苯甲苯混合液精馏塔—课程设计.doc
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1、课程设计任务书 2013 2014学年第一学期一、 课程设计题目 苯-甲苯混合液精馏塔设计二、课程设计内容(含技术指标)1.设计条件生产能力:3万吨/年(每年按300天生产日计算)原料状态:苯含量40(wt%);温度:25;压力:100kPa;泡点进料;分离要求:塔顶馏出液中苯含量98%(wt%);塔底釜液甲苯含量不低于98%(wt%)操作压力:4kPa(表压)(塔顶压力)其它条件:塔板类型:浮阀塔板;塔顶采用全凝器;R=1.9Rm2.具体设计内容和要求(1)设计工艺方案的选定(2)精馏塔的工艺计算(3)塔板和塔体的设计(4)水力学验算(5)塔顶全凝器的设计选型(6)塔釜再沸器的设计选型(7)
2、进料泵的选取(8)绘制流程图(9)编写设计说明书(10)答辩三、进度安排时间设计安排11. 1411.21设计动员,下达任务书,查阅资料,拟定设计方案,方案论证,物性数据计算12.2112.28工艺计算(物料衡算、确定回流比、计算理论板层数、实际板层数、实际进料板位置)12.2812.05塔结构设计(物性数据的计算、塔径计算、塔结构尺寸的计算、水力学性能校验、负荷性能图及塔高的计算)12.0512.12热量衡算;附属设备的选型和计算12.12-12.19绘制带控制点的工艺流程图(CAD图)12.1912.26绘制带控制点的工艺流程图,(借图板和丁字尺,手工绘制图)12.261.2编写设计说明书
3、,答辩要求1.10将说明书及图纸装订并提交1.13答辩四、基本要求序号设计内容要求1设计工艺方案的选定精馏方式及设备选型等方案的选定和论证(包括考虑经济性;工艺要求等)绘制简单流程图2精馏塔的工艺计算物料衡算,热量衡算,回流比、全塔效率、实际塔板数、实际进料位置等的确定3塔板和塔体的设计设计塔高、塔径、溢流装置及塔板布置等 4水力学验算绘制塔板负荷性能图5塔顶全凝器的设计选型计算冷凝器的传热面积和冷却介质的用量6塔釜再沸器的设计选型计算再沸器的传热面积和加热介质的用量7进料泵的选取选取进料泵的型号8绘图绘制带控制点的流程图(CAD和手工绘制)9编写设计说明书目录,设计任务书,设计计算结果,流程
4、图,参考资料等10答辩每班数不少于20人答辩 教研室主任签名: 2013年11 月14日苯-甲苯混合液精馏塔设计摘要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,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的挥发度的不同,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,实现原料混合液中各组分的分离。本设计任务为精馏塔分离苯-甲苯混合物。对于二元混合物的分离,采用连续精馏过程。设计中采用泡点进料,将原料液通过预热器加热至泡点后送人精馏塔内。塔顶上升蒸气采用全器冷凝,冷凝液在泡点温度下一部分回
5、流至塔内,其余部分经产品冷却器冷却后送至储罐。该物系属易分离物系,最小回流比较小,所以在设计中把操作回流比取最小回流比的1.9倍。塔釜采用间接蒸汽加热,塔底产品经冷却后送至储罐。关键词:分离苯甲苯浮阀精馏塔设计计算目录1方案的选择及相关的物性数据11.1方案选择11.1.1精馏装置流程的确定11.1.2精馏操作条件的确定11.1.3进料状态11.1.4加热方式11.1.5回流比21.1.6塔板选择22 精馏塔的工艺计算62.1 摩尔浓度及平均分子量计算62.2 相对挥发度的计算72.3最小回流比的计算及适宜回流比的选取82.4 全塔物料衡算82.5 精馏段和提馏段操作线方程92.6 逐板法计算
6、理论板数和确定进料板位置92.7 简捷法计算理论塔板数及进料位置确定102.8 全塔的效率计算112.9 实际板数和进料位置113 精馏塔主要尺寸的计算123.1 精馏段和提馏段相关数据的计算123.1.1操作温度123.1.2平均分子量123.1.3平均密度133.1.4 液体平均表面张力153.1.5 液体平均黏度163.1.6体积流率计算173.2精馏塔工艺尺寸的计算183.2.1塔径的计算183.2.2 溢流装置的设计203.2.3塔板设计223.2.4 塔板流体力学计算243.2.5 塔体总高度计算304 附属设备及接管尺寸的选取324.1 原料预热器的设计324.1.1 热负荷与蒸
7、汽用量324.1.2 平均温差324.1.3 估算传热面积和换热器选取324.2 塔顶冷凝器热负荷及冷去水用量334.3 塔底再沸器热负荷及水蒸汽用量334.4 进料泵的选取344.5 主要接管尺寸的选取354.5.1 进料管选取354.5.2 回流管选取364.5.3 塔顶蒸汽管选取364.5.4 塔底进汽管364.5.5 釜液出料管361方案的选择及相关的物性数据1.1方案选择1.1.1精馏装置流程的确定间歇精馏为非定态过程。在精馏过程中,釜液组成不断降低。间歇精馏时全塔均为精馏段,没有提馏段。因此,获得同样的塔顶、塔底组成的产品,间歇精馏的能耗必大于连续精馏。连续精馏操作精度高分离效果好
