浮阀塔设计-过程装备设计-课程设计
化工原理课程设计浮阀塔

化工原理课程设计浮阀塔针对化学工程专业中的化工原理课程,课程设计是一个非常重要而且具有启发性的过程。
在课程设计中,同学们需要充分掌握化工原理的基础知识,学习并掌握化工行业的重要原理和流程,以此为基础,会设计出各种不同类型的化工设备,如浮阀塔等。
在接下来的文本中,我们将介绍化工原理课程设计中的浮阀塔,并探讨其结构、操作和应用。
一、浮阀塔的概念浮阀塔是一种广泛使用的化工设备。
它是一种塔式反应器,用于吸收、分离和提纯混合物。
浮阀塔可以通过不同的设计和流体动力学技术来满足许多不同的化学过程,包括精馏、吸收、萃取、反应和分离等。
浮阀塔可以在一些重要的工业领域得到广泛应用,例如炼油、化工、制药、食品和饮料、制造和环境控制等。
二、浮阀塔的结构浮阀塔一般由圆柱形台式烟囱筒体和立体阀组成,顶部设有入口气流和转子装置,底部装有液体入口和出口。
浮阀塔的圆柱形塔体可根据不同的需求和工艺流程独立选择材料来制作,如不锈钢、碳钢等。
然而,其圆柱形体受到直径与高度比值限定,通常为2-6之间。
浮阀塔可以采用多种转子装置设计,例如平板型、齿轮型、排柱型等。
为防止液面波动,还应在浮阀上设置抑泡板。
阀口下设有气体入口,气体将带动浮阀中的液体上升,并通过液泵进入浮阀塔。
浮阀上的液体将通过分隔板同时与气体接触以达到吸收、萃取、分离和其他化学过程。
三、浮阀塔的操作方式在浮阀塔的化学过程中,上述操作将被重复进行,直到流体达到所需的纯度或浓度,或已完成所需的化学反应。
浮阀塔可以通过各种不同的方式进行操作,取决于所需的化学过程和设备的规格。
浮阀塔中的物流通过操作阀控制,以达到所需的流量,同时还需要控制循环液流量、液位和温度。
在施工过程中,还需要确保严格的安全措施和浮阀的正确操作。
四、浮阀塔的应用场景浮阀塔可用于各种不同类型的操作和化学反应,其中最常见的是可用于精馏塔、萃取塔、吸收塔、氢化处理塔、水解塔、酯化塔、醇酸分离塔等其他一些任何需要操作混合物的化工液态流程。
化工原理课程设计浮阀塔

化工原理课程设计(浮阀塔)板式连续精馏塔设计任务书一、设计题目:分离苯—甲苯系统的板式精馏塔设计试设计一座分离苯—甲苯系统的板式连续精馏塔,要求原料液的年处理量为50000 吨,原料液中苯的含量为35 %,分离后苯的纯度达到98 %,塔底馏出液中苯含量不得高于1%(以上均为质量百分数)二、操作条件1. 塔顶压强: 4 kPa (表压);2. 进料热状态:饱和液体进料3. 回流比:加热蒸气压强:101.3 kPa(表压);单板压降:≤ 0. 7 kPa三、塔板类型:浮阀塔板四、生产工作日每年300天,每天24小时运行。
五、厂址厂址拟定于天津地区。
六、设计内容1. 设计方案的确定及流程说明2. 塔的工艺条件及有关物性数据的计算3. 精馏塔的物料衡算4. 塔板数的确定5. 塔体工艺尺寸的计算6. 塔板主要工艺尺寸的设计计算7. 塔板流体力学验算8. 绘制塔板负荷性能图9. 塔顶冷凝器的初算与选型10. 设备主要连接管直径的确定11. 全塔工艺设计计算结果总表12. 绘制生产工艺流程图及主体设备简图13. 对本设计的评述及相关问题的分析讨论目录一、绪论 0二、设计方案的确定及工艺流程的说明 (1)2.1设计流程 (1)2.2设计要求 (2)2.3设计思路 (2)2.4设计方案的确定 (3)三、全塔物料衡算 (4)3.2物料衡算 (4)四、塔板数的确定 (5)4.1理论板数的求取 (5)4.2全塔效率实际板层数的求取 (6)五、精馏与提馏段物性数据及气液负荷的计算 (8)5.1进料板与塔顶、塔底平均摩尔质量的计算 (8)5.2气相平均密度和气相负荷计算 (9)5.3液相平均密度和液相负荷计算 (9)5.4液相液体表面张力的计算 (10)5.5塔内各段操作条件和物性数据表 (10)六、塔径及塔板结构工艺尺寸的计算 (13)6.1塔径的计算 (13)6.2塔板主要工艺尺寸计算 (14)6.3塔板布置及浮阀数目与排列 (16)七、塔板流体力学的验算及负荷性能图 (18)7.1塔板流体力学的验算 (18)7.2塔板负荷性能图 (21)八、塔的有效高度与全塔实际高度的计算 (26)九、浮阀塔工艺设计计算总表 (27)十、辅助设备的计算与选型 (29)10.1塔顶冷凝器的试算与初选 (29)10.2塔主要连接管直径的确定 (30)十一、对本设计的评述及相关问题的分析讨论 (32)13.1设计基础数据 (35)13.2附图 (37)天津大学仁爱学院化工系化工原理课程设计一、绪论化工原理课程设计是综合运用《化工原理》课程和有关先修课程(《物理化学》,《化工制图》等)所学知识,完成一个单元设备设计为主的一次性实践教学,是理论联系实际的桥梁,在整个教学中起着培养学生能力的重要作用。
甲醇水浮阀塔课程设计

甲醇水浮阀塔课程设计。
一、课程目标知识目标:1. 让学生理解并掌握甲醇水浮阀塔的工作原理和基本结构;2. 使学生了解甲醇水浮阀塔在化工生产中的应用及重要性;3. 帮助学生掌握甲醇与水分离的物理过程及相关的化学知识。
技能目标:1. 培养学生运用所学知识分析和解决实际工程问题的能力;2. 提高学生在实验操作中观察、记录、分析数据的能力;3. 培养学生运用计算机等工具进行模拟计算和优化设计的能力。
情感态度价值观目标:1. 培养学生对化学工程学科的兴趣,激发他们探索未知领域的热情;2. 增强学生的环保意识,认识到化工生产过程中环保的重要性;3. 培养学生的团队协作精神,使他们学会与他人共同解决问题。
分析课程性质、学生特点和教学要求,本课程将目标分解为以下具体学习成果:1. 学生能够阐述甲醇水浮阀塔的工作原理,并绘制其基本结构图;2. 学生能够运用所学知识,分析甲醇与水分离过程中可能存在的问题,并提出解决方案;3. 学生能够在实验操作中,熟练使用相关设备,正确记录和分析数据;4. 学生能够利用计算机软件进行甲醇水浮阀塔的模拟计算,并进行优化设计;5. 学生在课程学习过程中,表现出积极的学习态度,具备良好的团队协作精神。
二、教学内容根据课程目标,教学内容主要包括以下几部分:1. 甲醇水浮阀塔的基本原理及结构:- 介绍浮阀塔的工作原理及其在化工生产中的应用;- 分析甲醇与水分离的物理和化学原理;- 解析塔内浮阀、分布器、填料等关键部件的结构和功能。
2. 甲醇水浮阀塔的工艺计算与设计:- 讲解塔内气液两相流动的特性和计算方法;- 介绍甲醇与水分离过程的模拟计算方法;- 分析塔内填料选择、塔径、塔高等参数对分离效果的影响。
3. 实验操作与数据分析:- 安排实验操作,让学生实际操作甲醇水浮阀塔;- 指导学生正确记录实验数据,并进行数据分析;- 分析实验过程中可能存在的问题,探讨解决方案。
4. 教学大纲与进度安排:- 教学内容分为基本原理、工艺计算与设计、实验操作三个模块;- 教学进度按照教材章节顺序进行,共计10个课时;- 教材章节涵盖:第一章 化工塔设备概述;第二章 浮阀塔的原理与结构;第三章 甲醇水分离过程;第四章 塔内工艺计算;第五章 塔设备设计;第六章实验操作与数据分析。
化工设备机械基础课程设计(浮阀塔)

北京理工大学珠海学院课程设计任务书2013~2014学年第2 学期学生姓名:专业班级:化工一班指导教师:工作部门:化工与材料学院一、课程设计题目浮阀塔的机械设计二、课程设计内容1.塔设备的结构设计包括:塔盘结构,塔底、塔顶空间,人孔数量及位置,仪表接管选择、工艺接管管径计算等。
2. 塔体及封头壁厚计算及其强度、稳定性校核(1)根据设计压力初定壁厚;(2)计算危险截面的重量载荷、风载荷、地震载荷及偏心载荷;(3)计算危险截面的由各种载荷作用下的轴向应力;(4)计算危险截面的组合轴向拉应力和组合轴向压应力,并进行强度和稳定性校核。
3. 筒体和裙座水压试验应力校核4. 裙座结构设计及强度校核包括:裙座体、基础环、地脚螺栓5. 编写设计说明书一份6. 手工绘制3(A3)号装配图一张,Auto CAD绘3(A3)号图一张(换热器)。
三、设计条件1. 设备类型:自支承式塔设备(塔顶无偏心载荷);2. 设置地区环境:基本风压:q o=400N/㎡;设计地震烈度:7度(或8度);场地土:Ⅱ类。
