筛板塔设计.

化工原理课程设计——筛板(浮阀)式精馏塔设计温州大学2016年5月第一部分：化工原理课程设计任务书一.设计题目：苯——甲苯混合液筛板(浮阀)精馏塔设计二.原始数据年处理量：250003000035000400004500050000吨料液初温：35℃料液浓度：40%45%50%55%60%（苯质量分率）塔顶产品浓度：98.5%（苯质量分率）塔底釜液含甲苯量不低于98%(以质量计)每年实际生产天数：330天（一年中有一个月检修）精馏塔塔顶压强：4kpa（表压）冷却水温度：10℃饱和水蒸汽压力：0.25Mpa(表压)设备型式：筛板(浮阀)塔厂址：温州地区三.设计任务完成精馏塔工艺设计，精馏设备设计，有关附属设备的设计和选用，绘制带控制点工艺流程图，塔板结构简图，编制设计说明书。年处理量40%45%50%55%60%300001-56-1011-1516-2021-254000026-3031-3536-4041-4546-505000051-561.工艺设计（1）选择工艺流程和工艺条件a．加料方式b.加料状态c.塔顶蒸汽冷凝方式d.塔釜加热方式e.塔顶塔底产品的出料状态塔顶产品由塔顶产品冷却器冷却至常温。（2）精馏工艺计算：a.物料衡算确定各物料流量和组成。b.经济核算确定适宜的回流比根据生产经常费和设备投资费综合核算最经济原则，尽量使用计算机进行最优化计算，确定适宜回流比。c.精馏塔实际塔板数用近似后的适宜回流比在计算机上通过逐板计算得到全塔理论塔板数以及精馏段和提馏段各自的理论塔板数。然后根据全塔效率ET，求得全塔、精馏段、提馏段的实际塔板数，确定加料板位置。四.设计内容2.精馏塔设备设计(1)选择塔型和板型采用板式塔，板型为筛板(浮阀)塔。(2)塔板结构设计和流体力学计算(3)绘制塔板负荷性能图画出精馏段或提馏段某块的负荷性能图。(4)有关具体机械结构和塔体附件的选定•*接管规格：根据流量和流体的性质，选取经验流速，选择标准管道。*全塔高度：包括上、下封头，裙座高度。3.附属设备设计和选用(1)加料泵选型，加料管规格选型加料泵以每天工作3小时计（每班打1小时）。大致估计一下加料管路上的管件和阀门。(2)高位槽、贮槽容量和位置高位槽以一次加满再加一定裕量来确定其容积。贮槽容积按加满一次可生产10天计算确定。(3)换热器选型对原料预热器，塔底再沸器，塔顶产品冷却器等进行选型。(4)塔顶冷凝器设计选型根据换热量，回流管内流速，冷凝器高度，对塔顶冷凝器进行选型设计。4.编写设计说明书设计说明书应根据设计指导思想阐明设计特点，列出设计主要技术数据，对有关工艺流程和设备选型作出技术上和经济上的论证和评价。应按设计程序列出计算公式和计算结果；对所选用的物性数据和使用的经验公式图表应注明来历。设计说明书应附有带控制点工艺流程图，塔板结构简图和计算机程序框图和原程序。5.注意事项:写出详细计算步骤,并注明选用数据的来源;每项设计结束后,列出计算结果明细表;设计说明书要求字迹工整,装订成册上交。板式塔：逐级接触式，内装塔板，气液传质在板上液层空间内进行第二部分：板式塔板式塔溶剂气体一.塔板结构筛板塔操作弹性小小孔筛板易堵塞缺：板效率较高小气流压降小、液面落差结构简单、造价低优：筛板泡罩塔板：渐被淘汰板效率低、生产能力低到限制雾沫夹带严重，气速受液层厚，气流压降大结构复杂、造价高缺：定操作弹性高、板效率稳优：不易漏液和堵塞、塔板泡罩浮阀塔板：粘度大的系统缺：不宜处理易结焦或造价低板效率较高小气流压降小、液面落差大生产能力大、操作弹性优：浮阀塔板三种塔板的比较:生产能力：筛板浮阀泡罩压降：泡罩浮阀筛板操作弹性：浮阀泡罩筛板造价：泡罩浮阀筛板板效率：浮阀、筛板相当泡罩喷射型塔板：舌形塔板浮舌塔板板式塔塔板类型板效率并不是很高新，传质效果提高传质表面增大且不断更并流喷射，液面落差小高，生产能力增大雾沫夹带少，气速可较压降降低无溢流堰，液层较薄，塔板喷射型特适用减压蒸馏操作弹性大、压降低，—、浮舌塔板板效率降低存在漏夜和吹干现象，弹性大气流截面积可调，操作—、浮动喷射塔板降低气相夹带严重，板效率弹性小气流截面积固定，操作—、舌型塔板cba气液接触状态二.塔板上汽液两相的流动现象塔板上汽液两相的流动现象塔板上汽液两相的流动现象注意塔板上汽液两相的流动现象通常希望在泡沫状态、喷射状态或两者的过渡状态下操作液汽比较大时处于泡沫状态，较小时处于喷射状态易挥发组分与难挥发组分的表面张力的相对大小对汽液接触状态有影响σ易＜σ难，宜在泡沫状态下操作这时汽液两相所形成的泡沫层中的气泡稳定，泡沫层较高，汽液两相接触面积大，塔板效率高筛板的筛孔孔径与开孔率较小时易形成泡沫接触状态雾(液)沫夹带：*分析：板间反混塔板效率降低*产生原因：气速过大板间距过小*确定原则：()()0.1kgkg液气夹带量*防范措施：适当加大板间距三、塔板上汽液两相的非理想流动现象气泡夹带气泡夹带空间不均匀流动气体流速不均匀液体流速不均匀液泛(淹塔)：四、塔板上汽液两相的不正常流动现象*危害性：*产生原因：*防范措施：——优化板结构,增大板间距,可提高液泛气速操作被完全破坏()上限为液泛气速上下板间压降气流过大过量雾沫夹带液泛降液管负担液流过大液体来不及下流液泛过量雾沫夹带塔板上汽液两相的流动现象漏液：塔板上汽液两相的流动现象*危害性：*产生原因：*防范措施：——预留安定区10%()一般：板效率下降严重：不能操作（漏液量液体流量）此时为气速下限漏夜气速气流过小气布不均塔板上汽液两相的流动现象塔板效率：表示法：五、塔板效率、塔高及塔径计算0()E全塔效率总板效率100%()TTPNNN理论板数实际板数不包括蒸馏釜()ME默弗里效率单板效率—气相表示:液相表示：*1*11(1)nnnMVnnnnyyxEyyyx；*1*1(1)nnnMLnnnnxxyExxxy；塔板效率说明：٭不同板的通常不相等；ME٭总板效率，但。