化工原理课程设计.docx
化工原理课程设计报告精锚塔设计学专班学姓院业级号名指导老师苯一氯笨分别过程板式精慵塔设计任务3设计题目3二 .操作条件3三 .塔设备型式3四 .工作日3五 .厂址3六 .设计内容3设计方案4-工艺流程4二.操作压力4三进料热状态4四.加热方式4精储塔工艺计算书5一.全塔的物料衡算5-理论塔板数的确定5三 .实际塔板数的确定7四 .精储塔工艺条件与相关物性数据的计弊8五 .塔体工艺尺寸设计10六 .塔板工艺尺寸设计12七 .塔板流体力学检验14八 .塔板负荷性能图17九接管尺寸计算19十.附属设备计算21设计结果一览表24设计总结26参考文献26笨一氯笨精博塔的工艺设计笨一氯苯分别过程精馆塔设计任务一.设计题目设计一座苯一氯苯连续精阳塔，要求年产纯度为99.6%的氯苯140000t,塔顶饵出液中含氯苯不高于0.1以原料液中含氟紫为22%（以上均为质量%）。二 .操作条件1 .塔顶压强自选；2 .进料热状况自选：3 .回流比自选：4 .塔底加热蒸汽压强自选；5 .单板压降不大于0.9kPa：三 .塔板类型板式塔或填料塔。四 .工作日每年300天，每天24小时连续运行。五.厂址厂址为天津地区。六.设计内容1 .设计方案的确定与流程说明2 .精储塔的物料衡算；3 .塔板数的确定；4 .精储塔的工艺条件与有关物性数据的计算；5 .精福塔主要工艺尺寸；6 .精储塔塔板的流体力学验算；7 .精窗塔塔板负荷性能图；8 .精端塔协助设备选型与计算；9 .设计结果概要或设计一览表；10 .带限制点的生产工艺流程图与精饵!塔的工艺条件图;11 .设计总结和评述；设计方案的确定一、工艺流程茉和氯茉原料液经换热器由塔釜液预热至泡点连续进入精饰塔内，塔顶蒸气经塔顶冷凝器冷凝后，一部分储分回流，一部分偏分作为产物连续采出：塔底液的一部分经塔釜用沸器气化后回到塔底，另一部分连续采出。塔顶设置全凝器，塔釜设置再沸器，进料与回流液的输送采纳离心泵。本设计采纳筛板塔，因其结构简洁、易于加工、造价低廉，且具有处理实力大、塔板效率高、压降较低、适用于黏度不大的物系的分别等优点。二、操作压力精镭过程按操作压力可分为常压精储、加压精窗和减压精储。确定操作压力时，必需依据所处理物料的性质，兼顾技术上的可行性和经济上的合理性的综合考虑。一般优先运用常压精储，对热敏性物料或混合物泡点过高的物系，宜采纳减压精情。对于沸点低、在常压下为气态的物料，应在加压下进行精储在本方案所涉与的浓度范围内，苯和氯苯的相对挥发度相差较大，易于分别，而且苯和氯苯在操作条件下均非热敏性物质，因此选用一般的常压精播，并实行连续操作的方式。三、进料热状态进料热状态与塔板数、塔径、回流量与塔的热负荷都有亲密的关系。q值增加，则冷凝器负荷降低，再沸器负荷增加。对于低温精馆,采纳较高q值更经济：对于高温精饵I，当D/F值较大时，宜采纳较小的q值：当D/F值较大时，宜采纳q值较大的气液混合物。本方案采纳泡点进料。四、加热方式塔釜的加热方式通常分为干脆蒸汽加热和间接蒸汽加热。当塔底产物近于纯水且在浓度很低时溶液的相对挥发度仍较大时，可采纳干脆蒸汽加热。本方案采纳间接蒸汽加热，塔釜设置再沸器。饱和水蒸汽的冷凝潜热较大，价格较低廉，因此本方案采纳饱和水蒸气作为加热剂。精储塔工艺计算书一、全塔的物料衡算策的摩尔质量MB=781.kgkmot氯苯的摩尔质量MC=II256kgkm”进料与塔顶、塔底产品中苯的摩尔分数078/78.11XF=Crc=0.83630-78/78.11+022/112.560.999/78.11Xn0.999/78.11+0.001/112.56-°'频0.004,78.11XW-0.004/78.11+0.996/112.56°0°58进料与塔顶、塔底产品的平均摩尔质量MF=0.8363×78.11+(1-0.8363)×112.56=83.75(kgkmo)MD=0.9993X78.11+(1-0.9993)X112.56=78.13(kgkmo1.)MW=0.0058X78.11+(1-0.0058)×112.56=112.36(kgkmo1.)塔底产品量135000XIO3W=3。X24X"236=39(痴即0依据总物料衡算式F=D+W与苯的物料衡算式FXF=DXD+VVxir联立求得D=850.3kmoF=1017.2kmo1.h二、理论塔板数的确定茉一氯茉属志向体系，采纳图解法求理论板数。由手册杳得不同温度下苯和氯苯的饱和蒸气压数据，依据OP-PcXb=-;Ph-PcPby=xb查阅气象资料可知天津地区年平均气压为101.6kPa.计算塔顶压力PD=P知+P袤=1°16+4=105,6(kPa)对应的汽液平衡数据，绘制X-V图。图1图解法求理论板数本工艺采纳泡点进料，进料热状况干1。q线与平衡曲线的交点坐标为乂=0.836.=0.961»最小回流比×D-yqKmin=-=0-307y<t-<t取操作回流比R=ZRm1.n=0.614精值段气相与液相负荷1.=RD=5225kmo1.hV=(R+1)0=1372.8AmH那提饱段气相与液相负荷1.