苯-甲苯精馏塔课程设计说明书(共52页).docx
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1、精选优质文档-倾情为你奉上课 程 设 计 说 明 书 武 汉 工 程 大 学 化工与制药学院课程设计说明书课题名称 苯-甲苯溶液板式精馏塔设计 专业班级 化学工程与工艺 学生学号 学生姓名 学生成绩 指导教师 蔡宁 课题工作时间 2014年6月 武汉工程大学化工与制药学院专心-专注-专业武汉工程大学化工原理课程设计任务书专业 化工 班级 学生姓名 发题时间: 2014 年 6 月 16 日一.课题名称苯-甲苯溶液板式精馏塔设计二.课题条件n 参考文献1. 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,19942. 柴诚敬,刘国维,李阿娜. 化工原理课程设计. 天津
2、:天津科学技术出版社,19953. 贾绍义,柴诚敬. 化工原理课程设计. 天津:天津大学出版社, 20024. 王国胜. 化工原理课程设计. 大连:大连理工大学出版社,20055. 匡国柱, 史启才.化工单元过程及设备课程设计. 北京:化学工业出版社, 20026. 上海医药设计院. 化工工艺设计手册(上、下). 化学工业出版社,19867. 阮奇, 叶长, 黄诗煌. 化工原理优化设计与解题指南. 北京:化学工业出版社, 2001.98. 化工设备技术全书编辑委员会. 化工设备全书塔设备设计. 上海:上海科学技术出版社,19889. 邹兰,阎传智. 化工工艺工程设计. 成都:成都科技大学出版社
3、,199810. 李功祥,陈兰英,崔英德. 常用化工单元设备设计. 广州:华南理工大学出版社, 200311. 童景山, 李敬. 流体热物理性质的计算. 北京:清华大学出版社,198212. 马沛生. 化工数据. 北京:中国石化出版社,200313. 靳士兰, 邢凤兰. 化工制图. 北京:国防工业出版社,200614. 朱有庭, 曲文海,于浦义.化工设备设计手册(上、下册). 北京:化学工业出版社,200415. 刘雪暖, 汤景凝.化工原理课程设计.北京:石油大学出版社,2001三.设计任务(含实验、分析、计算、绘图、论述等内容)1 确定设计方案。2 确定理论塔板数。3 计算精馏段、提馏段的塔
4、板效率,确定实际塔板数。4 估算塔径。5 计算板式塔的工艺尺寸,包括溢流装置与塔板的设计计算。6 校核塔板的流体力学性能,包括板压力降、液面落差、液沫夹带、漏液及液泛的校核。7 绘制塔板的负荷性能图。塔板的负荷性能图由液相负荷下限线、液相负荷上限线、漏液线、液沫夹带线和溢流液泛线确定。8 确定塔的结构,包括塔体结构与塔板结构。塔体结构:塔顶空间,塔底空间,人孔(手孔),支座,封头,塔高等。塔板结构:采用分块式塔板还是整块式塔板。9 塔的附属设备选型,包括塔顶冷凝器、塔底再沸器(蒸馏釜)的换热面积,原料预热器的换热面积与泵的选型(视情况而定)。10 确定精馏塔各接管尺寸。11 绘制精馏塔系统工艺
5、流程图。12 绘制精馏塔工艺条件图。13 编写设计说明书。14计算机要求:CAD绘图等。15 英语要求:撰写英文摘要。16 设计说明书要求:逻辑清楚,层次分明,书写工整,独立完成。四.设计所需技术参数1. 设计条件某苯-甲苯溶液精馏塔常压操作,塔内安装塔板(类型自选),采用间接蒸汽加热,每年实际生产7 200 h,其它操作条件见下表。处理量/t.a-1料液组成(质量分数)/%塔顶产品(质量分数)/%塔顶产品收率510442960.99操作条件:塔顶压力:4kPa(表压); 进料热状态:自选; 回流比:自选; 单板压降 0.7kPa。工作日:每年300天,每天24小时。2. 设计所需基础数据物性
6、数据:液相粘度、液相表面张力、汽液相密度、气体热容、汽化潜热等。五、设计说明书内容1 设计任务书2 目录(标出页码)3 前言4 设计方案论证5 按设计任务顺序说明6 设计结果汇总7 结语包括设计体会、收获、评述、建议、致谢等8 参考文献六、进度计划1 设计动员,下达设计任务书 0.5天2 搜集资料,阅读教材,拟订设计进度 0.5天3 设计计算(包括电算) 4天4 绘图 2天5 整理设计资料,撰写设计说明书 2天6 设计小结及答辩 1天指导教师签名: 蔡宁 教研室主任签名: 杜治平 2014年 6 月 16 日 2014 年 6 月 16 日化工与制药学院课程设计综合成绩评定表学生姓名学生班级设
7、计题目苯-甲苯溶液板式精馏塔设计指导教师评语指导教师签字:年 月 日答辩记录答辩组成员签字: 记录人:年 月 日成绩综合评定栏设计情况答辩情况项 目权重分值项 目权重分值1、计算和绘图能力351、回答问题能力202、综合运用专业知识能力102、表述能力(逻辑性、条理性)103、运用计算机能力和外语能力104、查阅资料、运用工具书的能力55、独立完成设计能力56、书写情况(文字能力、整洁度)5综合成绩指导教师签名: 学科部主任签名: 年 月 日 年 月 日摘 要本次课程设计是针对二元物系苯-甲苯的精馏问题进行分析、选取、计算、核算、绘图等,是一个较为完整的精馏设计过程。本次设计,我们对该精馏塔进
