F1浮阀精馏塔的设计(3万吨)(共41页).doc
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1、精选优质文档-倾情为你奉上化工原理课 程 设 计题 目:F1浮阀精馏塔的设计 教 学 院: 化学与化工学院 专 业: 应用化工技术 学 号:3、05、12、25 班 级: 2014级(1)班 学生姓名:陈冰冰、陈行龙 、韩林强、苑振国指导教师: 胡艳辉 2016年6月13日 专心-专注-专业目录化工原理1.5苯-甲苯的摩尔定比容.41.6苯-甲苯的汽化潜热.51.7苯-甲苯汽液平衡数据.5 对设计过程的评述和有关问题的讨论.32 绪论1精馏及精馏流程精馏是多级分离过程,即同时进行多次部分汽化和部分冷凝的过程。因此可是混合物得到几乎完全的分离。精馏可视为由多次蒸馏演变而来的。精馏操作广泛用于分离
2、纯化各种混合物,是化工、医药、食品等工业中尤为常见的单元操作。化工成产中,精馏主要用于以下几种目的:1)获得馏出液塔顶的产品;2)将溶液多级分离后,收集馏出液,用于获得甲苯,氯苯等;3)脱出杂质获得纯净的溶剂或半成品,如酒精提纯,进行精馏操作的设备叫做精馏塔。 精馏过程中采用连续精馏流程,原料液经预热器加热到指定温度后,送入精馏塔的进料板,在进料板上与自塔顶上部下降的回流液体汇合后逐板溢流,最后流入塔底再沸器中。在每层板上,回流液体与上升蒸汽互相接触,进行热和质的传递过程。操作时,连续地从再沸器取出部分液体作为塔底产品,部分汽化,产生上升蒸汽,依次通过各层塔板。塔顶蒸汽进入冷凝器中被全部冷凝,
3、并将部分冷凝液用泵送回塔顶作为回流液体,其余部分经冷却后被送出作为塔顶产品。根据精馏原理可知,单有精馏塔还不能完成精馏操作,必须同时拥有塔底再沸器和塔顶冷凝器,有时还有配原料液,预热器、回流液泵等附属设备,才能实现整个操作。2 精馏的分类按操作方式可分为:间歇式和连续式,工业上大多数精馏过程都是采用连续稳定的操作过程中的精馏操作大多数是分离多组分溶液。多组分精馏的特点:1)能保证产品质量,满足工艺要求,生产能力大;2)流程短,设备投资费用少;3)耗能量低,收率高,操作费用低;4)操作管理方便。3精馏操作的特点从上述对精馏过程的简单介绍可知,常见的精馏塔的两端分别为汽化成分的冷凝和液体的沸腾的传
4、热过程,精馏塔也就是一种换热器。但和一般的传热过程相比,精馏操作又有如下特点:1)沸点升高精馏的溶液中含有沸点不同的溶剂,在相同的压力下溶液的蒸汽压较同温度下纯溶剂的汽化压低,使溶液的沸点高于醇溶液的沸点,这种现象称为沸点的升高。在加热汽化温度一定的情况下,汽化溶液时的传热温差必定小于加热纯溶剂的纯温差,而且溶液的浓度越高,这种影响也越显著。2)物料的工艺特性精馏溶液本身具有某些特性,如某些物料在加入到溶液中时可与溶液中的某一组分或几组分形成恒沸液等。如何利用物料的特性和工艺要求,选择适宜的精流流程和设备是精馏操作彼此需要知道和必须考虑的问题。3)节约能源精馏汽化的溶剂量较大,需要消耗较大的加
5、热蒸汽。如何充分利用热量提高加热蒸汽的利用率是精馏操作需要考虑的另一个问题。4塔板的类型与选择塔板是板式塔的主要构件,分为错流式塔板和逆流式塔板两类,工业应用以错流式塔板为主,常用的错流式塔板有:泡罩塔板、筛孔塔板和浮阀塔板。我们应用的是浮阀塔板,因为它是在泡罩塔板和筛孔塔板的基础上发展起来的,它吸收了两种塔板的优点。它具有结构简单,制造方便,造价低;塔板开孔率大,生产能力大;由于阀片可随气量变化自由升降故操作弹性大,因上升气流水平吹入液层,气液接触时间较长,故塔板效率较高。化工原理课程设计任务书一、课程设计题目:F1型浮阀精馏塔的设计 二、设计要求 1、设计一座苯-甲苯连续精馏塔,具体工艺参
