2022年苯氯苯板式精馏塔冷凝器工艺设计方案全本.docx

精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用苯-氯苯板式精馏塔冷凝器工艺设计 工艺说明书学校：学院：专业：学号：姓名：名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用目 录一、苯 - 氯苯板式精馏塔的工艺设计任务书3 <一）设计题目3 <二）操作条件3 <三）设计内容3 <四）基础数据3 二、苯 - 氯苯板式精馏塔的工艺运算书 <精馏段部分） 4 <一）设计方案的确定及工艺流程的说明5 <二）全塔的物料衡算5 <三）塔板数的确定5 <四）塔的精馏段操作工艺条件及相关物性数据的运算10 <五）精馏段的汽液负荷运算11 三、标准系列化管式壳换热器的设计运算步骤13 四、非标准系列化管式壳换热器的设计运算步骤13 五、苯立式管壳式冷凝器的设计 <标准系列）14 六、苯立式管壳式冷凝器的设计工艺运算书 <标准系列）16 <一）确定流体流淌空间16 <二）运算流体的定性温度,确定流体的物性数据16 <三）运算热负荷16 <四）运算有效平均温度差16 <五）选取体会传热系数 K值16 <六）估算换热面积17 <七）初选换热器规格17 <八）核算总传热系数 17 K0<九）运算压强降18 七、板式精馏塔工艺设计感想- -19 化工原理课程设计任务书名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用课程设计题目苯 一、设计题目-氯苯板式精馏塔冷凝器的设计设计一苯 -氯苯连续精馏塔冷凝器；工艺要求：年产纯度为 99.4%的氯苯 40500t/a,塔顶馏出液中含氯苯不高于 2%；原料液中含氯苯为 35%<以上均为质量 %）；二、操作条件1.塔顶压强 4kPa<表压）；2.进料热状况,料液温度为 50t；3.塔釜加热蒸汽压力 506kPa；4.单板压降不大于 0.7kPa；5.回流液和馏出液温度均为饱和温度；3.冷却水进出口温度分别为 25和 30；4.年工作日 330 天,每天 24 小时连续运行；三、设计内容1.设计方案的确定及工艺流程的说明；2.塔的工艺运算；3.冷凝器的热负荷；4.冷凝器的选型及核算；5.冷凝器结构详图的绘制；9.对本设计的评述或对有关问题的分析与争论；四、基础数据1.组分的饱和蒸汽压<mmHg ）90 95 100 105 108 110 温度, <）80 85 苯760 877 1025 1170 1350 1535 1660 1760 氯苯148 173 205 246 293 342 376 400 温度, <）115 120 125 128 130 131.8 苯1981 2250 2518 2699 2900 1350 氯苯466 543 624 679 760 293 2.组分的液相密度<kg/m3）名师归纳总结 温度, <）80 85 90 95 100 105 110 115 第 3 页,共 16 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 苯817 811 805 个人资料整理仅限学习使用775 799 793 787 782 氯苯1039 1034 1028 1023 1018 1012 1008 1002 温度, <）120 125 130 苯770 764 757 氯苯997 991 985 纯组分在任何温度下的密度可由下式运算苯 举荐：氯苯 举荐：式中的 t 为温度,；3.组分的表面张力<mN/m ）85 110 115 120 131 温度, <）80 苯21.2 20.6 17.3 16.8 16.3 15.3 氯苯26.1 25.7 22.7 22.2 21.6 20.4 双组分混合液体的表面张力可按下式运算：<为 A、B 组分的摩尔分率）4.氯苯的汽化潜热常压沸点下的汽化潜热为35.3× 103kJ/kmol ；纯组分的汽化潜热与温度的关系可用下式表示：<氯苯的临界温度：）苯-氯苯板式精馏塔的工艺运算书 一、设计方案的确定及工艺流程的说明<精馏段部分）原料液经卧式列管式预热器预热至泡点后送入连续板式精馏塔 <筛板塔）,塔顶上升蒸汽流采纳强制循环式列管全凝器冷凝后一部分作为回流液,其余作为产品经冷却后送至苯液贮罐；塔釜采纳热虹吸立式再沸器供应汽相流,塔釜产品经卧式列管式冷却器冷却后送入氯苯贮罐；流程图如下二、全塔的物料衡算<一）料液及塔顶底产品含苯的摩尔分率名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用苯和氯苯的相对摩尔质量分别为<二）平均摩尔质量<三）料液及塔顶底产品的摩尔流率78.11 和 112.61kg/kmol ；0.00863 依题给条件：一年以330 天,一天以24 小时计,有：,全塔物料衡算：三、塔板数的确定<一）理论塔板数的求取<M ·T 法）求取,步骤如下：苯-氯苯物系属于抱负物系,可采纳梯级图解法1.依据苯 -氯苯的相平稳数据,利用泡点方程和露点方程求取名师归纳总结 依据80 ,88 ,将所得运算结果列表如下：100 第 5 页,共 16 页温度, <）85 90 95 98 苯760 877 958 1025 1170 1272 1350 氯苯148 173 192 205 246 272 293 两相摩x 1 0.834 0.742 0.677 0.556 0.488 0.442 尔分率y 1 0.962 0.935 0.913 0.856 0.817 0.785 温度, <）105 108 110 115 118 120 125 苯1535 1660 1760 1981 2132 2250 2518 - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 氯苯342 376 个人资料整理仅限学习使用624 400 466 510 543 两相摩x 0.350 0.299 0.265 0.194 0.154 0.127 0.072 尔分率y 0.707 0.653 0.614 0.506 0.432 0.376 0.239 温度, <）128 130 131.8 苯2699 2840 2900 氯苯679 719 760 两相摩x 0.040 0.019 0 尔分率y 0.142 0.071 0 此题中,塔内压力接近常压<实际上略高于常压）,而表中所给为常压下的相平稳数据,由于操作压力偏离常压很小,所以其对 平稳关系的影响完全可以忽视；2.