8、行了工艺设计,包括工艺条件的确定、工艺设计计算,精馏塔及塔板的设计尺寸计算,其辅助设备及进出口管路的计算,并进行了流体力学性能的核算,绘出塔板负荷性能图,并对设计结果进行汇总。本次设计选用筛板塔,采用间接蒸汽加热。能量自塔釜输入,物料在塔内经多次部分汽化和部分冷凝进行精馏分离,由塔顶冷凝器中的冷凝介质将余热带走。本次设计将苯-甲苯原料液预热后加入,进料摩尔分数为0.46,要求塔顶产品苯的摩尔含量达到0.9659,塔底釜液摩尔分数为0.。由逐板计算法求得该理论塔板数为14块,由经验公式算的全塔效率为0.541,塔顶使用全凝器,回流比为2。实际塔板数为28,精馏段实际塔板数为12,提馏段实际塔板数
9、为15,第13快板为实际加料板。塔径为1.2米,通过板压降、漏液、液泛、液沫夹带的流体力学验算,均在安全操作范围内,确定了操作点符合操作要求。关键词:筛板塔;精馏;工艺设计;负荷性能图AbstractThis course is designed for the Binary System of benzene - toluene distillation conducted problem analysis, selection, calculation, accounting, graphics, etc., is a more complete distillation design p
10、rocess. The design, we conducted the distillation column process design, including its auxiliary equipment, import and export pipeline calculations, draw tray load performance graphs, and the design results summary. This design choice sieve column, using indirect steam heating. Energy input from the
11、 tower reactor, part of the material in the tower after repeated vaporization and condensation rectified partially separated from the overhead condenser of the condensing medium heat away. The design benzene - toluene was added preheating the raw material liquid, feed mole fraction of 0.46, the prod
12、uct requires overhead benzene content of 0.96588 mole, mole fraction of the kettle liquid column bottom is 0. Calculated by the method determined by the board for the 14 theoretical plates, the whole tower efficiency is calculated by the empirical formula of 0.541, the top using full condensate, a r
13、eflux ratio of 2. The actual plate number is 28, the actual number of trays rectifying section 12, the actual number of trays stripping section 15, section 13 Allegro is the actual feed plate. Tower diameter of 1.2 meters, the pressure drop through the plate, leakage, flooding, entrainment hydrodyna
14、mics checking, are within safe operating range, the operating point is determined to meet the operational requirements.Keywords: Sieve towers, Technology Calculation, dimension, load Performance Figure目 录前 言化工原理程设计是综合运用化工原理 物理化学和化工制图等课程知识,完成以一个单元设备设计为主的一次性实践教学,是连接理论和实际的重要桥梁,在整个教学过程中起到培养学生实际能力的重要作用。化
