苯氯苯分离精馏塔设计文档格式.docx
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(一)精馏塔的物料衡算
1、原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率
2、相对挥发度的计算:
①、各温度下苯和氯苯的饱和蒸汽压列表:
温度(oC)
80
90
100
110
120
130
131.8
P0*0.0133kpa
苯(PA0)
760
1025
1350
1760
2250
2840
2900
P=101.325kpa
氯苯(PB0)
148
205
293
400
543
719
②、计算得出各温度下苯的气液相百分比列表:
计算公式为:
;
XA
1
0.677
0.442
0.265
0.127
0.019
YA
0.913
0.785
0.613
0.376
0.072
③、计算各温度下的苯对氯苯的相对挥发度:
理想状态下相对挥发度:
5.14
5.00
4.61
4.40
4.14
3.95
3.82
④计算苯的平均相对挥发度:
苯的相对挥发度一般应用各温度下的挥发度的几何平均值或者算术平均值表示,本设计中使用个温度下的几何平均值来表示。
3、原料液及塔顶、塔液产品的平均摩尔质量:
4、物料衡算:
(二)塔板数的确定
1、理论板层数的求取
苯-氯苯属于理想物系,可以用图解法求理论板数。
(1)、求最小回流比及操作线回流比。
进料状态的选择:
饱和液体进料(q=1)。
进料状态由五种,即过冷液体进料(q>
1),饱和液体进料(q=1),气液混合进料(1>
q>
0)和过热蒸汽进料(q<
0).。
基于工程和经济得综合考虑,这里选择饱和液体进料,其主要原因是:
A、保证塔的操作稳定
B、避免季节气温的影响
C、为使精、提馏段保持相同的路径,便于制造。
已设:
饱和液体进料(q=1),则:
根据作图(1-5)和吉利兰关联图法综合得:
R=2Rmin为最理想选择。
用逐板法计算理论板数如下:
c、逐板法计算如下:
如上图得:
总理论板数=7;
进料板位置;
(三)计算操作温度:
a、塔顶温度:
tD,
已知p=(101.325+4)kpa
=105.325kpa
=791.92mmHg
x1=0.92,苯的沸点80.10C,氯苯的沸点131.80C
设t=1000C,
查表得PA0=1350mmHg,
PB0=293mmHg,
xa=(791.92-293)/(1350-293)
=0.472<
0.92
设t=900C,
查表得PA0=1025mmHg,
PB0=205mmHg,
xa=(791.92-205)/(1025-205)
=0.716<
设t=800C,
查表得PA0=760mmHg,
PB0=148mmHg,
xa=(791.92-148)/(760-148)
=1.052>
作图内插法得(如图6):
tD=82.90C
综上所述:
g.气液相的体积
(四).塔体工艺尺寸的计算:
1.精馏段塔径计算:
因为塔径和板间距的关系如下表:
塔径Dm
0.30.5
0.50.8
0.81.6
1.62.0
2.02.4
>
2.4
板间距HT
200300
300350
350450
450600
600800
800
若取:
HT=0.41m,hL=0.06(一般hL0=0.050.08)
HT-hL=0.41-0.06=0.35mm
查图(1-1)得:
C20=0.075
C=C20*(/20)0.2=0.075×
(19.82/20)0.2=0.0749
取安全系数为0.7(一般0.60.8),则空塔气速为:
u=0.7×
1.099=0.909m/s
不在0.8m1.6m范围,不符合
HT=0.36m,hL=0.06m
HT-hL=0.30m
C20=0.062
C=C20*=0.062×
(19.82/20)0.2=0.0619
u=0.7*1.074=0.752m/s
经标准圆整后:
D=0.8m
(五)板式塔的塔板工艺尺寸计算:
1、溢流装置的计算:
1、选择单溢流弓型降液管
原因:
单溢流又称直径流,液体自液盘横向流过塔板至溢流堰,液体流径较大,塔板效率较高,塔板结构简单,加工方便,直径小于2.2m的塔中广泛使用。
工业上应用最广的降液管是弓型降液管。
②、计算堰长lw:
a、精馏段:
2.塔板布置。
(1).塔板的分块.
塔径mm
8001200
14001600
18002000
22002400
塔板分块数
3
4
5
6
得塔板分为3块
(2)边缘区宽度的确定。
对于提馏段:
(3)开孔区面积计算:
(4)筛板孔的计算及其排列:
因苯-氯苯系腐蚀性,可用炭钢板,取=3.5m,=4mm,采用正三角形排列。
孔中心距:
t=3=3*4=12mm=0.012,孔数目为n
气体通过阀孔的气速:
b、对提馏段:
n=个
开孔率:
φ
四、筛板的流体力学验算。
1.塔板压降
(1).平板阻力
由.查图(1-3)
故有:
(2).气体通过液层的阻力的计算:
=
对精馏段:
m/s
查图表得:
=0.56
故==0.56*0.06=0.0336
对提馏段:
=0.57
故==0.57*0.06=0.0342
(3)液体表面张力的阻力计算:
对精馏段:
综上
(1),
(2),(3)得:
2、液相落差:
对于筛板塔,液面落差很小,且苯设计的塔径和液流量均不大,故可以忽略液面误差的影响。
3、液沫夹带:
4、漏液.
对筛板塔漏液气速:
稳定系数:
故在精馏段无明显漏液。
b.对提馏段:
稳定系数:
故在提馏段无明显漏液。
5、液泛:
为防止塔内发生液泛,降液管内液层高Hd应该服从以下关系:
因选用凹型受液盘,故不需设置进口堰,则:
五、塔板负荷性能图:
1、漏夜线:
操作范围内,任取数值作Ls,依上述计算得出Vs值,列出下表:
0.0003
0.0007
0.0015
0.0030
0.0045
0.193
0.197
0.203
0.211
0.218
0.152
0.155
0.160
0.167
0.173
2、液沫夹带线:
:
a、对精馏段:
=0.052
故h
0.621
0.597
0.561
0.507
0.462
=0.043
故:
h
列表操作范围内,任取数值作Ls,依上述计算得出Vs值,列出下表计算得:
0.810
0.787
0.751
0.698
0.654
3、液相负荷下限线:
对于平直堰,取堰上液层高度=0.006m作为最小液体负荷标准。
4、液相负荷上限线:
以=4s作为液体在降液管中停留时间为下限.即=,故:
a.对精馏段:
5、液泛线:
令
其中:
列表计算:
0.655
0.640
0.616
0.574
0.534
b、对于提馏段
列表计算:
0.617
0.615
0.612
0.605
0.595
6、根据1,2,3,4,5,可作出筛板的负荷性能图:
在图上,作出操作点A,连接OA,即作出操作线,可以得出:
设筛板的操作上限为液泛
控制,下限为漏液控制,查图得。
六、板式塔的结构与附属设备:
(一)塔顶结构:
1、塔的空间:
塔顶空间指塔内最上层塔板与塔顶的间距,为利于让塔气体夹带的液滴沉降,其高度应该大于板间距,设计中通常取塔顶间距为(1.5~2.0)HT若需要安装除沫器时,要根据除沫器的安装要求确定塔顶间距
对于精馏塔:
HT=0.36m,塔顶空间应取0.54~0.72m
对于提馏段:
HT=0.41m塔顶空间应取0.615~0.82m
综合以上考虑可以取:
塔顶空间为0.70m
2、塔底空间:
塔底空间指塔内最下层塔板到塔底间距其值由下列因素决定:
塔底储液空间依储存液量停留3~8mm(易结焦物可缩短停留时间)而定,再沸器的安装方式及安装高度;
塔底液向
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