6、数如下:原料苯的组成: 0.4原料处理量:3万t/a 产品要求(m/m) :xD = 0.998, xW=0.012、 操作条件塔顶压力:4KPa 进料热状况:泡点进料回流比:自选单板压降:0.7kPa 全塔效率:ET52加热方式:间接蒸气加热冷凝方式:全凝器,泡点回流年操作时数:300天/每天24小时连续工作 7200 h3、塔板类型浮阀塔板(F1重阀)三、设计内容 1、精馏塔的物料衡算 2、塔板数的确定3、精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算4、精馏塔的塔体工艺尺寸计算5、塔板工艺尺寸计算6、塔板的流体力学验算7、塔板的负荷性能图8、精馏塔接管尺寸计算9、绘制带控制点的生产工艺流程图(2号
7、 图纸)10、对设计过程的评述和有关问题的讨论四、设计说明书1、封面2、目录3、绪论4、工艺流程 5、设备及操作条件6、塔工艺和设备设计计算7、塔机械结构和塔体附件及附属设备选型和计算8、设计结果概览9、附录10、主要符号说明11、参考文献12、附图五、参考书目 1、上海化学工业设计院,化工工艺设计手册 2、贾绍义,柴诚敬. 化工原理课程设计M, 天津:天津大学出版社,2002 3、童景山. 流体的热物理性质M,中国石化出版社,19964、夏清,陈常贵. 化工原理M,天津大学出版社,20055、李功样,陈兰英,崔英德. 常用化工单元设备设计M,华南理工大学出版社,2003第1章 基础数据1.1
8、 组分的饱和蒸汽压表11.1组分的饱和蒸汽压(kpa) 温度 /80.284.188.092.096.0100.0104108110.4苯101.33113.59127.59143.72160.52179.19199.32221.19233.05甲苯39.9944.450.657.665.6674.5383.3393.93101.31.2 组分的液相密度1.3 组分的表面张力表11.3组分的表面张力(mN/m)温度8090100110120苯mN/m21.2720.6618.8517.6616.49甲苯mN/m21.6920.5919.9418.4117.311.4 液体粘度表11.4液体粘度
9、温度 8090100110120苯mPa.s0.3080.2790.2550.2330.215甲苯mPa.s0.3110.2860.2640.2540.2281.5苯-甲苯的摩尔定比热容表11.5苯-甲苯的摩尔定比热容 温度 /050100150苯kJ/(kmol.k)72.789.7104.8118.1甲苯 kJ/(kmol.k)93.3113.3131.0146.61.6苯-甲苯的汽化潜热表11.6苯-甲苯的汽化潜热温度 /20406080100120苯 kJ/kg431.1420.0407.7394.1379.3363.2甲苯 kJ/kg412.7402.1391.0379.4367.1
10、354.21.7苯-甲苯汽液平衡数据表21.7 苯-甲苯汽液平衡数据平衡温度t()液相苯x气相苯y平衡温度t()液相苯x气相苯y110.560.000.0090.1155.075.5109.911.002.5088.8060.079.1108.793.07.1187.6365.082.5107.615.011.286.5270.085.7105.0510.020.885.4475.088.5102.7920.037.284.4080.091.298.8425.044.283.3385.093.697.1330.050.782.2590.095.995.5835.056.681.1195.098
11、.094.0940.061.980.6697.098.892.6945.066.780.2199.099.6191.4050.071.380.01100.0100.0第2章 设计方案的确定2.1概述 本设计任务为分离苯-甲苯混合物。对于该二元均相混合物的分离,应采用连续精馏过程。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入精馏塔内。塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝,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1.22倍。塔釜采用间接蒸汽加热,塔底产品经冷却后送至储罐。本设计的目的是分离苯甲苯二元均相混合物
