本科毕业论文---年产30000吨苯工艺设计.doc
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1、毕业设计说明书年产30000吨苯工艺设计 学 院:化学系 专 业:应用化工技术 学生姓名:王雪峰 学 号:20100821042 指导教师:杜淼 2013 年 6 月 摘 要摘 要塔设备是化工、炼油生产中最重要的设备类型之一。本次设计的浮阀塔是化工生产中主要的气液传质设备。此设计针对二元物系的精馏问题进行分、选取、计算、核算、绘图等,是较完整的精馏设计过程,本设计书对苯和甲苯的分离设备浮阀精馏塔做了较详细的叙述,主要包括:工艺计算,辅助设备计算,塔设备等的附图。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的挥发度的不同,使易挥发组分由液相向气相转
2、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。采用浮阀精馏塔,塔高20.375米,塔径1.0米,按逐板计算理论板数为17。算得全塔效率为0.537。塔顶使用全凝器,部分回流。精馏段实际板数为17,提馏段实际板数为15。实际加料位置在第17块板(从上往下数),操作弹性为4.04。通过板压降、漏液、液泛、雾沫夹带的流体力学验算,均在安全操作范围内。塔的附属设备中,所有管线均采用无缝钢管。再沸器采用卧式浮头式换热器。用140饱和蒸汽加热,用15循水作冷凝剂。饱和蒸汽走管程,釜液走壳程。关键词:苯,精馏,图解法,负荷性能图,装配图41AbstractAbstractTower equi
3、pment is one of the most important types of equipment in the chemical, oil refining production.The design of the valve tower is the chemical production of gas-liquid mass transfer equipment.This design to analyze the distillation of binary systems, select, computing, accounting, graphics, etc., is m
4、ore complete distillation of the design process, the design method is a wide range of engineering and technical personnel using.Separation equipment of the design document for benzene and toluene - the float valve distillation column to do a more detailed description, including: process calculation,
5、 auxiliary equipment, computing, photos of the tower equipment.Distillation process in the energy agent-driven (and sometimes increase the quality of agent), the gas-liquid two-phase many times in direct contact and separation Volatility of each component in the liquid mixture of different volatile
6、components from liquid to vapor transfer, difficult volatile components by gas-liquid phase transfer and separation of each component in the raw material mixture. The float valve distillation column,20.375 m high tower, tower 1.0 m in diameter, calculate the number of theoretical plates for the 16-b
7、y-board. Be considered full-tower efficiency of 0.534. The top of the tower using the condenser, part of the reflux. The rectifying section of the actual plate number 17, stripping segment of the actual board number 17. The actual feeding position in the operating flexibility of the 17 board (from t
8、he top), 4.04. Pressure drop, leakage, flooding, entrainment entrainment of fluid mechanics checking, in the safe operating range.Ancillary equipment in the tower, all pipelines are made of seamless steel pipe. Reboiler horizontal floating head heat exchanger. 140 saturated steam heating, 15 C throu
9、gh water as a condensing agent. Saturated steam to take the tube side, kettle liquid walking the shell.Keywords: Benzene, distillation, graphical method, the performance diagram, distillation equipment structur目录目 录摘 要IAbstractII目 录III第一章 绪 论111 设计流程112 设计思路213 精馏塔设计要求2第二章 塔板的工艺设计42.1 基础物性数据42.2 精馏塔
10、的物料衡算52.2.1 塔板数的确定62.2.2 求精馏塔的气、液相负荷72.2.3 求操作线方程72.2.4 全塔效率的计算72.2.5 求实际板数72.3 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算72.4 精馏塔的塔体工艺尺寸计算72.4.1 塔径的计算72.4.2 精馏塔有效高度的计算72.5 塔板主要工艺尺寸的计算72.6 浮阀数目、浮阀排列及塔板布置72.7 塔板流体力学验算72.7.1 计算气相通过浮阀塔板的静压头降72.7.2 降液管中清夜层高度72.7.3 计算雾沫夹带量72.8 精馏段塔板负荷性能图72.8.1 雾沫夹带上限线72.8.2 液泛线72.8.3 液相负荷上限线72.
11、8.4 气体负荷下限线(漏液线)72.8.5 液相负荷下限线72.9 小结7第三章 塔附件设计73.1 接管与法兰73.1.1 进料管73.1.2 回流管73.1.3 塔底出料管73.1.4 塔顶蒸气出料管73.1.5 塔底进气管73.1.6 法兰73.2 筒体与封头73.2.1 筒体73.2.2 封头73.3 除沫器73.4 裙座73.5 人孔73.6 吊柱73.7 塔总体高度的设计73.7.1 塔的顶部空间高度73.7.2 塔的底部空间高度73.7.3 塔立体高度7第四章 辅助设备74.1 冷凝器的选型74.1.1 计算冷却水流量74.1.2 冷凝器的计算与选型74.2 冷凝器的核算74.
