7万吨年苯氯苯连续精馏塔浮阀塔的设计.doc
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1、, 广东石油化工 学院 学 院化工原理课程设计题目:7万吨/年苯氯苯连续精馏塔浮阀塔的设计 指导教师 :李 燕 成绩 评阅教师 姓名 梁 海 滨 班级 化 工 10-7 班 学号 10014020720 完成时间 2013-1-13 目录化工原理课程设计任务书。4设计计算书。5一、设计方案的确定及流程说明.。5 1.1设计方案的思考。5 1.2设计方案的特点。5 1.3工艺流程的确定。5 1.4设计方案的确定及工艺流程的说明。6 1.5符号说明。6二、塔的工艺计算.。8 2.1物料衡算。8 2.1.1全塔的物料衡算。8 2.1.3 料液及塔顶底产品的摩尔流率。8 2.2理论塔板数的求取。8 2
2、.2.1梯级图解法(MT法)求取。8 2.2.2 确定操作的回流比R。9 2.2.3求精馏塔的汽、液相负荷。10 2.3实际塔板数。12 2.3.1全塔效率。122.4精馏塔主要物性。13 2.4.1平均压强。13 2.4.2 平均温度。13 2.4.3平均分子量。14 2.4.4平均密度。142.4.4.1液相平均密度。142.4.4.2汽相平均密度。152.4.5 液体的平均表面张力。162.4.6 液体的平均粘度。16 2.4.6.1 塔顶液相平均粘度。172.4.6.2 进料板液相平均粘度。172.4.6.3 塔底液相平均粘度。182.4.7 气液相体积流量。18三、塔和塔板的工艺尺寸
3、设计。193.1塔高,塔高及塔径的确定并圆整。193.2塔板结构尺寸的确定。203.2.1 溢流装置.。203.2.2溢流堰长(出口堰长)。213.2.3出口堰高。213.2.4 降液管的宽度和降液管的面积。223.2.5 降液管的底隙高度。223.2.6 塔板的分块。233.2.7边缘区宽度确定.。233.2.8开孔区面积计算.。233.2.9 浮阀数计算及其排列。233.3塔板的流体力学验算;绘出塔板的负荷性能图。253.3.1塔板压降。253.3.2 液泛计算。273.3.3雾沫夹带的计算。29 3.3.4 雾沫夹带上限线。313.3.5液泛线。323.3.6 液相负荷上限线。343.3
4、.7气体负荷下限线(漏液线)。343.3.8 液相负荷下限线。34四、辅助设备选型与计算。364.1塔顶冷凝器.。364.2塔底再沸器。374.3塔顶空间。384.4塔底空间。384.5人孔数目。384.6 塔高。38五、接管尺寸计算。405.1 进料管.。405.2 回流管。405.3 塔顶蒸汽接管。415.4 釜液排出管。415.5 塔釜进气管。42七、设计结果汇总表。42八、对本设计的评述。43参考文献。44化工原理课程设计任务书(一)设计题目 :苯氯苯连续精馏塔浮阀塔的设计(二)设计任务及操作条件工艺参数:原料含苯48 (质量分数,下同)塔顶产品中苯含量为:不小于99,塔底残液中含苯为
5、:不高于2。该塔的生产能力为: 质量流量=7万吨/年,每年按300天计算,每天24小时连续运转。基本条件:顶压强为4kPa(表压),单板压降0.7kPa,进料状态:自选,再沸器采用低压蒸汽加热0.5MPa,R=(1.22)Rmin。二、设计内容:1、设计方案的确定及流程说: 确定全套精馏装置的流程,绘出流程示意图,标明所需的设备、管线及有关控制的主要仪表,并对操作条件和主要设备做简要说明。2、塔的工艺计算:物料衡算、理论板数、实际板数、热量衡算、精馏塔主要物性。3、塔和塔板的工艺尺寸设计:1)塔高、塔高及塔径的确定并圆整;2)塔板结构尺寸的确定;3)塔板的流体力学验算;绘出塔板的负荷性能图。4
6、、辅助设备选型与计算:1)塔顶冷凝器的热负荷和冷却水用量;2)塔底再沸器的热负荷和水蒸汽用量;5、接管尺寸计算;6、绘制塔板结构图(大号坐标纸)、绘制装置工艺流程图、塔设备结构简图;7、设计结果概要或设计一览表;8、对本设计的评述或有关问题的分析讨论。三、设计要求:1、设计完成后,设计说明书一份。设计说明书包括:封面、目录、设计任务书、设计计算书、设计结果汇总表、塔板的负荷性能图、塔板结构图、装置工艺流程图、塔设备结构简图、参考文献及设计自评表等。2、设计计算书主要包括:设计内容四、参考文献格式:作者 题名 书刊名 出版地 出版者 出版日期 参考章节 五、参考书目:1、 姚玉英 . 化工原理
7、,上册,1版.天津:天津大学出版社,19992、 柴诚敬.化工原理课程设计. 1版.天津:天津大学出版社,19943、 匡国柱.化工单元过程及设备课程设计. 1版.北京:化学工业出版社,20024、 李功祥.常用化工单元设备设计.1版.广州:华南理工大学出版社,2003设计计算书一、设计方案的确定及流程说明:1.1设计方案的思考通体由不锈钢制造,塔节规格25100mm、高度0.51.5m,每段塔节可设置12个进料口/测温口,亦可结合客户具体要求进行设计制造各种非标产品。整个精馏塔包括:塔釜、塔节、进料罐、进料预热器、塔釜液储罐、塔顶冷凝器、回流比控制器、产品储罐等。塔压降由变送器测量,塔釜上升