15、工原理课程设计要求学生更加熟悉化工工程设计的基本内容。宗旨是使学生能够熟练掌握化工生产单元的设计理念、设计程序和设计方法,锻炼学生分析问题、解决问题的能力。培养学生综合理论知识解决实际问题的能力,训练学生的计算能力和思考问题的能力,训练学生查阅技术资料、选用公式、搜集数据和制图的能力。分离液体混合物(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(有时加质量剂),使气、液两相直接接触和分离,利用液相混合物中各组分挥发度的不同,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,实现原料混合物中各组分的分离。该过程是同时进行传
16、热、传质的过程。为实现精馏过程,必须为该过程提供物流的贮存、输送、传热、分离、控制等的设备、仪表。由这些设备、仪表等构成精馏过程的生产系统,即本次所设计的精馏装置。当代大学生应具有较高的综合能力,解决实际生产问题的能力,课程设计是一次让我们接触实际生产的良好机会,我们应充分利用这样的时机认真去对待每一项任务,为毕业论文等奠定基础。更为将来打下一个稳固的基础。精馏所进行的是气、液两相之间的传质,而作为气、液两相传质用的塔设备首先必须要能使气、液两相得到充分接触,以达到较高的传质效率。塔设备设计要具备下列各种基本要求:1、 气、液处理量大,即当生产能力大时,仍不致发生大量的雾沫夹带,拦液或液泛等破
17、坏操作的现象。2、 操作稳定,弹性大,即当塔设备的气、液负荷有较大范围的变动,仍能在较高的传质效率下进行稳定操作,并应保证长期连续操作所必须具有的可靠性。3、 流体流动的阻力少,可降低操作费用。4、 结构简单,材料耗用量小,制造和安装容易。5、 耐腐蚀和不易堵塞,方便操作,调节和检修。6、 塔内的滞留量要小。第1章 设计方案论证1.1 设计方案的确定1.1.1 确定设计方案的原则确定设计方案总的原则是在可能的条件下,尽量采用科学技术上的最新成就,使生产达到技术上最先进、经济上最合理的要求,符合优质、高产、安全、低消耗的原则。为此,必须具体考虑如下几点:(1) 满足工艺和操作的要求所设计出来的流
18、程和设备,首先必须保证产品达到任务规定的要求,而且质量要稳定,这就要求各流体流量和压头稳定,入塔料液的温度和状态稳定,从而需要采取相应的措施。其次所定的设计方案需要有一定的操作弹性,各处流量应能在一定范围内进行调节,必要时传热量也可进行调整。因此,在必要的位置上要装置调节阀门,在管路中安装备用支线。计算传热面积和选取操作指标时,也应考虑到生产上的可能波动。再其次,要考虑必需装置的仪表(如温度计、压强计,流量计等)及其装置的位置,以便能通过这些仪表来观测生产过程是否正常,从而帮助找出不正常的原因,以便采取相应措施。(2) 满足经济上的要求要节省热能和电能的消耗,减少设备及基建费用。如前所述在蒸馏
19、过程中如能适当地利用塔顶、塔底的废热,就能节约很多生蒸汽和冷却水,也能减少电能消耗。又如冷却水出口温度的高低,一方面影响到冷却水用量,另方面也影响到所需传热面积的大小,即对操作费和设备费都有影响。同样,回流比的大小对操作费和设备费也有很大影响。降低生产成本是各部门的经常性任务,因此在设计时,是否合理利用热能,采用哪种加热方式,以及回流比和其他操作参数是否选得合适等,均要作全面考虑,力求总费用尽可能低一些。而且,应结合具体条件,选择最佳方案。例如,在缺水地区,冷却水的节省就很重要;在水源充足及电力充沛、价廉地区,冷却水出口温度就可选低一些,以节省传热面积。(3) 保证安全生产例如酒精属易燃物料,
20、不能让其蒸汽弥漫车间,也不能使用容易发生火花的设备。又如,塔是指定在常压下操作的,塔内压力过大或塔骤冷而产生真空,都会使塔受到破坏,因而需要安全装置。以上三项原则在生产中都是同样重要的。但在化工原理课程设计中,对第一个原则应作较多的考虑,对第二个原则只作定性的考虑,而对第三个原则只要求作一般的考虑。1.1.2 设计方案简介本设计任务为分离苯甲苯混合物。对于二元混合物的分离,应采用连续精馏方法,设计中采用泡点进料,将混合料液经预热器加热至泡点后送入精馏塔内。塔顶上升器采用全凝器冷凝后,部分回流。其余部分作为塔顶产品经冷却后送入储罐。该物系属于易分离物系,最小回流比较小,故操作回流比取最小回流比的
21、1.5倍。塔釜部分采用间接蒸汽加热,塔底产品经冷却后送入储罐。工艺流程图如下。图1.1精馏塔的工艺流程图1.2 工艺条件的确定1.2.1 操作压力蒸馏操作通常可在常压、加压和减压下进行。确定操作压力时,必须根据所处理物料的性质,兼顾技术上的可行性和经济上的合理性进行考虑。例如,采用减压操作有利于分离相对挥发度较大组分及热敏性的物料,但压力降低将导致塔径增大,同时还需要使用抽真空的设备。对于沸点低、在常压下为气态的物料,则应在加压下进行蒸馏。当物性无特殊要求时,一般是在稍高于大气压下操作。但在塔径相同的情况下,适当地提高操作压力可以提高塔的处理能力。有时应用加压蒸馏的原因,则在于提高平衡温度后,
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