=
正己烷用32DT CT BT A C P +++= 已知:
106310232.62910637.310,10413.582738.4---?=?-=?=-=D C B A ,,
所以)//(374.1571K mol J C P =
)//(02.200)1(21K mol J x C x C C F P F P P m =-?+=
268.1)
15.31332.354(=-?+=
m
P m r C r q m
q 线方程为1
1---=q x x q q y F
所以782.173.4-=x y
由图可看出q 线与平衡线的交点(0.5684,0.7545) 所以273.15684
.07545.07545
.09914.0min =--=--=
q q q D x y y x R 取91.1273.15.15.1min =?==R R
故精馏段操作线方程341.06564.011+=+++=x R x x R R y D
提馏段:
1.9121.4140.89/L RD kg mol ==?= 1.3120.00072
w WX L qF
y x x L qF W L qF W +=
?-=-+-+-
所以作下图。
图解法求理论塔板数:利用origin 作图,可知
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
Y
X
B
第十块板进料,总理论板层数为21块(不含再沸器),精馏段9块,提馏段12块
3.2.3 全塔效率ET
245
.0-)(49.0L T E αμ=
塔顶与塔底平均温度C t t t 021395.822
745
.89045.752=+=+= 正己烷:
221
.02
.333545.355241.0221.02.323-2.3331--=-L μ s m P a L ·1763
1.01=μ 正庚烷:s mPa L ·237248.0)
2.353545.355(35
3.2
-373.20.241
-0.209241.02=-?+
=μ
s
mPa x x L L L ·21069.0)4359.01(237248.01763.04359.0)1(222
1
=-?+?=-+=μμμ t PA
PB
81.7 149.5726 60.30136 82.7
153.9297 62.30204
由直线内插法:
82.39581.782.781.7
149.5726153.9279149.5726A P --=-- 152.6A
P K P a
=
82.39581.782.781.7
60.30313662.3020460.3013661.692B B P P KPa
--=
--=
152.6 2.473661.692A B P P α=
==
5748.0)4736.221069.0(49.0)(49.0245.0245.0-=??==-L T E αμ
3.2.4 实际板层数求解 ET=0.56
精馏段:N 1=9/0.5748=16 提馏段:N 2=12/0.5748=21 实际总板数:37块
3.3精馏塔正己烷-正庚烷物性参数的计算 3.3.1 操作温度
利用表一数据内插法可求得D t 、W t
C t
D 088.68)952.09914.0(952.0.17
.697.687.69=-?--+=
C t W 032.98)0006.00023.0(0006
.003889.04
.987.964.98=-?--+=
精馏段平均温度C t t t D
F 01045.752=+= 提馏段平均温度C t t t W
F 02745.892=+= 3.3.2 平均摩尔质量
精馏段(75.045℃) 0.724465195 0.8702982
74.7
0.683080032 0.845623281 75.7
液相组成:7387.0)7.74045.75(7
.747.75724465
.068308.0724465.01=-?--+=x
气相组成:8618.0)7.74047.75(7
.747.75870298
.0845623.0870298.01=-?--+=y
Kmol Kg M L /91.89)7387.01(21.1007387.0172.861=-?+?= Kmol Kg M V /11.88)8618.01(21.1008618.0172.861=-?+?=
提馏段(89.745℃) 0.214563291 0.396550612 89.7
0.187516852 0.356141792 90.7
液相组成:2133.0)7.89745.89(7
.897.90214563
.0187517.0214563.02=-?--+
=x 气相组成:3947.0)7.89745.89(7
.897.90396551
.0356142.0396551.02=-?--+
=y Kmol Kg M L /22.97)2133.01(21.1002133.0172.862=-?+?= Kmol Kg M V /67.94)3947.01(21.1003947.017.862=-?+?=
3.3.3液相平均表面张力计算
液相平均表面张力依下式计算,即 i i n
i Lm x σσ?∑==1
表四:正己烷1σ和正庚烷2σ液相表面张力
精馏段液相平均表面张力(K T 195.3481=)
正己烷m mN /72.12)2.343195.348(343.2-353.213.20
-12.2413.201=-?+
=σ
正庚烷m mN /87.14)2.343195.348(343.2
-353.215.38
-14.3515.382=-?+=σ
m mN x x m /28.13)7387.01(87.147387.072.12)1(12111
=-?+?=-+=σσσ
提馏段液相平均表面张力(K T 895.3622=) 正己烷m mN /25.111='σ 正庚烷m mN /55.132='σ
m mN x x m /06.13)2133.01(55.132133.025.11)1(22212
=-?+?=-'+'=σσσ
3.3.4液相平均黏度计算
液相平均粘度依下式计算:i i n
i Lm x μμ1=∑=
表五:正己烷1μ和正庚烷2μ液相黏度
T/K
343.2 353.2 363.2 323.2 333.2 )
·(1s mPa μ
0.241
0.221
)
