精馏塔工艺设计.docx

一、苯一氯苯板式精储塔的工艺设计任务书（一）设计题目设计一座苯-氯苯连续精储塔，要求年产纯度为98.5%的苯36432吨，塔底储出液中含苯设，原料液中含苯为61%（以上均为质量百分数）。（二）操作条件1.塔顶压强4kPa（表压）2.进料热状况：饱和蒸汽进料3.回流比：R=2Rrin4.单板压降不大于O.7kPa（三）设计内容设备形式：筛板塔设计工作日：每年330天，每天24小时连续运行厂址：青藏高原大气压约为77.3Ikpa的远离城市的郊区设计要求1 .设计方案的确定及流程说明2 .塔的工艺计算3 .塔和塔板主要工艺尺寸的确定（1）塔高、塔径及塔板结构尺寸的确定（2）塔板的流体力学验算（3）塔板的负荷性能图绘制（4）生产工艺流程图及精储塔工艺条件图的绘制4、塔的工艺计算结果汇总一览表5、对本设计的评述或对有关问题的分析与讨论（四）基础数据1.组分的饱和蒸汽压p；(mmHg)温度，()80.1859095100105苯757.62889.261020.91185.651350.41831.7氯苯147.44179.395211.35253.755296.16351.355温度，CC)110115120125130131.75苯23132638.52964335537464210氯苯406.55477.125547.7636.505725.317602.组分的液相密度(kgm3)温度,()6080100120140苯836.6815.0792.5768.9744.1氯苯1064.01042.01019.0996.4972.93.组分的表面张力。(mNm)温度，()6080100120140苯23.7421.2718.8516.4914.17氯苯25.9623.7521.5719.4217.324.液体粘度(mPa?s)温度，()6080100120140苯0.3810.3080.2550.2150.184氯苯0.5150.4280.3630.3130.2745. Antoine常数组分ABC苯6.0231206.35220.24氯苯7.13382182.68293.767二、苯-氯苯板式精储塔的工艺计算书（精储段部分）（一）设计方案的确定及工艺流程的说明原料液经卧式列管式预热器预热至泡点后送入连续板式精镭塔（筛板塔），塔顶上升蒸汽流采用强制循环式列管全凝器冷凝后一部分作为回流液，其余作为产品经冷却后送至苯液贮罐；塔釜采用热虹吸立式再沸器提供汽相流，塔釜产品经卧式列管式冷却器冷却后送入氯苯贮罐。典型的连续精储流程为原料液经预热器加热后到指定的温度后，送入精馆塔的进料板，在进料上与自塔上部下降的回流液体汇合后，逐板溢流，最后流入塔底再沸器中。在每层板上，回流液体与上升蒸气互相接触，进行热和质的传递过程。操作时，连续地从再沸器取出部分液体作为塔底产品（釜残液），部分液体汽化，产生上升蒸气，依次通过各层塔板。塔顶蒸气进入冷凝器中被全部冷凝，并将部分冷凝液用泵送回塔顶作为回流液体，其余部分经冷却器后被送出作为塔顶产品（储出液）。（二）全塔的物料衡算1 .料液及塔顶底产品含苯的摩尔分率苯和氯苯的相对摩尔质量分别为78.11kg/kmo1和112.6kgkmo106"78.11=o.6930.61/78.11+0.39/112.62 .平均摩尔质量.料液及塔顶底产品的摩尔流率n36432×1000×0.989U-330×24=58.62kmo1/h,（三）塔板数的确定1 .理论塔板数N,的求取2）确定操作的回流比R将1）表中数据作图得xy曲线及"xp曲线。在xy图上，因q=0,e(0.693,0.693)查得兀=0.693,XQ=0.31。故有:魇÷=鬻总黑=°7624"=2%=15253）求理论塔板数（图解法）精微段操作线：y=r+*=0604x+°.392总理论板层数：6.5（包括再沸器）进料板位层：42 .实际塔板数NP1）全塔效率号选用E=0.17-0.616IogjMw公式计算。该式适用于液相粘度为0.071.4mPas的煌类物系，式中的人为全塔平均温度下以进料组成表示的平均粘度。塔的平均温度为0.5（80+129）=104.5（取塔顶底的算术平均值），在此平均温度下查化工原理附录得：=0.246mPas,1i=0.352mPaS。2）实际塔板数N.（近似取两段效率相同）精微段：%1=3/0.51=6块提微段：物1=2.5/0.51=5块（四）塔的精偏段操作工艺条件及相关物性数据的计算1 .平均压强PwI取每层塔板压降为0.7kPa计算。塔顶：Pd=77.31+4=81.3IkPa加料板：P,-=81.31+0.7×6=85.5IkPa塔底：P9=85.51+0.7×5=89.O1kPa精微段平均压强=（81.31+85.51）/2=83.4IkPa提储段平均压强=（89.01+85.51）/2=87.26kPa2 .平均温度JP=以4+瑶/和IgU=A-/两式联立由试差法求得tD=73.35；tF=83.76；tif=125.79精储段平均温度：tm=7335÷837678.55oC提馆段平均温度：tm=12579j8376=04.715°C3 .