年产1400吨糠醛精馏塔设计

1年产1400吨糠醛精馏塔设计摘要：塔设备是化工生产中非常重要的操作单元，精馏塔根据混合物中各组分的挥发度不同对混合物进行分离。本文根据精馏塔常规的设计方法，并结合GB150对任务为年产量为1400吨糠醛的精馏塔进行设计，目的在于为从事生产设计糠醛精馏及控制系统提供一定的理论基础的同时，为生产提供有用的数据。关键词：糠醛；精馏；精馏塔1、设计任务（1）、设计压力:常压（2）、原料液浓度(饱和液体进料)：5.5%（质量分率）（3）、塔顶流出液浓度：35%（质量分率）（4）、塔底流出液浓度：0.2%（质量分率）2、装置设计表2-1糠醛-水气—液相摩尔浓度平衡关系表液相X气相Y沸点C液相X气相Y沸点C0.00037560.002847299.900.016040.0717898.190.001890360.013916599.600.016760.0730798.130.003811940.026552499.250.018230.0760398.070.00576550.03723698.990.020410.0800697.950.00775190.04606098.530.027250.0877397.910.00977200.05475098.430.034480.0909797.900.011830.061205198.310.040560.0917097.900.01391650.0670298.210.091700.0917097.902.1数据转换2已知原料液中糠醛浓度质量百分比为5.5%，塔顶馏出液质量浓度为35%。塔底残液质量百分比为0.2%，进行换算成摩尔浓度。原料液摩尔浓度：0108.0185.94965.5965.5FX*指导教师：高艳（1979-）女，满族，吉林人，讲师，硕士，现在吉林化工学院机电工程学院工作。联系方式：15944299864塔顶馏出液摩尔浓度：0917.0186596359635DX塔底残液摩尔浓度：000376.0188.99962.0962.0WX2.2确定回流比水的H2O相对分子量：18.8424kg/kmol，糠醛C5H4O2相对分子量：96kg/kmol∵饱和液体进料，即1q，1qq即q为一条直线取摩尔分率，则：%17.9%,04.0%,16.1DwFxxx利用气—液平衡数据做平衡线，以Fx作垂直的q线，与平衡线交于e点，依作土知%,16.1Fexx∴xy0.9775.471.16100ey1.186.12故977.018.147.512.6977.016.147.5100ey得：%056.6ey最小回流比：636.016.10560.60560.617.9mineeeDxyyxR根据经验，一般取：min)21.1(RR～取R=1，则：57.1636.01minRR2.3塔釡物料衡算：3塔釜相当于一级精馏塔，其上的汽-液一定达到相平衡，当液相（残液）的质量分率为0.2%时，又糠醛和水的汽液相的质量分率1.5%摩尔分率0.28%从而以摩尔流量和摩尔分率作物料衡算，设进塔釜的摩尔分率为y:提溜段：L’=L+qF=30.7620+1251.0728=281.8348kmol/hV’=L’-W=281.8348-220.3255=61.5093kmol/h由物料平衡有：yV%W04.0%L28.0’‘解得：y=0.092%设对应的质量分率为x,则：%092.0%10018/)1(96/96/xxx得，x=0.4887%全塔物料数据如下：表2-2全塔物料数据物料质量流量kg/h质量分率%摩尔流量kmol/h摩尔分率%出泵4210.11485.5223.43841.08进预热器4746.48125.87251.07281.16进分离罐773.74543530.76209.17产品237.37994.23.094175.28残液3972.7340.2220.32550.04分离罐回流536.36648.827.64331.78全凝器回流773.74543530.76209.17出全凝器1547.49083561.52419.17进塔釜5081.81960.49281.83480.092塔釜回流1109.08651.561.50930.282.4图解法确定理论板数4图1由图中的阶梯级数目已知，全塔的理论板数取一位小数，约为8.4层，减去塔釜一层，约为7.4层，其中精馏段约需2.4层，第3块板进料，提馏段需5层。3、塔的尺寸设计3.1估计精馏段塔径：Flv=（GLUV）（GL）5.0=GLmm（LG）5.0=1908.15477454.773（6378.97733434.1）5.0=0.0185C——汽相负荷因子，C20——表面张力为20mN/m的C值，查得C20=0.066液汽速度：uF=C20（20）2.0GGL=0.066（208284.36）2.033434.133434.16378.977=1.7853m3/s气体体积流量：VG=3222.033434.136004908.1547m3/s取液汽分率为0.6，得出塔的有效截面为：An=7853.16.03222.0=0.30082m取：AA01=0.1，则塔的总截面为：A=1.013008.0=0.33422m塔径为：D=14.343342.0=0.3525m，圆整为：D=0.7m3.2估计提溜段塔径：5Flv=（GLuv）（GL）5.0=GLmm（LG）5.0=0865.11098196.5081（8805.9599089.0）5.0=0.1409汽液负荷参数：056.0C20，则修正值C=C20（20）0.2液汽速度0.220()20959.88050.908933.91620