筛板精馏塔课程设计(苯-甲苯)

第1页共39页荆楚理工学院化工原理课程设计题目：化工原理课程设计学生院系：化学工程与工艺学生姓名：吴俊杰学号：2011402010224专业班级：11级工艺（2）班指导老师：李巫山2013年12月4日第2页共39页目录一序言......................................................................................错误!未定义书签。二板式精馏塔设计任务书........................................................错误!未定义书签。三设计计算................................................................................错误!未定义书签。3.1设计方案的选定及基础数据的搜集..............................错误!未定义书签。3.2精馏塔的物料衡算..........................................................错误!未定义书签。3.3精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算..................错误!未定义书签。3.4精馏塔的塔体工艺尺寸计算...................................(14)错误!未定义书签。3.5塔板主要工艺尺寸的计算..............................................错误!未定义书签。3.6筛板的流体力学验算...............................................(20)错误!未定义书签。3.7塔板负荷性能图.......................................................(24)错误!未定义书签。四设计结果一览表.............................................................(29)错误!未定义书签。五板式塔得结构与附属设备.............................................(31)错误!未定义书签。5.1附件的计算................................................................(31)错误!未定义书签。5.1.1接管.................................................................(31)错误!未定义书签。5.1.2冷凝器.............................................................(33)错误!未定义书签。5.1.3再沸器............................................................(34)错误!未定义书签。5.1.4原料加热器.....................................................(35)错误!未定义书签。六参考书目.........................................................................(35)错误!未定义书签。七设计心得体会.................................................................(35)错误!未定义书签。八附录.................................................................................(37)错误!未定义书签。第3页共39页一、序言课程设计是化工原理课程的一个非常重要的实践教学内容。不仅能够培养学生运用所学的化工生产的理论知识，解决生产中实际问题的能力，还能够培养学生的工程意识。健全合理的知识结构可发挥应有的作用。此次化工原理设计是精馏塔的设计。精馏塔是化工生产中十分重要的设备。精馏塔内装有提供气液两相逐级接触的塔板，利用混合物当中各组分挥发度的不同将混合物进行分离。在精馏塔中，塔釜产生的蒸汽沿塔板之间上升，来自塔顶冷凝器的回流液从塔顶逐渐下降，气液两相在塔内实现多次接触，进行传质传热过程，轻组分上升，重组分下降，使混合物达到一定程度的分离。精馏塔的分离程度不仅与精馏塔的塔板数及其设备的结构形式有关，还与物料的性质、操作条件、气液流动情况等有关。本设计我们使用筛板塔。其突出优点为结构简单，造价低板上液面落差小，气体压强低，生产能力较大，气体分散均匀，传质效率较高。筛板塔是最早应于手工业生产的设备之一。合理的设计和适当的操作筛板塔能够满足要求的操作弹性而且效率高。采用筛板塔可解决堵塞问题适当控制漏夜实际操作表明，筛板在一定程度的漏液状态下，操作是板效率明显降低，其操作的负荷范围较泡罩塔窄，但设计良好的筛板塔其操作弹性仍可达到标准。精馏是分离液体混合物（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、液两相多次直接接触和分离，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。课程设计是让同学们理论联系实践的重要教学环节，是对我们进行的一次综合性设计训练。通过课程设计能使我们进一步巩固和加强所学的专业理论知识，还能培养我们独立分析和解决实际问题的能力。