化工原理课程设计-苯-甲苯精馏塔设计.docx

资料化工原理课程设计是培育学生化工设计实力的玳要教学环节，通过课程设计使我们初步驾驭化工设计的基础学问、设计原则及方法：学会各种手册的运用方法及物理性质、化学性质的查找方法和技巧：驾驭各种结果的校核，能画出工艺流程、塔板结构等图形。在设计过程中不仅要考虑理论上的可行性，还要考虑牛产上的平安性、经济合理性。化工生产常需进行液体混合物的分别以达到提纯或回收有用组分的目的，精储是利用液体混合物中各组分挥发度的不同并借助于多次部分汽化和部分冷凝达到轻重组分分别的方法。塔设备般分为阶跃接触式和连续接触式两大类。前看的代表是板式塔，后者的代表则为填料塔。筛板塔和泡罩塔相比较具有卜列特点：生产实力大于10.5%,板效率提高产量15%左右：而压降可降低30%左右：另外筛板塔结构简洁，消耗金属少，塔板的造价可削减40%左右：安装简洁，也便于清理检修。本次课程设计为年处理含素质量分数36%的紫-甲苯混合液4万吨的筛板精储塔设计，塔设备是化工、炼油生产中最重要的设备之%它可使气（或汽）液或液液两相之间进行紧密接触，达到相际传质及传热的目的。在设计过程中应考虑到设计的精储塔具有较大的生产实力满意工艺要求，另外还要有肯定的潜力“节约能源，综合利用余热11经济合理，冷却水进出口温度的凹凸，一方面影响到冷却水用量。另一方面影响到所需传热面积的大小。即对操作费用和设备费用均E影响，因此设计是否合理的利用热能R等干脆关系到生产过程的经济问题。书目第一章绪论11.1 精储条件的确定11. 1.1精幅的加热方式12. 1.2精溜的进料状态13. 1.3精储的操作压力11.2 确定设计方案11.2.1 工艺和操作的要求21.2.2 满意经济上的要求21.2.3 保证平安生产2其次章设计计算32.1 设计方案的确定32.2 精馅塔的物料衡算32. 2.1原料液进料量、塔顶、塔底摩尔分率33. 2.2原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量34. 2.3物料衡算32.3 塔板计算41. 3.1理论板数NT的求取42. 3.2全塔效率的计算63. 3.3求实际板数74. 3.4有效塔高的计算72.4 精储塔的工艺条件及有关物性数据的计算81.1.1 4.1操作压力的计算81.1.2 操作温度的计算81.1.3 平均摩尔质量的计算81.1.4 平均密度的计算101.1.5 液体平均表面张力的计算111.1.6 液体平均黏度的计算121.1.7 气液负荷计算132.5 塔径的计算132.6 塔板主要工艺尺寸的计算152.6.1 溢潦装置计算152.6.2 塔板布置182.7 筛板的流体力学验算塔板压降1927.1精饱段筋板的流体力学验算塔板压降192.7.2提馆段筛板的流体力学验算塔板压降212.8 塔板负荷性能图232.81 精镯段塔板负荷性能图232.82 提储段塔板负荷性能图26第三章设计结果一览表30第四章板式塔结构314.1 塔顶空间314.2 塔底空间314.3 人孔314.4 塔高31第五章致谢34参考文献35第一章绪论1.1 精值条件的确定本精谯方案适用于工业牛产中苯-甲苯溶液二元物系中进行苯的提纯。精福塔苯塔的产品要求纯度很高，而旦要求塔顶、塔底产品同时合格，般的精储温度限制远远达不到这个要求。故在实际生产过程限制中只有采纳灵故板限制才能达到要求。故茶塔采纳温差限制。1.1.1 精馆的加热方式蒸懒釜的加热方式通常采纳间接蒸汽加热，设出再沸器。有时也可采纳干脆蒸汽加热。然而，干脆蒸汽加热，由于蒸汽的不断通入，对塔底溶液起了稀释作用，在塔底易挥发物损失量相同的状况下，塔底残液中易挥发组分的浓度应较低，因而塔板数稍有增加。采纳干脆蒸汽加热时，加热蒸汽的压力要高于釜中的压力，以便克服蒸汽喷出小孔的阻力及釜中液柱静压力。1.1.2 精馆的进料状态.进料状态干脆影响到进料线（q线）、操作线和平衡关系的相对位置，对整个塔的热量衡算也有很大的影响。和泡点进料相比：若采纳冷进料，在分别要求肯定的条件下所需理论板数少，不需预热器，但塔釜热负荷（一般需采纳干脆蒸汽加热）从总热量存基本平衡，但进料温度波动较大，操作不易限制：若采纳露点进料，则在分别要求肯定的条件下，所需理论板数多，进料前预热淞负荷大，能耗大，同时精询段与提值段上升蒸汽量改变较大，操作不易限制，受外界条件影响大。泡点进料介于二者之间，最大的优点在于受外界干扰小，塔内精幅段、提储段上升蒸汽量改变较小，便r设计、制造和操作限制.故此设计采纳泡点进料。1.1.3 精馆的操作压力精微操作在常用下进行，因为苯沸点低，适合于在常压下操作而不须要进行减压操作或加压操作。同时苯物系在高温下不易发生分解、聚合等变质反应且为液体（不是混合气体）。所以，不必要用加压或减压精馈。另一方面，加压或减压精镭能量消耗大，在常压下能操作的物系一般不用加压或减乐精储。1.2 确定设计方案确定设计方案总的原则是在可能的条件下，尽址采纳科学技术上的最新成就，使生产达到技术上最先进、经济上最合理的要求，符合优质、高产、平安、低消耗的原则.为此，必需详细考虑如下几点：1.2.1 工艺和操作的要求所设计出来的流程和设备，首先必需保证产品达到任务规定的要求，而且质量要稳定，这就要求各流体流量和压头稳定，入塔料液的温度和状态秘定，从而须要实行相应的措施。