苯甲苯连续精馏塔浮阀塔的设计化工原理课程设计425263.doc
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1、【精品文档】如有侵权,请联系网站删除,仅供学习与交流苯甲苯连续精馏塔浮阀塔的设计化工原理课程设计425263.精品文档.化工原理课程设计设计题目: 苯-甲苯连续精馏塔浮阀塔的设计 目 录设计任务书3前言4第一章 工艺流程设计5第二章 塔设备的工艺计算6第三章 塔和塔板主要工艺尺寸计算15第四章 塔板的流体力学验算18第五章 塔板负荷性能图21第六章 换热器的设计计算与选型25第七章 主要工艺管道的计算与选择28结束语30参考文献32附录33化工原理课程设计任务书设计题目:苯甲苯连续精馏塔(浮阀塔)的设计一、工艺设计部分(一)任务及操作条件1. 基本条件:含苯25(质量分数,下同)的原料液以泡点
2、状态进入塔内,回流比为最小回流比的1.25倍。2. 分离要求:塔顶产品中苯含量不低于95,塔底甲苯中苯含量不高于2。3. 生产能力:每小时处理9.4吨。4. 操作条件:顶压强为4 KPa (表压),单板压降0.7KPa,采用表压0.6 MPa的饱和蒸汽加热。(二)塔设备类型 浮阀塔。(三)厂址:湘潭地区(年平均气温为17.4)(四)设计内容1. 设计方案的确定、流程选择及说明。2. 塔及塔板的工艺计算 塔高(含裙座)、塔径及塔板结构尺寸;塔板流体力学验算;塔板的负荷性能图;设计结果概要或设计一览表。3. 辅助设备计算及选型(注意:结果要汇总)。4. 自控系统设计(针对关键参数)。5. 图纸:工
3、艺管道及控制流程图;塔板布置图;精馏塔的工艺条件图。6. 对本设计的评述或有关问题的分析讨论。二、按要求编制相应的设计说明书设计说明书的装订顺序及要求如下:1. 封面(设计题目,设计人的姓名、班级及学号等)2. 目录3. 设计任务书4. 前言(课程设计的目的及意义)5. 工艺流程设计6. 塔设备的工艺计算(计算完成后应该有计算结果汇总表)7. 换热器的设计计算与选型(完成后应该有结果汇总表)8. 主要工艺管道的计算与选择(完成后应该有结果汇总表)8. 结束语(主要是对自己设计结果的简单评价)9. 参考文献(按在设计说明书中出现的先后顺序编排,且序号在设计说明书引用时要求标注)10. 设计图纸三
4、、主要参考资料1 化工原理;2 化工设备机械基础;3 化工原理课程设计;4 化工工艺设计手册四、指导教师安排 杨明平;胡忠于;陈东初;黄念东五、时间安排 第17周第18周前 言化工原理课程设计是化工原理教学的一个重要环节,是综合应用本门课程和有关其他课程所学知识,完成以单元操作为主的一次设计实践。通过课程设计使学生掌握化工设计的基本程序和方法,并在查阅技术资料、选用公式和数据、用简洁文字和图表表达设计结果、制图以及计算机辅助计算等能力方面得到一次基本训练,在设计过程中还应培养学生树立正确的设计思想和实事求是、严肃负责的工作作风。通过课程设计,我们可以完全的掌握整个连续精馏过程的每一个细节,并且
5、能够综合运用所学的知识处理工业生产中的实际问题。为不久的将来把知识转化为生产力打下了坚实的基础。本次课程设计主要是从以下四个方面进行的:工艺流程设计;塔设备的工艺计算;换热器的设计计算与选型;主要工艺管道的计算与选择。 课程设计还会有各种设计图纸和参考文献等。特别感谢杨明平老师、胡忠于老师、陈东初老师、黄念东老师、周珊同学(生科院09微生物)。在他们的支持下我的课程设计才顺利完成。第一章 工艺流程设计本设计任务为分离苯-甲苯混合物。对于该二元混合物的分离,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
6、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1.25倍。塔釜采用间接蒸汽加热,塔底产品经冷却后送至储罐。苯-甲苯连续精馏塔浮阀塔的流程的组成包括原料贮槽、原料泵、甲苯贮槽、甲苯泵、甲苯冷凝器、原料液预热器、再沸器、原料加热器、全凝器、苯冷却器、精馏塔、事故槽、蒸汽分配缸、回流罐、苯中间贮槽、苯贮槽、苯泵等附属设备。第二章 塔设备的工艺计算2.1 操作条件、基础数据及相关参数2.1.1 操作条件塔顶压力4KPA进料热状态泡点进料 回流比为最小回流比的1.25倍 塔底加热蒸气压力 0.6Mpa(表压) 单板压降 0.7kPa。2.1.2 基
7、础数据进料中苯含量(质量分数)25%塔顶苯含量(质量分数)95%塔釜苯含量(质量分数)2%生产能力(吨/小时)9.42.1.3相关物性参数苯和甲苯的物理参数见下表1:分子式相对分子质量沸点临界温度临界压力KPa苯(A)C6H678.11g/mol80.1288.56833.4甲苯(B)C7H892.13g/mol110.6318.574107.7饱和蒸汽压:苯、甲苯的饱和蒸汽压可用Antoine方程计算1:ABC苯6.0231206.35220.34甲苯6.0781343.94219.58苯、甲苯的相对密度见下表1:温度()8090100110120苯815803.9792.5780.3768
