精餾塔設(shè)計(jì)-苯和甲苯

1、LOGO精餾精餾塔塔設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) 目錄目錄精餾塔設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)項(xiàng)目介紹設(shè)計(jì)項(xiàng)目介紹1塔板數(shù)計(jì)算塔板數(shù)計(jì)算2塔板設(shè)計(jì)塔板設(shè)計(jì)3力學(xué)衡算力學(xué)衡算4其他部分的設(shè)計(jì)其他部分的設(shè)計(jì)5設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)任務(wù)年產(chǎn)年產(chǎn)8萬噸產(chǎn)品；萬噸產(chǎn)品；年生產(chǎn)年生產(chǎn)300天，天，24h運(yùn)行運(yùn)行 進(jìn)料液中輕組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為進(jìn)料液中輕組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30的摩爾分的摩爾分率率塔頂輕組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為塔頂輕組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98的摩爾分率的摩爾分率塔底輕組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為塔底輕組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2的摩爾分率的摩爾分率 物料衡算物料衡算Step 1Step 2Step 3原料液及塔頂、塔底摩爾分率原料液及塔頂、塔底摩爾分率XF、XD、XW原料液、塔頂、塔底產(chǎn)品的平均原

2、料液、塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量摩爾質(zhì)量Step 1物料衡算物料衡算產(chǎn)品生產(chǎn)量產(chǎn)品生產(chǎn)量D、進(jìn)料流量、進(jìn)料流量F、塔底產(chǎn)品流量塔底產(chǎn)品流量W 物料衡算物料衡算 1.原料液及塔頂、塔底摩爾分率原料液及塔頂、塔底摩爾分率 苯苯:M:MA A=78.11kg/kmol =78.11kg/kmol 甲苯甲苯:M:MB B=92.14 kg/kmol=92.14 kg/kmol進(jìn)料液中輕組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為進(jìn)料液中輕組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3030的摩爾分率的摩爾分率X XF F= =（0.30/78.110.30/78.11）/ /（0.30/78.11+0.70/92.140.30/78.11+0.70/92.1

3、4）=0.336=0.336塔頂輕組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為塔頂輕組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9898的摩爾分率的摩爾分率X XD D= =（0.98/78.110.98/78.11）/ /（0.98/78.11+0.02/92.140.98/78.11+0.02/92.14）=0.983=0.983塔底輕組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為塔底輕組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2 2的摩爾分率的摩爾分率X XW W= =（0.02/78.110.02/78.11）/ /（0.02/78.11+0.98/92.140.02/78.11+0.98/92.14）=0.024=0.024 物料衡算物料衡算2.原料液、塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量原料液、塔頂、塔底產(chǎn)

4、品的平均摩爾質(zhì)量原料液原料液:M:MF F=x=xF FM MA A+(1-x+(1-xF F)M)MB B=0.336=0.33678.11+(1-78.11+(1-0.336)0.336)92.14=87.43kg/kmol92.14=87.43kg/kmol塔頂塔頂: M: MD D=x=xD DM MA A+(1-x+(1-xD D)M)MB B=0.983=0.98378.11+(1-78.11+(1-0.983)0.983)92.14=78.35kg/kmol92.14=78.35kg/kmol塔底塔底: M: MW W=x=xW WM MA A+(1-x+(1-xW W)M)MB

5、 B=0.024=0.02478.11+(1-78.11+(1-0.024)0.024)92.14=91.80kg/kmol92.14=91.80kg/kmol塔頂?shù)钠骄栙|(zhì)量塔頂?shù)钠骄栙|(zhì)量由由x xD D=y=y1 1=0.983=0.983代入氣液平衡方程得代入氣液平衡方程得x x1 1=0.959=0.959M MvDmvDm= x= xD DM MA A+(1-x+(1-xD D)M)MB B=0.983=0.98378.11+(1-78.11+(1-0.983)0.983)92.14=78.35kg/kmol92.14=78.35kg/kmolM MLDmLDm= x= x1

6、1M MA A+(1-x+(1-x1 1)M)MB B=0.959=0.95978.11+(1-78.11+(1-0.959)0.959)92.14=78.68kg/kmol92.14=78.68kg/kmol 物料衡算物料衡算2.原料液、塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量原料液、塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量進(jìn)料板平均摩爾質(zhì)量進(jìn)料板平均摩爾質(zhì)量由由X XF F =0.336 =0.336代入氣液平衡方程得代入氣液平衡方程得y yF F=0.556=0.556M MvFmvFm= y= yF FM MA A+(1-y+(1-yF F)M)MB B=0.556=0.55678.11+(1-0.556)7

7、8.11+(1-0.556)92.14=84.34kg/kmol92.14=84.34kg/kmolM MLFmLFm= x= xF FM MA A+(1-x+(1-xF F)M)MB B=0.336=0.33678.11+(1-0.336)78.11+(1-0.336)92.14=87.43kg/kmol92.14=87.43kg/kmol塔底平均摩爾質(zhì)量塔底平均摩爾質(zhì)量由由x xw w=0.024=0.024代入氣液平衡方程得代入氣液平衡方程得y yw w=0.046=0.046M MvFmvFm= y= yw wM MA A+(1-y+(1-yw w)M)MB B=0.046=0.046

