分離正戊烷-正己烷用浮閥精餾塔設(shè)計(jì)

1、課程設(shè)計(jì)說明書題目 :分離正戊烷 - 正己烷用浮閥精餾塔設(shè)計(jì)院系：專業(yè)班級學(xué)號：學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：年月日理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書1/37機(jī)械工程學(xué)院過控教研室學(xué) 號學(xué)生姓專業(yè)（班名級）設(shè)計(jì)分離正戊烷 - 正己烷用浮閥精餾塔設(shè)計(jì)題目料液種類：正戊烷 - 正己烷混合液年處理量： 45000噸設(shè)60 料液濃度：（輕組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)）計(jì)塔頂產(chǎn)品濃度： 98%（輕組組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)）技塔底釜液濃度： 98%（重相組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)）術(shù)每年實(shí)際生產(chǎn)天數(shù)：330 天（一年中有一個(gè)月檢修）參精餾塔塔頂壓強(qiáng)：4kPa（表壓）數(shù)設(shè)備形式：浮閥精餾塔廠址：淮南地區(qū)設(shè)完成精餾塔工藝設(shè)計(jì)、精餾設(shè)備設(shè)計(jì)、配管設(shè)計(jì)，繪計(jì)要制塔板

2、結(jié)構(gòu)簡圖，編制設(shè)計(jì)說明書。求工作說明書總頁數(shù)不少于25 頁量2/37工第一周：根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)查閱相關(guān)資料，并確定各流程。作進(jìn)行計(jì)算，確定設(shè)備的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。計(jì)第二周：在計(jì)算機(jī)上完成全部計(jì)算，并完成設(shè)計(jì)總結(jié)。劃參 1、 王志魁 劉麗英 劉偉 化工原理 化學(xué)工業(yè)出版社 2010考 2、 賈紹義 柴誠敬 化工原理課程設(shè)計(jì) 天津大學(xué)出版社 2002資料指 導(dǎo) 教 師教研室主任簽簽字字2013 年 12 月 16日3/37安徽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)（論文）成績評定表學(xué)生姓名：學(xué)號：專業(yè)班級：課程設(shè)計(jì)題目：分離正戊烷 - 正己烷用浮閥精餾塔設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師評語：成績：指導(dǎo)教師：4/37年月日目錄第 1 章 序言 . .

3、8第 2 章精餾塔的物料衡算 .132.1.物料衡算 .132.2.常壓下正戊烷正己烷氣、液平衡組成與溫度的關(guān)系15第 3 章塔板數(shù)的確定 .163.1.理論板數(shù) NT 的確定 . . 163.2.實(shí)際板數(shù)的確定 .18第 4 章精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù) .184.1.操作壓力的計(jì)算 .184.2.密度的計(jì)算 .194.3.表面張力的計(jì)算 .204.4.混合物的粘度 .214.5.相對揮發(fā)度 .21第 5 章塔體工藝條件尺寸 .225.1.氣、液相體積流量計(jì)算 .225.2.塔徑的初步設(shè)計(jì) .235.3.溢流裝置 .255.4.塔板布置及浮閥數(shù)目與排列 .27第 6 章塔板負(fù)荷性能圖 .

4、306.1.霧沫夾帶線 .306.2.液泛線 .315/376.3.液相負(fù)荷上限326.4.漏液線326.5.液相負(fù)荷下限33第 7 章 結(jié)束語35設(shè)計(jì)任務(wù)書（一）設(shè)計(jì)題目 :利用浮閥塔分離正戊烷與正己烷的工藝設(shè)計(jì)分離要求：試設(shè)計(jì)一座正戊烷正己烷連續(xù)精餾浮閥塔，要求年處理量45000 噸，塔頂產(chǎn)品濃度98 ( 輕組分質(zhì)量分?jǐn)?shù) ) ，塔底釜液濃度98（重組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)） 。（二）操作條件：塔頂壓力：4kPa（表壓）進(jìn)料狀態(tài)：泡點(diǎn)進(jìn)料回流比： 1.4Rmin塔釜加熱蒸汽壓力：0.5MPa（表壓）單板的壓降：0.7kPa全塔效率： 52%（ 3）塔板類型：浮閥塔板（F1 型 )6/37（ 4）工作日：