地震加速度0.3g,地震系数根据自己的需要任取一组;3. 塔体及裙座的机械设计条件:(1)塔体内径Di=2200mm,塔高近似取H=45000mm(每隔一组数据不同,详见安排表);(2)计算压力Pc=1.0MPa(每组中各人的计算压力根据安排表中数据),设计温度t=250℃;(3)塔体装有N=75层浮阀塔盘,每块塔盘上存留介质层高度为hw=100mm,介质密度为ρ1=800kg/m3;(4)沿塔高每5m左右开设一个人孔,人数为8-10个,相应在人孔处安装半圆形平台8-10个,平台宽度为B=900mm,高度为1000mm。
(5)塔外保温层厚度为δs=120mm,保温材料密度为ρ2=300kg/m3;(6)塔体与裙座间悬挂一台再沸器,其操作质量为me=4000kg,偏心距e=2000mm;(7)塔体与封头材料在低合金高强度刚中间选用,并查出其参数。
浮阀塔课程设计7页word

化工原理课程设计—浮阀塔塔板设计专业:化学工程与工艺班级:化工0701姓名:曾超学号:0701010101成绩:指导教师:张克铮题目:拟建一浮阀塔用以分离苯-氯苯混合物(不易气泡),决定采用F1型浮阀,试根据以下条件做出浮阀塔(精馏段)的设计计算。
已知条件见下表:物系液相密度ρL3-⋅mkg气相密度ρV3-⋅mkg液相流量L S13-⋅sm气相流量V S13-⋅sm表面张力σ1-⋅mN苯-氯苯841.9 2.996 0.006 1.61 0.0209要求:(1)进行塔板工艺设计计算及验算(2)绘制负荷性能图(3)绘制塔板结构图(4)给出设计结果列表(5)进行分析和讨论设计计算及验算1.塔板工艺尺寸计算(1)塔径 欲求塔径应先给出空塔气速u ,而 式中c 可由史密斯关联图查出,横标的数值为取板间距m H T 45.0=,板上液层高度m h L 05.0=,则图中参数值为 由图53-查得0825.020=c ,表面张力./9.20m mN =σ 取安全系数为0.6,则空塔气速为 塔径m u V D s562.184.014.361.144=⨯⨯==π按标准塔径圆整m D 6.1=,则 塔截面积 22201.2)6.1(414.34m D A T =⨯==π实际空塔气速 s m A V u T s /801.001.261.1===(2)溢流装置 选用单溢流弓形降液管,不设进口堰。
各项计算如下: ①堰长W l :取堰长D l W 66.0=,即 ②出口堰高W h :OW L W h h h -=采用平直堰,堰上液层高度OW h 可依下式计算: 近似取1=E ,则可由列线图查出OW h 值。
③弓形降液管宽度d W 和面积f A : 由图103-查得:124.0,0721.0==DW A A dTf ,则 停留时间s L H A L H A sT f hTf 88.10006.045.0145.03600=⨯===θs 5>θ,故降液管尺寸可用。
化工机械设备课程设计浮阀塔的设计

摘要 (2)1 前言 (3)1.1 研究的现状及意义 (3)1.2 设计条件及依据 (6)1.3 设备结构形式概述 (7)2 设计参数及其要求 (9)2.1 设计参数 (9)2.2设计条件 (9)2.3设计简图 (10)3 材料选择 (11)3.1 概论 (11)3.2塔体材料选择 (11)3.3裙座材料的选择 (11)4 塔体结构设计及计算 (12)4.1塔体和封头厚度计算 (12)4.1.1 塔体厚度的计算 (12)4.1.2封头厚度计算 (12)4.2塔设备质量载荷计算 (12)4.3风载荷与风弯矩的计算 (14)4.4地震弯矩的计算 (17)4.4.1地震弯矩的计算 (17)4.4.2偏心弯矩的计算 (18)4.5各种载荷引起的轴向应力 (19)4.6塔体和裙座危险截面的强度与稳定校核 (20)4.6.1塔体的最大组合轴向拉应力校核 (20)4.6.2.