精馏塔的工作原理课件-12251409

化工原理课程设计精馏塔的工艺设计精馏塔的工艺设计利用混合液中各个组分挥发度不同,采用多次部分汽化和多次部分冷凝进行分离，并能得到较纯组分的单第一部分精馏及塔设备概述一、精馏原理填料塔：浓度连续变化板式塔：浓度梯度变化，分级接触塔---逐板计算元操作。操作时液体从上层塔板的降液操作时液体从上层塔板的降液管流下，横流过筛板后，越过溢流堰经降液管流入下层筛板；而蒸汽经过筛孔分散鼓泡通过液层，逐板上升。板上形成的鼓泡层是传质,传热进行的主要区域。塔板的作用•塔板提供了汽液分离的场所。•每一块塔板是一个混合分离器5分离器•足够多的板数可使各组分较完全分离最优的进料位置一般应在塔内液相或汽相组成原料液加入的塔板称为加料板。加料板以上部分，称为精馏段，起提纯原料中易挥发组分的作用；以下部分(含加料板)，称为提馏段，起提纯原料中难挥发组分的作用。加料板及最优的进料位置与进料组成相近或相同的塔板上。进料位置过高，使塔顶产品的组成偏低；进料位置偏低，塔釜产品中易挥发组分含量增高，从而降低易挥发组分的回收率。对精馏塔而言，自塔底向塔顶方向，蒸汽中易挥发组分（轻组分）的含量越来越高，自塔顶向塔底方向，液体中难挥发组分（重组分）含量越来越高，而温度分布是塔顶的温度最低，塔底温度最高。n+1n-1n1nyny1ny1nxnx1nx回流是精馏操作必不可少的条件，提供塔内与上升气相接触传质的液相。也是区分蒸馏和精馏的主要标志。从上一块板下来的液相与从下一块上来的气相接触传质，形成新的气液相，离开筛板分别向上和向下流动。1nx1nynynx二、塔设备简介塔设备是使气液成两相通过紧密接触达到相际传质和传热目的的气液传质设备之一。质和传热目的的气液传质设备之一。塔设备一般分为阶跃接触式和连续接触式两大类。前者的代表是板式塔，后者的代表则为填料塔。板式塔填料塔塔壳液体分布器填料层封头支承板填料层它主要由圆柱形壳体、塔板、溢流堰、降液管及受液盘等部件构成。三、板式塔结构构成。板式塔内流体的流动在塔板上，气液两相密切接触，进行热量和质量的交换。在板式塔中，气液两相逐级接触，两相的组成沿塔高呈阶梯式变化，在正常操作下，液相为连续成沿塔高呈阶梯式变化，在正常操作下，液相为连续相，气相为分散相。一般而论，板式塔的空塔速度较高，因而生产能力较大，塔板效率稳定，操作弹性大，且造价低，检修、清洗方便，故工业上应用较为广泛。四、板式塔分类泡罩塔筛板塔浮阀塔喷射型塔板筛板塔浮浮阀塔接触面积少效率低不利于传热和传质良好的接触状态接触状态好五、筛板塔的特点筛板塔在十九世纪初已应用于工业装置上，但由于对筛板的流体力学研究很少，被认为操作不易掌握，没有被广泛采用。五十年代来，由于工易掌握，没有被广泛采用。五十年代来，由于工业生产实践，对筛板塔作了较充分的研究并且经过了大量的工业生产实践，形成了较完善的设计方法。筛板塔和泡罩塔相比较具有下列特点：生产能力大于10.5%，板效率提高产量15%左右；而压降可降低30%左右；另外筛板塔结构简单，消耗金属少，五、筛板塔的特点五、筛板塔的特点降可降低30%左右；另外筛板塔结构简单，消耗金属少，塔板的造价可减少40%左右；安装容易，也便于清理检修。筛板塔外形图筛板塔外形图第二部分筛板式精馏塔设计方法下达任务书，分配任务一、综述二、精馏流程、设备及操作条件的确定三、精馏塔的工艺计算四、塔板工艺尺寸的计算四、塔板工艺尺寸的计算1、设计题目常压精馏塔工艺设计2、设计时间：3、原始设计数据（1）每年处理量(吨/年)：80008500900095001000010500110001100012000（2）料液浓度：40%42%45%46%48%（苯质量分率）（3）塔顶产品浓度：95%96%97%98%（苯质量分率）（4）塔底釜液含甲苯量不低于90%,92%94%96%(甲苯质量分率)（5）生产方式：年工作日300天，每天24小时连续运行，其余时间检修。