吴昕昊课程设计

1课程设计课程名称：化工原理课程设计设计题目：分离苯和甲苯的浮阀塔设计学院：环境科学与工程学院专业：环境工程年级：11级学号：201110701128学生姓名：吴昕昊指导教师：陈樑、黄兵日期：2014年7月11号教务处制2目录课程任务设计要求.........................................................4一、设计题目...........................................................4二、设计任务及操作条件.................................................4三、设计内容...........................................................4前言....................................................................6设计说明书............................................................7一、设计目的和意义..................................................7二、分离方法的确定..................................................72.1.物料性质.........................................................72.2.混合液体分离方法.................................................9三、工艺流程.......................................................10四、重要参数确定...................................................114.1.回流比..........................................................114.2.操作条件........................................................11五、方案的说明和论证..................................................12计算说明书...........................................................14六、塔的物料衡算、热量衡算............................................146.1.物料衡算........................................................146.2.最小回流比、操作回流比及V，L，V’，L’..........................146.3.能量衡算........................................................15七、塔的主要工艺尺寸的确定............................................167.1.塔的有效高度....................................................167.2.塔径............................................................177.3.溢流装置........................................................207.4.塔板布置........................................................217.5.流体力学验算....................................................237.6.负荷性能图......................................................263八、设计结果汇总表....................................................308.1.物料衡算表......................................................308.2.能量衡算表......................................................308.3.浮阀塔板工艺设计计算结果........................................30九、辅助设备的选型与计算..............................................329.1.塔体结构........................................................329.2．换热器.........................................................349.3.主要接管尺寸....................................................37设计小结..............................................................40参考文献..............................................................41致谢...................................................................414课程任务设计要求一、设计题目分离苯和甲苯混合物的浮阀塔设计二、设计任务及操作条件1、混合物流量F=5kg/s，其中易挥发组分含量为35%（质量比）；2、要求塔顶馏出液中含苯98%，塔釜残液中含苯不大于1.7%；3、塔内为常压操作；4、进料热状况为泡点饱和液体进料；5、塔顶为全凝器，泡点回流。