8、78.11+(1-0.046)78.11+(1-0.046)92.14=91.49kg/kmol92.14=91.49kg/kmolM MLFmLFm= x= xw wM MA A+(1-x+(1-xw w)M)MB B=0.024=0.02478.11+(1-0.024)78.11+(1-0.024)92.14=91.80kg/kmol92.14=91.80kg/kmol 物料衡算物料衡算2.原料液、塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量原料液、塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量精餾段的平均摩爾質(zhì)量精餾段的平均摩爾質(zhì)量M Mvmvm=(78.35+84.34)/2=81.34 kg/kmol=(78.35+

9、84.34)/2=81.34 kg/kmolM MLmLm=(78.68+87.43)/2=83.06kg/kmol=(78.68+87.43)/2=83.06kg/kmol提餾的平均摩爾質(zhì)量提餾的平均摩爾質(zhì)量M Mvmvm=(91.49+84.34)/2=87.92 kg/kmol=(91.49+84.34)/2=87.92 kg/kmolM MLmLm=(91.80+87.43)/2=89.62kg/kmol=(91.80+87.43)/2=89.62kg/kmol 物料衡算物料衡算3.物料衡算物料衡算產(chǎn)品生產(chǎn)量產(chǎn)品生產(chǎn)量總物料衡算總物料衡算 F=D+W F=D+W 輕組分物料衡算輕組分物

10、料衡算 Fx FxF F=Dx=DxD D+Wx+Wxw w代入數(shù)據(jù)可得代入數(shù)據(jù)可得F F= =127.09127.09+W +W F F* *0.0.336336=0.9=0.98383* *127.09127.09+0.0+0.02424W W所以可得所以可得F=F=435.88 435.88 kmol/hkmol/hW=W=294.07 294.07 kmol/hkmol/h78 1011111.1124 300141.81/78.35DDkmol hM理論塔板計(jì)算理論塔板計(jì)算相對揮發(fā)度相對揮發(fā)度回流比回流比R精餾塔的氣、液相負(fù)荷精餾塔的氣、液相負(fù)荷V、L操作線方程操作線方程理論板計(jì)算理

11、論板計(jì)算實(shí)際板數(shù)實(shí)際板數(shù)計(jì)算計(jì)算 理論塔板計(jì)算理論塔板計(jì)算1.相對揮發(fā)度的求取相對揮發(fā)度的求取 理論塔板計(jì)算理論塔板計(jì)算2.回流比回流比R的求取的求取 理論塔板計(jì)算理論塔板計(jì)算3精餾塔的氣、液相負(fù)荷精餾塔的氣、液相負(fù)荷 理論塔板計(jì)算理論塔板計(jì)算4.操作線方程操作線方程 理論塔板計(jì)算理論塔板計(jì)算5.理論板計(jì)算理論板計(jì)算理論板（不包括再沸器）理論板（不包括再沸器）為為13塊，進(jìn)料板為第塊，進(jìn)料板為第8板。板。 理論塔板計(jì)算理論塔板計(jì)算5.理論板計(jì)算理論板計(jì)算 實(shí)際板的計(jì)算實(shí)際板的計(jì)算 實(shí)際板的計(jì)算實(shí)際板的計(jì)算 實(shí)際板的計(jì)算實(shí)際板的計(jì)算 精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算 1.塔徑的計(jì)

12、算塔徑的計(jì)算1.2.3.4.操作壓力的計(jì)算操作溫度的計(jì)算液體平均表面張力平均密度的計(jì)算 精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算操作壓力的計(jì)算操作壓力的計(jì)算塔頂操作壓力塔頂操作壓力 P PD D=P0+P=P0+P表表=101.3+4=105.3kPa=101.3+4=105.3kPa每層塔板壓降每層塔板壓降 P=0.9kPaP=0.9kPa進(jìn)料板壓力進(jìn)料板壓力 P PF F=105.3+0.9=105.3+0.9* *13=117kPa13=117kPa塔底板壓力塔底板壓力 PF=105.3+0.9 PF=105.3+0.9* *25=127.8kPa25=127.8kPa精餾段平均

13、壓力精餾段平均壓力 Pm1=(105.3+117)/2=111.2kPa Pm1=(105.3+117)/2=111.2kPa提餾段平均壓力提餾段平均壓力 Pm2=(105.3+127.8)/2=116.6kPa Pm2=(105.3+127.8)/2=116.6kPa操作溫度的計(jì)算操作溫度的計(jì)算塔頂溫度塔頂溫度 t tD D=80.40=80.40進(jìn)料板溫度進(jìn)料板溫度 t tF F=97.33=97.33塔底溫度塔底溫度 t tW W=111.52=111.52精餾段平均溫度精餾段平均溫度 t tm m= =（80.40+97.3380.40+97.33）/2=88.87/2=88.87提餾

