精品正戊烷正己烷混合液的常压连续筛板蒸馏塔设计毕业论文.docx
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精品正戊烷正己烷混合液的常压连续筛板蒸馏塔设计毕业论文
化工原理课程设计
题目:
正戊烷—正己烷混合液的常压连续筛板蒸馏塔设计
学院:
生命科学学院
班级:
制药工程1101班
姓名:
黄静
指导老师:
陈驰
设计时间:
2013年6月15日到6月28日
目录
前言
单板压降Δp0.7kPa(表压)
全塔效率ET=43.35%(计算得出的)
当地大气压101.33kPa
1.4、设计内容及要求
1.确定精馏装置流程;
2.工艺参数的确定基础数据的查取及估算,工艺过程的物料衡算、理论塔板数、塔板效率,实际塔板数等。
3.主要设备的工艺尺寸计算
板间距、塔径、塔高、溢流装置、塔盘布置等。
4.流体力学计算
流体力学验算、操作负荷性能图及操作弹性。
5.主要附属设备设计计算及选型
第二章.设计方案简介
流程的设计与说明
工艺流程:
如图1所示。
原料液由高位槽经过预热器预热后进入精馏塔内。
操作时连续的从再沸器中取出部分液体作为塔底产品(釜残液)再沸器中原料液部分汽化,产生上升蒸汽,依次通过各层塔板。
塔顶蒸汽进入冷凝器中全部冷凝或部分冷凝,然后进入贮槽再经过冷却器冷却。
并将冷凝液借助重力作用送回塔顶作为回流液体,其余部分经过冷凝器后被送出作为塔顶产品。
为了使精馏塔连续的稳定的进行,流程中还要考虑设置原料槽。
产品槽和相应的泵,有时还要设置高位槽。
为了便于了解操作中的情况及时发现问题和采取相应的措施,常在流程中的适当位置设置必要的仪表。
比如流量计、温度计和压力表等,以测量物流的各项参数。
第三章.工艺计算
3.1设计方案的确定
本设计任务为分离正戊烷和正己烷混合物。
对于二元混合物的分离应采用常压下的连续精馏装置。
本设计采用泡点进料将原料夜通过预热器加热至泡点后送入精馏塔内。
塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝冷凝液在泡点下一部分回流至塔内其余部分经产品冷却器冷却后送入储罐。
该物系属易分离物系最小回流比较小操作回流比取最小回流比的1.5倍。
塔釜采用间接蒸汽加热流程的确定和说明。
其中流程的确定和说明:
1.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。
2进料状态
进料方式一般有冷液进料,泡点进料、汽液混合物进料、露点进料、加热蒸汽进料等。
泡点进料对塔操作方便,不受季节气温影响。
泡点进料基于恒摩尔流,假定精馏段和提馏段上升蒸汽量相等,精馏段和提馏段塔径基本相等。
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。
3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,制造设备较为简单,为节省资金,选全凝器。
4加热方式
采用间接加热,因为塔釜设了再沸器,故采用间接加热。
操作条件在前面已经介绍,此处不赘述。
3.2精馏塔的物料衡算
3.2.1原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率
X=0.5X=0.97X=0.03
3.2.2原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量
正戊烷的摩尔质量为72.151
正己烷的摩尔质量为86.178
M=72.1510.5+86.1780.5=79.16(kgmol)
M=72.1510.97+86.1780.03=72.57(kgmol)
M=72.1510.03+86.1780.97=85.76(kgmol)
3.2.3物料衡算
原料原处理量F==66.32(kmol===0.88
R=1.5Rmin=1.32
步骤三:
求精馏塔的气、液相负荷
步骤四:
求操作线方程
精馏段操作线方程为=0.569x+0.418
提留段操作线方程为=1.431x-0.0129
相平衡方程为x=
两操作线交点的横坐标为
步骤五:
求理论塔板数:
交替使用相平衡方程与操作线方程
↙
↙
↙
↙
↙
可判断第六块为加料粄
↙
↙
↙
综上可知理论板数为9,精馏段板数为5,第六块为加料板,提馏段板数为3
3.3.2实际板层数的求取
步骤一:
利用表1中数据由插值法可求得,,。
:
=49.19℃
:
=36.63℃
:
=62.52℃
故塔顶与塔底平均温度T=49.58℃
步骤二:
由内插关系式求粘度:
表2各组分的粘度与温度的关系
温度T℃
μ正戊烷(mPa·s)
μ正己烷(mPa·s)
60
0.172
0.217
40
0.199
0.255
查表2并根据内插关系计算塔顶与塔底平均温度下的液相黏度μL
故
=
=-0.2467
得μL=0.56665mPa·s
表3各组分的相对挥发度与温度的关系
温度T℃
相对挥发度
平均挥发度
36.63
3.11
2.9095
62.52
2.709
所以塔效率ET=0.49(αμL)-0.245
=(2.90950.56665)-0.245
=0.4335
精馏段实际板层数NP(精)=50.4335≈12
提留段实际板层数NP(提)=30.4335≈7
总实际板层数NP=NP(精)+NP(提)=12+7=19
3.4操作压力的计算
塔顶操作压力
每层塔板压降
进料板压降
塔底压降
精馏段平均压降=(105.33+113.73)2=109.53kPa