·(2s mPa μ
0.261 0.241 0.209
T/K
343.2 353.2 363.2 1σ/(m mN /)
13.20 12.24 11.22 2σ/(m mN /)
15.38
14.35
13.42
一、塔设备课程设计任务书 ㈠设计课题 筛板式精馏塔机械设计 ㈡工艺条件 物料名称:甲醇-水 设计压力:0.1a MP 设计温度:C 100 物料平均密度:3 957m kg 产品特性:易燃、有毒 设计基本风压值:2 300m N 地震烈度:7度 ㈢工艺尺寸 塔内径 精馏段板数 提留段板数 板间距 堰长 1400 33 17 500 980 堰高 筛孔直径 孔间距 塔顶蒸汽出口管径 50 6 24 200D g 管口 符号 公称尺寸 用途 a Dg273 进料管口 b Dg38 出料管口 c Dg325 塔顶蒸汽出口 d Dg38 回流液口 e Dg20 液面计接口 f Dg38 釜液出口 设计要求 1、筛板精馏塔机械设计及整体结构设计。 2、绘制筛板式精馏塔装配图(一张一号图纸) 二、设计方法及步骤 1、材料选择 设计压力MPa p 1.0 ,属于低压分离设备,一类容器,未提技术要求;产品特性为易燃、易挥发;设计温度为C 100,介质为甲醇和水,年腐蚀欲度很小,考虑到设备材料经济性,筒体,封头和补强圈材料选用R Q 245,裙座选用A Q 235。 2、塔设备主要结构尺寸的确定
㈠塔高 1)塔主体高度 ()mm H Z 2450050011733=?-+= 2)塔的顶部空间高度 mm H a 1500= 3)塔的底部空间高度 mm H b 2000= 4)裙座高度 mm H S 3000= 5)封头高度 mm H c 390= 6)塔高 mm H H H H H H c S b a Z 3139039030002000150024500=++++=++++= 取m mm H 3232000== m mm H H H H H S b a Z 3131000300020001500245001==+++=+++= ㈡塔径 1)筒体厚度计算 []mm p pD t i 56.01 .085.014721400 1.02=-???= -= φσδ 式中:[]t σ——材料的许用应力。R Q 245在C 100厚度为3~16mm 时, []MP a t 147=σ。 φ——塔体焊接接头系数。采用双面对接焊,局部无损探伤,85.0=φ 名义厚度mm C n 86.23.256.0=+=+=δδ 厚度附加量mm C C C 3.223.021=+=+= 1C ——厚度负偏差。按709T JB 中的B 类要求R Q 245负偏差取mm C 3.01=。 2C ——腐蚀裕量。取mm C 22=。 对于碳素钢、低合金钢制容器mm 3min ≥δ,故按刚度条件,筒体厚度仅需3mm ,但考虑此塔较高,风载荷较大,取塔体名义厚度=n δ10mm 。
化工原理课程设计 –––––板式精馏塔的设计 姓名单素民 班级 1114071 学号 111407102 指导老师刘丽华 河南城建学院
序言 化工原理课程设计是综合运用《化工原理》课程和有关先修课程(《物理化学》,《化工制图》等)所学知识,完成一个单元设备设计为主的一次性实践教学,是理论联系实际的桥梁,在整个教学中起着培养学生能力的重要作用。通过课程设计,要求更加熟悉工程设计的基本内容,掌握化工单元操作设计的主要程序及方法,锻炼和提高学生综合运用理论知识和技能的能力,问题分析能力,思考问题能力,计算能力等。 精馏是分离液体混合物(含可液化的气体混合物)最常用的一种单元操作,在化工,炼油,石油化工等工业中得到广泛应用。精馏过程在能量剂驱动下(有时加质量剂),使气液两相多次直接接触和分离,利用液相混合物中各组分的挥发度的不同,使易挥发组分由液相向气相转移,难挥发组分由气相向液相转移,实现原料混合液中各组分的分离。根据生产上的不同要求,精馏操作可以是连续的或间歇的,有些特殊的物系还可采用衡沸精馏或萃取精馏等特殊方法进行分离。本设计的题目是苯-甲苯连续精馏筛板塔的设计,即需设计一个精馏塔用来分离易挥发的苯和不易挥发的甲苯,采用连续操作方式,需设计一板式塔将其分离。
目录 一、化工原理课程设计任书 (3) 二、设计计算 (3) 1.设计方案的确定 (3) 2.精馏塔的物料衡算 (3) 3.塔板数的确定 (4) 4.精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (8) 5.精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (10) 6.塔板主要工艺尺寸的计算 (11) 7.筛板的流体力学验算 (13) 8.塔板负荷性能图 (15) 9.接管尺寸确定 (30) 二、个人总结 (32) 三、参考书目 (33)
实验8 筛板精馏塔实验 一、实验目的 1.了解筛板式精馏塔的结构流程及操作方法。 2.测取部分回流或全回流条件下的总板效率。 3.观察及操作状况。 二、实验原理 在板式精馏塔中,混合液的蒸汽逐板上升,回流液逐板下降,汽液两相在塔板上接触,实现传质,传热过程而达到两相一定程度的分离。如果在每层塔板上,液体与其上升的蒸汽到平衡状态,则该塔板称为理论板,然而在实际操作中、汽、液接触时间有限,汽液两相一般不可能达到平衡,即实际塔板的分离效果,达不到一块理论板的作用,因此精馏塔的所需实际板数一般比理论板要多,为了表示这种差异而引入了“板效率”这一概念,板效率有多 种表示方法,本实验主要测取二元物系的总板效率E p : E N N P T D 板式塔内各层塔板的传质效果并相同,总板效率只是反映了整个塔板的平均效率,概括地讲总板效率与塔的结构,操作条件,物质性质、组成等有关是无法用计算方法得出可靠值,而在设计中需主它,因此常常通过实验测取。实验中实验板数是已知的,只要测取有关数据而得到需要的理论板数即可得总板效率,本实验可测取部分回流和全回流两种情况下的板效,当测取塔顶浓度,塔底浓度进料浓度以及回流比并找出进料状态、即可通过作图法画出平衡线、精馏段操作线、提馏段操作线,并在平衡线与操作线之间画梯级即可得出理论板数。如果在全回流情况下,操作线与对角线重合,此时用作图法求取理论板数更为简单。 三、实验装置与流程 实验装置分两种: (1)用于全回流实验装置 精馏塔为一小型筛板塔,蒸馏釜为卧直径229m长3000mm内有加热器。