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《化工原理》课程设计设计题目:3500kg/h苯--甲苯常压连续筛板精馏塔设计专业:xxxxxxxxx班级:xxxxxx学号:P1102090417姓名:xxxx日期:2012年6月18日—2012年6月29日指导教师:xxxxxx设计成绩:日期:课程设计任务书一、课题名称2苯—甲苯3500kg/h常压连续筛板精馏塔设计二、课题条件(原始数据)一、设计方案的选定原料:苯、甲苯处理量:3500kg/h原料组成(苯的质量分数):45%回流比:自选错误!未指定书签。单板压降:不大于0.7Kpa进料状态:泡点进料塔顶流出液苯的含量:96%(质量分率)塔底釜液含甲苯含量不高于4%(质量分率)塔顶压强:4KPa(表压)热源:低压饱和水蒸汽设备形式:筛板塔目录摘要…………………………………………………………………………………I3第一章绪论…………………………………………………………………………1第二章设计方案的确定……………………………………………………………32.1操作条件确定………………………………………………………………32.1.1操作压力………………………………………………………………32.1.2进料状态………………………………………………………………32.1.3加热方式………………………………………………………………32.2确定设计方案的原则………………………………………………………42.2.1满足工艺和操作的要求………………………………………………42.2.2满足经济上的需求……………………………………………………42.2.3保证安全生产…………………………………………………………42.3设计方案简介…………………………………………………………5第三章塔体计算……………………………………………………………………63.1精馏塔的物料衡算…………………………………………………………63.1.1原料液级塔顶、塔底产品的摩尔分率………………………………63.1.2原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量…………………………63.1.3物料衡算………………………………………………………………6第四章塔板计算……………………………………………………………………74.1塔板数的确定…………………………………………………………………74.1.1理论塔板数TN的求取…………………………………………………74.1.2实际塔板数的求取……………………………………………………94.2精馏段的计算………………………………………………………………114.2.1精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算…………………………114.2.2精馏塔塔体工艺尺寸计算……………………………………………144.2.3塔板主要工艺尺寸计算………………………………………………164.2.4筛板的流体力学验算…………………………………………………184.2.5精馏段塔板负荷性能图………………………………………………204.3提镏段的计算………………………………………………………………254.3.1精馏塔提镏段工艺条件………………………………………………254.3.2提馏塔的塔体工艺尺寸计算…………………………………………2744.3.3塔板主要工艺尺寸计算……………………………………………284.3.4筛板的流体力学验算………………………………………………294.3.5提镏段塔板负荷性能图………………………………………………31第五章塔附件设计………………………………………………………………365.1塔体的设计………………………………………………………………365.2附件的计算………………………………………………………………365.1.1接管……………………………………………………………………365.3附属设备设计……………………………………………………………395.3.1冷凝管………………………………………………………………395.3.2再沸器………………………………………………………………39第六章热量衡算……………………………………………………………………406.1塔顶热量衡算……………………………………………………………406.2塔的热量衡算………………………………………………………………416.3焓值衡算……………………………………………………………………42附录[1]苯----甲苯连续精馏过程板式精馏塔操作物料流程示意图…………45设计总结……………………………………………………………………………46参考文献……………………………………………………………………………47摘要精馏是分离液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的应用。本设计的题目是苯—甲苯二元物系板式精馏塔的设计。在确5定的工艺要求下,确定设计方案,设计内容包括精馏塔工艺设计计算,塔辅助设备设计计算,精馏工艺过程流程图,精馏塔设备结构图,设计说明书。关键词:筛板塔;苯--甲苯;工艺计算;结构图1第一章绪论塔设备是炼油、化工、石油化工等生产中广泛应用的气液传质设备。根据塔内气液接触部件的结构型式,可分为板式塔和填料塔。