12、2.1 管程对流传热系数174.2.2 计算壳程流体对流传热系数74.2.3 污垢热阻74.2.4 核算传热面积74.2.5 核算压力降7第五章 热量衡算75.1 相关介质的选择75.1.1 加热介质的选择75.1.2 冷凝剂75.2 蒸发潜热衡算75.2.1 塔顶热量75.2.2 塔底热量75.3焓值衡算7参考文献7致谢7主要符号说明7绪论第一章 绪 论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
13、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。浮阀塔盘自20世纪50年代初期开发以来,由于制造方便及其性能上的优点,很多场合已取代了泡罩塔盘。这类塔盘的塔盘板开有阀孔,安置了能在适当范围内上下浮动的阀片,其形状有圆形、条形及方形等。由于浮阀与塔盘板之间的流通面积能随气体负荷的变动而自动调节,因而在较宽的气体负荷范围内,均能保持稳定操作。气体在塔盘板上以水平方向吹出,气液接触时间长,雾沫夹带量少,液面落差也较小。与泡罩塔盘相比,处理能力较大,压力降较低,而塔板效率较高,缺点是阀孔易磨损,阀片易脱落。操作气速
14、不可能会很高,因为会产生严重的雾沫夹带,这就限制了生产能力的进一步提高。具有代表性的浮阀塔有F1型(V1型)浮阀塔板、重盘式浮阀塔、盘式浮阀、条形浮阀及锥心形浮阀等。11 设计流程本设计任务为分离苯_甲苯混合物。对于二元混合物的分离,采用连续精馏流程。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入精馏塔内。塔顶上升蒸气采用全凝器冷凝,冷凝液在泡点下一部分回流至塔内,其余部分经产品冷凝器冷却后送至储罐。该物系属易分离物系,最小回流比较小,故操作回流比取最小回流比的1.5倍。塔釜采用间接蒸汽加热,塔底产品经冷却后送至储罐。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浮
15、阀式连续精馏塔。蒸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。热量自塔釜输入,由冷凝器和冷却器中的冷却介质将余热带走。在此过程中,热能利用率很低,有时后可以考虑将余热再利用,在此就不叙述。要保持塔的稳定性,流程中除用泵直接送入塔原料外也可以采用高位槽。塔顶冷凝器可采用全凝器、分凝器-全能器连种不同的设置。在这里准备用全凝器,因为可以准确的控制回流比。此次设计是在常压下操作。因为这次设计采用间接加热,所以需要再沸器。回流比是精馏操作的重要工艺条件。选择的原则是使设备和操作费用之和最低。在设计时要根据实际需要选定回流比。图1-1 流程图12 设计思路1、本设计采用连续精馏操作方式。2、
16、常压操作。3、泡点进料。4、间接蒸汽加热。5、选R=1.5Rmin。6、塔顶选用全凝器。7、选用浮阀塔。在此使用浮阀塔,浮阀塔塔板是在泡罩塔板和筛孔塔板的基础上发展起来的,它吸收了两者的优点,其突出优点是可以根据气体的流量自行调节开度,这样就可以避免过多的漏液。另外还具有结构简单,造价低,制造方便,塔板开孔率大,生产能力大等优点。浮阀塔一直成为化工生中主要的传质设备,其多用不锈钢板或合金 。近年来所研究开发出的新型浮阀进一步加强了流体的导向作用和气体的分散作用,使气液两相的流动接触更加有效,可显著提高操作弹性和效率。从苯甲苯的相关物性中可看出它们可近似地看作理想物系。而且浮阀与塔盘板之间的流通
17、面积能随气体负荷的变动而自动调节,因而在较宽的气体负荷范围内,均能保持稳定操作。气体在塔盘板上以水平方向吹出,气液接触时间长,雾沫夹带量少,液面落差也较小。13 精馏塔设计要求一、设计任务(1)原料液中苯含量:质量分率45(质量),其余为甲苯。(2)塔顶产品中苯含量不得低于99(质量)。(3)残液中苯含量不得高于1(质量)。(4)生产能力:30000 t/y苯产品,年开工310天。二、操作条件(1)精馏塔顶压强:1.0kPa(表压) (2)进料热状态:自选(3)回流比:自选。 (4)单板压降压:0.7kPa 四、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
18、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)编制设计结果概要或设计一览表(5)辅助设备选型与计算(6)绘制塔设备结构图:采用绘图纸徒手绘制第二章 塔板的工艺设计2.1 基础物性数据表2-1 苯、甲苯的粘度温度020406080100120苯0.6380.4850.3810.3080.2550.215甲苯0.7580.580.4590.3730.3110.2640.228表2-2 苯、甲苯的密度温度020406080100120苯877.4857.3836.6815.0792.5767.9甲苯885.6867.0848.2829.3810.0790.
19、3770.0表2-3 苯、甲苯的表面张力温度020406080100120苯 31.6028.8026.2523.7421.2718.8516.49甲苯30.8928.5426.2223.9421.6919.4917.34表2-4 苯、甲苯的摩尔定比热容温度050100150苯72.789.7104.8118.1甲苯93.3113.3131.0146.6表2-5 苯、甲苯的汽化潜热温度20406080100120苯 431.1420.0407.7394.1379.3363.2甲苯 412.7402.1391.0379.4367.1354.2第二章 塔板的工艺设计2.2 精馏塔的物料衡算(1)原
20、料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 苯的摩尔质量 甲苯的摩尔质量= kg/kmol kg/kmol kg/kmol(2)原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 MF=0.4978.11+(1-0.49)99.13=85.25kg/kmol MD=0.99278.11+(1-0.992)99.13=78.22kg/kmol MW=0.01278.11+(1-0.012)99.13=91.96kg/kmol(3)物料衡算 原料处理量30000吨苯,1年310天,每天24小时计算。=47.30总物料衡算 D+W=47.30苯物料衡算 0.491F=0.992D+0.012W联立解得 W=24.18kg/k
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