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化工原理课程设计--精馏塔的设计与热量衡算.doc

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中南民族大学化工原理课程设计学院:化学与材料科学学院专业:化学工程与工艺年级:2010题目:精馏塔的设计与热量衡算学生姓名:杨帆学号:10081150学生姓名:张柳丝学号:10081151指导教师姓名:刘冰职称:讲师2013年6月19日课程设计任务书课程名称化工原理课程设计课程代码设计时间2013年6月指导教师刘冰专业化学工程与工艺班级10级2班一、课程设计任务(题目)及要求(一)设计任务:筛板塔设计在一常压操作的连续精馏塔内分离苯、甲苯混合物。

原料液处理量为1262.63kg/h、组成为0.40(苯的质量分数,下同),要求塔顶馏出液的组成为0.95,塔底釜液的组成为0.02。设计条件如下:操作压力101.3kPa(绝对压力)进料热状况自选回流比自选单板压降≤0.7kPa全塔效率ET=55.6%气候条件忽略试根据上述工艺条件作出筛板塔的设计计算。设计基本资料见主要参考资料。(二)设计要求1、学生应在老师指导下独立完成,题目不可更换。2、查阅相关资料,自学具体课题中涉及到的新知识。3、最后提交的课程设计成果包括:a)课程设计说明书纸质文件及电子文件。b)课程设计相关设计图纸质文件及电子文件。

2、对课程设计成果的要求(包括课程设计说明书、图纸、图表、实物等软硬件要求)1、分析课程设计题目的要求;2、写出详细设计说明;3、写出详细计算过程、经验值的取舍依据;4、设计完成后提交课程设计说明书及相关设计图;5、设计说明书应内容充实、写作规范、项目填写正确完整、书面整洁、版面编排、图表绘制符合要求。6、计算过程使用的符号符合参考资料中的要求,设计内容按参考资料设计示例执行。理论塔板数的求取用逐板计算法。Af和Wd的求取按自己推导的公式进行。三、主要参考资料[1]陈敏恒,从得滋,方图南等.化工原理(下册)第三版.北京:化学工业出版社,2006.[2]刘光启。

马连湘,刘杰.化学化工物性数据手册(有机卷).北京:化学工业出版社,2002.[3]王国胜.化工原理课程设计(第二版).大连理工大学出版社.2006,8.指导教师(签名):教研室主任(签名):摘要本次设计是针对二元物系的精馏问题进行分析、选取、计算、核算、绘图等,是较完整的精馏设计过程。我们对此塔进行了工艺设计,包括它的辅助设备及进出口管路的计算,画出了塔板负荷性能图,并对设计结果进行了汇总。此次设计的筛板塔是化工生产中主要的气液传质设备。此设计的精馏装置包括精馏塔,再沸器,冷凝器等设备。热量自塔釜输入,物料在塔内经多次部分气化与部分冷凝进行精馏分离,由塔顶产品冷凝器中的冷却介质将余热带走。

本次设计是精馏塔及其进料预热的设计,分离质量分数为40%的苯—甲苯溶液,使塔顶产品苯的质量分数达到95%,塔底釜液质量分数为2%。综合工艺操作方便、经济及安全等多方面考虑,本设计采用了筛板塔对苯甲苯进行分离提纯,塔板为碳钢材料,按照逐板计算求得理论板数为13。根据经验式算得全塔效率为0.555。塔顶使用全凝器,部分回流。精馏段实际板数为10,提馏段实际板数为15。实际加料位置在第10块板。精馏段弹性操作为2.785,提馏段弹性操作为2.864。塔径为0.6m。通过板压降、漏液、液泛、液沫夹带的流体力学验算,均在安全操作范围内。确定了操作点符合操作要求。关键词:苯甲苯;精馏;板式塔;

塔设备结构;热量衡算目录摘要3前言71概述81.1苯甲苯简介81.1.1苯81.1.2甲苯81.2精馏流程设计方案的确定81.2.1确定设计方案的原则81.2.2设计任务叙述91.2.3设计方案的确定92设计计算112.1精馏塔的物料衡算112.1.1原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率112.1.2原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量112.1.3全塔总物料衡算122.2塔板数的确定122.2.1理论板层数NT的求取122.2.2实际板层数的求取162。