塔体和裙座的稳定校核 (21)4.7塔体水压试验和吊装时的应力校核 (22)4.7.1水压试验时各种载荷引起的应力 (22)4.7.2水压试验时应力校核 (23)4.8基础环的设计 (24)4.8.1 基础环尺寸 (24)4.8.2基础环的应力校核 (24)4.8.3基础环的厚度 (25)4.9地脚螺栓计算 (25)4.9.1地脚螺栓承受的最大拉应力 (25)4.9.2地脚螺栓的螺纹小径 (26)符号说明 (27)小结 (30)参考文献 (30)谢辞....................................................................................................................................... 错误!未定义书签。
图纸....................................................................................................................................... 错误!未定义书签。
浮阀塔设计-过程装备设计-课程设计

1 引言精馏是分离液体混合物最常用的一种单元操作,在化工,炼油,石油化工等工业得到广泛应用。
精馏过程在能量计的驱动下,使气,液两相多次直接接触和分离,利用液相混合物中各相分挥发度的不同,使挥发组分由液相向气相转移,难挥发组分由气相向液相转移。
实现原料混合物中各组成分离该过程是同时进行传质传热的过程。
本次设计任务为设计一定处理量的精馏塔,实现苯—甲苯的分离。
化工厂中精馏操作是在直立圆形的精馏塔内进行的,塔内装有若干层塔板或充填一定高度的填料。
为实现精馏分离操作,除精馏塔外,还必须从塔底引入上升蒸汽流和从塔顶引入下降液。
可知,单有精馏塔还不能完成精馏操作,还必须有塔底再沸器和塔顶冷凝器,有时还要配原料液预热器、回流液泵等附属设备,才能实现整个操作。
浮阀塔与20世纪50年代初期在工业上开始推广使用,由于它兼有泡罩塔和筛板塔的优点,已成为国内应用最广泛的塔型,特别是在石油、化学工业中使用最普遍。
浮阀有很多种形式,但最常用的形式是F1型和V-4型。
F1型浮阀的结果简单、制造方便、节省材料、性能良好,广泛应用在化工及炼油生产中。
1.1 精馏塔对塔设备的要求1.生产能力大:即单位塔截面大的气液相流率,不会产生液泛等不正常流动。
2.效率高:气液两相在塔内保持充分的密切接触,具有较高的塔板效率或传质效率。
3.流体阻力小:流体通过塔设备时阻力降小,可以节省动力费用,在减压操作是时,易于达到所要求的真空度。
4.有一定的操作弹性:当气液相流率有一定波动时,两相均能维持正常的流动,而且不会使效率发生较大的变化。
5.结构简单,造价低,安装检修方便。
6.能满足某些工艺的特性:腐蚀性,热敏性,起泡性等。
1.2 浮阀塔的优点1.生产能力大,由于塔板上浮阀安排比较紧凑,其开孔面积大于泡罩塔板,生产能力比泡罩塔板大 20%~40%,与筛板塔接近。
2.操作弹性大,由于阀片可以自由升降以适应气量的变化,因此维持正常操作而允许的负荷波动范围比筛板塔,泡罩塔都大。
课程设计浮阀式精馏塔图

课程设计浮阀式精馏塔图一、教学目标本课程的学习目标包括知识目标、技能目标和情感态度价值观目标。
知识目标要求学生掌握浮阀式精馏塔的基本原理、结构和设计方法;技能目标要求学生能够运用所学知识对浮阀式精馏塔进行分析和设计,提高解决实际问题的能力;情感态度价值观目标要求学生在学习过程中培养科学精神、创新意识和团队合作能力。
通过对浮阀式精馏塔的学习,使学生能够了解其在化工、石化等领域的应用,提高学生对专业知识的学习兴趣,培养学生解决实际问题的能力,为学生未来的学习和工作打下坚实的基础。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括浮阀式精馏塔的基本原理、结构设计、操作优化等方面。
具体包括以下几个部分:1.浮阀式精馏塔的基本原理:包括塔内质量传递、热量传递和塔内流体动力学等方面的基本概念和理论。
