2022年化工原理课程设计方案苯甲苯精馏塔设计方案88.docx

《2022年化工原理课程设计方案苯甲苯精馏塔设计方案88.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2022年化工原理课程设计方案苯甲苯精馏塔设计方案88.docx（36页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、精品学习资源湖南科技高校化工原理课程设计说明书题目：苯甲苯连续精馏塔的设计同学姓名：彭雨学院：化学化工学院专业班级：环境工程三班学号： 1006050307指导老师：罗娟陈东初刘和秀汪朝旭时间： 2021 年 12 月 30 日欢迎下载精品学习资源目 录一 序 言 1二 精馏塔设计任务书 2三 符号说明 3四 设计内容 41.1 设计方案的选定及基础数据的搜集41.2 精馏塔的物料衡算 61.3 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的运算121.4 精馏塔的塔体工艺尺寸运算 - 14 -1.5 塔板主要工艺尺寸的运算 - 15 -1.6 筛板的流体力学验算 181.7 塔板负荷性能图 20 五 设计

2、结果一览表 - 23 - 六 参考书目 26六 设计心得体会 26七附录 27欢迎下载精品学习资源一序言化工原理课程设计是综合运用化工原理课程和有关先修课程 物理化学，化工制图等）所学学问，完成一个单元设备设计为主的一次性实践教案，是理论联系实际的桥梁，在整个教案中起着培育同学才能的重要作用；通过课程设计，要求更加熟识工程设计的基本内容，把握化工单元操作设计的主要程序及方法，锤炼和提高同学综合运用理论学问和技能的才能，问题分析才能，摸索问题才能，运算才能等；精馏是分别液体混合物 含可液化的气体混合物）最常用的一种单元操作，在化工，炼油，石油化工等工业中得到广泛应用；精馏过程在能量剂驱动下有时加

3、质量剂），使气液两相多次直接接触和分别，利用液相混合物中各组分的挥发度的不同，使易挥发组分由液相向气相转移，难挥发组分由气相向液相转 移，实现原料混合液中各组分的分别；依据生产上的不同要求，精馏操作可以是连续的或间歇的，有些特别的物系仍可采纳衡沸精馏或萃取精馏等特别方法进行分别；本设计的题目是苯 -甲苯连续精馏筛板塔的设计，即需设计一个精馏塔用来分别易挥发的苯和不易挥发的甲苯，采纳连续操作方式，需设计一板式塔将其分别；欢迎下载精品学习资源一、 设计题目二精馏塔设计任务书欢迎下载精品学习资源苯甲苯连续精馏塔的设计二、设计任务及操作条件1、进塔料液：含苯 33%，其余为甲苯2、产品中的苯含量不得小

4、于 95%质量）欢迎下载精品学习资源3、釜液中苯含量不得高于 3%质量）4、生产才能为：每小时处理原料液5 吨5、操作条件：1）精馏塔顶压强： 4kPa表压）2）进料状态：泡点进料3）加热蒸汽： 506kPa 的饱和水蒸气4）回流比：5）单板压降： 0.7kPa三、设备型式筛板塔四、厂址湘潭地区 年平均水温 20 C）五、设计内容1、设计方案的确定及流程说明2、塔的工艺运算3、塔和塔板主要工艺尺寸的运算（1） ） 塔高、塔径及塔板结构尺寸的确定（2） ） 塔板的流体力学验算（3） ） 塔板的负荷性能图4、设计结果概要和设计一览表5、对本设计的评述和有关问题的分析争论6、精馏塔的工艺条件图六、参

5、考资料化工原理、化工原理课程设计指导书、化工工艺手册、物理化学手册七、时间支配2021.12.24 2021.1.4 十七周十八周）三 符号说明英文字母K 稳固系数 , 无因次A2欢迎下载精品学习资源a 塔板开孔区面积 ,m2LW 堰长,m3欢迎下载精品学习资源Af 降液管截面积 ,mLh 液体体积流量 ,m /hA20 筛孔总面积 ,mm 相平稳系数 , 无因次c0 流量系数 , 无因次n 筛孔数目C 运算 umax时的负荷系数 ,m/sNT 理论板层数； P 操作压力 ,Pa CS 气相负荷因子 ,m/sP压力降 ,Pad 填料直径 ,mPP 气体通过每层筛板的降压 ,Pa欢迎下载精品学习