提馏段平均压降
3.5操作温度的计算
1塔顶温度:
36.63℃
计算如下:
根据表1各组分的饱和蒸汽压与温度的关系数据
T=求得T=36.63℃
2塔釜温度:
同上用内插法可求得:
62.52℃
3加料板温度:
50.15℃
计算如下:
根据加料板,=36.63℃时X=0.97,=62.52℃时X=0.03的数据由内插法可以得:
→求得T=50.15℃
4精馏段温度:
43.39℃
计算如下:
T=(36.63+62.52)2=43.39℃
5提馏段温度:
56.34℃(同4的求法)
6全塔温度:
49.58℃
计算如下:
T=(50.15+62.52)2=49.58℃
3.6平均摩尔质量计算
1.塔顶气、液混合物平均摩尔质量:
由xD=y1=0.97和相平衡方程,得
x1=0.916
MVDm=0.97×72+0.03×86=72.42kgkmol
MLDm=0.916×72+0.084×86=73.18kgkmol
进料板气、液混合物平衡摩尔质量:
由图解理论板(见图1),得xF=0.479,根据相平衡方程,得yF=0.731
MVFm=0.731×72+0.269×86=75.77kgkmol
MLFm=0.479×72+0.521×86=79.29kgkmol
a.精馏段气、液混合物平均摩尔质量:
MVm=(72.42+75.77)2=74.10kgkmol
MLm=(73.18+79.29)2=76.24kgkmol
塔釜气、液混合物平均摩尔质量:
由x=0.03和相平衡方程,得
MVDm=0.084×72+0.916×86=84.82kgkmol
MLDm=0.03×72+0.97×86=85.58kgkmol
b.提馏段气、液混合物平均摩尔质量:
MVm=(84.82+75.77)2=80.30kgkmol
MLm=(85.58+79.29)2=82.44kgkmol
3.7平均密度计算
3.7.1气相平均密度由理想气体状态方程计算,即
精馏段的气相平均密度:
ρVm=kgm3
提馏段的气相平均密度:
ρVm=kgm3
3.7.2液相平均密度液相平均密度计算公式:
表4各组分的液相密度与温度的关系
温度(℃)
正戊烷(kgm3)
正己烷(kgm3)
0
645.9
675.1
10
636.2
666.2
20
626.2
657.2
30
616
648.1
40
605.5
638.9
50
594.8
629.5
60
583.7
620
70
572.2
610.2
80
560.3
600.2
90
547.9
589.9
100
535
579.3
①塔顶液相平均密度
塔顶温度:
℃
由表4数据,根据内插法可得:
塔顶液相的质量分数为
②进料板液相平均密度
进料板温度:
tF=49.19℃
由表4数据,根据内插法可得:
进料板液相的质量分数为
a.精馏段液相平均浓度为
ρLm=(613.48+614.73)2=614.11kgm3
同理可得:
①釜液温度:
℃
由表4数据,根据内插法可得:
塔釜液相的质量分数为
b.提馏段液相平均浓度为
ρLm=(616.56+614.73)2=615.65kgm3
3.8精馏段、提馏段的液体平均表面张力计算
液相平均表面张力计算公式:
σLm=
表5各组分的表面张力与温度的关系
温度(℃)
正戊烷(10-3)
正己烷(10-3)
0
18.2
20.1
10
17.1
19.06
20
16
18.02
30
14.92
17
40
13.85
15.99
50
12.8
14.99
60
11.76
14
70
10.73
13.02
80
9.719
12
90
8.726
11.11
100
7.752
10.18
①塔顶液相平均表面张力:
塔顶温度:
℃
由表5中各组分的表面张力与温度的关系,由内插法计算得:
=14.21()=16.33()
=0.97×14.21+0.03×16.33=14.27()
②进料板液相平均表面张力:
进料板温度:
℃
=12.89()=14.98()
=0.479×12.89+0.521×14.98=13.98()
a.精馏段液相平均表面张力为
=(14.27+13.98)2=14.13()
同理可得:
①塔釜液相平均表面张力:
塔釜温度:
℃
由表5中各组分的表面张力与温度的关系,由内插法计算得:
=11.50()=13.75()
=0.03×11.50+0.97×13.75=13.68()
②进料板液相平均表面张力:
进料板温度:
℃
=12.89()=14.98()
=0.479×12.89+0.521×14.98=13.98()
b.提馏段液相平均表面张力为
=(13.68+13.98)2=13.83()
3.9精馏段、提馏段的液体平均粘度计算
液相平均黏度计算公式:
表6各组分的粘度与温度的关系
温度(℃)
正戊烷μmPa·s
正己烷μmPa·s
20
0.234
0.637
40
0.199
0.255
50
0.184
0.235
60
0.172
0.217
70
0.161
0.202
80
0.151
0.189
90
0.127
0.177
100
0.117
0.166
①塔顶液相平均黏度:
塔顶温度:
℃
根据表6各组分的粘度与温度的关系数据,由内插法求:
得
得
②进料板液相平衡黏度:
进料板温度:
℃
根据表6各组分的粘度与温度的关系数据,由内插法求:
得
a.精馏段液相平均黏度为
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