2.浮阀式精馏塔的结构设计:包括塔体、塔板、浮阀等主要部件的设计方法和原则。
3.浮阀式精馏塔的操作优化:包括操作参数的调整、塔内温度和压力的控制等方面的知识和技能。
通过对以上内容的学习,使学生能够全面掌握浮阀式精馏塔的基本知识和应用技能。
三、教学方法本课程的教学方法包括讲授法、案例分析法、实验法等。
在教学过程中,教师将结合具体内容选择合适的教学方法,以激发学生的学习兴趣和主动性。
1.讲授法:通过教师的讲解,使学生了解和掌握浮阀式精馏塔的基本原理和设计方法。
2.案例分析法:通过分析实际案例,使学生了解浮阀式精馏塔在实际工程中的应用和操作优化方法。
3.实验法:通过实验操作,使学生掌握浮阀式精馏塔的结构和操作方法,提高学生的实践能力。
四、教学资源本课程的教学资源包括教材、参考书、多媒体资料和实验设备等。
教学资源将用于支持教学内容和教学方法的实施,丰富学生的学习体验。
1.教材:选用国内权威出版的教材,为学生提供系统的理论知识。
2.参考书:推荐相关的专业书籍,拓宽学生的知识视野。
3.多媒体资料:制作课件、视频等多媒体资料,提高课堂教学效果。
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1 引言精馏是分离液体混合物最常用的一种单元操作,在化工,炼油,石油化工等工业得到广泛应用。
精馏过程在能量计的驱动下,使气,液两相多次直接接触和分离,利用液相混合物中各相分挥发度的不同,使挥发组分由液相向气相转移,难挥发组分由气相向液相转移。
实现原料混合物中各组成分离该过程是同时进行传质传热的过程。
本次设计任务为设计一定处理量的精馏塔,实现苯—甲苯的分离。
化工厂中精馏操作是在直立圆形的精馏塔内进行的,塔内装有若干层塔板或充填一定高度的填料。
为实现精馏分离操作,除精馏塔外,还必须从塔底引入上升蒸汽流和从塔顶引入下降液。
可知,单有精馏塔还不能完成精馏操作,还必须有塔底再沸器和塔顶冷凝器,有时还要配原料液预热器、回流液泵等附属设备,才能实现整个操作。
浮阀塔与20世纪50年代初期在工业上开始推广使用,由于它兼有泡罩塔和筛板塔的优点,已成为国内应用最广泛的塔型,特别是在石油、化学工业中使用最普遍。
浮阀有很多种形式,但最常用的形式是F1型和V-4型。
F1型浮阀的结果简单、制造方便、节省材料、性能良好,广泛应用在化工及炼油生产中。
1.1 精馏塔对塔设备的要求1.生产能力大:即单位塔截面大的气液相流率,不会产生液泛等不正常流动。
2.效率高:气液两相在塔内保持充分的密切接触,具有较高的塔板效率或传质效率。
3.流体阻力小:流体通过塔设备时阻力降小,可以节省动力费用,在减压操作是时,易于达到所要求的真空度。
4.有一定的操作弹性:当气液相流率有一定波动时,两相均能维持正常的流动,而且不会使效率发生较大的变化。
5.结构简单,造价低,安装检修方便。
6.能满足某些工艺的特性:腐蚀性,热敏性,起泡性等。
1.2 浮阀塔的优点1.生产能力大,由于塔板上浮阀安排比较紧凑,其开孔面积大于泡罩塔板,生产能力比泡罩塔板大 20%~40%,与筛板塔接近。
2.操作弹性大,由于阀片可以自由升降以适应气量的变化,因此维持正常操作而允许的负荷波动范围比筛板塔,泡罩塔都大。
3.塔板效率高,由于上升气体从水平方向吹入液层,故气液接触时间较长,而雾沫夹带量小,塔板效率高。
4.气体压降及液面落差小,因气液流过浮阀塔板时阻力较小,使气体压降及液面落差比泡罩塔小。
5.塔的造价较低,浮阀塔的造价是同等生产能力的泡罩塔的 50%~80%,但是比筛板塔高 20%~30。
但是,浮阀塔的抗腐蚀性较高(防止浮阀锈死在塔板上),所以一般采用不锈钢作成,致使浮阀造价昂贵,推广受到一定限制。
随着科学技术的不断发展,各种新型填料,高效率塔板的不断被研制出来,浮阀塔的推广并不是越来越广。
1.3 浮阀塔的结构与功能浮阀塔结构简单,有两种结构型式,即条状浮阀和盘式浮阀,它们的操作和性能基本是一致的,只是结构上有区别,其中以盘式浮阀应用最为普遍。