.056200.90892.022/LGFGcms气体体积流量：VG=9089.036000865.1109=0.3390m3/s取液泛分率为0.6，得出塔的有效截面积为：An=022.26.03390.0=0.2794m2取：Ad/A=0.1,则塔的总面积:A=0.2794/(1-0.1)=0.3104m2塔径：D=m6288.014.33104.04A4，将塔径圆整为：D=0.7m3.3塔板尺寸参考：筛板塔规格数据推荐范围，估计规格为：降液管道截面积：20.10.10.38470.03847dAAm塔净截面积：20.880.880.38470.3385nAAm塔板工作面积：20.80.80.38470.3078aAAm孔总面积：200.060.060.38470.0231AAm孔径：mmd40板厚：mmlp3（合金钢）堰高：mmhw253.4主要规格：板型：单流型塔径：0.7m溢流堰长：0.504m堰宽：0.1043m堰高：25mm板距：300mm孔径：4mm孔总面积：0.0231m26降液管截面积：0.03847m2板厚（合金钢）：3mm降液管下沿与塔板距离：20mm溢流堰类型：齿形堰3.5实际塔板数4598.0)(49.0245.0vuE又由于总板（理论）N=7.4，故：实际板数：9.144963.04.7ENNe现取20块板，所以有：精馏段2块，提溜段18块，第3块板进料。3.6板面设计塔板板面根据所起的作用分为四个区域：传质鼓泡区、溢流区、安定区（经验值内堰侧安定区：mmws100~50'。外堰侧安定区：100mm~70sw。）边缘区（一般为40~60mm。）3.7塔体设计塔的顶部空间高度是指第一层塔板到塔顶封头切线的距离，为了减少塔顶出口气体中夹带的液体量，顶部空间一般采取1.2m～1.5m，取上限1.5，当塔径为500～800mm时，人可勉强进入塔节内进行安装，塔节长度一般不超过2000～2500mm，参考151P表4-1，塔盘间距300mm，塔节长度1500mm，每节5块塔板，4节，每节长1500mm，第一块距密封面100mm，第四块距密封面200mm，每节应装有视镜，以便观察液面及工作情况。塔主体长度：20300=6000=15004mm塔体主体应有保温层,选用标准封头,椭圆封头JB1154-73。塔板结构及尺寸：（1）塔径D=0.7m（2）塔板，由塔板圆和降液管组成，利用单面角焊接结构，材料用不锈钢。塔盘圈高度：mmh701塔盘圈外缘与塔体内壁间隙10～12mm，取10mm。塔盘厚s=4mm，塔盘内径1D=668mm，塔盘直径2D=696mm，3B=690mm密封（塔盘）：为了便于在塔节内装卸整块式塔盘，以防止气体由此通过，在塔盘与塔壁见防置2-3圈绳线径为10-12mm的石棉绳作为密封填料，其上安装压圈和压板，螺栓焊在塔盘圈的内壁，拧紧螺母以使石棉线变形而堵塞间隙，从而达到密封的目的，压圈尺寸和每个压圈上焊两个吊耳，以便拆装压圈厚mm6。直径D=682，数量4个/塔盘板，布置均匀，开降液管。4塔附件4.1接管：上出气口：∅219x6L=265mm回流管：∅32x3.5L=150mm7进料管：∅38x3.5下进气口：∅219x6L=450mm引出管：∅57x6L=888mm材料均采用10号钢4.2法兰：塔节连接法兰：DN=700mmM=16n=24上出气口法兰：DN=200mmM=20n=8回流管法兰：DN=25mmM=12n=4进料管法兰：DN=50mmM=16n=4DN=65mmM=16n=4下进气口法兰：DN=200mmM=20n=8引出管法兰：DN=50mmM=16n=4材料均采用16MnR4.3视镜：Ⅰ6125593643PgDgB、7.71mkg5、塔校核①10mm②自振周期：3340.70.010.0013582iJDSm112.110EPa，选3AR，取第一振型，由式1-36sEJmHT2449.000135.0101.275.1075.100402.427079.179.111441③风载荷：a.载荷：0300qPa（吉林地区）由式1-63，0iifqq，表1-7有1.041if，则：1.043300312.3iqPa由式1-64，2...iiiiiiPKKqHDe，取10.7K21iiKm，查表1-8，表1-9得：0.35im、1.022故：210.351.022iK=1.35765Npi1445.197862.075.103.3123577.17.0b.弯距：式1-65，mNHpMm5264.106322/75.101445.09782/008圆形检查孔处：mNMw4542.96432175.101445.197822焊缝处：mNMW4747.255521.275.101445.192811④地震矩：查表1-10，23.0max按图1-48，II类场地，2584.0267.023.03.03.0maxT因：3571.157.075.10idH∴mNmoHCME6019.2008075.107307.3197267.05.055.4455.0由于,5iDH故考虑到高振型影响。由式1-81-83，中下部11-1mNME08397.206626019.20880)75.101.23425.1(11裙座底mNMMEE6019.261006019.2088025.125.10010满足要求6、结论糠醛是由农副产品制得的，吉林省作为农业大省，对于糠醛的生产有着得天独厚的地理条件，而精馏作为生产中非常重要的过程，所以糠醛精馏塔的设计有着很一定的现实意义。9参考文献:{1}王志奎.《化工原理（第三版）》[M]，化学工业出版社，2009{2}陆秀林.王者相《塔设备》{M}，化学