其次所定的设计方案须要有肯定的操作弹性，各处流出:应能在肯定范围内进行调整，必要时传热量也可进行调整。因此，在必要的位置上要装置调整阀门，在管路中安装备用支线.计算传热面积和选取操作指标时，也应考虑到生产上的可能波动。再其次，要考虑必需装理的仪表（如温度计、压强计，流量计等）及其装置的位理，以便能通过这些仪表来观测生产过程是否正常，从而梢助找出不正常的缘由，以便实行相应措施。1.2.2满意经济上的要求要节约热能和电能的消耗，削减设备及堪建费用。如前所述在蒸储过程中如能适当地利用塔顶、塔底的废热，就能节约很多生蒸汽和冷却水，也能削减电能消耗。又如冷却水出口温度的凹凸，方面影响到冷却水用量,另方面也影响到所需传热面积的大小.即对操作费和设备费都有膨响。同样，回流比的大小对操作费和设备费也有很大影响。1.2.3保证平安生产例如聚尿有毒物料，不能让其蒸汽充满车间.又如，塔是指定在常压下操作的，塔内压力过大或塔骤冷而产生我空，都会使塔受到破坏，因而须要平安装苴。以上三项原则在生产中都是同样重要的。但在化工原理课程设计中，对第个原则应作较多的考虑，对其次个原则只作定性的考虑，而对第：个原则只要求作一般的考虑.其次章设计计算2.1 设计方案的确定本设计采纳连续精幡流程，饱和液体进料。塔顶上升蒸汽采纳全凝器冷凝，冷凝液在泡点卜.一部分回流至塔内，其余部分经产品冷却器冷却后送至储Si1.该物系属于易分别物系，最小回流比比较小，故操作回流比取最小回流比的2倍塔釜采纳饱和蒸汽间接加热，塔底产品冷却后送至储罐.2.2 精慵塔的物料衡算2.2.1 原料液进料量、塔旗、塔底摩尔分率（生产实力）进料量IF=85000t/年苯的摩尔痂量MA=78.11KgZmo1.甲苯的摩尔质量M=92.1.3Kgmo1.0.4/78.11X。=0.4/78.11+0.6/92.130.98/78.11().98/7«.11+0.02/92.130.02/78.11=0.9830.02/78.11+0.98/92.13=0.024总物料衡算苯物料衡算联立解得：D=59.43Kmo1.1.W=77.57Kmo1.h2.2.2 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量Mf=0.44×78.11+(1-0.44)x92.13=85.9612(Kg/kno1.)Mn=0.983×78.11+(1-0.983)x92.13=78.40(KKho1.)Mw=0.024×78.11+(1-0.024)×92.13=91.79(g/kno1.)223物料衡算原料处理量F=-8500(KX)O=37×102(jtfpF=D+W=1.31ho1.h0.44F=0.983D+0.024VV2.3 塔板计算23.1理论板数NT的求取(1)相对挥发度的求取查温度却成图得m8(Ctw=926*C(由表2)当取td=8()C时P；=I01.33MA=40和%=*=2.53rB当取t,=926'C时/>；=146.004Ap,Pj=58.943P',=A=2.48Pha=Ja1.a2=-2.53x2.48=2.5(2)最小回流比的求取由于是饱和液体进料，有q=1.,q线为一垂直线，故U=M=O.44,依据相平衡方程有axp2.5xM=£.=,1.+(-I)XPI+1.5.r最小回流比为3=，叵一f2q=1.44-1.X,.I-Xr对于平衡曲线不正常状况下，取回流比R=(1.1-2)RR=1.5Rmin=2.16(3)精值塔的气、液相负荷1.=RD=2.f)×59.43=128.37(Kmoifh)V=(1.+e)D=(1.+2.16)×59.43=187.80(K加"制1.=RD+qF=26×59.43+137×1=265.37(K>no)V'=(+1)D-(1-<7)F=(2.16+1)x59.43-(1-)F=I87.80(jo)(4)掾作线方程精慵段操作线方程Rxti2.160.983.c,.n.11yn,1.=x+-A11+0.6X4.r+0.311n,R+/?+12.16+1"3.16提储段操作线方程IVrVmt1.=-Aw工=1.413x-0.0101*4y，MfyrMr(5，逐板法求理论板数计算过程如下相平衡方程'=T即变形得:2.5-1.5y精馀段操作线方程yn41.0.684x+0.31.I提储段操作线方程.以“413与-0.010用精储段操作线和相平衡方程进行逐板计算:X=XD=().983X=¾=0.959M+(T)y2=0.684x1+0311=0.967.V,=0.9212.5-1.5y,y,=0.684.T,+0.31.1.=0.941.X1=-=0.8642.5-1.5»y4=0.684.r5+0.311=0.787X.=匹=0.78742.5-1.5乂y5=0.684.vj+0.311=0.902,=0.692.5-1.5兑vs=0.684+0.31I=0.902X5=-=0.692.5-1.5为”=0.684.0+0.311=0.783X=-=0.591625-1.5y5y7=0>84.v,+0.311=0.715X,=-=0.5012.5-1.5ysyt=0.684+0.311=0.654XIj=-_=0.432.5-1.5V5,.Xti=0.43<f=0.44故精饱段理论板数n=7用提倒段操作线和相平衡方程接着逐板计算:y9=1.413x1.t-0.01=0.60-9=-3=0.3752.5-1.5