盘式浮阀塔板结构,是在带降液装置的塔板上开有许多升气孔,每个孔的上方装有可浮动的盘式阀片。
为了控制阀片的浮动范围,在阀片的上方有一个十字型或依靠阀片的三条支腿。
前者称十字架型,后者称V型。
目前因V型结构简单,因而被广泛使用,当上升蒸汽量变化时,阀片随之升降,使阀片的开度不同,所以塔的工作弹性较大。
塔内的溶液以两种物质状态运动着,气态穿过塔板升气孔上升,液态横过塔板进入降液管流至下层塔板上,气液两相在每层塔板上接触,进行传热传质,使得乙醇由液态→气态→液态,逐层上升,最后在塔顶部得到浓缩的乙醇,如果使这分子运动速度提高,即强化这一过程,塔的效率就高。
气液两相接触有一界面,界面越大即传热传质过程便得到强化,效率就高。
过去用筛板塔、泡罩塔,气体在液体中几乎是垂直上升,鼓泡而出。
阀片使上升气体呈水平方向喷射而出,而且采用的汽速较泡罩塔高得多,使气体高度分散,气泡很小,因此气液接触面大。
在气体负荷较大时产生雾沫夹带也小,在液流量小时也不会发生不与液层接触而垂直上升的不良现象,随着气体上升量的变化,相应的变化浮阀的流量面积,维持着较高的速,因此气-液始终接触良好。
1.4 浮阀塔的设计原则浮阀精馏塔总的原则是尽可能多地采用先进的技术,使生产达到技术先进、经济合理的要求,符合优质、高产、安全、低能耗的原则,具体考虑以下几点。
⑴满足工艺和操作的要求所设计出来的流程和设备能保证得到质量稳定的产品。
设计的流程与设备需要一定的操作弹性,可方便地进行流量和传热量的调节。
设置必需的仪表并安装在适宜部位,以便能通过这些仪表来观测和控制生产过程。
⑵满足经济上的要求要节省热能和电能的消耗,减少设备与基建的费用,回流比对操作费用和设备费用均有很大的影响,因此必须选择合适的回流比。
设计时应全面考虑,力求总费用尽可能低一些。
⑶保证生产安全生产中应防止物料的泄露,生产和使用易燃物料车间的电器均应为防爆产品。
塔体大都安装在室外,为能抵抗大自然的破坏,塔设备应具有一定刚度和强度。
2 设计计算2.1 设计方案的确定本设计任务为分离苯一甲苯混合物。
对于二元混合物的分离,应采用连续精馏流程。
设计中采用泡点进料,将原料液通过预热器加热至泡点后送人精馏塔内。
塔顶上升蒸气采用全凝器冷凝,冷凝液在泡点下一部分回流至塔内,其余部分经产品冷却器冷却后送至储罐。
该物系属易分离物系,最小回流比较小,故操作回流比取最小回流比的2倍。
塔釜采用间接蒸汽加热,塔底产品经冷却后送至储罐。
2.2 精馏塔的物料衡算苯的摩尔质量M A=78.11 kg/kmol甲苯的摩尔质量M B=92.13 kg/kmol进料组成x F=30%=0.3x D=93%=0.93x W=(0.1/78.11)÷(0.1/78.11+0.99/92.13=0.012原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量、M F=0.3×78.11+(1-0.3)×92.13=87.924kg/kmolM D=0.93×78.11+(1-0.93)×92.13=79.091 kg/kmolM W =0.012×78.11+(1-0.012)×92.13=91.962kg/kmol2.2.1 全塔物料衡算原料处理量F=20000000/(7200×86.83)kmol/h=31.99kmol/h总物料衡算31.99=D+W苯物料衡算31.99×0.3=0.93D+0.012W联立解得 D=10.036 kmol/hW=21.954kmol/h2.2.2 分段物料衡算lg Pa o =6.02232-1206.350/(t+220.237) 安托尼方程lg Pb o =6.07826-1343.943/(t+219.377) 安托尼方程x a=(P 总- Pb o)/( Pa o - Pb o) 泡点方程根据x a从《化工原理》P204表6—1查出相应的温度根据以上三个方程,运用试差法可求出Pa o,Pb o当x a=0.3 时,t=102℃,Pa o =189.9533kPa,Pb o =78.783kPa当x a=0.93 时,t=85℃,Pa o =100.432 kPa,Pb o =38.904 kPa当x a=0.012时,t=105℃,Pa o =222.331 kPa,Pb o =93.973 kPa t=102℃,既是进料口的温度t=85℃是塔顶蒸汽需被冷凝到的温度t=105℃是釜液需被加热的温度根据衡摩尔流假设,全塔的流率一致,相对挥发度也一致。