8、.9甲苯810800.2790.3780.3770.0液体表面张力见下表1:温度()8090100110120苯21.2720.0618.8517.6616.49甲苯21.6920.5919.9418.4117.31苯甲苯液体粘度见下表1:mPa8090100110120苯0.3080.2790.2550.2330.215甲苯0.3110.2860.2640.2540.2282.2 精馏塔的物料衡算2.2.1 原料液及塔顶、塔顶产品的摩尔分率苯的摩尔质量 MA=78.11 kg/kmol甲苯的摩尔质量 MB=92.13 kg/kmolxF=0.281xD=0.957xW=0.0242.2.2
9、原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量MF= 0.28178.11+(1-0.281)92.13=88.19kg/kmolMD= 0.95778.11+(1-0.957)92.13=78.71 kg/kmolMW= 0.02478.11+(1-0.024)92.13=91.79kg/kmol2.2.3 物料衡算生产能力 9400kg/h塔顶产量 D=11.943kmol/h总物料衡算 F=119.43+W苯物料衡算 0.25F=0.9511.943+0.02W联立解得 F =36.348 kmol/h W=24.045 kmol/h2.3全塔效率ET依据4-181 ET=0.17-0.616根据
10、塔顶、塔底液相组成查4-231,求得塔平均温度为95.15,该温度下料液相平均粘度为:m=0.281苯+(1-0.281)甲苯=0.2810.267+0.7190.275=0.273mPa.s故 ET=0.17-0.616=0.51752%2.4 塔板数的确定2.4.1 理论塔板层数NT的求取苯甲苯属理想物系,可采用图解法求理论板层数。2.4.1.1.绘t-x-y图和x-y图由手册1查的苯-甲苯物系的气液平衡数据表一 苯(101.3KPa)/%(mol)温度t液相中苯的摩尔分率x气相中苯的摩尔分率y110.560.000.00109.911.002.50108.793.007.11107.61
11、5.0011.2105.0510.0020.8102.7915.0029.4100.7520.037.298.8425.044.297.1330.050.795.5835.056.694.0940.061.992.6945.066.791.4050.071.390.1155.075.588.8060.079.187.6365.082.586.5270.085.785.4475.088.584.4080.091.283.3385.093.682.2590.095.981.1195.098.080.6697.098.880.2199.099.6180.01100.0100.0由上数据可绘出和t-x
12、-y图和x-y图。图一图二2.4.1.2.最小回流比及操作回流比的确定采用作图法求最小回流比。因为是泡点进料,则xF =xq,在图二中对角线上,自点(0.281,0.281)作垂线即为进料线(q线),该线与平衡线的交点坐标为yq = 0.486 xq=0.281故最小回流比为Rmin=2.298则操作回流比为 R= 1.25Rmin =1.252.298=2.8732.4.1.3精馏塔气、液相负荷的确定L=RD=2.873119.43=343.12kmol/hV=(R+1)D=(2.873+1)119.43=462.55 kmol/hL=L+F=343.12+363.48=706.60kmol
13、/hV=V=462.55kmol/h2.4.1.4.求操作线方程精馏段操作线方程为0.742x+0.247 提馏段操作线方程为 1.561x+0.0132.4.1.5.图解法求理论板层数采用图解法求理论板层数,如图二所示。求解结果为总理论塔板数 NT=17(包括再沸器)进料板位置 NF=82.4.2.实际塔板数的求取精馏段实际板层数 N精=7/0.52=13.4614提馏段实际板层数 N提=10/0.52=19.23202.5 精馏塔的工艺条件及有关物性的计算2.5.1操作压力计算塔顶操作压力 PD=4+101.3=105.3kPa每层塔板压降 P=0.70 kPa进料板压力 PF=105.3
14、+0.7014=115.1kPa精馏段平均压力 Pm=(105.3+115.1)/2=110.2 kPa2.5.2. 操作温度计算由图二得出塔顶温度 tD=81.10 C进料板温度 tF=97.56 C精馏段平均温度 tm=(81.10+97.56)/2=89.32 C2.5.3. 平均摩尔质量计算塔顶平均摩尔质量计算由xD=y1=0.957,查图二得 x1=0.90MVDm=0.95778.11+(1-0.957)92.13=78.71 kg/kmolMLDm= 0.9078.11+(1-0.90)92.13=79.51 kg/kmol进料板平均摩尔质量计算由图二解理论板,得 MVFm=0.