8、蒸汽量可通过采用釜液温度或灵敏板进行控制,塔压可采用稳压阀控制,并可装载自动安全阀。为使塔身保持绝热操作,采用现代化仪表控制温度条件,并可在室温300范围内任意设定。同时,为了满足用户的科研需要,每一段塔节内的温度、塔釜液相温度、塔顶气相温度、进料温度、回流温度、塔顶压力、塔釜压力、塔釜液位、进料量等参数均可以数字显示1.2设计方案的特点浮阀塔由于气液接触状态良好,雾沫夹带量小(因气体水平吹出之故),塔板效率较高,生产能力较大。浮阀塔应用广泛,对液体负荷变化敏感,不适宜处理易聚合或者含有固体悬浮物的物料,浮阀塔涉及液体均布问题在气液接触需冷却时会使结构复杂板式塔的设计资料更易得到,便于设计和对
9、比,而且更可靠。浮阀塔更适合,塔径不是很大,易气泡物系,腐蚀性物系,而且适合真空操作。1.3工艺流程的确定原料液由泵从原料储罐中引出,在预热器中预热后送入连续板式精馏塔F1型浮阀塔,塔顶上升蒸汽流采用强制循环式列管全凝器冷凝后一部分作为回流液,其余作为产品经冷却至后送至产品槽;塔釜采用热虹吸立式再沸器提供气相流,塔釜残液送至废热锅炉。以下是浮阀精馏塔工艺简图:1.4设计方案的确定及工艺流程的说明本设计任务为分离苯-氯苯混合物。对于二元混合物的分离,应采用连续精馏过程。设计中采用泡点进料(q=1),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
10、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。塔釜采用间接蒸汽加热,塔底产品经冷却后送至储罐。1.5符号说明:Aa塔板开孔区面积,m2Af降液管截面积,m2A0阀孔总面积,m2At塔截面积,m2c0流量系数,无因次C计算umax时的负荷系数,m/sd 填料直径,md0筛孔直径,mD 塔径,mDL液体扩散系数,m2/sDV气体扩散系数,m2/sev液沫夹带量,kg(液)/kg(气) E液流收缩系数,无因次ET总板效率,无因次F气相动能因子,kg1/2/(s.m1/2)F0阀孔气相动能因子,g重力加速度,9.8m/s2h填料层分段高度
11、,mh1进口堰与降液管间的水平距离,mhc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,mhf塔板上鼓泡层高度,mhl与板上液层阻力相当的液柱高度,m液柱hL板上清液层高度,mhmax允许的最大填料层高度,mh0降液管的低隙高度,mhOW堰上液层高度,mhW出口堰高度,mhW进口堰高度,mh与克服表面张力的压降相当的液柱高度,m液柱H板式塔高度,mHB塔底空间高度,mHd降液管内清液层高度,mHD塔顶空间高度,mHF进料板处塔板间距,mHOG气相总传质单元高度,mHP人孔处塔板间距,mHT塔板间距,mH1封头高度,H2裙座高度,lW堰长,mLh液体体积流量,m3/h
12、Ls液体体积流量,m3/hLw润湿速率,m3/(mh)m相平衡常数,无因次n阀孔数目NT理论板层数P操作压力,PaP压力降,PaPP气体通过每层筛板的压降,Par鼓泡区半径,mu空塔气速,m/suF泛点气速,m/su0气体通过阀孔的速度,m/su0,min漏液点气速,m/su0液体通过降液管底隙的速度,m/sVh气体体积流量,m3/hVs气体体积流量,m3/hwL液体质量流量,/hwV气体质量流量,/hWc边缘无效区宽度,mWd弓形降液管宽度,mx液相摩尔分数X液相摩尔比y气相摩尔分数Y气体摩尔比Z填料层高度 ,m充气系数,无因次空隙率,无因次液体在降液管内停留时间s粘度,Pas密度,kg/m
13、3表面张力,N/m开孔率或孔流系数,无因次填料因子,l/m液体密度校正系数,无因次下标max最大的min最小的L液二、塔的工艺计算2.1物料衡算2.1.1全塔的物料衡算料液及塔顶底产品含苯的摩尔分率苯和氯苯的相对摩尔质量分别为78.11 kg/kmol和112.61kg/kmol。5712.1.2 平均摩尔质量2.1.3 料液及塔顶底产品的摩尔流率依题给条件:一年以300天,一天以24小时计,有: ,全塔物料衡算: 釜液处理量 总物料衡算 苯物料衡算 联立解得 2.2理论塔板数的求取2.2.1苯-氯苯物系属于理想物系,可采用梯级图解法(MT法)求取,步骤如下:1.根据苯-氯苯的相平衡数据,利用
14、泡点方程和露点方程求取依据,将所得计算结果列表如下: 表3-1 相关数据计算温度/8090100110120130140苯760102513501760225028402900氯苯148205293400543719760两相摩尔分率x10.6770.4420.2650.1270.0190y10.9130.7850.6140.3760.0710相对挥发度5.135135 54.6075094.44.1436463.949933.815789本题中,塔内压力接近常压(实际上略高于常压),而表中所给为常压下的相平衡数据,因为操作压力偏离常压很小,所以其对平衡关系的影响完全可以忽略。平均相对挥发度,
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