α= Pa o / Pb o =189.9533kPa/ 78.783kPa =2.411所以平衡方程为y=αx/[1+(α-1)x]=2.411x/(1+1.411x)最小回流比Rmin 为Rmin=[x D/x F-α(1-x D)/(1-x F)]/( α-1)=2.113所以R=1.5Rmin=3.170所以精馏段液相质量流量L=RD=3.170×10.036=31.814 kmol/h精馏段气相质量流量V=(R+1)D=4.170×10.036=41.850kmol/h所以,精馏段操作线方程y n+1=(R×x n)/(R+1)+x d/(R+1)=0.76x n+0.223 因为泡点进料,所以进料热状态q=1所以,提馏段液相质量流量L'=L+qF=31.814+31.99=63.804kmol/h 提馏段气相质量流量V'(Kg/s)=V-(1-q)F=41.850kmol/h所以,提馏段操作线方程y m+1= L'x m/ V'-Wx w/ V'=1.525x m-0.0062.3 塔板数的确定2.3.1 理论塔板数的计算(1)联立精馏段和提馏段操作线方程解得xf =0.3且前面已算得xw=0.012(2)用逐板计算法计算理论塔板数第一块板的气相组成应与回流蒸汽的组成一致,所以y1=xf,然后可以根据平衡方程可得x1,从第二块板开始应用精馏段操作线方程求yn,用平衡方程求 xn,一直到xn<xf,共需n-1块精馏板,第n块板为进料板。
第一块y1=xd0.93x 1=y1/[y1+α(1-y1)] 0.8464第二板y2=0. 76x1+0.223 0.8663x 2=y2/[y2+α(1-y2)] 0.7288第三板y3=0.76x2+0.223 0.7769x 3=y3/[y3+α(1-y3)] 0.5909第四板y4=0.76x3+0.223 0.6721x 4=y4/[y4+α(1-y4)] 0.4595第五板y5=0.76x4+0.223 0.5722x 5=y5/[y5+α(1-y5)] 0.3568第六板y6=0.76x5+0.223 0.4942x 6=y6/[y6+α(1-y6)] 0.2884x 6<xf所以本设计中共需五块精馏板,第六块板为进料板。
从第七块板开始,用提馏段操作线求 yn , 用平衡方程求xn,一直到xn<xw。
第七板y7=1.525x6-0.006 0.4338X 7=y7/[y7+α(1-y7)] 0.2411第八板y8=1.525x7-0.006 0.3617X 8=y8/[y8+α(1-y8)] 0。
1903第九板y9=1.525x8-0.006 0.2842X 9=y9/[y9+α(1-y9)] 0.1971第十板 y10=1.525x9-0.006 0.2096X 10=y10/[y10+α(1-y10)] 0.0991第十一板 y11=1.525x10-0.006 0.1451X 11=y11/[y13+α(1-y11)] 0.0658第十二板 y12=1.525x11-0.006 0.0943X 12=y12/[y12+α(1-y12)] 0.0414第十三板 y13=1.525x12-0.006 0.0571x 13=y13/[y13+α(1-y13)] 0.0245第十四板 y14=1.525x13-0.006 0.0314x 14=y14/[y14+α(1-y14)] 0.0133第十五板 y15=1.525x14-0.006 0.0143x 15=y15/[y15+α(1-y15)] 0.00598x 15<xw,因为釜底间接加热,所以共需要15-1=14块塔板。