6、资源d0 筛孔直径 ,mt 筛孔的中心距 ,mD 塔径,mu 空塔气速 ,m/s33ev 液体夹带量 ,kg 液） /kgwV 气体质量流量 ,kg/s欢迎下载精品学习资源g重力加速度 ,9.81m/ sWc边缘无效区宽度 ,m欢迎下载精品学习资源h 填料层分段高度 ,mWd 弓形降液管宽度 ,m h1 进口堰与降液管间的水平距离 ,mWs 泡沫区宽度 ,mhc 与干板压降相当的液柱高度 ,m 液柱x 液相摩尔分数欢迎下载精品学习资源hd 与液体流过降液管的压降相当的液柱X 液相摩尔比欢迎下载精品学习资源hf 塔板上鼓泡层高度 ,my 气相摩尔分数h1 与板上液层阻力相当的液柱高度 ,mY 气

7、相摩尔分比hL 板上清液层高度 ,mZ 板式塔的有效高度 ,m3h0 降液管的底隙高度 ,mqV ,V 润湿速率 ,m /m shOW堰上液层高度 ,m下标hW 出口堰高度 ,mmax最大的h,W进口堰高度 ,mmin最小的欢迎下载精品学习资源h 与阻力表面张力的压降相当的液柱高度,m 液柱L 液相的欢迎下载精品学习资源H 板式塔高度 ,mV 气相的Hd 降液管内清液层高度 ,m 液体在降液管内停留时间 ,s HD 塔顶空间高度 ,m 粘度,mPa sHF 进料板处塔板间距 ,m 开孔率或孔流系数，无因次HP 人孔处塔板间距 ,m 表面张力 ,N/m3HT 塔板间距 ,m 密度,kg/m四设计

8、内容1.1 设计方案的选定及基础数据的搜集本设计任务为分别苯一甲苯混合物；由于对物料没有特别的要求，可以在常压下操作；对于二元混合物的分别，应采纳连续精馏流程；设计中采纳泡点进 料，将原料液通过预热器加热至泡点后送人精馏塔内；塔顶上升蒸气采纳全凝器冷凝，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；该物系属易分别物系，最小回流比较小，故操作回流比取最小回流比欢迎下载精品学习资源的 1.8倍；塔底设置再沸器采纳间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐；其中由于蒸馏过程的原理是多次进行部分汽化和冷凝，热效率比较低，但塔顶冷凝器放出的热量很多，但其能量品位较低，不能直接用于塔釜的

9、热源，在本次设计中设计把其热量作为低温热源产生低压蒸汽作为原料预热器的热源之 一，充分利用了能量；塔板的类型为筛板塔精馏，筛板塔塔板上开有很多均布的筛孔，孔径一般为 3 8mm，筛孔在塔板上作正三角形排列；筛板塔也是传质过程常用的塔设备，它的主要优点有：1）结构比浮阀塔更简洁，易于加工，造价约为泡罩塔的 60，为浮阀塔的80左右；2）处理才能大，比同塔径的泡罩塔可增加 1015；3）塔板效率高，比泡罩塔高 15左右；4）压降较低，每板压力比泡罩塔约低30左右；筛板塔的缺点是：1）塔板安装的水平度要求较高，否就气液接触不匀；3）小孔筛板简洁堵塞；下图是板式塔的简略图：欢迎下载精品学习资源表 1苯

10、和甲苯的物理性质工程分子式分子量 M沸点 ）临界温度临界压强t C）PCkPa）苯 AC6H678.1180.1288.56833.4甲苯 BC6H5 CH392.13110.6318.574107.7表2苯和甲苯的饱和蒸汽压温度 0 C80.1859095100105110.60PA ,kPa101.33116.9135.5155.7179.2204.2240.00PB ， kPa40.046.054.063.374.386.0101.33表 3常温下苯甲苯气液平稳数据0.4560.262温度8090100110120苯， mN/m21.22018.817.516.2甲苯， Mn/m21.7

11、20.619.518.417.3欢迎下载精品学习资源表 5组分的液相密度 1： P382 附录图 8温度 8090100110120欢迎下载精品学习资源苯,kg/m3甲苯,kg/m 3814805791778763809801791780768欢迎下载精品学习资源温度 苯mPa .s ） 甲苯 mPa .s ）表 6液体粘度 L 原 料 液 及 塔 顶 、 塔 底 产 品 的 摩 尔 分 率苯的摩尔质量欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源甲苯的摩尔质量M B92.13kg /kmol xF0.33 / 78.110.367欢迎下载精品学习资源0.33 / 78.110.67 / 92.13

12、欢迎下载精品学习资源xD0.95 / 78.110.957欢迎下载精品学习资源0.95 / 78.110.05 / 92.13欢迎下载精品学习资源xW0.03 / 78.110.035欢迎下载精品学习资源0.03 / 78 .110.97 / 92.132） 原 料 液 及 塔 顶 、 塔 底 产 品 的 平 均 摩 尔 质 量欢迎下载精品学习资源M F0.36778.1110.367 92.1386.98kg/ kmol 欢迎下载精品学习资源M D0.95778.1110.95792.1378.71kg / kmol M W0.03578.1110.03592.1391.64kg / kmo