冷却水进出冷凝器的温度分别为20℃和30℃；6、再沸器用绝压为200kpa的饱和蒸汽加热，在泡点下排出；7、总板效率为50%；8、采用F1型浮阀塔。三、设计内容1、设计方案的选择及流程的确定；2、塔的物料衡算、热量衡算；3、塔的主要工艺尺寸的确定；（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；5（3）塔板的负荷性能图。4、辅助设备的选型与计算；5、绘制工艺流程图（2号图一张）6、绘制浮阀塔的设备图（1号图一张）；7、编写设计说明书6前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）所学知识，完成一个单元设备设计为主的一次性实践教学，是理论联系实际的桥梁，在整个教学中起着培养学生能力的重要作用。通过课程设计，要求更加熟悉工程设计的基本内容，掌握化工单元操作设计的主要程序及方法，锻炼和提高学生综合运用理论知识和技能的能力，问题分析能力，思考问题能力，计算能力等。化工生产中常需进行液体混合物的分离以达到提纯或回收有用组分的目的。互溶液体混合物的分离有多种方法，蒸馏及精馏是其中最常用的一种。蒸馏是分离均相混合物的单元操作之一，精馏是最常用的蒸馏方式，是组成化工生产过程的主要单元操作。为实现高纯度的分离已成为蒸馏方法能否广泛应用的核心问题，为此而提出了精馏过程。精馏的核心是回流，精馏操作的实质是塔底供热产生蒸汽回流，塔顶冷凝造成液体回流。7设计说明书一、设计目的和意义苯和甲苯都是有机化工的重要原料，因此对苯和甲苯混合液体的分离可以提纯苯和甲苯并综合利用该物质，精馏是分离液体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的应用。精馏塔是化工生产中分离互溶液体的典型分离设备。它是依据精馏原理对液体进行分离，即在一定压力下，利用互溶液体混合物和组分的沸点或饱和蒸汽压不同，使轻组分（即沸点较低或饱和蒸汽压较高的成分）汽化经多次部分液相汽化和部分气相冷凝，使气相中的轻组分和液相中的重组分浓度逐渐升高，也就是在提馏段上升的轻组分的易挥发组分逐渐增多，难挥发组分逐渐减少，而下降液体重易挥发组分逐渐减少，难挥发组分逐渐增多，从而实现分离目的，满足化工连续化生产的需要。二、分离方法的确定2.1.物料性质苯苯（Benzene,C6H6）在常温下为一种无色、有甜味的透明液体，并具有强烈的芳香气味。苯可燃，毒性较高，是一种致癌物质。苯的沸点为80.1℃，熔点为5.5℃，。苯比水密度低，密度为0.88g/ml，但其分子质量比水重。苯难溶于水，1升水中最多溶解1.7g苯；但苯是一种良好的有机溶剂，溶解有机分子和一些非极性的无机分子的8能力很强，除甘油，乙二醇等多元醇外能与大多数有机溶剂混溶。除碘和硫稍溶解外，大多数无机物在苯中不溶解。甲苯甲苯（methylbenzene,C7H8）为无色澄清液体。有苯样气味。有强折光性。能与乙醇、乙醚、丙酮、氯仿、二硫化碳和冰乙酸混溶，极微溶于水。相对密度0.866。凝固点-95℃。沸点110.6℃。折光率1.4967。闪点（闭杯）4.4℃。易燃。蒸气能与空气形成爆炸性混合物，爆炸极限1.2%～7.0%（体积），高浓度气体有麻醉性。有刺激性。表1-1苯-甲苯的密度温度/℃020406080100120苯/(kg/m3)877.4857.3836.6815.0792.5767.9甲苯/(kg/m3)885.6867.0848.2829.3810.0790.3770.0表1-2苯-甲苯的表面张力温度/℃020406080100120苯/(mN/m)31.6028.8026.2523.7421.2718.8516.49甲苯/(mN/m)30.8928.5426.2223.9421.6919.4917.3492.2.混合液体分离方法方法原理影响因素特点精馏利用混合物中各组分挥发能力的差异，通过液相和气相的回流，使气、液两相逆向多级接触，在热能驱动和相平衡关系的约束下，使得易挥发组分（轻组分）不断从液相往气相中转移，而难挥发组分却由气相向液相中迁移，使混合物得到不断分离1.操作压力2.操作温度3.进料热状态4.回流比5.进料组分及进料量6.塔顶、塔底采出量1.无需外加试剂，可直接获得产品2.试用范围广3.适用于各种浓度混合物分离4.耗能较大萃取利用化合物在两种互不相溶（或微溶）的溶剂中溶解度或分配系数的不同，使化合物从一种溶剂内转移到另外一种溶剂中。经过反复多次萃取，将绝大部分的化合物提取出来。1.操作压力2.操作温度3.萃取剂流量4.萃取时间5.物料性质1.常温操作2.节省能源3.操作方便4.选择性好5.不能直接获得产品蒸发使含有不挥发溶质的溶液沸腾汽化并移出蒸汽，从而是溶液中溶质组成提高1.温度2.气流速度3.被蒸发物体的表面积1.溶液沸点升高2.物料性质对操作影响较大3.耗能大因此根据物料性质和工艺条件等选择精馏分离苯-甲苯。本设计任务为分离苯一甲苯混合物，对于二元混合物的分离，应采用连续精馏流程。连续精馏既能保证液体混合物得到较完全的分离、物料浪费的减小（回流的运用），同时能够保证产品稳定连续的生产，但是要注意方案中泵的备用以及储罐（或储槽）容量的设计。10三、工艺流程冷凝塔釜原料换热器精馏塔塔顶全凝器再沸器再沸馏出液釜残液11四、重要参数确定4.1.回流比回流是保证精馏塔连续稳定操作的必要条件之一，且回流比是影响精馏操作费用和投资费用的重要因素。对于一定的分离任务（即F,xF,q,xD,xW一定）而言，应选择适宜的回流比。精馏的操作费用，主要决定