分离正戊烷-正己烷用浮阀精馏塔设计

课程设计说明书

题目: 分离正戊烷-正己烷用浮阀精馏塔设计

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理工大学课程设计（论文）任务书

机械工程学院过控教研室

2013年12月16日

安徽理工大学课程设计（论文）成绩评定表

目录

第1章序言8

第2章精馏塔的物料衡算13

2.1. 物料衡算13

2.2. 常压下正戊烷—正己烷气、液平衡组成与温度的关系15 第3章塔板数的确定16

3.1. 理论板数

N的确定16

T

3.2. 实际板数的确定17

第4章精馏塔的工艺条件及有关物性数据17

4.1. 操作压力的计算17

4.2. 密度的计算18

4.3. 表面张力的计算19

4.4. 混合物的粘度20

4.5. 相对挥发度20

第5章塔体工艺条件尺寸21

5.1. 气、液相体积流量计算21

5.2. 塔径的初步设计22

5.3. 溢流装置24

5.4. 塔板布置及浮阀数目与排列26

第6章塔板负荷性能图29

6.1. 雾沫夹带线29

6.2. 液泛线30

6.3. 液相负荷上限31

6.4. 漏液线31

6.5. 液相负荷下限32

第7章结束语34

设计任务书

（一）设计题目: 利用浮阀塔分离正戊烷与正己烷的工艺设计分离要求：试设计一座正戊烷—正己烷连续精馏浮阀塔，

要求年处理量45000吨，塔顶产品浓度98％(轻组分质量

分数)，塔底釜液浓度98％（重组分质量分数）。

（二）操作条件：塔顶压力：4kPa（表压）

进料状态：泡点进料

回流比：1.4Rmin

塔釜加热蒸汽压力：0.5MPa（表压）

单板的压降： 0.7kPa

全塔效率：52%

（3）塔板类型：浮阀塔板（F1型)

（4）工作日： 330天/年、24h/天连续生产（5）厂址：淮南地区

（六）设计内容

①精馏塔的物料衡算

②塔板数的确定

③精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算

④塔体工艺条件尺寸

⑤塔板负荷性能图

正戊烷—正己烷连续精馏浮阀塔的设计

第1章序言

精馏是分离液体混合物，一种利用回流是液体混合物得到高度分离的蒸馏方法，是工业上应用最广的液体混合物分离操作，广泛应用与石油、化工、轻工、食品、冶金等部门。精馏过程在能量剂的驱动下，使气液两相多次直接接触和分离，利用液相混合物中各组分挥发度不同，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，实现原料混合液中各组分分离。该过程是同时进行传质传热过程。精馏塔分为板式塔填料塔两大类。板式塔又有筛板塔、泡罩塔、浮阀塔等。

本次设计任务是设计双组份连续精馏浮阀塔，实现从正戊烷、正己烷的混合溶液中分离出一定纯度的正己烷。本次设计选用浮阀塔。

本次设计基本流程：原料液（正戊烷、正己烷混合液，泡点进料），经过预热器预热达到指定温度后，送入精馏塔的进料板上，进料中的液体和上塔段下来的液体逐板溢流，最后流入塔底再沸器中，经过再沸器得到汽化，蒸汽沿塔上升，余下的液体作为塔底产品。进料中的蒸汽和下塔段来的蒸汽一起沿塔逐板上升，上升的蒸汽进入冷凝器，部分蒸汽得到冷凝返回塔顶，其余镏出液作为塔顶产品。在整个精馏塔中，气液两相逆流接触，进行相互传质。液相中的易挥发组分进入汽相，汽相中的难挥发组

分转入液相。在每层板上，回流液与上升蒸气互相接触，进行使热和使质过程。操作时，连续地从再沸器取出部分液体作为塔底产品（斧残液），部分液体气化，产生生升蒸气，依次通过各层塔板。塔顶蒸气进入冷凝器中被全部冷凝，并将部分冷凝液送回塔顶作为回流液体，其余部分经冷却器冷却后被送出作为塔顶产品（馏出液）。

本次设计主要内容是物料衡算、塔板数的确定、精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算、塔板负荷性能图和生产工艺流程图。

图 1-1 精馏塔工艺流程图

基础数据

表1-1.组分的饱和蒸汽压P i o mmHg

表1-2.组分的液相密度ρkg/m3

表1-3.表面张力 mN/m

表1-4.混合物的粘度mpa.s

第2章精馏塔的物料衡算

2.1.物料衡算

F:原料液流量(kmol/h) x F :原料组成（mol%） D:塔顶产品流量(kmol/h) x D ：塔顶组成（mol%） W:塔底残液流量(kmol/h) x W ：塔底组成（mol%） 正戊烷—正己烷的相对摩尔质量分数分别为72kg/ kmol 和86kg/ kmol

1．原料液及塔顶、塔釜产品的摩尔分率 正戊烷的摩尔质量 km ol /kg 72=A M 正己烷的摩尔质量 km ol /kg 86=B M

024

.086/98.072/02.072

/02.0983.086

/02.072/98.072

/98.0642

.086

/40.072/60.072

/60.0=+==+==+=

W D F x x x

2．原料液及塔顶、塔釜产品的平均摩尔质量

kmol

/kg 664.8586)024.01(72024.0kmol /kg 238.7286)983.01(72983.0kmol /kg 012.7786)642.01(72642.0=⨯-+⨯==⨯-+⨯==⨯-+⨯=W D F M M M 3．物料衡算 原料处理量 h /73.778kmol 012

.77243301000

45000=⨯⨯⨯=

F

总物料衡算 W +=D F

正戊烷物料衡算 W 024.0983.0642.0⨯+=D F