13、l3）物料衡算原料处理量欢迎下载精品学习资源F500086.9857 .48kmol / h欢迎下载精品学习资源总物料衡算DW57.48欢迎下载精品学习资源苯物料衡算联立解得0.367 F0.957 D0.035W欢迎下载精品学习资源D20.70kmol / h W36.78kmol / h式中 F-原料液流量D-塔顶产品量W-塔底产品量4） 塔 板 数 的 确 定 求最小回流比及操作回流比；苯的沸点为80.1 ，甲苯的沸点为110.6 ，混合液的气液相平稳温度在80.1 到 110.6 之间欢迎下载精品学习资源两组分的饱和蒸汽压， 80.1 时分别为 pA101.33kPa 、 pB40.0

14、kPa；110.6 欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源时均为 pA240 .0kPa 、 pB101.33kPa ；欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源80.1时，1101.33 /40.02.533欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源110.6时，2240 / 101.332.368欢迎下载精品学习资源从运算结果可知，温度高，小； 的平均值为欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源代入相平稳方程 y12x，得11 x2.5332.3682.449欢迎下载精品学习资源y2.449x 1 1.449x欢迎下载精品学习资源又由于是泡点进料， q=1，xPxF0.367 ，代入相平稳方

15、程得欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源就RminxDyPyPxP0.9570.5870.5870.367yP1.680.587欢迎下载精品学习资源取操作回流比为欢迎下载精品学习资源R1 . 785R min3 . 00欢迎下载精品学习资源b求精馏塔的气、液相负荷欢迎下载精品学习资源V R1 D31 20.7082.8kmol/ h欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源V R1D1qFV82.8 kmol/ h泡点进料： q=1欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源LRDqF320.70157.48119.58kmol/ h欢迎下载精品学习资源c求操作线方程精馏段操作线方程为欢迎下载精

16、品学习资源yn1Rxn R1xD0.750 xnR10.239欢迎下载精品学习资源提馏段操作线方程为欢迎下载精品学习资源yn1LWxnxwV V 1.444 xn0.016欢迎下载精品学习资源2）逐板法求理论板欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源相平稳方程2.449 xy11.449 x变形得欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源x2.449y1.449 y欢迎下载精品学习资源用精馏段操作线和相平稳方程进行逐板运算欢迎下载精品学习资源y1xD= 0.957，x12.449y11.449 y10.901欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源y20.750 x10.2390.915 ， x

17、22.449y21.449 y20.815欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源y30.75x20.2390.850， x32.449y31.449 y30.698欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源y40.75x30.2390.762 ，x42.449y41.449 y 40.566欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源y50.75x40.2390.663 ，x52.449y51.449 y50.445欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源y60.75x50.2390.573 ，x62.449y 61.449 y60.354欢迎下载精品学习资源由于,x60.354xF 0.367故

18、精馏段理论板 n=6 ，用提留段操作线和相平稳方程连续逐板运算欢迎下载精品学习资源y71.444 x60.0160.495 ， x72.449y71.449 y70.285欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源y81.444x70.0160.395 ， x 82.449y81.449 y 80 .210欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源y91.444x80.0160.287 ， x92.449y91.449y90.141欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源y101.444x90.0160.187，x102.449y101.449 y100.085欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习

19、资源y111.444x100.0160.106 ，x112.449y11 1.449y110.046欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源y121.444x110.0160.050 ，x122.449y121.449y120.021欢迎下载精品学习资源由于，欢迎下载精品学习资源x120.021xW0.035欢迎下载精品学习资源所以提留段理论板 n=6 不包括塔釜）（3） ）全塔效率的运算混合液的气液相平稳温度在 80.1 到 110.6 之间，其平均温度为 95.35 ；绘制苯，甲苯黏度与温度的曲线图：欢迎下载精品学习资源在平均温度下苯和甲苯的黏度分别为a0.271mPa sb0.276mP

20、a s平均粘度由公式，得欢迎下载精品学习资源m0.3670.2710.6330.2760.274mPa s欢迎下载精品学习资源全塔效率 ET欢迎下载精品学习资源E T0 .170 .616 lgm0.516欢迎下载精品学习资源（4） ）求实际板数精馏段实际板层数欢迎下载精品学习资源N精60.51611.61（2 块）欢迎下载精品学习资源提馏段实际板层数欢迎下载精品学习资源N提60.51611.61（2 块）欢迎下载精品学习资源进料板在第 12 块板；欢迎下载精品学习资源1.3精馏塔的工艺条件及有关物性数据的运算1）操作压力运算塔顶操作压力 P4+101.3kPa每层塔板压降P0.7kPa进料板

