苯-甲苯精馏精馏塔设计说明书

成绩 成绩 XXX大学XXX学院 化工原理课程设计 说明 关于失联党员情况说明岗位说明总经理岗位说明书会计岗位说明书行政主管岗位说明书 书 设计名称： 苯-甲苯溶液连续筛板精馏塔设计 年级专业： XXX专业 姓 名： XXX XXX 指导老师： XXX 2013年1月15日 目录 概述 1 一、设计目的 1 二、设计任务 1 三、生产流程简介及精馏意义简述 1 第一部分 全塔物料衡算 2 一、物料衡算 2 1.原料液及其塔顶、塔底产品的摩尔分率热量衡算 2 2.原料液及其塔顶与塔底产品的平均摩尔质量 2 二、热量衡算 2 1、预热器的蒸汽用量的计算 2 2、塔釜蒸汽用量的计算 3 3、冷凝器需水量的计算 3 4、冷却器需水量的计算 4 三、回流比的确定 4 四、理论塔板数及灵敏板的确定 5 1、 理论板层数NT的求取 5 ⑴ 精馏塔的气、液相负荷 5 ⑵ 精馏段、提馏段操作线方程 5 ⑶ 图解法求理论塔板层数 5 2、理论板层数NT的求取 6 第二部分 塔板及其塔的主要尺寸的设计 6 一、精馏塔的工艺条件及有关物性数据数据的计算 6 1、操作压力的计算 6 2、操作温度的计算 6 3、平均摩尔质量的计算 7 4、平均密度的计算 7 5、平均表面张力的计算 8 6、液相平均粘度的计算 9 二、塔板间距的确定 9 三、塔径的确定 10 四、塔板的设计 10 第三部分 流体力学的计算及其有关水力性质的校核，作负荷性能 12 一、校核计算 12 1、板压降的校核 12 2、液沫夹带量的校核 13 3、溢流液泛条件的校核 13 4．液体在降液管内停留时间的校核 14 5．漏液点的校核 14 二、负荷性能图 15 1、漏液线 15 2、液沫夹带线 15 3、液相负荷下限线 16 4、液相负荷上限线 16 5、液泛线 16 第四部分 设计数据汇总 18 一、精馏塔内的物料衡算 18 二、摩尔流率 19 三、热量衡算 19 四、塔板的详细设计 19 五、管路管径的选择 20 六．筛板塔设计计算结果 21 第五部分 流程 评价 LEC评价法下载LEC评价法下载评价量规免费下载学院评价表文档下载学院评价表文档下载 22 第六部分 认识及体会 22 参考文献 24 附录1 25-29 附表 30-33 符号说明： 英文字母 Aa---- 塔板的开孔区面积 m2 H2----裙座高度 m Af---- 降液管的截面积 m2 K----稳定系数 Ao---- 筛孔区面积 m2 lw----堰长 m AT----塔的截面积 m2 Lh----液体体积流量 m3/h C----负荷因子 无因次 Ls----液体体积流量m3/s C20----表面张力为20mN/m的负荷因子 n----筛孔数目 do----筛孔直径 P----操作压力 KPa D----塔径 m △P----压力降 KPa ev----液沫夹带量 kg液/kg气 △Pp----气体通过每层筛的压降 KPa ET----总板效率 T----理论板层数 R----回流比 u----空塔气速 m/s Rmin----最小回流比 u0,min----漏夜点气速 m/s M----平均摩尔质量 kg/kmol ----液体通过降液管底隙的速度 m/s tm----平均温度 ℃ Vh----气体体积流量m3/h g----重力加速度 9.81m/s2 Vs----气体体积流量m3/s Fa----筛孔气相动能因子 kg1/2/(s.m1/2) Wc----边缘无效区宽度 m hd----与干板压降相当的液柱高度 m Wd----弓形降液管宽度 m hp----气体通过每层塔板的液注高度 m Ws ----泡沫区宽度 m hf----泡沫层高度 m hL----板上清液层高度 m 希腊字母 hl----与板上液层阻力相当的液注高度 m 液管的底隙高度 m δ----筛板的厚度 m how----堰上液层高度 m υ----粘度 mPa.s hW----溢流堰高度 m ρ----密度 kg/m3 hc----与液体流过降液管的压降相当的液柱高度 m σ----表面张力N/m ----与克服液体表面张力所产生的阻力相当 φ----开孔率 无因次 的液注高度 m α----质量分率 无因次 H----板式塔高度 m ----液体在降液管内停留时间 s HB----塔底空间高度 m Hd----降液管内清液层高度 m 下标 HD----塔顶空间高度 m HF----进料板处塔板间距 m max---- 最大的 HP----人孔处塔板间距 m min---- 最小的 HT----塔板间距 m L---- 液相的 Z---- 板式塔的有效高度 m V---- 气相的 H1----封头高度 m 苯---甲苯溶液连续筛板精馏塔设计 概述 一、设计目的： 1．培养学生运用化工原理课程及有关知识进行化工工艺设计的能力； 2．在培养学生设计能力的同时，建立正确的设计思路和设计方法。 二、设计任务： 1．处理量：6万吨/年 2．料液组成（质量分数）：40%； 3．塔顶产品组成（质量分数）：96.0% 4．塔底釜液组成：1.0%； 5．年工作生产时间：330天； 6．全塔总效率：52%； 7. 操作压力：4kPa(塔顶表压) 8. 泡点进料，回流比自选。 三、生产流程简介及精馏意义简述： 1．生产流程简介： 本装置为泡点进料，原料在预热器中预热至泡点，从精馏塔进料位置加入，在进料位置与塔上部回流汇合后流入塔底的再沸器，回流液体在填料表面与上升气体相接触，进行热质传递过程。操作连续的从再沸器中取出部分液体汽化产生上升蒸汽依次通过填料层，其余的为塔底产品。塔顶蒸汽进入冷凝器冷凝后，部分泡点回流，其余被冷却器冷却到常温作为产品流出。 板式精馏塔流程图 2．精馏意义： 苯、甲苯作为常用溶剂广泛的应用于化工、药品行业，为了降低原料消耗和产品成本，通常设置苯回流装置，将使用过的的苯予以提纯回收，根据工业生产特点和工厂试验经验，设计苯-甲苯连续精馏装置。 第一部分、工艺计算 一、物料衡算 1、 原料液及其塔顶、塔底产品的摩尔分率 苯的摩尔质量为：78.11kg/kmol 甲苯的摩尔质量为：92.13kg/kmol =(0.40/78.11)/(0.40/78.11+0.60/92.13)=0.440 =(0.96/78.11)/(0.96/78.11+0.04/92.13)=0.966 xW=(0.01/78.11)/(0.01/78.11+0.99/92.13)=0.012 2、原料液及其塔顶与塔底产品的平均摩尔质量 Mf=0.440×78.11+92.13×(1-0.440)=85.96kg/mol Md=0.966×78.11+92.13×(1-0.966)=78.59kg/mol Mw=0.012×78.11+92.13×(1-0.012)=91.96kg/mol 则可知： 原料的处理量：F=60000000/(330×24×85.96)=88.13kmol/h 总物料衡算：F= D+W 苯物料衡算：F×xf = D×xd +W×xw 带入数据，容易得出： W=48.592kmol/h D=39.538kmol/h 二、热量衡算 1．预热器的蒸汽用量的计算： ⑴设原料进入预热器的进口温度 =20.0℃，查附录苯-甲苯物性曲线图得 20℃时，苯的比热容为： 甲苯的比热容为： 所以入口混合液体比热容为： ⑵由于泡点进料，所以原料出预热器的进口温度 ℃, 查附录苯-甲苯物性曲线图得 99.1℃时，苯的比热容为： 甲苯的比热容为： 所以出口混合液体比热容为： 所以其平均比热容为： ⑶常压蒸馏，操作压力为101.325kPa 查饱和蒸汽压表得101.325 KPa时，水的汽化热 由于饱和蒸汽冷凝放出的热量和原料液吸收热量相等 所以 带入数据，可得: 2.塔釜蒸汽用量的计算 因原料液采用泡点进料, ， （提馏段的蒸汽量）=V 又 V=(R+1)×D=3.696×39.583=146.299 kmol/h ℃时，查附录苯-甲苯物性曲线图得 苯的汽化热 甲苯的汽化热 则塔釜汽化所吸收的热量： 塔釜釜液汽化所吸收的热量与加热蒸汽冷凝放出的热量相等，即 带入数据，可得： 3.