一、化工原理课程设计任务书（5）生产方式：年工作日300天，每天24小时连续运行，其余时间检修。（6）精馏塔塔顶压强：4kPa（表压）（7）冷却水进口温度：30℃（8）塔底加热饱和水蒸汽压力：0.25MPa(表压)（9）进料热状态：饱和液体（10）回流比R=(1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8)Rmin。（11）设备型式：筛板塔（12）单板压降：小于等于0.9kPa4、设计要求及内容：（1）综述（2)精馏流程、设备及操作条件的确定。（3）塔的工艺计算及塔板结构参数计算：包括物料衡算，回流比选择，进料热状况的选择，理论塔板数的计算，塔径、板间距的确定，塔板参数计算，塔的结构参数及水力学性能的检验，塔效率的估算，实际塔板数的确定，塔高的确定，化工原理课程设计任务书画出塔板负荷性能图。（4）计算结果一览表（工艺计算一览表、塔结构设计一览表）（5）设计总结及讨论（6）参考文献目录（7）所有计算均需注明公式及数据的来源（8）设计图纸：1）流程图，2）塔板结构图，3）设计计算用图一、综述包括课程设计的意义、本设计的任务等。二、精馏流程、设备及操作条件及设计方案的确定简要叙述精馏的原理、流程和基本操作条件及设计方案（设计思路）的选择。第二部分筛板式精馏塔设计方法确定设计方案总的原则是在可能的条件下，尽量采用科学技术上的最新成就，使生产达到技术上最先进、经济上最合理的要求，符合优质、高产、安全、低消耗的原则。为此，必须具体考虑如下几点1.满足工艺和操作的要求2.满足经济上的要求3.保证安全生产连续精馏的流程图连续精馏的流程图连续精馏的流程图连续精馏的流程图连续精馏的流程图连续精馏的流程图连续精馏的流程图连续精馏的流程图主要内容包括;(1)物料衡算(2)确定回流比(3)确定理论板数和实际板数(4)塔的气液负荷计算三、精馏塔的工艺计算(5)热量衡算塔设备的生产能力一般以千克/小时或吨/年表示，但在理论板计算时均须转换成kmol/h,在塔板设计时，气液流量又须用体积流量m3/s表示。因此要注意不同的场合应使用不同的流量单位。1、全塔的物料衡算FPWFpWFxPxWxxxFxLxpPxp总物料易挥发组分FwPwxxPFxxFxFWxwWFP塔顶产品塔底残液PFPwxxWFxx2、理论板数的计算需收集苯和甲苯物系基础数据（包括物理性质，如沸点、分子量、饱和蒸汽压、液相密度、粘度、表面张力，汽液平衡数据等），根据物系的相平衡数据绘制物系的温度组成图，气液平衡相图。确定回流比一般是先求出最小回流比，然后根据min21.1RR—,确定回流比Rmin是根据汽液相平衡方程yx11q线方程yqqxxqF11联立求得交点xqy，然后代入方程联立求得交点xqyq，然后代入方程RxyyxDqqqmin，也可以用做图法求交点。其中利用t～x～y关系图，查得塔顶塔底的温度，进而求取全塔的平均温度，从而可以根据全塔平均温度求取全塔平均相对挥发度。式中：R---回流Rmin—最小回流比—全塔平均相对挥发度a、确定q线方程，求Rmin及R、Lb、精馏段操作线方程c、提馏段操作线方程L/=L+qFV/=V+（q-1）Fd、用作图法确定理论板数2、理论板数的计算d、用作图法确定理论板数e、求实际板数Np=NT/ETf、塔底再沸器的蒸汽用量g、塔顶全凝器的冷却水用量（25℃——35℃）y(x,x)冷液体进料q＞1泡点进料q=1气液混合进料0＜q＜1饱和蒸汽进料q=0x(xF,xF)饱和蒸汽进料q=0过热蒸汽进料q＜0(xw，xw)xW适宜回流比的选择回流比R操作线斜率操作线与平衡线距离理论板数冷凝器再沸器负荷塔高设备费用操作费用回流比费用设备费用操作费用总费用min(1.1~2.0)RRRminR实际板数的确定板效率：利用奥康奈尔的经验公式ETL0490245..