苯—甲苯混合液精馏分离筛板精馏塔课程设计7959.pdf

目录 一、设计方案的简介.错误!未定义书签。二、工艺流程草图及说明.错误!未定义书签。三、工艺计算.错误!未定义书签。四、辅助设备的计算及选型.错误!未定义书签。五、设计结果概要.23 六、参考文献.错误!未定义书签。七、主要符号说明.错误!未定义书签。八、附图 苯甲苯混合液精馏分离筛板精馏塔 课程设计任务书 一设计参数 年处理量：45000t；料液初温：35；料液组成：45%(质量分数)；塔顶产品组成：98%(质量分数)；塔底釜液组成：2%(质量分数)；年实际生产天数：330d；精馏塔塔顶压力：常压；冷却水进口温度：25；饱和水蒸气压力：(表压)；厂址：无锡地区。设计内容 设计方案的确定及工艺流程的组织与说明；精馏过程的工艺计算；塔和塔板主要工艺结构参数的设计计算；塔内流体力学性能的计算与校核；塔板结构简图和塔板负荷性能图的绘制；塔的工艺计算结果汇总一览表；辅助设备的设计或选型计算；带控制点的生产工艺流程图及精馏塔设计工艺条件图的绘制；对本设计的评述或对有关问题的分析与讨论；编制课程设计说明书。设计方案的确定 本设计任务为分离苯一甲苯混合物。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人精馏塔内。塔顶上升蒸气采用全凝器冷凝，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至储罐。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 2 倍(并进行圆整)。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。二工艺流程草图如下：图 1 三设计计算 1 精馏塔的物料衡算(1)原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 苯的摩尔质量78.11/AMkgkmol 甲苯的摩尔质量92.13/BMkgkmol 0.45/78.110.4910.45/78.110.55/92.13Fx 0.98 78.110.9830.98 78.110.02 92.13Dx 0.02 78.110.0240.02 78.110.98 92.13Wx(2)原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 0.491 78.110.50992.1385.25FMkg kmol 0.98378.110.01792.1378.35DMkg kmol 0.02478.110.97692.1391.79WMkg kmol(3)物料衡算 345000 1063.83330 24 89.020.4910.9830.02431.08 32.75Fkmol hDWDWDkmol hWkmol h原料处理量总物料衡算 63.83苯物料衡算 63.83立解得 联 2 塔板数的确定(1)理论板层数TN的求取 苯一甲苯属理想物系，可采用逐板法(结合 origin 软件)求理论板层数。由手册查得苯甲苯物系的气液平衡数据，绘出 x-y 图，见图 3-1 求最小回流比及操作回流比。在图 3-1 中对角线上，自点e，作垂线ef即为进料线(q线)，该线与平衡线的交点坐标为 q0.709y，0.491qx 故最小回流比为min0.9830.7091.260.7090.491qqDqxyRyx 取操作回流比为min22.522.5RR，圆整取。求精馏塔的气、液相负荷 2.5 31.0877.70LRDkmol h(1)3.5 31.08108.78VRDkmol h 77.701 63.83141.53/LLqFkmol h 108.78/VVkmolh 求操作线方程 精馏段操作线方程为10.7140.28111DnnnxRyxxRR 提馏段操作线方程为11.3010.007mmwmLWyxxxVV 求理论板层数 表 1 精馏段 提馏段 x y x y 1 8 2 9 3 10 4 11 5 12 6 13 7 xF 800mm，故裙座壁厚取 16mm(12002 16)-300932(12002 16)3001532:1000,1600bibobiboDmmDmmDmm Dmm基：基外：整础环内径础环径圆 基础环厚度，考虑到腐蚀余量取 18mm 考虑到再沸器，裙座高度取 3m，地角螺栓直径取 M30 1.5 吊柱 本设计中塔高度大，因此设吊柱。设计塔径D=1200mm，可选用吊柱 500kg。s=1000mm，L=3400mm，H=1000mm。材料为 A3 1.6 人孔 进料板处、塔顶、塔底各设一个人孔，直径均为 450mm。2 塔总体高度的设计 塔的顶部空间高度 取除沫器到第一块板的距离为 600mm，塔的顶部空间高度为 1200mm。塔的底部空间高度 釜液停留时间取 5min。-33B-391.79 141.53=4.62 10/3600780.960/(0.5 0.7)(54.62 10600.142)/1.1300.61.7ssVTLmsHtLRAm 塔体高度 3 1.79.21.20.27515.375BHHHZHHm裙封顶 3 附属设备设计 冷凝器的选择 取传热系数2600/KWm k，出料液温度：(饱和气)(饱和液)冷却水温度：25 35 逆流操作：145.1 Ct 255.1 Ct 121245.1 55.149.93 C45.155.1mttttlnlnt 由80.1 CDt，查液体汽化热共线图得394.0/,379.8/rkJkg rkJkg苯甲苯 第一种(1)393.8/DDrx rxrkJkg苯甲苯，30.891/SVms 塔顶被冷凝量 0.891 2.732.4/sVqVkg s 冷凝的热量2.4 393.8945QqrkW 则传热面积32945 10/3260049.93mAQ K tm 33(1)30847/108.780.0302/36000.030230847931931 