冷凝器需水量的计算 由塔顶的温度 ℃，查附录苯-甲苯物性曲线图得 苯的汽化热 甲苯的汽化热 设冷凝水 ℃ ℃ 平均温度 ℃ 此时，水的比热容为： 苯—甲苯蒸气冷凝放出的热量与水吸收的热量相等，即 带入数据，可得 4.冷却器需水量的计算 假设产品经冷却器的出口温度为20.0℃，且产品进入冷却器的温度82.0℃ 则其平均温度为： ℃ 苯的比热容为： 甲苯的比热容为： 其平均比热容为: 设冷凝水 ℃ ℃ 平均温度 ℃ 此时，水的比热容为： 冷却水吸收的热量与产品放出的热量相等，即 带入数据，可得 三、回流比的确定 因为苯与甲苯属于理想物系，可采用图解法求解（见相平衡图） 采用作图法求最小回流比，因为是泡点进料，所以q=1，xq = xf。在图（一）的对角线上，自点（0.440，0.440）作垂线即为进料线（q线），该线与平衡线的交点坐标为 xq=0.440 yq=0.664 故最小回流比为：Rmin= = =1.348 取操作回流比为：R=2 Rmin =2 图（一） 苯-甲苯相平衡关系图 四、理论塔板数及灵敏板的确定 1.理论板层数NT的求取 ⑴ 精馏塔的气、液相负荷 L=R×D= kmol/h V=(R+1)×D= /h =L+F= /h =V=146.30 /h ⑵ 精馏段、提馏段操作线方程 精馏段操作线：y= 提馏段操作线方程： ⑶ 图解法求理论塔板层数 根据图（一）所示，可求得结果为 总理论塔板数 NT=13块(包括再沸器) 进料板位置 NF=6 2.实际板层数N的求取 精馏段实际塔板数 N精=5/52%=10块 提馏段实际塔板数 N提=8/52%=16块 第二部分、塔板及其塔的主要尺寸的设计 一、精馏塔的工艺条件及有关物性数据数据的计算 1. 操作压力的计算 塔顶操作压力 PD=(101.3+4)kPa=105.3kPa 每层塔板压降 ΔP=0.7kPa 进料板压力 精馏段平均压力 2. 操作温度的计算 根据操作压力，由 和安托因方程联立采用试差法求解泡点温度。苯-甲苯溶液可做为理想溶液，纯组分的蒸汽压（苯-甲苯安托因方程）为： 苯 甲苯 （其中 的单位为kPa；温度t的单位为℃ ） 对于塔顶， ， 由 得， 0.966= 假设一个泡点t,用安托因方程算出 、 ，代入上式进行检验。设 ℃ = =0.966 假设正确，即塔顶温度为82.0℃。 对于进料板，同理可得，进料板温度为99.1℃。 对于塔底，同理可得，塔底温度为117.2℃ 所以， 塔顶温度 ℃ 进料板温度 ℃ 塔底温度 ℃ 精馏段平均温度 ℃ 3. 平均摩尔质量的计算 塔顶平均摩尔质量计算 由 ，查平衡曲线（图（一）），得 进料板平均摩尔质量计算 由图解理论板（图（一）），得 查平衡曲线（图（一）），得 精馏段平均摩尔质量 4.平均密度的计算 （1）气相平均密度计算 由理想气体状态方程计算，即 （2）液相平均密度计算 液相平均密度依下式计算，即 塔顶液相平均密度的计算 由 ，查附录苯-甲苯物性曲线图得 进料板液相平均密度的计算 由 ,查附录苯-甲苯物性曲线图得 进料板液相的质量分率 精馏段液相平均密度为 5.液体平均表面张力计算 液相平均表面张力依下式计算，即 塔顶液相平均表面张力的计算 由 ，查附录苯-甲苯物性曲线图得 进料板液相平均表面张力的计算 由 ,查附录苯-甲苯物性曲线图得 精馏段液相平均表面张力为 6.液相平均粘度计算 液相平均粘度依下式计算，即 塔顶液相平均粘度的计算 由 ，查附录苯-甲苯物性曲线图得 解出 进料板液相平均粘度的计算 由 ,查附录苯-甲苯物性曲线图得 解出 精馏段液相平均粘度为 二、塔板间距的确定 精馏段的气、液相体积流率为 取板间距 ，板上液层高度 查参考文献【1】图10-42筛板塔泛点关联图得 三、塔径的确定 1．塔径的计算 取安全系数为0.7（一般在0.6-0.8）,则空塔气速为 按标准塔径圆整后为 塔截面积为 实际空塔气速为 2.精馏塔有效高度的计算 精馏段有效高度为 提馏段有效高度为 在进料板上方开一人孔，其高度是0.8m 故精馏塔的有效高度为 四、塔板的设计 1.溢流装置计算 因塔径 ,可选用单溢流弓形降液管，采用凹形受液盘。