5、 330 天/ 年 、24h/ 天連續(xù)生產(chǎn)（ 5）廠址：淮南地區(qū)（六）設(shè)計(jì)內(nèi)容精餾塔的物料衡算塔板數(shù)的確定精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算塔體工藝條件尺寸塔板負(fù)荷性能圖7/37正戊烷正己烷連續(xù)精餾浮閥塔的設(shè)計(jì)第1章 序言精餾是分離液體混合物，一種利用回流是液體混合物得到高度分離的蒸餾方法，是工業(yè)上應(yīng)用最廣的液體混合物分離操作，廣泛應(yīng)用與石油、化工、輕工、食品、冶金等部門。精餾過程在能量劑的驅(qū)動下， 使氣液兩相多次直接接觸和分離， 利用液相混合物中各組分揮發(fā)度不同， 使揮發(fā)組分由液相向氣相轉(zhuǎn)移， 難揮發(fā)組分由氣相向液相轉(zhuǎn)移， 實(shí)現(xiàn)原料混合液中各組分分離。 該過程是同時(shí)進(jìn)行傳質(zhì)傳熱過程。精餾塔

6、分為板式塔填料塔兩大類。板式塔又有篩板塔、泡罩塔、浮閥塔等。本次設(shè)計(jì)任務(wù)是設(shè)計(jì)雙組份連續(xù)精餾浮閥塔， 實(shí)現(xiàn)從正戊烷、正己烷的混合溶液中分離出一定純度的正己烷。 本次設(shè)計(jì)選用浮閥塔。本次設(shè)計(jì)基本流程：原料液（正戊烷、正己烷混合液，泡點(diǎn)進(jìn)料），經(jīng)過預(yù)熱器預(yù)熱達(dá)到指定溫度后，送入精餾塔的進(jìn)料板上，進(jìn)料中的液體和上塔段下來的液體逐板溢流， 最后流入塔底再沸器中，經(jīng)過再沸器得到汽化，蒸汽沿塔上升，余下的液體作為塔底產(chǎn)品。進(jìn)料中的蒸汽和下塔段來的蒸汽一起沿塔逐板上升，上升的蒸汽進(jìn)入冷凝器，部分蒸汽得到冷凝返回塔頂，其余鎦出液作為塔頂產(chǎn)品。在整個(gè)精餾塔中，氣液兩相逆流接觸，進(jìn)行相互傳質(zhì)。 液相中的易揮發(fā)組分

7、進(jìn)入汽相，汽相中的難揮發(fā)組8/37分轉(zhuǎn)入液相。在每層板上，回流液與上升蒸氣互相接觸，進(jìn)行使熱和使質(zhì)過程。 操作時(shí)，連續(xù)地從再沸器取出部分液體作為塔底產(chǎn)品（斧殘液），部分液體氣化，產(chǎn)生生升蒸氣，依次通過各層塔板。塔頂蒸氣進(jìn)入冷凝器中被全部冷凝，并將部分冷凝液送回塔頂作為回流液體， 其余部分經(jīng)冷卻器冷卻后被送出作為塔頂產(chǎn)品（餾出液）。本次設(shè)計(jì)主要內(nèi)容是物料衡算、塔板數(shù)的確定、 精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算、塔板負(fù)荷性能圖和生產(chǎn)工藝流程圖。9/37圖 1-1精餾塔工藝流程圖10/37基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表 1-1.組分的飽和蒸汽壓Pi ommHg溫度（）36.140455055606568.7101.3

8、115.6136.0159.1185.1214.3246.8273.2Pi o正戊烷32568598正己烷31.9837.2645.0254.0564.6676.3689.96101.33x10.820.620.450.310.180.070y10.930.830.710.570.380.170表 1-2.組分的液相密度kg/m3溫度（）20406080100正戊烷626.2605.5583.7560.3535.0正戊烷657.2638.9620600.2579.3表 1-3.表面張力mN/m11/37溫度（）020406080100正戊烷18.2016.0013.8511.769.7197.