更能培养我们的创新意识、严谨认真的学习态度。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第4页共39页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。二、筛板精馏塔设计任务书一、设计题目苯-甲苯连续精馏筛板塔的设计。二、设计任务(1)原料液中苯含量：质量分率＝32％，其余为甲苯。(2)塔顶产品中苯含量不得低于96%(质量)。(3)残液中苯含量不得高于2％(质量)。(4)进料处理量：5.0t/h苯产品。三、操作条件(1)精馏塔顶压强：4.0kPa(表压)(2)进料热状态：50℃(3)加热蒸气：0.5Mpa（表压）的饱和蒸气(4)回流比：自选。(5)单板压降压：不大于0.7kPa四、厂址：荆门地区（年平均水温20℃）五、设计内容及要求(1)设计方案的确定及流程说明(2)塔的工艺计算(3)塔和塔板主要工艺尺寸的设计塔高、塔径以及塔板结构尺寸的确定；塔板的流体力学验算；塔板的负荷性能图。(4)主要附属设备计算（再沸器、塔顶冷凝剂、原料加热器）。(5)编制设计结果概要或设计一览表。(6)对本设计的评述或有关问题分析讨论。(7)蒸馏塔的工艺条件图。(8)通过化工过程模拟软件与自己的结果比较。第5页共39页(9)绘制精馏塔的简图六、按要求编制相应的设计说明书。七、主要参考资料化工原理、化工原理课程设计指导书、化工工艺设计手册、物理化学手册八、指导老师：李文波三、设计计算3.1设计方案的选定及基础数据的搜集本设计任务为分离苯-甲苯混合物。对于二元混合物的分离，应采用连续精馏流程。设计中采用进料热状况为50ºC的混合物，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内，其余部分经产品冷却器冷却后送至储罐。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2倍。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。3.2精馏塔的物料衡算(1)原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率苯的摩尔质量kmolkgMA/11.78甲苯的摩尔质量kmolkgMB/13.92367.013.92/68.011.78/32.011.78/32.0Fx966.013.92/04.011.78/96.011.78/96.0Dx024.013.92/98.011.78/02.011.78/02.0Wx(2)原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量)/(98.8613.92)367.01(11.78367.0kmolkgMF)/(59.7813.92)966.01(11.78966.0kmolkgMD)/(79.9113.92)024.01(11.78024.0kmolkgMW第6页共39页(3)物料衡算原料处理量)/(48.5798.865000hkmolF总物料衡算WD48.57苯物料衡算WD024.0966.0367.048.57联立解得)/(93.20hkmolD)/(55.36hkmolW3.3精馏塔的实际板数及工艺条件和有关物性数据的计算3.3.1塔板数的确定1)理论板层数TN的求取苯－甲苯属于理想物系，可采用图解法求理论版层数。先绘制t-x-y图和x-y图由手册查的苯甲苯物系的气液平衡数据苯—甲苯气液平衡[苯（101.3KPa）/%（mol）]t/ºC80.184889296100104108110.6x10.8160.6150.5040.3730.2560.1520.0570y10.9190.8250.7170.5940.4550.30.1250由上表用CAD绘制的t-x-y图如下：苯的气液平衡曲线（101.3kPa）70809010011012000.20.40.60.81苯的摩尔分数x(y)温度t/℃第7页共39页1.查得苯－甲苯物系的气液平衡数据，绘出y－x图，见下图所示1.求最小回流比及操作回流比。采用作图法求最小回流比。在图中的q线与平衡线的交点为q（0.367,0.588），q线为Fxx，故最小回流比为：71.1367.0588.0588.0966.0minqqqDxyyxR取操作回流比为：42.371.122minRR2.求精馏塔的气、液相负荷。)/(58.7193.2042.3hkmolDRL)/(51.9293.20)142.3()1(hkmolDRV)/(06.12948.5758.71hkmolqFLL)/(51.92hkmolVV3.求操作线方程。精馏段操作线方程为219.0774.0111nDnnxRxxRRy第8页共39页提馏段操作线方程为009.0395.11mwmmxWqFLWxxWqFLqFLy4.用图解法求理论板层数，如上图所示。求解结果为：总理论板层数1.12TN(包括再沸器)进料板位置6FN，精馏段理论板层数为5层，提馏段理论板层数为7.1层。2)实际板层数的求取全塔效率假设为0.54。精馏段实际板层数103.954.0/5精N提馏段实际板层数123.1154.0/1.6提N实际进料板位置为11110FN实际总塔板数层数11.1/0.5420.622N3.3.2精馏塔的工艺条件以及有关物性数据的计算⑴操作压力的计算塔顶操作压力kPaPD3.10543.101每层塔板压降kPaP7.0进料板压力kPaPF3.112107.03.105塔底操作压力kPaPW3.115207.03.101精馏段平均压力kPaPm8.1082/)3.1123.105(精提馏段平均压力kPaPm8.1132/)3.1123.115(提⑵操作温度的计算依据操作压力，由泡点方程通过