塔内径50mm共有匕块塔板,每块塔板上开有直径2mm筛孔12个板间距100mm,塔体上中下各装有一玻璃段用以观察塔内的操作情况。塔顶装有蛇管式冷凝器蛇管为φ10×1紫铜管长3.25m,以水作冷凝剂,无提馏段,塔傍设有仪表控制台,采用1kw调压变压器控制釜内电加热器。在仪表控制台上设有温度指示表。压强表、流量计以及有关的操作控制等内容。 (2)用于部分回流实验装置 装置由塔、供料系统、产品贮槽和仪表控制柜等部份组成。蒸馏釜为φ250×340×3mm 不锈钢罐体,内设有2支1kw电热器,其中一支恒加热,另一支用可调变压器控制。控制电源,电压以及有关温,压力等内容均有相应仪表指示, 塔身采用φ57×3.5mm不锈钢管制成,设有二个加料口,共十五段塔节,法兰连接,塔身主要参数有塔板十五块,板厚1mm不锈钢板,孔径2mm,每板21孔三形排列,板间距100mm,溢流管为φ14×2不锈钢管堰高10mm。 在塔顶和灵敏板塔段中装有WEG—001微型铜阻感温计各一支由仪表柜上的XCE—102温度指示仪显示,以监测相组成变化。 塔顶上装有不锈钢蛇管冷凝器,蛇管为φ14×2长250mm以水作冷凝剂以LZB10型转子流量计计量,冷凝器装有排气旋塞。
筛板式精馏塔课程设计说明
第一章绪论 1.1 化工原理课程设计的目的和要求 课程设计是《化工原理》课程的一个总结性教学环节,是培养综合运用本门课程及有关选修课程的基本知识去解决某一设计任务的一次训练。在整个教学计划中,它也起着培养独立工作能力的重要作用。 1.2 精馏操作对塔设备的要求 为了满足工业生产和需要,塔设备还得具备下列各种基本要求: (1) 气(汽)、液处理量大,即生产能力大时,仍不致发生大量的雾沫夹带、拦液或液泛等破坏操作的现象。 (2) 操作稳定,弹性大,即当塔设备的气(汽)、液负荷有较大范围的变动时,仍能在较高的传质效率下进行稳定的操作并应保证长期连续操作所必须具有的可靠性。 (3) 流体流动的阻力小,即流体流经塔设备的压力降小,这将大大节省动力消耗,从而降低操作费用。对于减压精馏操作,过大的压力降还将使整个系统无法维持必要的真空度,最终破坏物系的操作。 (4) 结构简单,材料耗用量小,制造和安装容易。 (5) 耐腐蚀和不易堵塞,方便操作、调节和检修。 (6) 塔内的滞留量要小。 实际上,任何塔设备都难以满足上述所有要求,不同的塔型各有某些独特的优点,设计时应根据物系性质和具体要求,抓住主要矛盾,进行选型。 1.3板式塔类型 在化学工业和石油工业中广泛应用的诸如吸收、解吸、精馏、萃取等单元操作中,气液传质设备必不可少。塔设备就是使气液成两相通过精密接触达到相际传质和传热目的的气液传质设备之一。 塔设备一般分为级间接触式和连续接触式两大类。前者的代表是板式塔,后者的代表则
为填料塔,在各种塔型中,当前应用最广泛的是筛板塔与浮阀塔。筛板塔在十九世纪初已应用与工业装置上,但由于对筛板的流体力学研究很少,被认为操作不易掌握,没有被广泛采用。五十年代来,由于工业生产实践,对筛板塔作了较充分的研究并且经过了大量的工业生产实践,形成了较完善的设计方法。 筛板塔和泡罩塔相比较具有下列特点:生产能力大于10.5%,板效率提高产量15%左右;而压降可降低30%左右;另外筛板塔结构简单,消耗金属少,塔板的造价可减少40%左右;安装容易,也便于清理检修。然而筛板塔也存在着一些缺点: (1)塔板安装的水平度要求较高,否则气液接触不匀; (2)操作弹性较小(约2~3); (3)小孔筛板容易堵塞。 本次设计就是针对水甲醇体系,而进行的常压二元筛板精馏塔的设计及其辅助设备的选型。 1.4精馏塔的工作原理和工艺流程 精馏塔是进行精馏的一种塔式汽液接触装置,又称为蒸馏塔。蒸气由塔底进入,与下降液进行逆流接触,两相接触中,下降液中的易挥发(低沸点)组分不断地向蒸气中转移,蒸气中的难挥发(高沸点)组分不断地向下降液中转移,蒸气愈接近塔顶,其易挥发组分浓度愈高,而下降液愈接近塔底,其难挥发组分则愈富集,达到组分分离的目的。由塔顶上升的蒸气进入冷凝器,冷凝的液体的一部分作为回流液返回塔顶进入精馏塔中,其余的部分则作为馏出液取出。塔底流出的液体,其中的一部分送入再沸器,热蒸发后,蒸气返回塔中,另一部分液体作为釜残液取出。 精馏原理 (Principle of Rectify) 蒸馏的基本原理是将液体混合物部分气化,利用其中各组份挥发度不同(相对挥发度,α)的特性,实现分离目的的单元操作。
板式精馏塔设计方案 一、设计方案确定 1.1 精馏流程 精馏装置包括精馏塔,原料预热器,再沸器,冷凝器,釜液冷却器和产品冷却器等,为保持塔的操作稳定性,流程中用泵直接送入塔原料,乙醇、水混合原料液经预热器加热至泡点后,送入精馏塔。塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝后经分配器一部分回流,一部分经过冷却器后送入产品储槽,塔釜采用间接蒸汽再沸器供热,塔底产品经冷却后为冷却水循环利用。 塔板是板式塔的主要构件,分为错流式塔板和逆流式塔板两类,工业中以错流式为主,常用的错流式塔板有:泡罩塔板,筛孔塔板,浮阀塔板。泡罩塔板是工业上应用最早的塔板,其主要的优点是操作弹性较大,液气比围较大,不易堵塞;但由于生产能力及板效率底,已逐渐被筛孔塔板和浮阀塔板所替代。筛孔塔板优点是结构简单,造价低,板上液面落差小,气体压强底,生产能力大;其缺点是筛孔易堵塞,易产生漏液,导致操作弹性减小,传质效率下降。而浮阀塔板是在泡罩塔板和筛孔塔板的基础上发展起来的,它吸收了前述两种塔板的优点。浮阀塔板结构简单,制造方便,造价底;塔板开孔率大,故生产能力大;由于阀片可随气量变化自由升降,故操作弹性大;因上升气流水平吹入液层,气液接触时间长,故塔板效率较高。但浮阀塔板也有缺点,即不易处理易结焦、高粘度的物料,而设计的原料是乙醇-水溶液,不属于此类。故总结上述,设计时选择的是浮阀塔板。 1.2设计方案论证及确定 1.2.1 生产时日及处理量的选择:设计要求塔年处理11.5万吨乙醇—水溶液系统,年工作日300d,每天工作24h。 1.2.2 选择用板式塔不用填料塔的原因:因为精馏塔精馏塔对塔设备的要求大致如下: (1)生产能力大:即单位塔截面大的气液相流率,不会产生液泛等不正常流动。