9、752正己烷20.1018.0215.9913.2312.0610.18表 1-4.混合物的粘度mpa.s溫度（）0255075100正戊烷6.236.807.377.968.50正己烷6.006.547.107.668.2012/37第 2章 精餾塔的物料衡算2.1. 物料衡算F: 原料液流量 (kmol/h)xF: 原料組成（ mol%）D: 塔頂產(chǎn)品流量 (kmol/h)xD：塔頂組成（ mol%）W:塔底殘液流量 (kmol/h)xW：塔底組成（ mol%）正戊烷正己烷的相對摩爾質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為72kg/ kmol 和86 kg/ kmol1原料液及塔頂、塔釜產(chǎn)品的摩爾分率正戊烷的摩爾質(zhì)

10、量正己烷的摩爾質(zhì)量M A72kg / kmolM B86kg / kmol0.60 / 72xF0.6420.60/ 720.40 / 860.98 / 72xD0.9830.98/ 720.02 / 860.02/ 72xW0.0240.02 / 720.98 / 862原料液及塔頂、塔釜產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量M F0.64272(10.642)8677.012kg / kmolM D0.98372(10.983)8672.238kg / kmolM W0.02472(10.024)8685.664kg / kmol3物料衡算原料處理量總物料衡算450001000F2473.778kmol /

11、h33077.012F DW正戊烷物料衡算0.642F0.983D0.024W13/37聯(lián)立解得D47.544kmol / hF26.234kmol / h14/372.2. 常壓下正戊烷正己烷氣、液平衡組成與溫度的關(guān)系溫度：利用表 1-1中的數(shù)據(jù)由拉格朗日插值可求得t F、t D、t W.t F:5045t F45t F=44.350.450.620.6420.6240 36.1tD40tD =36.47 t D:10.9830.820.8268.7 65tw 68.7t W:0.070.02400tW=67.43 精餾段的平均溫度：tFtDt1=2=40.41 提鎦段的平均溫度：tFtWt

12、255.892t1=40.41 時(shí)的 x1 及 y1454040.41400.620.82x10.82454040.41400.830.93y10.93x10.81y10.92t255.89 時(shí)的 x2 及 y215/37605555.89550.180.31x20.31605555.89550.380.57y20.57x20.29y20.54第 3章 塔板數(shù)的確定3.1. 理論板數(shù) NT 的確定由 Xp X F 0.642xp2.97 0.642算得： y p0.84211 xp 1 0.642 1.97RminxDyP0.9830.842yPxP0.8420.7050.642R 1.4Rm

13、in1.40.690.987LRD0.987 47.54446.926kmol / hV( R1) D(0.9871)47.544 94.470kmol / hLLF46.92673.778 120.704kmol / hVV94.470kmol/ h精餾段操作線方程yL xD xD46.926 x47.5440.983 0.497x 0.495VV94.47094.470提餾段操作線方程yL xW xW120.704 x26.2340.024 1.278x0.007VV94.47094.470xyy1 y2.867 1.867 y根據(jù)相對揮發(fā)度的求取得：y1xD0.983x10.951y20

14、.967x2 0.90816/37y30.946x30.85517/37y40.920x40.794y50.890x50.731y60.858x60.671y70.828x70.619 xfy80.784x80.550y90.696x90.435y100.549x100.291y110.365x110.162y120.200x120.077y130.092x13 0.033y140.035x14 0.012 xw精餾段有6 塊塔板，第 7 塊為進(jìn)料板，全塔共有 14 塊理論板。3.2. 實(shí)際板數(shù)的確定全塔效率為 ET=0.52精餾段實(shí)際板數(shù)：提餾段實(shí)際板數(shù)：6N精12塊0.528N提16塊0.

15、52第 4章 精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)4.1. 操作壓力的計(jì)算塔頂操作壓力每層塔板壓降PD101.3254105.325kPaP0.7kPa18/37進(jìn)料板壓力精餾段平均壓力塔底操作壓力提餾段平均壓力4.2. 密度的計(jì)算PF105.3250.712113.725kPaPm1(105.325113.725) / 2 109.525kPaPw 117.725160.7124.925kPaPm 2(113.725124.925) / 2119.325kPa1aAaB已知：混合液密度：LAB ( a 質(zhì)量分率， M 為平均相對分子質(zhì)量 ) ，不同溫度下正戊烷和正己烷的密度見表1-2.pmM Vm

16、Vm混合氣體密度：RTm精餾段：t1 =40.41 時(shí)，液相 x1=0.81 氣相 y1=0.92液相： ML 1720.8186 （10.92） 65.2kg / kmol氣相： MV 1720.9286 (10.81) 82.58kg / kmol提留段： t255.89 時(shí)，液相 x2=0.29 氣相 y2=0.54液相：氣相：ML 1720.2986(10.54)60.44kg / kmolMV 1720.5486(10.29)99.94kg / kmolt1=40.42 時(shí)604040.4140A605.1kg / m3583.7605.5A605.5604040.4140B638.