=/,+qF=1539.6kmoV<,=V-(I-A)F=V=1372.8kmoh精储段操作线方程1.Dy=+-Xd=0.3806x+0.619提谯段操作线方程1.'Wy=X-xw=1.1216x-0.0007采纳图解法求理论板数。求解结果为总理论板数M=16,其中精饰段理论板数MM=9,提端段理论板数鹏.佻=6(不含再沸器)，进料板位置毋=10.设全塔效率后=0.5,则精储段实际板数M8=9/0.5=18,提帽段实际板数Mi=6/0.5=12,总板数,M=18(不含再沸器)。三、实际塔板数的确定前已得出，塔顶压力Pd=105.6APa则塔底压力Pw=105.6+30X0,9=132.6(Sa)由AnFoine方程加=AF与泡点方程OP-PcXb=-;Ph-Pc通过试差法分别计算塔顶和塔底的温度(泡点)。计算得塔顶温度t0=81.47T塔底温度Ijv=141.36oC则全塔平均温度t三(to+tr)2=111.42c由手册查得此温度下苯的黏度48=0.217m,s氯苯的黏度c=0.282mPaso进料液的黏度=expxTW+(1-XF)Inpd=0.227mPas相对挥发度a=Pb/pc=242.7/56.6=4.29通过0'Connei1.法估算全塔效率Et=049(a)a245=0.494该数值低于假设值，故通过迭代重新计算。最终得到满意精度要求的全塔效率值ET=0.495按此值计算得精储段实际板数=19,提幅段实际板数Me=13,总板数、=32(不含再沸器)。四、精僧塔的工艺条件与相关物性数据的计算1操作压力依据塔顶压力p。=105.6Ma与单板压降功=o.MP,可计算进料板压力pF=105.6+19×0.9=122.7(kPa)与塔底压力Pw=105.6+32X0,9=134.4(H1.)精储段平均压力p=(105.6+122.7)/2=H4.2(fcP)提铺段平均压力p=(122.7+134.4)/2=128.5(k,)2操作温度前已求得塔顶温度t0=81.47oC通过前文所述的泡点温度计算方法求取PF=122,7k>卜对应的进料板泡点温度tf=91.21oC以与PW=134.伏Pa下，对应的塔底泡点温度t1.v=141.89oC精值段平均温度t=(8147+91.21)/2=86.34oC提饰段平均温度1=(91.21+141.89),2=116.553平均摩尔质量塔顶y×D0.999查平衡曲线得XI=0.997气相平均摩尔质量Mov=0.9)×78.11+(1-0.999)X112.56=78.13(kmo)液相平均摩尔质量MD1.=0.997X78.11+(1-0.997)×112.56=78.21(fctf,mo)进料板由图解法已知第10块理论板为进料板。查平衡曲线得对应的气液相组成为力0=0.939Xio=0.752气相平均摩尔质量Mtv=0.939×78.11+(1-0.939)X112.56=80.21(n)0液相平均摩尔质量Mn=0.752×78.11+(1-0.752)×112.56=8.5(kffkmo1.)塔底Xw=0.006查平衡曲线得y1.t.=0.021气相平均摩尔质量M11=0.021×78.11+(1-0.021)X112.56=111.84(fcf1.nwi)液相平均摩尔质量Mn=0.006×78.11+(1-0.006)X112.56=11236(*O11w)精储段'F均摩尔质量Mv=(78.13+80.21)/2=79.17(3%mo)M1.=(78.21+86.65)/2=82.43(3,火mH)提储段平均摩尔质量Mv=(80.21+111.84)/2=96.02(3%m6)Mi=(86.65+112.36)/2=99S1.(kg/mo)4密度精值段气相平均密度PMv114.2x79.17,PV=而=8.314x(86.34+273.15)="2(9m)提储段气相平均密度.pMv128.5X96.02例'=RT=314×(11655+273.15)=381由手册杳得塔顶(=1.47C)Pdb=810fc5,m3PDC=1032/m3则pD=1.(0.999,¾10+0.001/1032)=810.2(k,gm3)进料板(,f=91.2C)Pre=pre=1022m3苯的质量分数0.752×78.11r=0.752X78.11+0.248×112.56=°678则Pr=1/(0.678,801+0.322/1022)=86O)(5m3)塔底(M，=141.89。C)Pwb=73S'm3pwc=9665m3则水蒸气的密度p=0.83kgm'茶与氯茶的恒压热容CPB=1.84(oC)CPC=I.40k"(kgoC)则原料液的恒压热容Cpf=1.84×0.78+1.40×0.22=1.7k(kg)原料液的质量流量=FMf=85188kg则热流量为Q0=Cp<t=1.055X106kh=2.932MW平均传热温差t1.-t2AJ=F-=49。C加热蒸汽用量Qof1.m=r=47ASkg/hr。设总传热系数C=10001.V