1.概述 本设计为分离乙醇-水混合物,采用筛板式精馏塔。 1.1本设计在生产上的实用意义 乙醇的结构简式为C2H5OH,俗称酒精,它在常温、常压下是一种易燃、易挥发的无色透明液体,它的水溶液具有特殊的、令人愉快的香味,并略带刺激性。乙醇是一种很好的溶剂,既能溶解许多无机物,又能溶解许多有机物,所以常用乙醇来溶解植物色素或其中的药用成分,也常用乙醇作为反应的溶剂,使参加反应的有机物和无机物均能溶解,增大接触面积,提高反应速率。乙醇的用途很广,可用乙醇来制造醋酸、饮料、香精、染料、染料等,是农药、医药、橡胶、塑料、人造纤维、洗涤剂等的制造原料。医疗上也常用体积分数为70%——75%的乙醇作消毒剂等。 工业上一般用淀粉发酵法或乙烯直接水化法制取乙醇。 1.发酵法制乙醇是在酿酒的基础上发展起来的,在相当长的历史时期内,曾是生产乙醇的唯一工业方法。发酵法的原料可以是含淀粉的农产品,如谷类、薯类或野生植物果实等;也可用制糖厂的废糖蜜;或者用含纤维素的木屑、植物茎秆等。这些物质经一定的预处理后,经水解(用废蜜糖作原料不经这一步)、发酵,即可制得乙醇。 2.乙烯直接水化法,就是在加热、加压和有催化剂存在的条件下,是乙烯与水直接反应,生产乙醇:CH2═CH2 + H─OH→C2H5OH(该反应分两步进行,第一步是与醋酸汞等汞盐在水-四氢呋喃溶液中生成有机汞化合物,而后用硼氢化钠还原)。 若想要获得不同浓度的乙醇,可以采取精馏这种方法。譬如,75%的乙醇可以用蒸馏的方法蒸馏到95.5%,此后形成恒沸物,不能提高纯度。 化工生产常需进行液体混合物的分离以达到提纯或回收有用组分的目的。互溶液体混合物的分离有多种方法,精馏是其中最常用的一种。精馏是一种利用回流使液体混合物得到高纯度分离的蒸馏方法,精馏操作其基本原理是利用互溶液体混合物相对挥发度的不同,实现各组分分离的单元操作,是工业上应用最广的液体混合物分离操作,广泛用于石油、化工、轻工、食品、冶金等部门。 1.2 流程、设备及操作条件的确定 流程可由以下5个方面来确定。 (一)加料方式 加料分两种方式:泵加料和高位槽加料。高位槽加料通过控制液位高度,可以得到稳定流量,但要求搭建塔台,增加基础建设费用;泵加料属于强制进料方式,本次加料可选泵加料,泵和自动调节装置配合控制进料。 (二)加料状态 进料方式一般有冷液进料,泡点进料,气液混合物进料,露点进料,加热蒸汽进料五种。泡点进料对塔操作方便,不受季节温度影响。由于泡点进料时塔的制造比较方便,而其他进料方式对设备的要求高,设计起来难度相对加大,所以采用泡点进料。 (三)冷凝方式 选全凝器,塔顶出来的气体温度不高。冷凝后回流液和产品温度不高,无需再次冷凝,且本次分离是为了分离乙醇和水,制造设备较为简单,为节省资金,选全凝器。 (四)回流方式 宜采用重力回流,对于小型塔,冷凝液由重力作用回流如塔。优点:回流冷凝器无需支撑结构;缺点:回流控制较难安装,但强制回流需用泵,安装费用、点耗费用大,故不用强制回流,塔顶上升蒸汽采用冷凝回流入塔内。 (五)加热方式
食品工程原理课程设计说明书 筛板式精馏塔设计
目录 第一部分概述 一、设计题目 (3) 二、设计任务 (3) 三、设计条件 (3) 四、工艺流程图 (3) 第二部分工艺设计计算 一、设计方案的确定 (4) 二、精馏塔的物料衡算 (4) 1.原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数 (4) 2.原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 (4) 3.物料衡算原料处理量 (4) 三、塔板数的确定 (4) N的求取 (4) 1.理论板层数 T 2.实际板层数的求取 (6) 四、精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (6) 1.操作压力计算 (6) 2.操作温度计算 (6) 3.平均摩尔质量计算 (6) ⑴塔顶摩尔质量计算 (6) ⑵进料板平均摩尔质量计算 (6) ⑶提馏段平均摩尔质量 (7) 4.平均密度计算 (7) ⑴气相平均密度计算 (7) ⑵液相平均密度计算 (7) 5.液相平均表面张力计算 (7) ⑴塔顶液相平均表面张力计算 (7) ⑵进料板液相平均表面张力计算 (7) 6.液相平均粘度计算 (8) ⑴塔顶液相平均粘度计算 (8) ⑵进料板液相平均粘度计算 (8) 五、精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (8) 1.塔径的计算 (8) 2.精馏塔有效高度计算 (9) 六、塔板主要工艺尺寸的计算 (9) 1.溢流装置计算 (9) l (9) ⑴堰长 W h (9) ⑵溢流堰高度 W
⑶弓形降液管宽度d W 和截面积f A ..........................9 2.塔板布置....................................................................................................9 ⑴塔板的分块.............................................9 ⑵边缘区宽度确定.........................................9 ⑶ 开孔区面积计算........................................9 ⑷筛孔计算及其排列 (10) 七、筛板的流体力学验算 (11) 1.塔板压降....................................................................................................11 ⑴干板阻力c h 计算........................................11 ⑵气体通过液层的阻力L h 计算..............................11 ⑶液体表面张力的阻力 h 计算..............................11 2.液面落差...................................................................................................12 3.液沫夹带...................................................................................................12 4.