各项计算如下： （1）堰长 （一般情况下， ） 取 （2）溢流堰高度 由 选用平直堰，堰上液层高度为 近似取E=1，则 取板上清液层高度 故 （3）弓形降液管宽度 和截面积 由 查参考文献【1】 图10-40 弓形降液管的宽度与面积图，得 故 依参考文献【2】式5-9验算液体在降液管中停留时间，即 故降液管设计合理。 （4）降液管底隙高度 取 则 故降液管底隙高度设计合理。 选用凹形受液盘，深度 。 2.塔板布置 （1）塔板的分块 因 ，故塔板采用分块式。查参考文献【2】表5-3得，塔板分为四块。 （2）边缘区域宽度的确定 取 （3）开孔区面积的计算 本设计采用单溢流塔板，开孔区面积 按参考文献【2】式5-12计算，即 其中 故 （4）筛孔计算及其排列 本设计所处理的物系无腐蚀性，可选用 碳钢板，取筛孔直径 。筛孔按正三角形排列，取孔中心距 为 筛孔数目n为 个 开孔率为 气体通过阀孔的气速为 第三部分、流体力学的计算及其有关水力性质的校核，作负荷性能 一、校核计算 1.板压降的校核 (1)干板阻力 的计算 干板阻力 由参考文献【1】式10-4计算，即 由 ，查文献【1】图10-45得， 故 （2）气体通过液层的阻力 由文献【1】式10-31计算，即 动能因子 查文献【1】图10-46，得 、 故 （3）液体表面张力的阻力 的计算 液体表面张力所产生的阻力 由参考文献【2】式5-23计算，即 气体通过每层塔板的液柱高度 为 气体通过每层塔板的压降为 2.液面落差 对于筛板塔，液面落差很小，且本设计中的塔径和液流量均不大，故可忽略液面落差的影响。 3.液沫夹带 液沫夹带量由参考文献【1】10-32计算，即 故 故在本设计中，液沫夹带量 在允许范围内。 4.漏液 对筛板塔，漏液点气速 ,可由参考文献【2】式5-25计算，即 实际孔速 稳定系数为 故在本设计中无明显漏液。 5.液泛 为防止塔内发生液泛，降液管内液层高度 应服从参考文献【2】式5-32的关系，即 苯-甲苯物系属一般物系，取 ，则 而 板上不设进口堰， 可由参考文献【2】式5-30计算，即 故在本设计中不会发生液泛现象。 二、负荷性能图 1.漏液线 由 得 整理得 在操作范围内，任取几个Ls值，依上式计算出Vs值计算结果列于下表 Ls ( m3/s) 0.0006 0.0015 0.0030 0.0045 Vs ( m3/s) 0.656 0.672 0.691 0.707 由上表数据即可作出漏液线1。 2.液沫夹带线 以 为限，求 关系如下： 由 故 整理得 在操作范围内，任取几个Ls值，依上式计算出Vs值计算结果列于下表 Ls ( m3/s) 0.0006 0.0015 0.0030 0.0045 0.0070 0.0100 Vs ( m3/s) 2.236 2.142 2.020 1.919 1.772 1.617 由上表数据即可作出液沫夹带线2。 3.液相负荷下限线 对于平直堰，取堰上液层高度 作为最小液体负荷标准。由参考文献【2】式5-7得 取E=1，则 据此可作出与气体流量无关的垂直液相负荷下限线3。 4.液相负荷上限线 以 作为液体在降液管中停留时间的下限，由参考文献【2】式5-9得 故 据此可作出与气体流量无关的垂直液相负荷上限线4。 5.液泛线 令 由 联立得 忽略 ，将 的关系式代入上式，并整理得 式中 将有关的数据代入，得 故 整理得 在操作范围内任取几个 ，依上式计算出 值，计算结果列于下表 ( ) 0.0006 0.0015 0.0030 0.0045 0.0070 0.0100 2.282 2.221 2.138 2.060 1.928 1.757 由以上数据即可作出液泛线5。 根据以上各线方程，可作出筛板塔的负荷性能图，如图（二）所示。 