17、1kg / m3620.0638.9B638.9t255.89 時(shí)19/37604055.8940A 588.2kg / m3583.7605.5A 605.5604055.8940B 623.9kg / m3620.0638.9B 638.9精餾段氣相平均密度精餾段pm1M Vm1109.52582.583.47 kg / m3Vm18.314 (40.41273.15)RTm1提留段平均氣相密度提餾段Vm2pm2 M Vm 2119.32599 .944.36 kg / m 3RTm28.314(55.89273.15)精餾段液相平均密度10.8172/ 0.817210.818610.7

18、8L1605.1638.1L1612.1kg / m3提留段的液相平均密度10.29 72 / 0.29 72 (1 0.29) 861 0.25V 1588.2623.9V1614.6kg / m34.3. 表面張力的計(jì)算精餾段的平均溫度t1 =40.41 時(shí)的表面張力604040.4140A 13.81mN / m11.7613.8513.85A604040.414015.93mN / m13.22815.99BB15.99A B13.81 15.93mA xBA xA13.81 (1 0.81)14.17mN / m15.93 0.8120/37提留段的平均溫度t255.89 的表面張力

19、604055.894012.19mN / m11.7613.85A A13.85604055.8940B 13.79mN / m13.22815.99B 15.99m A B 12.19 13.79A xB A xA 12.19 (1 0.29)13.43mN / m13.79 0.294.4. 混合物的粘度t1=40.41 時(shí)502540.41257.15mpa.s7.376.80AA6.80502540.41256.89mpa.s7.106.54BB6.54t255.89 時(shí)755055.89507.51mpa.s7.967.37A A 7.37755055.89507.23mpa.s7.

20、667.10B B 7.10120.817.156.89(10.81)7.10mpa.s7.230.297.51(10.29)7.43mpa.s4.5. 相對揮發(fā)度t1 =40.41 時(shí)454040.41 40P 0Kpa136.05115.62oA117.29PA 115.6221/37454040.414045.0237.26PB o37.26PA03.0910PBt255.89 時(shí)605555.8955o214.35185.18PA 185.18605555.895576.3664.66 PB o 64.66P0259.72A2.851095.49PB122.97第 5章 塔體工藝條件尺

21、寸5.1. 氣、液相體積流量計(jì)算PB 037.89KpaPA0 190.37KpaPB 066.74KpaM V 1已知：M L1M V 2M L 282.58kg / kmol65.2kg / kmol99.94kg / kmo60.44kg / kmolv1Vm3.47kg / m3v2Vm 4.36kg / m3L1LM612.1kg / m3L 2LM 614.6kg / m3精餾段：22/37L1M L1LV1M V1VL1LS1L1V1VS1V 165.246.926 / 36000.85 Kg / s82.5894.470 / 36002.24Kg / s0.851.38 10

22、3 m3 / s612.12.240.65m3 / s3.47提餾段：L2M L2LV2MV2VL2LS2L 2V2VS2V 260.44120.704 / 36002.03Kg / s99.9494.470 / 36002.62 Kg / s2.033.30 10 3 m3 / s614.62.620.60m3 / s4.365.2. 塔徑的初步設(shè)計(jì)精餾段(0.6 0.8)max , maxCLV ,式中 C可由史密斯關(guān)聯(lián)圖查出 ：由V1-31橫坐標(biāo)數(shù)值：L S121.38 10612.1 20.0282L1VS1V10.653.47取板間距： H T450mm , hL60mm, 則 H

23、T - hL 0.450.06 0.39m查圖可知C200.080. 214.170.2CC200.080.0752020maxCL 1V 10.075 612.1 3.470.993m/ sV 13.47安全系數(shù)取 0.810.8 max0.80.9840.794m / s23/37D14VS140.651.021m3.1410.794D1 取整D1 =1.1mAT4D120.7851.120.95m2空塔氣速：提餾段：VS10.6510.684m / sAT0.951- 31橫坐標(biāo)數(shù)值：L S223.3 10614.6 20.0653L2VS2V20.64.36取板間距：H T450mm

24、, hL60mm, 則 H T - hL0.450.060.39m查圖可知 C200.0810 .20. 2C C 200.08113.430.0752020max CL 2V 20.075 614.64.360.887m/ sV 24.36安全系數(shù)取 0.80.80.8870.710m/ s20.8 maxD24VS 240.61.03m3.1420.710D2 取整D2 =1.1mAT D220.7851.120.95m24空塔氣速：VS20.620.632m / sAT0.9524/375.3. 溢流裝置（ 1）堰長 l w取 l w0.65D0.65 1.10.715m出口堰高：本設(shè)計(jì)