平均分子量塔顶：匕=勺=0.989,为=0.93（查相平衡图）加料板：Yf=0.725,XF=0.38（查相平衡图）塔底：yv0.075,X*=0.014精储段:Mva=(78.49+87.59)/2=83.04kgkmo1提微段：Mvn=(87.59+110.01)/2=98.8kgkmo14 .平均密度AnD液相平均密度塔顶：tD=73.35pA=822.2r30b=1049.3/m3进料板：tF=83.76Caf=810.8Kgnj'ip3=1037.IKg/塔底：tw=83.76pA=761.IKg/n3PB=989.GKg/精储段：Pia=(824.9+947.2)/2=886.05Kg/m3提馆段：Ptjtt=(947.2+986.6)/2=966.9Kg/m32)汽相平均密度p%,精微段：PVm=/2.38/m384.81×83.048.314X(78.55+273.15)5 .液体的平均表面张力%,塔顶：tD=73.35；<ti=22.09rf/m=24.44zV/m进料板：tF=83.76；r=20.82rf/mi=23.34就V/勿塔底：t1f-=125.79°C;。仍=15.82而V/勿w=18.11mN/m精储段：1=(24.44+21.59)/2=21.86就V/m提微段：1=(21.59+18.77)/2=20.18加V/m6 .液体的平均粘度4皿塔顶：tD-73.3500.332mpaSm=0.457如aS加料板：tF=83.76%=0.29RnIPaSp=0.416mpaS塔底：tF=125.79，Nfa=°206磔as，r=0.302如as精储段：tja=(0.333+0.334)/2=0.3335如aS提储段:1a=(0.334+0.3003)/2=0.317InPaS(五)精储段的汽液负荷计算汽相摩尔流率V=("+IM=2.525×58.62=148.02Kmo1/h汽相体积流量为=MG02X83.04=1.43/S3600y3600×2.38液相回流摩尔流率/=RD=1.525×58.62=89.Kmo1/h液相体积流量£s="J=89.4°X90.°=00025加3/3600Qf1J3600×886.05(六)塔和塔板主要工艺结构尺寸的计算1.塔径1)初选塔板间距”7=4(X)mm及板上液层高度%=50mm,则：2)按Smith法求取允许的空塔气速“max(即泛点气速G)查Smith通用关联图得GO=0.075负荷因子C=Qoa1相=0.075×(生吗o2=o.07632020泛点气速：umax=0.0763./886,05238=1.47/zz/sm/sraaxV2.383)操作气速取U=0.7max=0.7×1.47=1.029加/S4)精僧段的塔径圆整取=MOOmm塔截面积为4=×（1.4）2=1.539144此时的操作气速U=-42=0.935加/s。2.0112.塔板工艺结构尺寸的设计与计算1）溢流装置采用单溢流型的平顶弓形溢流堰、弓形降液管、凹形受液盘，且不设进口内堰。溢流堰长（出口堰长）Iw取4=0.6=0.6X14=0.84m出口堰高加=0.6黑=13.92m查得E=I.02D1w降液管的宽度和降液管的面积力由=0.66,查化原下Prn图11T6得/=0.1,Af/Ar=0.055,即：Wd=0.14m,Af=0.055/液体在降液管内的停留时间r=360°4/=13.55>5s（满足要求）1s降液管的底隙高度儿液体通过降液管底隙的流速一般为0.070.25ms,取液体通过降液管底隙的流速"=0.1ms,则有：故降液管设计合底隙高度设计合理2）塔板布置1.塔板分块因D=1400故塔板分4块2.边缘区宽度%=0.09加Wc=0.04加开孔区面积4式中：X=/2-（y+町）=0.47m3）开孔数和开孔率8取筛孔的孔径Z=5n,正三角形排列，筛板采用碳钢，其厚度d=3mm,且取4二3.0。故孔心距Z=35=15mm°每层塔板的开孔数=罩支=5769（孔）每层塔板的开孔率3='簿=竽=S1O1（夕应在515%,故满足要求）气体通过筛孔的孔速4=12.54/77/S44）精偏段的塔高4Z精=（N精-1）Ht=（6-1）0.4=2加；（七）塔板上的流体力学验算1.塔板压降1）气体通过干板的压降儿/2z、/?=0.051型Co=0.84o2）气体通过板上液层的压降4动能因子片=0.9832.38=1.52（szzz2）查化原图得£=0.603）气体克服液体表面张力产生的压降儿4）气体通过筛板的压降（单板压降）力和伞P=P1ghP=0.539他a<0.7Kpa（满足工艺要求）。2 .雾沫夹带量的验算验算结果表明不会产生过量的雾沫夹带。3 .漏液的验算漏液点的气速吃加uomin=4.46,o（O.0056+O.137-hp1/pv=7.16z/s<11.07ms筛板的稳定性系数片=型=1.75（>1.5）（无漏液）