漏液...........................................................................................................12 5.液泛.. (12) 八、塔板负荷性能图 (13) 1.漏液线.......................................................................................................13 2.液沫夹带线...............................................................................................13 3.液相负荷下限线.......................................................................................14 4.液相负荷上限线.......................................................................................14 5.液泛线.......................................................................................................14 九、设计一览表.. (16) 十、参考文献 (17)
《化工原理》课程设计报告 苯-氯苯分离过程板式精馏塔设计 学院 专业 班级 学号 姓名 合作者 指导教师
化工原理设计任务书 一、设计题目: 苯-氯苯分离过程板式精馏塔设计 二、设计任务 1)进精馏塔的原料液中含氯苯为38%(质量百分比,下同),其余为苯。 2)塔顶馏出液中含氯苯不高于2%。 3)生产能力为日产纯度为99.8%的氯苯Z吨产品。年工作日300天,每天24小时连续运行。(设计任务量为3.5吨/小时) 三、操作条件 1.塔顶压强4kPa(表压); 2.进料热状况,自选; 3.回流比,自选; 4.塔釜加热蒸汽压力0.5MPa; 5.单板压降不大于0.7kPa; 6. 设备型式:自选 7.厂址天津地区 四、设计内容 1.精馏塔的物料衡算; 2.塔板数的确定; 3.精馏塔的工艺条件及有关五行数据的计算; 4.精馏塔的塔体工艺尺寸计算; 5.塔板的主要工艺尺寸计算; 6.塔板的流体力学计算; 7.塔板负荷性能图; 8.精馏塔接管尺寸计算; 9.绘制生产工艺流程图; 10.绘制精馏塔设计条件图; 11.绘制塔板施工图; 12.对设计过程的评述和有关问题的讨论
五、基础数据 1.组分的饱和蒸汽压 i p (mmHg ) 2.组分的液相密度ρ(kg/m 3) 纯组分在任何温度下的密度可由下式计算 苯 t A 187.1912-=ρ 氯苯 t B 111.11127-= ρ 式中的t 为温度,℃。 3.组分的表面张力σ(mN/m ) 双组分混合液体的表面张力m σ可按下式计算: A B B A B A m x x σσσσσ+= (B A x x 、为A 、B 组分的摩尔分率) 4.氯苯的汽化潜热 常压沸点下的汽化潜热为35.3×103kJ/kmol 。 纯组分的汽化潜热与温度的关系可用下式表示: 38 .01212??? ? ??--=t t t t r r c c (氯苯的临界温度:C ?=2.359c t ) 5.其他物性数据可查化工原理附录。
化工原理 课程设计说明书 筛板式精馏塔设计 姓名高江超 班级化工102 学号2010012075
指导老师朱宪荣 目录 第一部分概述 一、设计题目 (3) 二、设计任务 (3) 三、设计条件 (3) 四、工艺流程图 (3) 第二部分工艺设计计算 一、设计方案的确定 (4) 二、精馏塔的物料衡算 (4) 1.原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数 (4) 2.原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 (4) 3.物料衡算原料处理量 (4) 三、塔板数的确定 (4) N的求取 (4) 1.理论板层数 T 2.实际板层数的求取 (6) 四、精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (6) 1.操作压力计算 (6) 2.操作温度计算 (6) 3.平均摩尔质量计算 (6) ⑴塔顶摩尔质量计算 (6) ⑵进料板平均摩尔质量计算 (6) ⑶提馏段平均摩尔质量 (7) 4.平均密度计算 (7) ⑴气相平均密度计算 (7) ⑵液相平均密度计算 (7) 5.液相平均表面张力计算 (7) ⑴塔顶液相平均表面张力计算 (7)
⑵进料板液相平均表面张力计算 (7) 6.液相平均粘度计算 (8) ⑴塔顶液相平均粘度计算 (8) ⑵进料板液相平均粘度计算 (8) 五、精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (8) 1.塔径的计算 (8) 2.精馏塔有效高度计算 (9) 六、塔板主要工艺尺寸的计算 (9) 1.溢流装置计算 (9) ⑴堰长W l (9) ⑵溢流堰高度W h (9) ⑶弓形降液管宽度d W 和截面积f A (9) 2.塔板布置 (9) ⑴塔板的分块 (9) ⑵边缘区宽度确定 (9) ⑶ 开孔区面积计算 (9) ⑷筛孔计算及其排列 (10) 七、筛板的流体力学验算 (11) 1.塔板压降 (11) ⑴干板阻力c h 计算 (11) ⑵气体通过液层的阻力L h 计算 (11) ⑶液体表面张力的阻力 h 计算 (11) 2.液面落差 (12) 3.液沫夹带 (12) 4.漏液 (12) 5.液泛 (12) 八、塔板负荷性能图 (13) 1.漏液线 (13) 2.液沫夹带线 (13) 3.液相负荷下限线 (14) 4.液相负荷上限线 (14) 5.液泛线 (14) 九、设计一览表 (16) 十、参考文献 (17)