3精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算182.3.1操作压力计算182.3.2平均摩尔质量计算192.3.3平均密度计算192.3.4液体平均表面张力计算212.3.5液体平均粘度计算222.4精馏塔的塔体工艺尺寸计算222.4.1塔径的计算222.4.2精馏塔有效高度计算252.5塔板主要工艺尺寸的计算252.5.1溢流装置设计252.5.2板式精馏塔的结构设计302.6筛板的流体力学验算312.6.1精馏段筛板的流体力学验算312.6.2提馏段筛板的流体力学验算352.7塔板负荷性能图372.7.1精馏段塔板负荷性计算372.7.2提馏段塔板负荷性计算412.8塔的辅助设备及附件的计算与选型452.8.1接管管径计算与选型452.8.2塔顶空间472.8.3塔底空间472.8.4裙座482.8.5人孔483热量衡算及设备选型483.1各组分热力学参数见下表483.2计算放热量493.3冷却介质量493.4再沸器的热量衡算493.5流体流径的选择503.6冷凝器的热负荷q503.7流体两端温度的确定503.8管管径计算与选型514结果评价524.1数据要求524.2设计的特点524.3存在的问题535设计总结536附件54附件1设计结果一览54附件2物料流程图55附件3板塔设计图56附件4整体式冷凝器56附件5冷凝器57附件6再沸器57前言课程设计是化工原理课程的一个重要的实践教学内容。

是在学习过基础课程和化工原理理论与实践后,进一步学习化工设计的基础知识、培养化工设计能力的重要环节。通过该设计可初步掌握化工单元操作设计的基本程序和方法、得到化工设计能力的基本锻炼,更能从实践中培养工程意识、健全合理的知识结构。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,它是利用两组分挥发度的差异实现连续的高纯度分离。在精馏塔中,料液自塔的中部某适当位置连续的加入塔内,塔顶设有冷凝器将塔顶蒸汽冷凝为液体。冷凝液的一部分(称回流液)回入塔顶,其余作为塔顶产品(称馏出液)连续排出。塔釜产生的蒸汽沿塔板上升,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,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。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。本设计使用筛板塔。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,并且可解决堵塞问题、适当控制漏液。实际操作表明,筛板在一定程度的漏液状态下操作时使得操作弹性减小,传质效率下降,板效率明显降低。但由于设计和控制水平的不断提高。

设计良好的筛板塔的操作非常精确,弥补了上述不足,故应用日趋广泛。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,特别是作为一名工科学生,还应当具备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。1概述筛板塔的结构特点是塔板上开有许多均匀的小孔。根据孔径大小分为小孔径筛板(孔径为38mm)和大孔径筛板(孔径为1025mm)两类。工业应用中以小孔径筛板为主。

大孔径筛板多用于某些特殊场合(如分离粘度大、易结焦等物系)。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。1.1苯甲苯简介1.1.1苯苯(Benzene,)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,有毒,也是一种致癌物质。苯是一种碳氢化合物也是最简单的芳烃。它难溶于水,易溶于有机溶剂,本身也可作为有机溶剂。苯是一种石油化工基本原料。苯的产量和生产的技术水平是一个国家石油化工发展水平的标志之一。苯具有的环系叫苯环,是最简单的芳环。1.1.2甲苯甲苯(分子式:),是一种无色,带特殊芳香味的易挥发液体。

甲苯是芳香族碳氢化合物的一员,它的很多性质与苯很相像,在现今实际应用中常常替代有相当毒性的苯作为有机溶剂使用。还是一种常用的化工原料,可用于制造炸药、农药、苯甲酸、染料、合成树脂及涤纶等。同时它也是汽油的一个组成成分。1.2精馏流程设计方案的确定1.2.1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:(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)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,如在蒸馏过程中能适当地利用塔顶、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。(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。1.2.2设计任务叙述(1)设计名称苯甲苯溶液连续板式精馏塔设计(2)设计任务①处理能力:年产量1万吨,即流量为1262.63kg/h。②原料苯甲苯溶液:40%组成(苯的质量分数)③产品要求:塔顶苯的组成(质量分数):≥95%塔底苯组成(质量分数):≤2%(3)操作条件:①生产方式:连续操作。

中间加料,泡点回流②生间时间:每年以330天计算,每天24小时③进料状况:93℃冷液进料④回流比:自选⑤塔釜加热方式:自选⑥塔顶冷凝用冷凝水,冷却水进口温度:?1.2.3设计方案的确定在本次设计中,我们进行的是苯和甲苯二元物系的精馏分离,简单蒸馏和平衡蒸馏只能达到组分的部分增浓,如何利用两组分的挥发度的差异实现高纯度分离,是精馏塔的基本原理。实际上,蒸馏装置包括精馏塔、原料预热器、蒸馏釜、冷凝器、釜液冷却器和产品冷却器等设备。蒸馏过程按操作方式不同,分为连续蒸馏和间歇蒸馏,我们这次所用的就是筛板式连续精馏塔。精馏是物料在塔内的多次部分汽化与多次部分冷凝所实现分离的。

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