确定操作的回流比 R将 1.表中数据作图得 曲线及 曲线；在 图上,因,查得,而,；故有：考虑到精馏段操作线离平稳线较近,故取实际操作的回流比为最小回流比的 1.8 倍,即：名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用3.求理论塔板数<1）逐板运算法名师归纳总结 提馏段操作线为过和两点的直线；第 7 页,共 16 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 个人资料整理仅限学习使用第 8 页,共 16 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 图解得个人资料整理仅限学习使用块<不含釜）；其中,精馏段块,提馏段块,第 5 块为加料板位置；<3）吉利兰图法 N=11.6 块块 N=3.8 块精馏段取取块块提馏段块<二）实际塔板数1.全塔效率名师归纳总结 选用公式运算；该式适用于液相粘度为0.071.4mPa·s 的第 9 页,共 16 页烃类物系,式中的为全塔平均温度下以进料组成表示的平均粘度；塔的平均温度为0.580+131.8>=106 <取塔顶底的算术平均值）,在此平均温度下查化工原理附录11 得：,；- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 2.实际塔板数个人资料整理仅限学习使用<近似取两段效率相同）精馏段：块,取块提馏段：块,取块总塔板数块；四、塔的精馏段操作工艺条件及相关物性数据的运算 <一）平均压强 取每层塔板压降为 0.7kPa 运算；塔顶：加料板：平均压强<二）平均温度查温度组成图得：塔顶为80,加料板为88；<三）平均分子量塔顶：,<查相平稳图）加料板：<查相平稳图）精馏段：<四）平均密度名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用1.液相平均密度塔顶：进料板：精馏段：2.汽相平均密度<五）液体的平均表面张力塔顶：；<80）进料板：；<88）精馏段：<六）液体的平均粘度塔顶：查化工原理附录 11,在 80下有：加料板：名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用精馏段：五、精馏段的汽液负荷运算汽相摩尔流率汽相体积流量汽相体积流量液相回流摩尔流率液相体积流量液相体积流量冷凝器的热负荷苯立式管壳式冷凝器的设计 <标准系列）一、设计任务1.处理才能： 40500t/a ；2.设备形式：立式列管式冷凝器；二、操作条件1.苯：冷凝温度80,冷凝液于饱和温度下离开冷凝器；30；2.冷却介质：为井水,流量70000kg/h,入口温度25,出口温度3.答应压降：不大于105Pa；4.每天按 330 天,每天按24 小时连续运行；三、设计要求苯立式管壳式冷凝器的设计工艺运算书 本设计的工艺运算如下：此为一侧流体为恒温的列管式换热器的设计；1.确定流体流淌空间 冷却水走管程,苯走壳程,有利于苯的散热和冷凝；2.运算流体的定性温度,确定流体的物性数据<标准系列）名师归纳总结 苯液体在定性温度<51.7）下的物性数据<查化工原理附录）第 12 页,共 16 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用井水的定性温度：入口温度为,出口温度为 井水的定性温度为两流体的温差,应选固定管板式换热器 两流体在定性温度下的物性数据如下流体物性温度密度 kg/m3 粘度比热容导热系数mPa·s kJ/kg · > W/m · > 苯80 677 0.31 1.942 0.127 井水27.5 993.7 0.717 4.174 0.627 3.运算热负荷4.运算有效平均温度差逆流温差5.选取体会传热系数 K 值根 据 管 程 走 井 水 , 壳 程 走 苯 , 总 传 热 系 数, 现 暂 取；6.估算换热面积7.初选换热器规格 立式固定管板式换热器的规格如下名师归纳总结 公称直径 D 600mm 第 13 页,共 16 页公称换热面积S 113.5m 2 管程数 N p .1 管数 n .230 管长 L .6m 管子直径 .- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 管子排列方式 个人资料整理仅限学习使用.正三角形换热器的实际换热面积该换热器所要求的总传热系数8.核算总传热系数<1）运算管程对流传热系数<湍流）故<2）运算壳程对流传热系数由于立式管壳式换热器,壳程为苯饱和蒸汽冷凝为饱和液体后离开换热器,故可按蒸汽在垂直管外冷凝的运算公式运算现假设管外壁温,就冷凝液膜的平均温度为,在换热器内绝大多数苯的温度在 80,只有靠近管壁的温度较低,故在平均膜温 57.5 下的物性可沿用饱和温度 80下的数据,在层流下：<3）确定污垢热阻名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用<4）总传热系数所选换热器的安全系数为说明该换热器的传热面积裕度符合要求；<5）核算壁温与冷凝液流型 核算壁温时,一般忽视管壁热阻,按以下近似运算公式运算,这与假设相差不大,可以接受；核算流型冷凝负荷<符合层流假设）9. 运算压强降<1）运算管程压降<Ft结垢校正系数, Np管程数, Ns壳程数）名师归纳总结 取碳钢的管壁粗糙度为0.1mm,就,而,于是第 15 页,共 16 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 对的管子有个人资料整理仅限学习使用<2）运算壳程压力降 壳程为恒温恒压蒸汽冷凝,可忽视压降；由此可知,所选换热器是合适的；课程设计小结名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页,共 16 页