21、压力 PF 105.3+0.7 12 113.7kPa精馏段平均压力 P m1 105.3+113.7 ） 2109.5kPa2）操作温度运算依据操作压力，由泡点方程通过试差法运算出泡点温度，其中苯、甲苯的饱和蒸气压由安托尼方程运算：欢迎下载精品学习资源PPAxAPBxB欢迎下载精品学习资源联立苯，甲苯的 Antoine 方程欢迎下载精品学习资源lg PA6.0231206.35，t220.24lg PB6.0781343.94t219.58欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源6.0231206.356.0781343.96欢迎下载精品学习资源PxA 10t220.34xB 10t219.

22、58欢迎下载精品学习资源运算结果如下塔顶温度 tD82.1进料板温度 tF 97.5 精馏段平均温度 tm =82.1+97.5）/2 = 89.8平均密度运算a 气相平均密度运算由抱负气体状态方程运算，精馏段的平均气相密度即欢迎下载精品学习资源PMmVm109.578.712.85 kg / m3 欢迎下载精品学习资源RTm8.31489.8273.15欢迎下载精品学习资源b 液相平均密度运算液相平均密度依下式运算，即塔顶液相平均密度的运算由 t D82.1 ，查手册得A812.7,B807.9欢迎下载精品学习资源1LM D0.95812.70.05 , 807.9LMD812.5kg /

23、m3 欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源进料板，由加料板液相组成 xA0.354欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源a0.35478.11A0.317欢迎下载精品学习资源0.35478.1110.35492.13欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源进料板温度 tF97.5 可知： A793 .4B792.4欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源1LMF0.317793.410.317，792.4LMF792.7kg / m3 欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源故精馏段平均液相密度为Lm 精1 812.52792.73802.6kg / m欢迎下载精品学习资源5液体平均表面

24、张力运算液相平均表面张力依下式运算，即塔顶液相平均表面张力的运算由 t D 82.1 ，查手册得A20.98 mN/mB21.47 mN/m欢迎下载精品学习资源m,顶0.95720.980.04321.4721.00mn/ m欢迎下载精品学习资源进料板液相平均表面张力的计算由t F97.5，查手册得欢迎下载精品学习资源A19 .05mN/mB19.78mN/m欢迎下载精品学习资源m,进精0.354 19.05 （1- 0.354） 19.78馏段液相平均19.52mN/ m表面张力为m精）21.0019.52220.26mn/ m6液体平均粘度计算液相平均粘度依下式计算，即Lm=xii塔顶液相

25、平均粘度的计算由t D82.1，查手册得A0.301 mPa.sB0.302 mPa.sL 顶）0.9570.3010.0430.3020.301mPa.s进料板液相平均粘度的计算由t F97.5，查手册得A0.266 mPa.sB0.272 mPa.s欢迎下载精品学习资源L（进）0.3540.2660.6460.2720.269mPa.s精Lm （精）馏0.272段0.2692液相0.271mPa.s平均粘度为塔径的运算塔板间距 HT 的选定很重要，它与塔高、塔径、物系性质、分别效率、塔的操作弹性，以及塔的安装、检修等都有关；可参照下表所示体会关系选取；欢迎下载精品学习资源表 7板间距与塔径

26、关系0.3 0.50.5 0.80.8 1.61.6 2.42.4 4.0200300250 350300450350600400600塔径 DT， m 板间距HT，mm参考表 7初选板间距 HT0.30m ，取板上液层高度 hL0.05m ，欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源故 HThL0.300.050.25m ；欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源1LsL2VsV0.00180.641802.6 22.850.047欢迎下载精品学习资源查史密斯关联图 得 C20=0.051 ；换算到表面张力为 20.26 时的 C为：欢迎下载精品学习资源CC200.2200.05120.262

27、00.20.051欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源maxCL -V V0.051802.6 - 2.852.850.854欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源取安全系数为 0.70 就0.70max0.700.8780.59欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源D4VS40.640.591.175m欢迎下载精品学习资源取塔径为 1.2m就空塔气速为 0.57m/s1.5 塔板主要工艺尺寸的运算1溢流装置运算因塔径 D1.2m，可选用单溢流弓形降液管，采纳平行受液盘；对精馏段各项运算如下：采纳单溢流，弓形降液管，平形受液盘及平形溢流堰，不设进口烟，各项运算如下；a 溢流堰长 l w取堰长 lw 为 0.6D，即 l w =0.6 1.2=0.72m欢迎下载精品学习资源b 出口堰高hW ： hWh LhOW欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源l w / D0.72/1.20.6欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源L / l2.536000.001814.73m欢迎下载精品学习