12、,选用板式浮阀塔。2.2工艺流程确定及说明(1)塔板类型精馏塔的塔板类型有三种:泡罩塔板,筛孔塔板,浮阀塔板。浮阀塔板具有结构简单,制造方便,造价低等优点,且开孔率大,生产能力大,操作弹性大,汽液接触时间长,因此塔板效率高。本设计采用板式浮阀塔。(2)加料方式本精馏塔加料选择泵直接加料,结构简单,安装方便,而且可以引入自动控制系统来实时调节流量及流速。(3)进料状况本精馏塔选择泡点进料。(4)塔顶冷凝方式苯与甲苯不反应,且容易冷凝,故本精馏塔塔顶选择全凝器,用水冷凝。(5)回流方式本设计处理量大,所需塔板数多,塔较高,回流冷凝器不适宜塔顶安装,故采用强制回流。(6)进料状况加热方式可分为:直接
13、蒸汽加热和间接蒸汽加热。本设计采用间接蒸汽加热(135),更有优势。第3章 物料衡算及塔板数的确定3.1 精馏塔的物料衡算3.1.1料液塔顶及塔底产品的摩尔分率 已知 苯的摩尔质量 甲苯的摩尔质量 MB=78.14Kg/kmol 原料液组成XF (摩尔分数,下同)XF=(0.4 /78.11)/(0.4 /78.11+0.6/92.14)=0.440 塔顶组成 XD= 0.998 塔底组成 XW= 0.013.1.2平均摩尔质量MF=78.110.440+92.140.54=85.69Kg/kmolMD=78.110.99+92.140.01=78.138Kg/kmolMw=78.110.02
14、35+92.140.9765=1.974kg/kmol3.1.3料液及塔顶底产品的物料衡算依题给条件:年处理量为3万吨/a,操作时间为7200h,有:F0=3107/30024=4166.67kg/h,取F0= kg/h进料液:F=4166.47/91.974=45.303kmol/h全塔物料衡算:F XF=D XD+W XW解得:D=19.438kmol/h W=25.592kmol/h3.2 理论塔板数的求取 苯-甲苯物系属于理想物系,可采用逐板计算法求取,步骤如下:3.2.1苯和甲苯物系相对挥发度a与温度的关系 3.2.2确定操作的回流比R及操作线方程 相平衡常数的(相对挥发度)确定 由
15、图可知,塔顶的温度为98,塔底的温度为110,则: 所以相平衡方程: 求最小回流比 以知泡点进料q=1 , , =0.282; 故有: 考虑到精馏段操作线离平衡线较近,由于通常回流比取最小回流比的1.2-3.0 倍,故取实际操作的回流比为最小回流比的2.6倍,即: 精馏塔的精馏段和提馏段的气、液相负荷。 精馏段: 液相流量: L=RD=2.30419.438=44.785kmol/h 气相流量: V=(R+1)D=(2.304+1)19.438=64.223kmol/h 提馏段:液相流量: L=L+F=44.785+45.303=90.088kmol/h 气相流量: V=V=64.223kmo
16、l/h 求操作线方程 精馏段方程: 提馏段方程: 进料方程:X=0.463.2.3 用逐板计算法求理论塔板数:表3.2 逐板计算法算得气液相摩尔分数汇总表塔板气相摩尔分数X液相摩尔分数Y备注第1块塔板0.980.953第2块塔板0.9590.907第3块塔板0.9210.829第4块塔板0.8590.717第5块塔板0.7700.582第6块塔板0.6620.443第7块塔板0.5550.342第8块塔板0.4690.2690.282进料第9块塔板0.4010.218第10块塔板0.3230.165第11块塔板0.2430.118 第12块塔板0.1680.078 第13块塔板0.1090.0
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- F1 精馏塔 设计 41
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