（教材283页）其中：—塔顶与塔底的平均温度下的相对挥发度L—塔顶与塔底的平均温度下的混合液相粘度,mpas对于多组分的液相粘度：x塔效率的计算2017-12-17对于多组分的液相粘度：LiLixLi—液态组分i的粘度,mpasxi—液相中组分i的摩尔分率实际理论板数NNET实理适用于，且板上液流长度≤1.0的一般工业板式塔。5.7~1.0L四、塔板工艺尺寸的计算1、塔高的计算（有效高度）TTTHENZ1板间距HT选取的一般依据（见教材表7-2）塔径D/m0.3~0.50.5~0.80.8~1.61.6~2.42.4~4.0板间距HT/mm200~300250~350300~450350~600400~600选定时，还要考虑实际情况，塔底塔顶的高度另加。2、塔径D的初估与圆整根据流量公式计算塔径，即DVuS4式中Vs—塔内的气相流量，ms3u—空塔气速，m/suu0608.~.max四、塔板工艺尺寸的计算2017-12-17uCLVVmaxumax—最大空塔气速，m/sLV、—分别为液相与气相密度，kgm3负荷系数2.02020CC(C20值可由Smith关联图求取)四、塔板工艺尺寸的计算2017-12-17VLSSVL史密斯关联图（教材285页）两相流动参数（横坐标）初选塔板间距HT=（参考）选取板上清液层高度由图查得C20=？VLSSVL四、塔板工艺尺寸的计算气体负荷因子（纵坐标）液泛气速2.02020CCVVLCumax••kmol/h+mxx苯苯甲苯甲苯平均温度tm下（精馏段、提馏段分开算）//VVLW四、塔板工艺尺寸的计算VmVSVMV3600m3/s8.314273mmVmmVVmPMPMRTt（）VVLW11xx苯苯LmLSLML3600四、塔板工艺尺寸的计算L苯甲苯注意：计算液体密度时，用的是质量分数，平均摩尔质量用摩尔分数查tm下液相和气相的X苯、Y苯由和HT-hL查出C20计算Cu（max）VLSSVLLmMMxMx苯苯甲苯甲苯mVMMyMy苯苯甲苯甲苯四、塔板工艺尺寸的计算u、D重新校核uVSV塔径圆整将计算所得塔径向系列标准圆整400、500、700、800、1000·······4600四、塔板工艺尺寸的计算变径塔或通径塔3.溢流装置设计（教材302页）hwhowhL溢流堰四、塔板工艺尺寸的计算HdhoHTDDxWdWstAfAaW'sA'fLw降液管受液盘U型流小液体负荷，液体流程长，板面单流型液体流程较长，板面利用好，塔板溢流堰的类型阶梯溢流结构复杂，适用于大塔径双溢流流程短可减少液面落差，但板面利用率低且四、塔板工艺尺寸的计算程长，板面利用好，板效较高，但液面落差大。用好，塔板结构简单，直径2.2米以下的塔。适用于大塔径负荷大的塔。利用率低且结构复杂，用于液体负荷大，直径2m以上塔。一般可根据初估塔径和液体流量，塔板的液流型式。4.4.溢流堰装置的设计计算溢流堰装置的设计计算堰长lw单流型lw为（0.6～0.8）D双溢流lw为（0.5～0.7）D溢流堰四、塔板工艺尺寸的计算)/(130~100/3hmmlLWhw也可由溢流强度计算筛板及浮阀塔的lw：其中D－塔径，mlw－溢流堰长，mLh－液体流量,m3/hOWWLhhh式中hL－板上液层高堰高hwhwhowHdhLHT4.溢流堰装置的设计计算四、塔板工艺尺寸的计算度(一般50～100mm）how－堰上液层高度，一般低于60mm）堰上液层高度how可按Francis公式计算HhoD堰上液层高度平直堰的hOW按下式计算（也可以查列线图课设教材107页）3284.2LEhh4.溢流堰装置的设计计算四、塔板工艺尺寸的计算lW－堰长，mLh－塔内液体流量，m³/hE－液流收缩系数，一般取1100084.2WOWlLEhhOWWOWhhh10.005.0求得