8、 塔内参数相对稳定平衡 间歇精馏需要根据物料组分的沸点 逐一采出。连续精馏生产能力大 塔的效率高 间歇精馏要相对少些,所以选择连续精馏1.1.2精馏操作条件的确定塔顶压力:100kPa常压下进行精馏,因为笨与甲苯体系沸点很低,常压下,100以内就可以实现精馏操作。节省设备制作费用,控制操作成本。1.1.3进料状态饱和液进料 q=1,饱和气液混合进料0q1过热蒸汽进料q0饱和蒸汽进料q=0.泡点进料时进料温度不受季节、气温变化和前段工序波动的影响,塔的操作比较容易控制;此外,泡点进料时精馏段和提馏段的塔径相同,无论是设计计算还是实际加工制造这样的精馏塔都比较容易,为此,本次设计中采取泡点进料及饱
9、和液进料。1.1.4加热方式 直接式换热器,冷热流体在传热设备中通过直接混合接触的方式进行热量交换,其特点是传热效率高、设备结构简单。间壁式换热器是工业生产中普遍采用的一种传热方式,在大多数情况下,参与传热的冷、热流体是不允许直接接触的。本方案采用间接式加热1.1.5回流比 回流比增大,塔板数降低,回流比选择适当,操作费用最低1.1.6塔板选择因为浮阀塔是在泡罩塔板和筛孔塔板的基础上发展起来的,它吸收了两种塔板的优点。它具有结构简单,制造方便,造价低;塔板开孔率大,生产能力大;由于阀片可随气量变化自由升降,故操作弹性大,因上升气流水平吹入液层,气液接触时间较长故塔板效率较高。相关物性数据表1.
10、1 苯和甲苯的物理性质项目分子式相对分子质量M沸点/临界温度tc/临界压强pc/kPa苯(以A表示)C6H678.1180.1288.56833.4甲苯(以B表示)C6H5CH392.13110.6318.574107.7表1.2 常压下苯-甲苯的汽液平衡数据温度t/80.0185.4490.1195.58100.75105.05110.56液相中苯的摩尔分数x/%1007858.141.225.8130.00汽相中苯的摩尔分率y/%1009077.76345.626.20.00表1.3 苯和甲苯的液相密度温度t/80859095100105110LA/(kg/m3)815.23809.678
11、04.06798.38792.63786.82780.93LB/(kg/m3)811.56806.57801.53796.44791.3786.12780.88表1.4 苯和甲苯的黏度温度t/80859095100105110LA/mPa0.320.3050.290.2760.2630.250.239LB/mPa0.3210.3070.2930.280.2680.2560.244表1.5苯和甲苯的表面张力温度t/80859095100105110A/(mN/m)21.1320.5019.8919.2718.6618.0517.44B/(mN/m)21.5721.0120.4519.8919.3
12、418.8018.25表1.6 苯和甲苯的汽化潜热温度t/80859095100105110A/(kJ/kmol-1)30445.330215.929981.229740.729494.12924128981B/(kJ/kmol-1)34834.334604.534370.934133.13389133644.133392.2表1.7 苯和甲苯的比热容温度t/80859095100105110苯的比热容/Jkg-1K-11771.681796.141820.921846.031871.511897.361923.62甲苯的比热容/Jkg-1K-11812.971835.21857.491879
13、.861902.321924.871947.552 精馏塔的工艺计算2.1 摩尔浓度及平均分子量计算甲苯的摩尔质量 苯的摩尔质量 表2.1 苯和甲苯的物理性质项目分子式相对分子质量M沸点/临界温度tc/临界压强pc/kPa苯(以A表示)C6H678.1180.1288.56833.4甲苯(以B表示)C6H5CH392.13110.6318.574107.7已知: (2-1)原料液(苯)的摩尔组成:xF=0.478.110.478.11+0.692.13=0.440xD=0.9878.110.9878.11+0.0292.13=0.983xW=0.0278.110.0278.11+0.9892.
14、13=0.024原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量原料液的平均摩尔质量: 塔顶的平均摩尔质量: 塔底的平均摩尔质量 2.2 相对挥发度的计算已知: (2-2)可算得T=85.44时, 得=2.565所得各个温度结果列于表表2.2 苯-甲苯的汽液平衡物系相对挥发度温度t/80.0185.4490.1195.58100.75105.05110.56液相中苯的摩尔分数x/%1.000.750.550.350.200.100.00汽相中苯的摩尔分率y/%1.000.8850.7550.5660.3720.2080.00相对挥发度2.5652.5212.4222.3692.364由xF=0.440 y
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