14、段平均溫度提餾段平均溫度 t tm m= =（111.52+97.33111.52+97.33）/2=104.43/2=104.431.塔徑的計(jì)算塔徑的計(jì)算 精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算液體平均表面張力的計(jì)算液體平均表面張力的計(jì)算塔頂：塔頂：由由t tD D=80.40=80.40，查手冊得，查手冊得1 1=21.22mN/m, =21.22mN/m, 2 2 =21.65N/m =21.65N/m所以可得所以可得D D =0.983 =0.983* *21.22+0.01721.22+0.017* *21.65=21.23N/m21.65=21.23N/m進(jìn)料板：進(jìn)料板：

15、由由t tF F=97.33=97.33，查手冊得，查手冊得1 1 =19.17 mN/m =19.17 mN/m； 2 2 =19.78mN/m =19.78mN/m所以可得所以可得F F =0.336 =0.336* *19.17+0.66419.17+0.664* *19.78=19.75mN/m19.78=19.75mN/m精餾段液相平均表面張力精餾段液相平均表面張力L L = =（21.13+19.7521.13+19.75）/2=20.44mN/m/2=20.44mN/m1.塔徑的計(jì)算塔徑的計(jì)算 精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算1.塔徑的計(jì)算塔徑的計(jì)算 精餾塔的塔體

16、工藝尺寸計(jì)算精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算1.塔徑的計(jì)算塔徑的計(jì)算 精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算1.塔徑的計(jì)算塔徑的計(jì)算 精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算1.塔徑的計(jì)算塔徑的計(jì)算 精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算1.塔徑的計(jì)算塔徑的計(jì)算 精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算1.塔徑的計(jì)算塔徑的計(jì)算 精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算1.塔徑的計(jì)算塔徑的計(jì)算 精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算2.精餾塔有效高度的計(jì)算精餾塔有效高度的計(jì)算 塔板塔板工藝結(jié)構(gòu)工藝結(jié)構(gòu)及及尺寸尺寸溢流溢流裝置裝置塔板塔板布置布置降液管

17、得降液管得底隙高度底隙高度h0降液管得降液管得寬度寬度Wd和和降液管的降液管的面積面積Af溢流堰長（溢流堰長（出口堰長）出口堰長）Lw，出口堰出口堰高高 hw塔板分塊塔板分塊邊緣區(qū)寬邊緣區(qū)寬度度Wc與安與安定區(qū)寬度定區(qū)寬度Ws開孔區(qū)面開孔區(qū)面積積Aa 塔板塔板工藝結(jié)構(gòu)工藝結(jié)構(gòu)及及尺寸尺寸 1.溢流裝置溢流裝置 采用單溢流型的平頂弓形溢流堰、弓形降液管、平形降液盤。采用單溢流型的平頂弓形溢流堰、弓形降液管、平形降液盤。 溢流堰長（出口堰長）溢流堰長（出口堰長）Lw Lw 取取Lw=0.7DLw=0.7DT T=1.75m=1.75m。 堰上溢流強(qiáng)度堰上溢流強(qiáng)度: Lh/Lw=32.92m: Lh

18、/Lw=32.92m3 3/ /（m.hm.h） 100130m0.006=0.0303m0.006（滿足要求）（滿足要求）所以可得所以可得 h hw w= h= hL L-h-howow=0.0697m=0.0697m 塔板塔板工藝結(jié)構(gòu)工藝結(jié)構(gòu)及及尺寸尺寸 1.溢流裝置溢流裝置 降液管得寬度降液管得寬度WdWd和降液管的面積和降液管的面積Af Af 由由Lw/DLw/DT T=0.7,=0.7,查弓形降液管幾何關(guān)系圖得查弓形降液管幾何關(guān)系圖得Wd/ Wd/ D DT T=0.14=0.14，Af/AT=0.09Af/AT=0.09，即，即Wd=0.35m , Wd=0.35m , AT=0.

19、785DAT=0.785DT T2 2=4.91m=4.91m2 2,Af=0.441m,Af=0.441m2 2 液體在降液管內(nèi)的停留時間為：液體在降液管內(nèi)的停留時間為： =AfH=AfHT T/Ls=16.54s5s/Ls=16.54s5s（滿足要求）（滿足要求） 降液管得底隙高度降液管得底隙高度h0h0 液體通過降液管底隙的流速一般為液體通過降液管底隙的流速一般為0.070.25m/s0.070.25m/s，取液體通過降液管底隙的流速，取液體通過降液管底隙的流速u u，0 0=0.15m/s=0.15m/s，則，則 h h0 0=Ls/Lw u=Ls/Lw u，=0.0610m=0.0610m hw-hhw-h0 0=0.008 0.006=0.008 0.006（滿足要求）（滿足要求） 塔板塔板工藝結(jié)構(gòu)工藝結(jié)構(gòu)及及尺寸