实验名称:精馏实验 一、 实验目的 ① 测定精馏塔在全回流及部分回流条件下的全塔效率。 ② 测定精馏塔在全回流条件下的单板效率。 ③ 测定精馏塔在全回流条件下塔体浓度(温度)分布。 ④ 测定再沸器的传热膜系数。 二、 实验器材 精馏实验装置(北京化工大学制) 三、 实验原理 在精馏过程中,由塔釜产生的蒸汽沿塔逐板上升与来自塔顶逐板下降的回流液在塔板上多次部分汽化部分冷凝,进行传热与传质,使混合液达到一定程度的分离。 回流是精馏操作的必要条件,塔顶的回流量与采出量之比称为回流比。回流比是精馏操作的主要参数,它的大小直接影响精馏操作的分离效果和能耗。若塔在最小回流比下操作,要完成分离任务,则需要无穷多块塔板,在工业上是不可行的。若在全回流下操作,既无任何产品的采出,也无任何原料的加入,塔顶的冷凝液全部返回到塔中,这在生产中无任何意义。但是,由于此时所需理论板数最少,易于达到稳定,故常在科学研究及工业装置的开停车及排除故障时采用。通常回流比取最小回流比的1.2~2.0倍。 1. 塔板效率 板式精馏塔中汽液两相在各塔板上相互接触而发生传质作用,由于接触时间短暂和不够充分,并且汽相上升也有一些雾沫夹带,因此其传质效率总不会达到理论板效果。通常用塔板效率来表示塔板上传质的完善程度。 塔板效率是体现塔板性能及操作状况的主要参数。影响塔板效率的因素很多,大致归纳为:流体的物理性质(如粘度、密度、相对挥发度和表面张力等)塔板结构以及操作条件等,由于影响塔板效率的因素相当复杂,目前仍以实验的方法测定。 (1)总板效率E (或全塔的效率):反映全塔中各层塔板的平均分离效果,常用于板式塔的设计。 e N N E 式中 E ——总板效率 N ——理论板数 e N ——实际板数 (2)单板效率 ,反映单独的一块板上传质的效果,是评价塔板式性能 优劣的重要数据,常有于塔板的研究。
板式精馏塔设计任务书4-3 一、设计题目: 苯―甲苯精馏分离板式塔设计 二、设计任务及操作条件 1、设计任务:生产能力(进料量) 6万吨/年 操作周期 7200 小时/年 进料组成 48.0%(质量分率,下同) 塔顶产品组成 98.0% 塔底产品组成 3.0% 2、操作条件 操作压力常压 进料热状态泡点进料 冷却水 20℃ 加热蒸汽 0.19MPa 3、设备型式筛板塔 4、厂址安徽省合肥市 三、设计内容: 1、概述 2、设计方案的选择及流程说明 3、塔板数的计算(板式塔) ( 1 ) 物料衡算; ( 2 ) 平衡数据和物料数据的计算或查阅; ( 3 ) 回流比的选择; ( 4 ) 理论板数和实际板数的计算; 4、主要设备工艺尺寸设计 ( 1 ) 塔内气液负荷的计算; ( 2 ) 塔径的计算; ( 3 ) 塔板结构图设计和计算; ( 4 )流体力学校核; ( 5 )塔板负荷性能计算; ( 6 )塔接管尺寸计算; ( 7 )总塔高、总压降及接管尺寸的确定。 5、辅助设备选型与计算 6、设计结果汇总 7、工艺流程图及精馏塔装配图 8、设计评述
目录 1、概述 (3) 1.1 精馏单元操作的简介 (3) 1.2 精馏塔简介 (3) 1.3 苯-甲苯混合物简介 (3) 1.4设计依据 (3) 1.5 技术来源 (3) 1.6 设计任务和要求 (4) 2、设计计算 (4) 2.1确定设计方案的原则 (4) 2.2操作条件的确定 (4) 2.2.1操作压力 (4) 2.2.2进料状态 (5) 2.2.3加热方式的选择 (5) 2.3设计方案的选定及基础数据的搜集 (5) 2.4板式精馏塔的简图 (6) 2.5常用数据表: (6) 3、计算过程 (8) 3.1 相关工艺的计算 (9) 3.1.1 原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 (9) 3.1.2原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 (9) 3.1.3 物料衡算 (9) 3.1.4 最小回流比及操作回流比的确定 (9) 3.1.5精馏塔的气、液相负荷和操作线方程 (10) 3.1.6逐板法求理论塔板数 (10) 3.1.7精馏塔效率的估算 (12) 3.1.8实际板数的求取 (12) 3.2精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (12) 3.2.1操作压力计算 (12) 3.2.2操作温度计算 (13) 3.2.3平均摩尔质量计算 (13) 3.2.4平均密度计算 (14) 3.2.5液体平均表面张力计算 (15) 3.2.6液体平均粘度计算 (16) 3.3 精馏塔的主要工艺尺寸的计算 (17) 3.3.1 塔内气液负荷的计算 (17) 3.3.2 塔径的计算 (17) 3.3.3 精馏塔有效高度的计算 (19) 3.4 塔板结构尺寸的计算 (19) 3.4.1 溢流装置计算- (19) 3.4.2塔板布置 (21) 3.5筛板的流体力学验算 (23) 3.5.1 塔板压降相当的液柱高度计算 (23) 3.5.2液面落差 (24)
化工原理课程设计 设计题目: 班级: 姓名: 学号: 指导教师: 完成日期:年月日 化工系
设计内容及要求 一、设计内容 1.设计方案的选定 对给定或选定的工艺流程、主要设备的型式进行简要的论述; 2.主要设备的工艺设计计算 选定工艺参数,物料衡算,热量衡算,单元操作的工艺计算并绘制相应的工艺流程图,标出物流量及主要测量点; 3.设备设计 设备的结构设计和工艺尺寸的设计计算,并绘制设备的工艺条件图。图面应包括设备的主要工艺尺寸、技术特性和接管表; 4.辅助设备选型 典型辅助设备主要工艺尺寸的计算,设备规格、型号的选定; 二、设计说明书编写 (1)封面课程设计题目、班级、姓名、指导教师、时间 (2)设计任务书 (3)目录 (4)设计方案简介 (5)设计条件及主要物性参数表 (6)工艺计算及主体设备设计 (7)辅助设备的计算及选型 (8)设计结果汇总表 (9)设计评述,设计者对本设计的评述及通过设计的收获体会 (10)附图(带控制点的工艺流程简图、主题设备设计条件图) (11)参考文献 (12)主要符号说明 图纸要求:工艺流程图采用4号图纸,设备装置图采用3号图纸,要求布局美观,图面整洁,图表清楚,尺寸标识准确,各部分线形精细符合国家化工制图标准。 报告内容必须齐全,打印或手写。打印用A4纸,字号为宋体、小四,标题加黑。 三、参考资料 1.化工原理课程设计(天大教材) 2.《化学工程手册1-3》化学工业出版社 3.《化工设备设计基础》化学工业出版社 4.《化工设备机械基础》化学工业出版社 5.化工设备技术全书编辑委员会.化工设备全书—塔设备设计.上海:上海科学技术出版1988 6.石油化学工业规划设计院.塔的工艺计算.北京:石油化学工业出版社,1997