01E0MEE影响因素：٭物系性质：粘度、密度、表面张力、扩散系数等；٭塔板结构：塔径、板间距、堰高、开孔率等；٭操作条件：温度、压强、气速、气液量比等。塔板效率第三部分：筛板式精馏塔设计方法一.工艺计算二.设备计算三.辅助设备计算四.塔体结构五.带控制点工艺流程图主要内容是(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(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.全塔物料衡算：F=D+WFxF=DxD+WxW塔顶产品易挥发组分回收率η为：η=DxD/FxF式中:F、D、W分别为进料、塔顶产品、塔底馏出液的摩尔流量(kmol/h),xF、xD、xW分别为进料、塔顶产品、塔底馏出液组成的摩尔分率一．工艺计算2.确定最小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xqyq，然后代入方程RxyyxDqqqmin其中利用t～x～y关系，并借助二次样条插入的方法，求得塔顶塔底的温度，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3.理论板数和实际板数的确定（1）逐板法计算理论板数，交替使用操作线方程和相平衡关系。精馏段操作线方程：yLLDxDLDxnnD1提馏段操作线方程：yLqFLqFWxWLqFWXnnw1xynn1(利用操作线方程)yxnn(利用相平衡关系)（2）塔顶冷凝器的类型(i)当塔顶为全凝器时,dxy1则自第一块塔板下降的液相组成x1与y1成相平衡，故可应用相平衡方程由y1计算出x1，自第二块塔板上升蒸汽组成y2与x1满足操作线方程，由操作线方程以小x1计算得出y2.(ii)当塔顶为分凝器时,Kxxd0先求出分凝器内与xd成相平衡的x0,再由操作线方程以x0计算得出y1，然后由相平衡方程由y1计算出x1，如此交替地使用操作线方程和相平衡关系逐板往下计算，直到规定的塔底组成为止，得到理论板数和加料位置。（3）加料板位置的确定求出精馏段操作线和提馏段操作线的交点xyqq、，并以xq为分界线，当交替使用操作线方程和相平衡关系逐板往下计算到xxxxnqnq且1时，就以第n块板为进料板。（4）实际板数的确定板效率：利用奥康奈尔的经验公式ETL0490245..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液相粘度,mpas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2020/2/264、塔的气液负荷计算(1)、精馏段气液负荷计算VRD1LRDVVMSVmVm3600LLMSLmLm3600V—塔内气体摩尔流量kmol/hVs—塔内气体体积流量ms3MVm、MLm—分别为精馏段气相平均分子量、液相平均分子量VmLm、—分别为精馏段气相平均密度、液相平均密度kgm3(2)、提馏段气液负荷计算(同上)2020/2/265、热量衡算总热量衡算QQQQQQVWLBFR式中：QQQQQQVWLBFR、、、、、分别是塔顶蒸汽带出的热量、塔底产品带出的热量、塔设备的热损失、塔釜加热量、进料带入的热量、回流带入热量、其中：塔设备的热损失QQLB01.再沸器热负荷QQQQQBVWRF11.冷凝器热负荷QQQQCVDRQQCD、—分别为塔顶冷凝器带走热量、塔顶产品带走热量2020/2/26二．塔和塔板主要工艺尺寸的设计它包括板间距的初估，塔径的计算，塔板液流型式的确定，板上清液高度、堰长、堰高的初估与计算，降液管的选型及系列参数的计算，塔板布置和筛板的筛孔和开孔率，最后是水力校核和负荷性能图。1、板间距HT的初估板间距的大小与液泛和雾沫夹带有密切的关系。板距取大些，塔可允许气流以较高的速度通过，对完成一定生产任务，塔径可较小；反之，所需塔径就要增大些。板间距取得大，还对塔板效率、操作弹性及安装检修有利。但板间距增大以后，会增加塔身总高度，增加金属耗量，增加塔基、支座等的负荷，从而又会增加全塔的造价。初选板间距时可参考下表所列的推荐值。表1板间距与塔径关系塔径D,m0.3～0.50.5～0.80.8～1.61.6～2.0塔板间距HTmm200～300250～350350～450450～6002020/2/262、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.~.maxuCLVVmax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)由上式算出的塔径按部颁发塔盘标准圆整，圆整后的塔径除了必须满足板间距与塔径的关系外，还须进行空塔气速校核。2020/2/265.0232323220)(])(ln)43196.049123.0088307.007291.0(ln)3212.139.1079.0474675.0(4695.65496.56562.1531.4exp[VLvLTvvVLLhHZLZZZLZZZZZZC3液流