课程设计甲苯乙苯的精馏浮阀塔Word格式.docx
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精馏塔的塔体工艺尺寸计算16
塔径的计算16
精馏塔有效高度的计算17
溢流装置计算17
塔板布置17
浮阀板的流体力学验算18
塔板压降18
液沫夹带18
塔板负荷性能图19
过量液沫夹带线关系式20
液相下限线关系式20
严重漏夜线关系式21
液相上限线关系式21
降液管液泛线关系式22
浮阀塔计算结果汇总22
第三章塔结构
塔的设备结构图23
结束语24
1.1精馏原理及其在化工生产上的应用
实际生产中,在精馏柱及精馏塔中精馏时,上述部分气化和部分冷凝是同时进行的。
对理想液态混合物精馏时,最后得到的馏液(气相冷却而成)是沸点低的B物质,而残液是沸点高的A物质,精馏是多次简单蒸馏的组合。
精馏塔底部是加热区,温度最高;
塔顶温度最低。
精馏结果,塔顶冷凝收集的是纯低沸点组分,纯高沸点组分则留在塔底。
1.2精馏塔对塔设备的要求
精馏设备所用的设备及其相互联系,总称为精馏装置,其核心为精馏塔。
常用的精馏塔有板式塔和填料塔两类,通称塔设备,和其他传质过程一样,精馏塔对塔设备的要求大致如下:
一:
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。
二:
效率高:
气液两相在塔内保持充分的密切接触,具有较高的塔板效率或传质效率。
三:
流体阻力小:
流体通过塔设备时阻力降小,可以节省动力费用,在减压操作是时,易于达到所要求的真空度。
四:
有一定的操作弹性:
当气液相流率有一定波动时,两相均能维持正液体的流动,而且不会使效率发生较大的变化。
五:
结构简单,造价低,安装检修方便。
六:
能满足某些工艺的特性:
腐蚀性,热敏性,起泡性等。
1.3常用板式塔类型及本设计的选型
常用板式塔类型有很多,如:
筛板塔、泡罩塔、舌型塔、浮阀塔等。
浮阀塔具有很多优点,且加工方便,故有关浮阀塔板的研究开发远较其他形式的塔板广泛,是目前新型塔板研开发的主要方向。
近年来与浮阀塔一直成为化工生中主要的传质设备,浮阀塔多用不锈钢板或合金。
实际操作表明,浮阀在一定程度的漏夜状态下,使其操作板效率明显下降,其操作的负荷范围较泡罩塔窄,但设计良好的塔其操作弹性仍可达到满意的程度。
浮阀塔塔板是在泡罩塔板和筛孔塔板的基础上发展起来的,它吸收了两者的优点。
所以在此我们使用浮阀塔,浮阀塔的突出优点是结构简单,造价低,制造方便;
塔板开孔率大,生产能力大等。
乙醇与水的分离是正常物系的分离,精馏的意义重大,在化工生产中应用非常广泛,对于提纯物质有非常重要的意义。
所以有必要做好本次设计
1.4.本设计所选塔的特性
浮阀塔的优点是:
1.生产能力大,由于塔板上浮阀安排比较紧凑,其开孔面积大于泡罩塔板,生产能力比泡罩塔板大20%~40%,与筛板塔接近。
2.操作弹性大,由于阀片可以自由升降以适应气量的变化,因此维持正常操作而允许的负荷波动范围比筛板塔,泡罩塔都大。
3.塔板效率高,由于上升气体从水平方向吹入液层,故气液接触时间较长,而雾沫夹带量小,塔板效率高。
4.气体压降及液面落差小,因气液流过浮阀塔板时阻力较小,使气体压降及液面落差比泡罩塔小。
5.塔的造价较低,浮阀塔的造价是同等生产能力的泡罩塔的50%~80%,但是比筛板塔高20%~30。
但是,浮阀塔的抗腐蚀性较高(防止浮阀锈死在塔板上),所以一般采用不锈钢作成,致使浮阀造价昂贵,推广受到一定限制。
随着科学技术的不断发展,各种新型填料,高效率塔板的不断被研制出来,浮阀塔的推广并不是越来越广。
近几十年来,人们对浮阀塔的研究越来越深入,生产经验越来越丰富,积累的设计数据比较完整,因此设计浮阀塔比较合适
设计条件:
1、处理量:
100000(吨/年)。
2、进料组成:
甲苯、乙苯的混合溶液,含甲苯的质量分数为40%。
3、进料状态:
泡点进料
4、料液初温:
泡点温度
5、冷却水的温度:
25℃
6、饱和蒸汽压强:
5Kgf/cm2(1Kgf/cm2=98.066)KPa
7、精馏塔塔顶压强:
1atm
8、单板压降不大于0.7kPa
9、分离要求:
塔顶的甲苯含量不小于94%(质量分数),塔底的
甲苯含量不大于2%(质量分数)。
10、年开工时间:
300(天)
第二章精馏塔的工艺计算
一、精馏塔的物料衡算
(一)、原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率
甲苯的摩尔质量MA=92.13kg/kmol
乙苯的摩尔质量MB=106.16kg/kmol
(二)、物料衡算
对于甲苯-乙苯双组分的连续精馏塔,根据总物料衡算及甲苯的物料衡算可求得馏出液流率D及残液流率W。
进料流量F=
联立解得D=61.765kmol/h,W=77.034kmol/h
二、塔板数的确定
(一)、理论板层数NT的求取
表1按托尼方程常数