25、采用平直堰，堰上液高度how 按下式計(jì)算：2 / 3how2.84 ELA1000lw近似取 E=1精餾段：2.841.3810 336002 / 3how0.0103m10000.715hwhLhow0.06 0.01030.0497 m提餾段：2.843.310 336002/ 3how0.0185m10000.715h hh0.060.01850.042mwLow（ 2）弓形降液管的寬度和橫截面積Af0.07Wd0.145查圖得： ATD則： Af 0.07 0.95 0.0665m2Wd 1.1 0.145 0.1595m驗(yàn)算降液管內(nèi)停留時(shí)間：精餾段：Af H T0.06650.452

26、1.68s5sLS11.3810 3提餾段：AfHT0.0665 0.459.07s5sLS23.310 3（ 3）降液管底隙高度25/37精餾段：26/37取降液管底隙的流速0LS11.3810 3m0.13m / s, h00.7150.0148l w 00.13提餾段：取降液管底隙的流速LS 23.310 3m00.13m / s, h00.7150.130.0355lw0因?yàn)?h0 不小于 20mm，故 h0滿足要求。5.4. 塔板布置及浮閥數(shù)目與排列（1）塔板分布本設(shè)計(jì)塔徑 1.1m，采用分塊式塔板， 以便通過人孔裝拆塔板。閥孔臨界速度精餾段提餾段0. 54872.80. 548u0

27、72.85.30m / sKp13.47V 10.54872.80.548u072.84.67m / sKp 24.36V 2上下兩段相應(yīng)的閥孔動能因子為：F01u0Kp 1V 1F02u0Kp 2V 29.8729.751均屬正常操作范圍。（2）浮閥數(shù)目與排列精餾段取閥孔動能因子F0 10, 則孔速 01 為：F010015.3683m / sV 13.47取邊緣區(qū)寬度 Wc0.055m, 安定區(qū)寬度 Ws0.065m ，27/37開孔區(qū)面積RD0.550.055 0.495mWC2xDWS0.550.15950.065 0.326mWd2Aa2 xR2x2R2sin 1 x180R2 0.

28、3260.49520.32620.4952 sin 1 0.3260.595m21800.495提餾段取邊緣區(qū)寬度W0.030m, 安定區(qū)寬度Ws0.055m，c開孔區(qū)面積Aa 2 xR2x2R2sin 1x180R2 0.3360.5220.33620.52 2 sin 10.3360.646m21800.52其中，RD0.52m ， xDWs0.336mWCWd22（ 3）浮閥數(shù) n 與開孔率F1 型浮閥的閥孔直徑為39mmu0F 0閥孔氣速V ，其中取 F0=10浮閥數(shù)目開孔率精餾段Vn/ 4u0 d 022n d0D2105.37m / su03.4728/37n40.65102塊0.

29、0390.0395.371020.0390.03912.82%1.11.1提餾段u0104.79m / s4.36n40.6105塊0.0390.0394.793.141050.0390.03913.20%1.11.1浮閥排列方式采用等腰三角形叉排，取同一橫排的孔心距t=0.075m ，則排間距 t 為精餾段提餾段Aa0.59577.8mmt1020.0777 mnt0.075Aa0.64682.0mmt1050.0820mnt0.075考慮到塔的直徑較大，故采用分塊式塔板，而各分快板的支撐與銜接將占去一部分鼓泡區(qū)面積，因此排間距應(yīng)小于計(jì)算值，故取 t =70mm=0.07m重新計(jì)算孔速及閥數(shù)

30、A0.595精餾段a114n0.075tt0.07V0.654u0/ 41144.78m / sn d020.039 0.039 3.14F04.783.478.900.0390.03914.33%1141.11.1提餾段Aa0.646142n0.075 0.07tt29/37u0V0.64n d02/ 4 124 0.0394.05m / s0.039 3.14F04.054.368.460.0390.03912415.59%1.1 1.1由此可知，閥孔動能因數(shù)變化不大第 6章 塔板負(fù)荷性能圖6.1. 霧沫夾帶線VSV1.36 LSZLLV泛點(diǎn)率KC F Ab據(jù)此可作出負(fù)荷性能圖中的物沫夾帶線，按泛點(diǎn)率 80%計(jì)算：精餾段：Z LD2Wd1.12 0.15950.781m查物性系數(shù) K=1.0C F0.1