10/31.160049.93DADBmrx r MxrMkJ kmolVmsQVrkWAQ K tm苯甲苯第二种 再沸器的选择 选用(表压)饱和水蒸气加热，温度为，传热系数2600/KWm k 由109.3WtC，查液体汽化热共线图得372.0/,361.6/rkJkg rkJkg苯甲苯 332(1)33212/141.530.0393/36000.0393332121305-138.8109.329.5130510/=73.7m600 29.5WAWBmWmrx r MxrMkJ kmolVmsQVrkWtT tCAQ K t苯甲苯 预热器的选择 选用(表压)饱和水蒸气加热，温度为138.8 CT，将原料液从135 Ct加热到291.4 Ct 1235+91.4=63.222tttC 5551.45 10/(),1.66 10/()(1)1.56 10/()PAPBPFPAFPBCJkmol K CJkmol KCx CxCJkmol K551212122563.830.0177/3600-0.0177 1.56 10138.891.41.3 1047.4,103.856.471.9547.4lnln103.8600/1.3 10/3.0600 71.95PWmmVkmol sQVCT tWtCtCtttCttKWm kAQ K tm 系传热数 筛板塔设计计算结果 序号 项 目 数 值 序号 项 目 数 值 1 塔顶产品量D(kmol/h)31 筛孔直径d0(m)2 塔顶产品量W(kmol/h)32 筛孔数目n 4102 3 最小回流比(Rmin)33 孔中心距t(m)4 精馏段上升蒸汽V(kmol/h)34 开空率(%)5 提馏段上升蒸汽V(kmol/h)35 空塔气速u(m/s)6 精馏段下降液体L(kmol/h)36 筛孔气速u0(m/s)7 提馏段下降液体L(kmol/h)37 稳定系数K 8 塔顶冷凝器热负荷Qc(kJ/h)38 单板压降pp(kPa)9 塔底再沸器热负荷QB(kJ/h)39 负荷上限 液沫夹带控制 10 再沸器加热蒸汽量Wh(kg/h)40 负荷下限 漏液控制 11 冷凝器冷却水量Wc(kg/h)41 液沫夹带ev(kg 液/kg 气)12 理论板层数NT 42 气相负荷上限Vs,max(m3/s)13 实际板层数Np 23 43 气相负荷下限Vs,min(m3/s)14 平均温度tm()44 操作弹性 15 平均压力pm(kPa)45 进料管D(mm)40 16 气相流量Vs(m3/s)46 回流管dR(mm)41 17 液相流量Ls(m3/s)47 塔釜进气管D(mm)232 18 塔的有效高度Z(m)48 塔顶蒸气出料管D(mm)235 19 塔径D(m)49 筒体壁厚(mm)4 20 板间距HT(m)50 封头(mm)6 21 溢流形式 单溢流 51 除沫器直径 D(mm)79 22 降液管形式 弓形 52 裙座/基础环内径Dbi(mm)1000 23 堰长lw(m)53 裙座/基础环外径Dbo(mm)1600 24 堰高hw(m)54 人孔数 3 25 板上液层高度hL(m)55 塔的顶部空间高度H顶(m)26 堰上液层高度how(m)56 塔的底部空间高度HB(m)27 降液管底隙高度ho(m)57 塔体高度H(m)28 安定区宽度Ws(m)58 冷凝器面积A(m2)32 29 边缘区宽度Wc(m)59 再沸器面积A(m2)30 开孔区面积Aa(m2)六参考文献 1夏清,陈常贵.化工原理.天津：天津大学出版社,2007 2马江权，冷一欣.化工原理课程设计.北京：中国石化出版社，2011 3柴诚敬，刘国维等.化工原理课程设计.天津：天津大学科学技术出版社，1994 4贾绍义，柴诚敬等.化工原理课程设计.天津：天津大学出版社，2002 5大连理工大学化工原理教研室.化工原理课程设计.大连：大连理工大学出版社，1994 6时钧，汪家鼎等.化学工程手册.北京：化学工业出版社，1986 7全国锅炉压力容器标准化委员会 编 GB 150-2011 钢制压力容器,2011 8全国锅炉压力容器标准化委员会 编 GB/T25198-2010 压力容器封头,2010 8中华人民共和国行业标准，HG 20652-1998 塔器设计技术规定，1998 9中华人民共和国行业标准，HG T21618-1998 丝网除沫器，1998 七主要符号说明 1.英文字母 Aa塔板开孔区面积，m2 Af降液管截面积，m2 A0筛孔总面积，m2 AT塔截面积，m2 C0流量系数，无因次 C计算umax时的负荷系数，m/s Cs气相负荷因子，m/s d0筛孔直径，m D塔径，m ev液沫夹带量,kg(液)/kg(气)E液流收缩系数，无因次 F气相动能因子，kg1/2/(sm1/2)F0筛孔气相动能因子，kg1/2/(sm1/2)hl进口堰与降液管间的水平距离，m hc与干板压降相当的液柱高度，m 液柱 hd与液体流过降液管的压降相当的液柱高度，m hl与板上液层阻力相当的液柱高度，m hL板上清液层高度，m h0降液管的底隙高度，m how堰上液层高度，m hw溢流堰高度，m hw进口堰高度，m h与克服 的压降相当的液柱高度，m H板式塔高度 Hd降液管内清液层高度，m HT塔板间距，m K稳定系数，无因次 lW堰长，m Lh液体体积流量，m3/h LS液体体积流量，m3/s n筛孔数目 NT理论板层数 P操作压力，Pa P压力降，Pa t筛孔的中心距，m u空塔气速，m/s u0气体通过筛孔的速度，m/s 漏液点气速，m/s u0液体通过降液管底隙的速度，m/s VS气体体积流量，m3/s Wc边缘无效区宽度，m Wd弓形降液管宽度，m Z板式塔的有效高度，m 2.希腊字母 相对挥发度，无因次 充气系数，无因次 筛板厚度，m 液体在降液管内停留时间，s 粘度，Pas 密度，kg/m3 表面张力，N/m 开孔率或孔流系数，无因次 3.下标 L液相的 V气相的 A易挥发组分 B难挥发组分 L 液相 F原料液 D馏出液 W釜残液 h 小时 i组分序号 m平均 min最小 max最大 n塔板序号