Antoine方程常数
物质
A
B
C
温度范围℃
甲苯
6.07954
1344.8
219.482
6~137
乙苯
6.08208
1424.255
213.06
26~163
表2甲苯乙苯气液平衡
t/℃
110.62
113
116
119
122
101.3089
108.3452
117.7550
127.7931
138.4878
48.0712
51.7611
56.7318
62.0770
67.8163
x
1.0000
0.8755
0.7303
0.5969
0.4738
y
0.9364
0.8490
0.7530
0.6477
125
128
131
134
136.324
149.8675
161.9614
174.7988
188.4096
199.5043
73.9700
80.5590
87.6044
95.1280
101.2991
0.3601
0.2548
0.1571
0.0662
0.0000
0.5327
0.4074
0.2710
0.1231
1、甲苯、乙苯的温度-组成
甲苯-乙苯属理想物系,可采用图解法求理论板层数。
根据(A、B、C为Antoine方程常数由手册已查得如表1)求得一系列温度下甲苯和乙苯的蒸气压、。
再根据泡点方程和露点方程得到各组t-x(y)
数据(如表2),绘出甲苯、乙苯的温度-组成图(如图1)及平衡曲
线(如图2)。
图1
2、确定操作的回流比R
因q=1、xe=xf=0.4344在x~y图上查得ye=0.4996。
故有:
而一般情况下R=(1.1~2)Rm,考虑到精馏段操作线离平衡线较近,故取实际操作的回流比为最小回流比的2倍。
即:
R=2Rm=3.53
图2
3、求操作线方程
精馏段操作线方程为:
L=R×
D=3.53*61.765=218.03
提馏段操作线方程为
4、图解法求理论板层数
精馏段操作线为经过点a(0.9475,0.9475),c(0,0.2092),与q线交与点d,而提留段操作线为经过点d、b(0.02298,0.02298)。
在x-y图中绘出精馏段操作线、提留段操作线、q线,并绘出梯级(如图2)。
图解得总理论塔板数NT=13.5(不含再沸器)。
其中精馏段NT1=6.3块,提馏段NT2=8.2块,第9块为加料板位置。
三、塔的操作工艺条件及相关物性数据的计算
(一)、操作压力计算
塔顶操作压力:
PD=101.3kPa
每层塔板压降:
取△P=0.7kPa
进料板压力:
PF=101.3+0.7×
15=111.8kPa
塔底操作压力:
PW=111.8+0.7×
16=123kPa
精馏段平均压力:
Pm1=(101.3+111.8)/2=106.55kPa
提馏段平均压力:
Pm2=(111.8+123)/2=117.4kPa
(二)、操作温度计算
查温度-组成图可得相应温度如下:
塔顶温度:
TD=111.5℃
进料板温度:
TF=123.2℃
塔底温度:
TW=136.983℃
精馏段平均温度:
Tm1=(111.5+123.2)/2=117.35℃
提馏段平均温度:
Tm2=(123.2+136.983)/2=130.0915℃
(三)、平均摩尔质量计算
精馏段摩尔质量:
由拉格朗日插入法得:
气相组成:
液相组成:
提馏段平均摩尔质量:
(四)、平均密度计算
由于已查得液相甲苯、乙苯在某些温度下的密度(如表3),
液相平均密度用计算(式中表示质量分数)。
气相平均密度用计算
液相甲苯、乙苯在某些温度下的密度
温度T/℃
60
70
80
90
100
ρkg/m3
甲苯
829.3
819.7
810
800.2
790.3
乙苯
831.8
822.8
813.6
804.5
795.2
110
120
130
140
150
780.3
770
759.5
748.8
737.8
785.8
776.2
766.6
756.7
746.6
表3液相甲苯、乙苯在某些温度下的密度
求得在平均温度下甲苯和乙苯的密度
Tm1=117.35℃,,kg/m3
,kg/m3
同理:
Tm2=130.0915℃,kg/m3,
kg/m3
精馏段液相平均密度:
气相平均密度计算kg/m3
液相平均密度计算
kg/m3
提馏段液相平均密度:
(五)、相对挥发度
精馏段:
由,,得,
所以
提馏段:
由,得,
(六)、液体平均表面张力计算
由于已查得液相甲苯、乙苯在某些温度下的表面张力(如表4),将其以T为x轴、σ为y轴分别绘制出甲苯、乙苯的温度-表面张力曲线图(如图4)。
故甲苯、乙苯纯组分在本设计所涉及的温度范围内的表面张力可用下式求得:
甲苯σA=-0.1053T+30.095
乙苯σB=-0.1016T+31.046
而液相平均表面张力用计算
表4甲苯、乙苯在某些温度下的表面
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- 课程设计 甲苯 乙苯 精馏 浮阀塔