图（二）精馏段筛板负荷性能图 第四部分、设计数据汇总 一、精馏塔内的物料衡算 液体名称 质量组成 摩尔组成 沸点 摩尔流量 料液 0.440 88.13 产品液 0.966 39.54 塔釜液 1.0% 0.012 48.59 二、摩尔流率 物流代号 精馏段 提馏段 106.72 194.85 146.30 146.30 三、热量衡算 换热器 热负荷 加热蒸汽量或冷水用量 预热器 塔釜再沸器 冷凝器 冷却器 合计 (气) (水) 四、塔板的详细设计算 物流代号 单流型平直堰 0.40 1.539 0.1111 0.924 0.035 0.055 0.042 物流代号 单流型平直堰 0.065 0.005 0.015 1.119 0.113 1.4 0.1736 五、管路管径的选择 管道名称 计算直径 选取直径 选取壁厚 原料出预热器管路管径 原料进预热器管路管径 蒸汽进再沸器管的管径 蒸汽进预热器管的管径 水进出冷凝器的管径 产品出冷却器的管径 回流管的管径 产品出冷凝器的管径 水进出冷却器的管径 上升气体进冷凝器的管径 物料出再沸器的管径 物料出塔釜的管径 塔釜收集液管路的管径 进再沸器的物料的管路管径 总的输水管的管径 总的蒸汽输送管的管径 六、筛板塔设计计算结果 序号 项目 数值 1 平均温度 ，℃ 90.55 2 平均压力 108.8 3 气相流量 1.1296 4 液相流量 0.0031 5 实际塔板数 26 6 有效段高度 10.4 7 塔径,m 1.4 8 板间距, m 0.40 9 溢流形式 单溢流 10 降液管形式 弓形 11 堰长, m 0.924 12 堰高, m 0.055 13 板上液层高度, m 0.07 14 降液管底隙高度, m 0.042 15 安定区宽度, m 0.065 16 边缘区宽度,m 0.035 17 开孔区面积, 1.119 18 筛孔直径,m 0.005 19 筛孔数目 5745 20 孔中心距,m 0.015 21 开孔率,% 10.1 22 空塔气速,m/s, 0.836 23 筛孔气速,m/s 9.99 24 稳定系数 1.63 25 每层塔板压降， Pa 0.7 26 负荷上限 0.01111 27 负荷下限 0.00079 28 液沫夹带 0.0157 29 气相负荷上限， 2.166 30 气相负荷下限， 1.083 31 操作弹性 2 第五部分、流程评价 本流程从理论上基本达到工艺要求。此筛板式精馏塔的通过能力大，压降较小，操作弹性大，结构简单。但从整个工艺流程上来看，所需的冷却水的量较大，这样一来就造成较高的成本。 第六部分、认识及体会 这次设计是两个人一组进行的，但它的工作量相当大，不仅需要组内二人相互分工，相互配合，共同讨论研究计算设计的每一个步骤，还需要在设计的过程中，不断的对大量的资料查阅，可以说我们每天都是在图书馆或电脑前或是与其他组的同学的讨论中度过的。我们查阅了很多相关资料，尽量弄明白不懂的地方，使我们的作品完整准确，但是它依然存在着不少问题，希望老师能给我们提出来，我们会再接再厉，不断改进，力求完美。 通过这一次的课程设计锻炼了我们的动手动脑以及分工协调的能力，提高了我们对学过的理论知识进行 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf 和综合应用的能力，同时使我们学到了很多书本上没有涉及到的一些专业知识，也使我们积累了很多宝贵的实践经验。无论是对以后的工作还是学习都可以说有很大的帮助。我们以后一定会更加努力，完善自我，提高自己的动手动脑能力。这次课程设计让我懂得了要适时的挑战一下自己，激发一下尚未发现的潜力。最重要的，是要感谢老师能够耐心的对我们在设计当中所遇到的不懂的问题进行耐心的指导和讲解，也多亏了老师的帮助与指导才使我们这次设计能够顺利的完成。 参考文献 【1】陈敏恒 等编 《化工原理》 下册 数学七年级下册拔高题下载二年级下册除法运算下载七年级下册数学试卷免费下载二年级下册语文生字表部编三年级下册语文教材分析 北京：化学工业出版社 . 2008年1月，第三版 【2】贾绍义 等编 《化工原理课程设计》 天津大学出版社 【3】陈敏恒 等编 《化工原理》 上册 三年级上册必备古诗语文八年级上册教案下载人教社三年级上册数学 pdf四年级上册口算下载三年级数学教材上册pdf 北京：化学工业出版社 . 2008年1月，第三版 【4】刘光启 等编 《化学化工物性数据手册》 化学工业出版社 【5】赵 军 等编 《化工设备机械基础》 化学工业出版社 第二版 【6】蔡纪宁 等编《化工设备机械基础课程设计指导书》 化学工业出版社 附录1 附表