《化工原理课程设计》报告 4万吨/年甲醇~水 板式精馏塔设计
目录 一、概述 (4) 1.1 设计依据·································错误!未定义书签。 1.2 技术来源·································错误!未定义书签。 1.3 设计任务及要求 (5) 二:计算过程 (7) 1. 塔型选择 (7) 2. 操作条件的确定 (8) 2.1 操作压力 (8) 2.2 进料状态 (8) 2.3 加热方式 (8) 2.4 热能利用 (8) 3. 有关的工艺计算 (9) 3.1 最小回流比及操作回流比的确定·········错误!未定义书签。 3.2 塔顶产品产量、釜残液量及加热蒸汽量的计算错误!未定义书签。 3.3 全凝器冷凝介质的消耗量 (17) 3.4 热能利用·····························错误!未定义书签。 3.5 理论塔板层数的确定 (17) 3.6 全塔效率的估算·······················错误!未定义书签。 N·······················错误!未定义书签。 3.7 实际塔板数 P 4. 精馏塔主题尺寸的计算······················错误!未定义书签。 4.1 精馏段与提馏段的体积流量·············错误!未定义书签。 4.1.1 精馏段 (20) 4.1.2 提馏段 (22) 4.2 塔径的计算 (24) 4.3 塔高的计算 (33) 5. 塔板结构尺寸的确定 (27) 5.1 塔板尺寸 (27) 5.2 弓形降液管···························错误!未定义书签。 5.2.1 堰高 (29) 5.2.2 降液管底隙高度h0 (30) 5.2.3 进口堰高和受液盘···············错误!未定义书签。 5.3 浮阀数目及排列 (31)
板式精馏塔实验报告 学院:广州大学生命科学学院 班级:生物工程121班 分组:第一组 姓名: 其他组员: 学号:
指导老师:尚小琴吴俊荣 实验时间2014.11.15 摘要:此次实验是对筛板精馏塔的性能进行全面的测试,实验主要对乙醇正丙醇精馏过 程中的研究不同条件下改变参量时的实验结果,根据实验数据计算得出塔釜浓度、回流比、进料位置等与全塔效率的关系,确定该筛板精塔的最优实验操作条件。 关键词:精馏;回流比;全塔效率;塔釜浓度 Abstract:The sieve plate distillation column performance comprehensive testing, mainly on ethanol isopropyl alcohol distillation process in the different experimental conditions were discussed, the reactor concentration, reflux ratio, feed location and the entire towerThe relationship between the efficiency of sieve plate tower, determine the optimal experimental conditions of fine. Key words: Distillation;reflux ratio;the tower efficiency 引言:精馏是利用混合液中两种液体的沸点差异来分离两种液体的过程。精馏装置有精馏塔、原料预热器、再沸器、冷凝器、釜液冷却器和产品冷却器等设备。热量自塔釜输入,物料在塔内经多次部分气化与部分冷凝进行精馏分离,由冷凝器和冷却器中的冷却介质将余热带走。精馏过程的节能措施一直是人们普遍关注的问题。精馏操作是化工生产中应用非常广泛的一种单元操作,也是化工原理课程的重要章节[2]。分析运行中的精馏塔,当某一操作条件改变时的分离效果变化,属于精馏的操作型问题[4]。本研究从塔釜浓度、回流比、进料位置、全回流和部分回流等操作因素对数字型筛板精馏塔进行全面考察[1],得出一系列可靠直观的结果,加深对精馏操作中一些工程概念的理解,对工业生产有一定的指导意义通过本实验我们得出了大量的实验数据,由计算机绘图找出最优一组实验参数,在这组参数下进行提纯将会节约大量能源,同时为今后开出的设计型、综合型、研究型的实验项目,为学生的创新性科研项目具有重要的教改意义[3]。 1.实验部分
化工原理课程设计 设计题目:筛板式精馏塔设计
目录概述(前言) 一、工艺计算 二、塔高及塔径计算 三、溢流装置设计 四、塔板布置 五、塔板校核 六、塔板负荷性能图
七、塔结构图 八、计算结果列表 参考文献 后记(小结) 设计任务书体系:苯-甲苯 学号:31-35 年处理量:12万吨
开工天数:300天 塔顶组成质量比:0.98 塔底组成质量比:0.05 进料组成质量比:0.50 进料状况:泡点进料 操作压力:常压 概述一、筛板精馏塔的结构特点:
筛板塔是扎板塔的一种,装若干层水平塔板,板上有许多小孔,形状如筛;并装有溢流管或没有溢流管。塔气体在压差作用下由下而上,液体在自身重力作用下由上而下总体呈逆流流动。 筛板精馏塔的结构特点有: 1.结构简单,易于加工,造价为泡罩塔的60%左右,为浮阀塔的80%左右。 2.在相同条件下,生产能力比泡罩塔大20%~40%。 3.塔板效率较高,比泡罩塔高15%左右,但低于浮阀塔。 4.气体压力较小,每板压力比泡罩塔约低30%左右。 二、操作要点: 操作时,液体由塔顶进入,经溢流管(一部分经筛孔)逐板下降,并在板上积存液层。气体(或蒸气)由塔底进入,经筛孔上升穿过液层,鼓泡而出,因而两相可以充分接触. 三、应用中的优缺点: 优点:气液接触部件是引导气流进入液层,并保证气液充分,均匀而良好的接触,形成大量的又是不断更新的气液传质界面,而且要使气液间最后能够较易分离。通过筛孔的局部阻力和板上液层的重力使气体由下而上保持一定的压差以克服板间流动阻力。 缺点:1.小孔筛板以堵塞,不适宜处理脏的、黏性大的和带固体粒子的料液。2.操作弹性较小(约2~3)。 四、精馏装置流程图
精馏塔课程设计
安徽科技学院食品药品学院 乙醇—水板式精馏塔设计 班级:食品科学与工程101 姓名:蒋大强 学号:2301100112 指导教师:杜传来张继武 时间:2012年1月6日