板式塔内设置一定数目的塔板,气体以鼓泡或喷射形式穿过板上液层进行质热传递,气液相组成呈阶梯变化,属逐级接触逆流操作过程。填料塔内装有一定高度的填料层,液体自塔顶沿填料表面下流,气体逆流向上(也有并流向下者)与液相接触进行质热传递,气液相组成沿塔高连续变化,属微分接触操作过程。工业上对塔设备的主要要求是:(1)生产能力大;(2)传热、传质效率高;(3)气流的摩擦阻力小;(4)操作稳定,适应性强,操作弹性大;(5)结构简单,材料耗用量少;(6)制造安装容易,操作维修方便。此外,还要求不易堵塞、耐腐蚀等。板式塔大致可分为两类:(1)有降液管的塔板,如泡罩、浮阀、筛板、导向筛板、新型垂直筛板、蛇形、S型、多降液管塔板;(2)无降液管的塔板,如穿流式筛板(栅板)、穿流式波纹板等。工业应用较多的是有降液管的塔板,如浮阀、筛板、泡罩塔板等。苯的沸点为80.1℃,熔点为5.5℃,在常温下是一种无色、味甜、有芳香气味的透明液体,易挥发。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能力很强。甲苯是最简单,最重要的芳烃化合物之一。在空气中,甲苯只能不完全燃烧,火焰呈黄色。甲苯的熔点为-95℃,沸点为111℃。甲苯带有一种特殊的芳香味(与苯的气味类似),在常温常压下是一种无色透明,清澈如水的液体,密度为0.866克/厘米3,对光有很强的折射作用(折射率:1,4961)。甲苯几乎不溶于水(0,52g/l),但可以和二硫化碳,酒精,乙醚以任意比例混溶,在氯仿,丙酮和大多数其他常用有机溶剂中也有很好的溶解性。甲苯的粘性为0,6mPas,也就是说它的粘稠性弱于水。甲苯的热值为40.940kJ/kg,闪点为4℃,燃点为535℃。分离苯和甲苯,可以利用二者沸点的不同,采用塔式设备改变其温度,使其分离并分别进行回收和储存。板式精馏塔、浮法塔都是常用的塔类型,可以根据不同塔各自特点选择所需要的塔。2筛板是在塔板上钻有均布的筛孔,呈正三角形排列。上升气流经筛孔分散、鼓泡通过板上液层,形成气液密切接触的泡沫层(或喷射的液滴群)。筛板塔是1932年提出的,当时主要用于酿造,其优点是结构简单,制造维修方便,造价低,气体压降小,板上液面落差较小,相同条件下生产能力高于浮阀塔,塔板效率接近浮阀塔。其缺点是稳定操作范围窄,小孔径筛板易堵塞,不适宜处理粘性大的、脏的和带固体粒子的料液。但设计良好的筛板塔仍具有足够的操作弹性,对易引起堵塞的物系可采用大孔径筛板,故近年我国对筛板的应用日益增多,所以在本设计中设计该种塔型。3第二章设计方案的确定2.1操作条件的确定确定设计方案是指确定整个精馏装置的流程、各种设备的结构型式和某些操作指标。例如组分的分离顺序、塔设备的型式、操作压力、进料热状态、塔顶蒸汽的冷凝方式等。下面结合课程设计的需要,对某些问题作些阐述。2.1.1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加,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,便于利用蒸汽冷凝时的热量,或可用较低品位的冷却剂使蒸汽冷凝,从而减少蒸馏的能量消耗。2.1.2进料状态进料状态与塔板数、塔径、回流量及塔的热负荷都有密切的联系。在实际的生产中进料状态有多种,但一般都将料液预热到泡点或接近泡点才送入塔中,这主要是由于此时塔的操作比较容易控制,不致受季节气温的影响。此外,在泡点进料时,精馏段与提馏段的塔径相同,为设计和制造上提供了方便。2.1.3加热方式蒸馏釜的加热方式通常采用间接蒸汽加热,设置再沸器。有时也可采用直接蒸汽加热。然而,直接蒸汽加热,由于蒸汽的不断通入,对塔底溶液起了稀释作用,在塔底易挥发物损失量相同的情况下,塔底残液中易挥发组分的浓度应较低,因而塔板数稍有增加。采用直接蒸汽加热时,加热蒸汽的压力要高于釜中的压力,以便克服蒸汽喷出小孔的阻力及釜中液柱静压力。对于苯-甲苯溶液,一般采用1.1~2.0KPa(表压)。42.2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:2.2.1满足工艺和操作的要求所设计出来的流程和设备,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。2.2.2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。2.2.3保证安全生产例如苯属有毒物料,不能让其蒸汽弥漫车间。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。52.2设计方案简介1.精馏方式:本设计采用连续精馏方式。原料液连续加入精馏塔中,并连续收集产物和排出残液。其优点是集成度高,可控性好,产品质量稳定。由于所涉浓度范围内苯和甲苯的挥发度相差较大,因而无须采用特殊精馏。2.操作压力:本设计选择常压,常压操作对设备要求低,操作费用低,适用于苯和甲苯这类非热敏沸点在常温(工业低温段)物系分离。3.塔板形式:根据生产要求,选择结构简单,易于加工,造价低廉的筛板塔,筛板塔处理能力大,塔板效率高,压降教低,在苯和甲苯这种黏度不大的分离工艺中有很好表现。4.加料方式和加料热状态:设计采用泡点进料,将原料通过预热器加热至泡点
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