15、428278.11+(1-0.4282)92.13=86.13 kg/kmol MLFm=0.266578.11+(1-0.2665)92.13=88.25kg/kmol精馏段平均摩尔质量MVm=(78.71+86.13)/2=82.42 kg/kmolMLm=(79.51+88.25)/2=83.88 kg/kmol2.5.4.平均密度计算2.5.4.1. 气相平均密度计算由理想气体状态方程计算,即 Vm= kg/m32.5.4.2. 液相平均密度计算液相平均密度依下式计算,即1/ Lm= 塔顶液相平均密度的计算有tD=81.10 C,查手册1得 A=812 kg/m3 B=809 kg/m
16、3 LDm= kg/m3进料板液相平均密度计算有tF=97.46 C,查手册1得A=789kg/m3 B=797kg/m3 进料板液相的质量分率A= LFm= kg/m3 精馏段液相平均密度为 Lm=(883.55+794.91)/2=839.23kg/m32.5.5 液体平均表面张力计算液相平均表面张力依下式计算,即塔顶液相平均表面张力的计算有tD=81.10 C,查手册1得A=21.10 mN/m B=21.30 mN/mLDm=0.95721.10+0.04321.30=21.11 mN/m进料板液相平均表面张力的计算有tF=97.46 C,查手册1得 A=19.10 mN/m B=19
17、.60 mN/mLFm=0.32319.10+0.67719.60=19.44 mN/m精馏段液相平均表面张力为Lm= (21.11+19.44)/2=20.28 mN/m2.5.6.液体平均黏度计算液相平均粘度依下式计算,即塔顶液相平均粘度的计算由tD=81.10C,查1得 A=0.302 B=0.304=0.9570.302+0.0430.304=0.302 mPas进料板液相平均粘度的计算由tF=97.46C,查手册1得 A=0.26 B=0.29 =0.26650.26+0.72250.29=0.280 mPas精馏段液相平均粘度为 m=(0.302+0.280)/2=0.291 mP
18、as2.6 精馏段气液负荷计算V=(R+1)D=(2.873+1) 11.943=46.255 kmol/h精馏段的气、液相体积流率为m3/sm3/sLh=3.4.2 m3/s第三章 塔和塔板主要工艺尺寸计算3.1 塔径D参考表4-11初选板间距HT=0.40m,取板上液层高度hl=0.06m。故HT-hl=0.40-0.06=0.34m=0.0441查图4-51得C20=0.072,依是4-23校正到物系表面张力为20.4mN/m时的C,即C=0.2=0.072()0.2=0.0723umax=0.0723=1.232m/s取安全系数为0.70,则u= 0.7umax=0.701.232=0
19、.862m/s故 D=0.731m按标准塔径圆整后为2 2-171 页D=0.8m塔截面积为AT=m2实际空塔气速为u=0.733m/s3.2 溢流装置采用但溢流、弓形降液管、平行受液盘及平行溢流堰,不设进口堰。各项计算如下。3.2.1.溢流堰lw区堰长lw为0.66D,即Lw=0.66 0.8=0.528m3.2.2.出口堰高hwHw=hl-how由lw/D=0.528/0.8=0.66, Lh/lw2.5=3.42/0.5282.5=17.1m,查图4-91,知E为1.05,依式4-251,即How=E()2/3= 1.05 ()2/3=0.013m故 hw=0.06-0.013=0.04
20、7m3.2.3.降液管的宽度Wd与降液管的面积Af由lw/D=0.66查图4-111,得Wd/D=0.124,Af/AT=0.0722故 Wd=0.124D=0.125 0.8=0.1m Af=0.0722D2=0.07220.7580.82=0.035m2由式4-291计算液体在降液管中停留时间以检测降液管面积,即LS=14.74(5S符合要求)3.2.4.降液管底隙高度ho取液体通过降液管底隙的流速u0=0.08m/s,依式4-301计算降液管底隙高度ho,即则 =0.020m hW-h0=0.047-0.020=0.027m3.3 塔板的布置因D=0.8=0.80m,所以采用分块式。3.
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