常压精馏塔的设计.docVIP

常压精馏塔的设计 常压精馏塔分离CS2-CCl4混合物。处理量为5000kg/h，组成为0.3（摩尔分数，下同），塔顶流出液组成0.95，塔底釜液组成0.025。 设计条件如下： 操作压力 4kpa（塔顶表压）； 进料热状况 自选； 回流比 自选； 单板压降 ≤0.7kpa； 全塔效率 Et=52%； 建厂地址 陕西宝鸡。 试根据上述工艺条件作出筛板塔的设计计算。 【设计计算】 设计方案的确定 本设计任务为分离CS2-CCl4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入精馏塔内。塔顶上升汽采用全凝器冷凝，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到储罐。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1.4倍。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。 精馏塔的物料衡算 原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 MCS2=76 kg/kmol MCCl4=154 kg/kmol MF=0.3*MCS2+0.7*MCCl4 =0.3*76+0.7*154=130.6kg/kmol F=kmol/h=38.28 kmol/h XF=0.3 XD=0.95 XW=0.025 总物料衡算 F=D+W CS2的物料衡算 F*XF=D*XD+W*XW 即 38.28=D+W 38.28*0.3=0.95D+0.025W 联立解得 D=11.26 kmol/h W=27.02 kmol/h 塔板数的确定 理论塔板层数NT的求取 CS2-CCl4属理想物系，可采用图解法求理论版层数。 由手册查得CS2-CCl4的气液平衡数据，绘出x---y图，见图如下： CS2-CCl4的气液平衡数据 x（摩尔分数） y（摩尔分数） 0.0000 0.0000 0.0296 0.0823 0.0615 0.1555 0.1106 0.2660 0.1435 0.3325 0.2580 0.4950 0.3908 0.6340 0.5318 0.7470 0.6630 0.8290 0.7571 0.8790 0.8604 0.9320 1.0000 1.0000 求最小回流比及操作回流比 采用作图法求最小回流比。在下图中对角线上，自点e（0.3、0.3）做垂线ef即为进料线（q线,q=1），该线与平衡线的交点坐标为 Yq= 0.55 xq=0.3 xd=0.3 故最小回流比Rmin===2.67 取操作回流比为R=1.4Rmin=1.4*2.09=3.74 求精馏塔的气液相负荷 L=RD=3.74*11.26=42.11kmol/h V=(R+1)D=53.37kmol/h L`=L+q*F=42.11+38.28*1=80.39kmol/h V`=V+(q-1)*F=53.37kmol/h 求操作线方程 精馏段操作线方程为 y=X + XD = X +XD=0.789X+0.20 提留段的操作线方程为 y`=X -XW=1.51X-0.013 图解法求理论版层数 总理论版层数 NT=10.5(包括再沸釜) 进料板位置 NF=6 2.实际板层数的求取 精馏段的实际层数N精=5/NT=5/0.5=10 提留段的实际层数N提=5.5/NT=5.5/0.5=11 总实际层数 NT=21 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 计算精馏段 操作压力计算 塔顶操作压力 PD=101.3+4=105.3KPa 每层塔板压降 ΔP=0.7KPa 进料板压力 PF=PD+ΔP*N精=105.3+0.7*10=112.3KPa 精馏段的平均压力Pm==108.8KPa 操作温度计算 依据操作压力，由泡点方程通过试差法计算出泡点的温度，其中CS2,CCl4的饱和蒸汽压由安托尼方程计算，计算过程如下： 塔顶温度 td=46.5℃ 进料板温度 tf=58℃ 精馏段平均温度 tm===52.25℃ 平均摩尔质量计算 塔顶平均摩尔质量计算 由XD=Y1=0.95，查平衡曲线得X1=0.9 MVDm