第六章、板式精馏塔
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板式精馏塔工艺说明根据设计任务书,本次设计的化工设备针对的工艺是连续精馏,塔顶设冷凝器,塔釜设再沸器。
精馏物料是甲酚-水的液相混合物,根据所给密度是100.2Kg/m3,知物料含甲酚5%。
由于甲酚是珍贵化工原料所以须尽可能全部精馏出来,故设釜液中甲酚的回收率为99.9%,馏液中甲酚含量不高于0.1%。
物料送入精馏塔经过气液传质、传热后,塔底采出液的一部分作为产品回收,另一部分经再沸器回到精馏塔内,塔顶蒸汽一部分经冷凝器回流进入精馏塔参与气液传质,一部分作为塔顶产品采出。
3工艺计算3.1物料衡算3.1.1物料基本性质表1—基本性质表2—液相密度Kg/m3表3—表面张力N/s表4—液体粘度mPa∙s表5—气体粘度10−5Pa∙s表6—液体汽化热KJ/Kg3.1.2全塔物料衡算水的摩尔组成x F=0.9518.020.9518.02+0.05108.14=0.99131平均摩尔质量M平均=0.99131×18.02+(1−0.99131)×108.14=18.783kg/kmol原料液质量流量q mF=90×1002.5=90225Kg/ℎ原料液摩尔量流量q nF=9022518.783=4803.55Kmol/ℎ釜液中甲酚的回收率为99.9%馏液中甲酚含量不高于0.1%进行总物料衡算:q nF=q nD+q nW 进行水物料衡算:q nF x F=q nD x D+q nW x W联立解得:x D=0.99999x W=0.10238q nD=4757.04Kmol/ℎq nW=46.51Kmol/ℎ3.1.2平均摩尔质量计算M F=M A x F+M B(1−x F)=18.02×0.99131+108.14×(1−0.99131)=18.80kg/kmolM D=M A x D+M B(1−x D)=18.02×0.99999+108.14×(1−0.999999)=18.02kg/kmolM W=M A x W+M B(1−x W)=18.02×0.10238+108.14×(1−0.10238)=98.91kg/kmol3.2浮阀塔板层数的确定3.2.1浮阀塔理论板的层数的确定采用图解法来求取理论板层数。
第六章塔设备第一节塔设备的应用及类型一、塔设备应用在炼油、化工、轻工及医药等工业生产中,气、液或液、液两相直接接触进行传质传热的过程是很多的,如精馏、吸收、萃取等,这些过程都是在一定的设备内完成的。
由于过程中介质相互间主要发生的是质量的传递,所以也将实现这些过程的设备叫传质设备,从外形上看这些设备都是竖直安装的圆筒形容器,高径比较大,形状如“塔”,故习惯上称其为塔设备。
塔设备为气、液或液、液两相进行充分接触创造了良好的条件,使两相有足够的接触时间、分离空间和传质传热的面积,从而达到相际间质量和热量传递的目的,实现工艺要求。
所以塔设备的性能对整个装置的产品质量、生产能力、消耗定额和环境保护等方面都有着重大的影响。
在化工和石油化工生产装置中,塔设备的投资费用约占全部工艺设备总投资的25%,在炼油和煤化工生产装置中约占35%;其所消耗的钢材重量在各类工艺设备中所占比例也是比较高的,如年产250万吨常减压蒸馏装置中,塔设备耗用钢材重量约占45%,年产30万吨乙烯装置中约占27%。
可见塔设备是炼油、化工生产中最重要的工艺设备之一,它的设计、研究、使用对炼油、化工等工艺的发展起着重要的作用。
二、塔设备的一般要求工业生产上对于塔设备具有一定的要求,概括起来有下列几个方面。
(1)生产能力要大,即单位塔截面上单位时间内的物料处理量要大。
(2)分离效率要高,即达到规定分离要求的塔高要低。
(3)操作稳定,弹性要大,即允许气体和(或)液体负荷在一定的范围内变化,塔仍能正常操作并保持较高的分离效率。
(4)对气体的阻力要小,这对于减压蒸馏尤为重要。
(5)结构简单,易于加工制造,维修方便,耐腐蚀等。
任何塔设备都难以满足上述所有要求,因此必须了解各种塔设备的特点并结合具体的工艺要求,抓住主要矛盾以选择合适的塔型。
三、塔设备的分类从不同的角度认识塔设备有不同的类型。
按工艺用途可分为精馏塔、吸收塔、萃取塔、干燥塔、洗涤塔等;按操作压力可分为常压塔、加压塔和减压塔;按内部构件的结构可分为板式塔和填料塔两大类。
板式精馏塔的操作与塔效率的测定一、实验目的(1)熟悉板式塔的结构及精馏流程;(2)理论联系实际,掌握精馏塔的操作;(3)学会精馏塔塔效率的测定方法。
二、基本原理1.二元精馏过程的质量指标和操作变量精馏塔的进料通常是前一工序或另一精馏塔的出料,为简化讨论,认为它稳定不变。
二元精馏过程的质量指标是塔顶塔釜的轻组分含量d x和w x。
主要操作变量是塔顶采出率D和塔釜加热量Qh。
2.维持连续精馏过程稳定操作的条件(1)根据进料量及组成、产品的分离要求,严格维持物料平衡。
1)总物料平衡:塔的总进料量应恒等于总出料量。
即F = D + W当进料量大于出料量时,会引起淹塔;相反,出料量大于进料量时,会引起塔釜干料,最终都将破坏精馏塔的正常操作。
2)各组分的物料平衡:在满足总物料平衡的情况下,应同时满足轻组分物料平衡。
即w d f Wx Dx Fx +=由上述二式可知:为获得合格产品,必须保证一定的塔顶、塔釜采出率: w d w f x x x x F D --=和 F D FW -=1 实际操作中,塔釜采出率W 一般是根据塔釜液位的高低来操作,而塔顶采出率D 的大小则直接影响着质量指标。
(2)精馏塔应有足够的分离能力。
在塔板数一定的情况下,正常的精馏操作要有足够的回流比,才能保证一定的分离效果,得到合格的产品。
而回流比的大小是由塔内热量衡算所决定,其中,塔釜加热量Qh 是个十分重要的操作变量。
(3)精馏塔操作时,塔内应有正常的气液负荷量,避免发生以下不正常的操作状况:1)严重的液沫夹带现象上升气流将塔板上的液体的一部分带至上层塔板,这种现象称为液沫夹带。
液沫夹带是一种与液体主流方向相反的流动,属返混现象,将使板效率降低。
液流量一定时,气速过大将引起大量的液沫夹带,严重时还会发生夹带液泛,破坏塔的正常操作。
2)严重的漏液现象精馏塔内,液体与气体在塔板上应进行错流接触,但是当气速较小时,部分液体会从塔板开孔处直接漏下。