分离要求:塔底含量不超过0.1%,塔顶含量高于98%. 工艺操作条件:常压精馏,塔顶全凝,q 取1.2,R=1.1 Rmin 。 :水和乙醇的物理性质 (2)常压下乙醇和水的气液平衡数据,见表3—2 表3—2 乙醇—水系统t —x —y 数据 1.2乙醇和水的不同温度下的密度。 表1—1 不同温度下乙醇和水的密度 温度/℃ 乙ρ 水ρ 温度/℃ 乙ρ 水ρ
80 85 90 735 730 724 971.8 968.6 965.3 85 100 720 716 961.85 958.4 1.3乙醇和水的不同温度下的表面张力。 表1—2 乙醇和水不同温度下的表面张力 温度/℃ 70 80 90 100 乙醇表面张力22/10 m N - 18 17.15 16.2 15.2 水表面张力/2 2/10m N - 64.3 62.6 60.7 58.8 1.4乙醇和水的不同温度下的黏度。 表1—3 乙醇和水不同温度下的黏度 温度/℃ 70 80 90 100 乙醇黏度mpa.s 0.48 0.415 0.351 0.305 水的黏度mpa.s 0.400 0.330 0.318 0.284 1.5乙醇—水气、液平衡组成与温度关系 表1—1 乙醇—水气、液平衡组成与温度关系 沸点t/C ? 乙醇分子/% (液相) 乙醇分子/% (气相) 沸点t/C ? 乙醇分子/% (液相) 乙醇分子/% (气相) 100 99.9 99.8 99.7 99.5 99.2 99 98.75 97.64 95.8 95.5 91.3 0 0.004 0.04 0.05 0.12 0.23 0.31 0.39 0.79 1.61 1.90 4.16 0 0.053 0.51 0.77 1.57 2.90 3.725 45 8.76 16.34 17.00 29.92 82 81.5 81.3 80.7 80.6 80.1 79.85 79.8 79.7 79.5 79.3 79.2 27.3 32.73 33.24 39.65 42.09 48.92 52.68 50.79 51.98 61.02 57.32 65.64 56.44 59.26 58.78 61.22 62.22 64.70 66.28 65.64 65.99 70.29 68.41 72.71
过程工艺与设备课程设计 丙烯——丙烷精馏塔设计 课程名称:化工原理课程设计 班级: 姓名: 学号: 指导老师: 完成时间:
前言 本设计说明书包括概述、流程简介、精馏塔、再沸器、辅助设备、管路设计和控制方案共7章。 说明中对精馏塔的设计计算做了详细的阐述,对于再沸器、辅助设备和管路的设计也做了正确的说明。 鉴于设计者经验有限,本设计中还存在许多错误,希望各位老师给予指正 感谢老师的指导和参阅!
目录 第一节:标题 丙烯—丙烷板式精馏塔设计 第二节:丙烯—丙烷板式精馏塔设计任务书 第三节:精馏方案简介 第四节:精馏工艺流程草图及说明 第五节:精馏工艺计算及主体设备设计 第六节:辅助设备的计算及选型 第七节:设计结果一览表 第八节:对本设计的评述 第九节:工艺流程简图 第十节:参考文献 第一章 任务书 设计条件 1、 工艺条件: 饱和液体进料 进料丙烯含量%65x F (摩尔百分数)。
塔顶丙烯含量% x 98 ≥ D 釜液丙烯含量% ≤ x 2 W 总板效率为0.6 2、操作条件: 塔顶操作压力1.62MPa(表压) 加热剂及加热方法:加热剂——热水 加热方法——间壁换热冷却剂:循环冷却水 回流比系数:R/Rmin=1.2 3、塔板形式:浮阀 4、处理量:F=50kml/h 5、安装地点:烟台 6、塔板设计位置:塔顶 安装地点:烟台。 处理量:64kmol/h 产品质量:进料65% 塔顶产品98% 塔底产品<2% 1、工艺条件:丙烯—丙烷 饱和液体进料 进料丙烯含量65% (摩尔百分数) 塔顶丙烯含量98% 釜液丙烯含量<2% 总板效率为0.6 2、操作条件: 塔顶操作压力1.62MPa(表压)
板式精馏塔的设计 1.1 概述 塔设备是炼油、化工、石油化工等生产中广泛应用的气液传质设备。根据塔内气液接触部件的结构型式,可分为板式塔和填料塔。板式塔内设置一定数目的塔板,气体以鼓泡或喷射形式穿过板上液层进行质热传递,气液相组成呈阶梯变化,属逐级接触逆流操作过程。填料塔内装有一定高度的填料层,液体自塔顶沿填料表面下流,气体逆流向上(也有并流向下者)与液相接触进行质热传递,气液相组成沿塔高连续变化,属微分接触操作过程。 工业上对塔设备的主要要求是:(1)生产能力大;(2)传热、传质效率高;(3)气流的摩擦阻力小;(4)操作稳定,适应性强,操作弹性大;(5)结构简单,材料耗用量少;(6)制造安装容易,操作维修方便。此外,还要求不易堵塞、耐腐蚀等。 板式塔大致可分为两类:(1)有降液管的塔板,如泡罩、浮阀、筛板、导向筛板、新型垂直筛板、蛇形、S型、多降液管塔板;(2)无降液管的塔板,如穿流式筛板(栅板)、穿流式波纹板等。工业应用较多的是有降液管的塔板,如浮阀、筛板、泡罩塔板等。 (一)泡罩塔 泡罩塔是最早使用的板式塔,是Celler于1813年提出的,其主要构件是泡罩、升气管及降液管。泡罩的种类很多,国内应用较多的是圆形泡罩。 泡罩塔的主要优点是:因升气管高出液层,不易发生漏液现象,操作弹性较大,液气比范围大,适用多种介质,操作稳定可靠,塔板不易堵塞,适于处理各种物料;但其结构复杂,造价高、安装维修不便,板上液层厚,气体流径曲折,塔板压降大,因雾沫夹带现象较严重,限制了起诉的提高。现虽已为其他新型塔板代替,但鉴于其某些优点,仍有沿用。 (a)(b) 图1 泡罩塔 (二)浮阀塔 浮阀塔广泛用于精馏、吸收和解吸等过程。其主要特点是在塔板的开孔上装有可浮动的浮阀,气流从浮阀周边以稳定的速度水平地进入塔板上液层进行两相接触。浮阀可根据气体流量的大小而上下浮动,自行调节。 浮阀有盘式、条式等多种,国内多用盘式浮阀,此型又分为F-1型(V-1型)、V-4型、十字架型、和A型,其中F-1型浮阀结构较简单、节省材料,制造方便,性能良好,故在化工及炼油生产中普遍应用,已列入部颁标准(JB-1118-81)。其阀孔直径为39mm,重阀质量为33g,轻阀为25g。一般多采用重阀,因其操作稳定性好。 浮阀塔的主要优点是生产能力大,操作弹性较大,塔板效率高,气体压强降及液面落差较小,塔的造价低,塔板结构较泡罩塔简单。