化工原理课程设计范本.doc

重庆三峡学院化工原理课程设计说明书设计题目：7600t/a苯甲苯板式精馏塔的工艺设计院 系 化学与环境工程学院 专 业 化学工程与工艺 年 级 2009 级2班 学生姓名 廖海涛 学生学号 200908014238 指导教师 赖 庆 轲 目录1前言11.1 设计目的和意义11.1.1 11.1.2 11.2 设备简介11.2.1 11.2.2 21.3 21.3.1 21.3.2 22 设计任务33 设计方案43.1 流程简介43.2 工艺参数选择43.2.1 53.2.2 54 工艺计算64.1 物料衡算64.2 64.3 热量衡算64.4 74.4.1 74.4.2 85 设计一览表106 设计体会和收获117 参考文献128 主要符号说明1320级化工原理课程设计1前言1.1 设计目的和意义1。1.1.1 abcd。1.1.2 1.2 设备简介表1-1 1.2.1 1.2.2 1.3 。1.3.1 1.3.2 2 设计任务。3 设计方案3.1 流程简介。图3-1 流程图3.2 工艺参数选择。3.2.1 。3.2.2 。4、工艺计算4.1 精馏塔的物料衡算4.1.1 原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数 苯的摩尔质量 MA=78.11kg/kmol 甲苯的摩尔质量 MB=92.14kg/kmol 原料液 塔顶 塔底 4.1.2 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量原料液 塔顶 塔底 4.1.3 物料衡算原料处理量进料量 总物料衡算 本物料衡算 联立解得 4.1.4 回收率苯的回收率 甲苯的回收率 4.2 塔板数的计算4.2.1 理论板层数N的计算4.2.1.1苯和甲苯的平均相对挥发度的计算 苯在750mmHg下的沸点是79.76 甲苯在750mmHg下的沸点110.46 查表得79.76下苯的饱和蒸汽压是P1=750mmHg 甲苯的饱和蒸汽压 查表得A=6.95464 B=1341.800 C=219.482 代入数值的 解得 P2=295.8mmHg查表得110.46下甲苯的饱和蒸汽压是P2=750mmHg苯的饱和蒸汽压 查表得 A=6.90565 B=1211.033 C=220.790代入数值的 解得 P1=1774.189mmHg平均挥发度 4.2.1.2 最小回流比及操作回流比计算 因 q=1 所以xe=xF=0.3480相平衡方程 将xe代入相平衡方程得 4.2.1.3 逐板法求塔板数因 则相平衡方程 （a）精馏段操作线方程 （b）提馏段的蒸汽 提馏段的液体 提馏段操作线方程 （c）（b）和（c）连立两操作线的交点横坐标 =0.187理论板数计算：先交替使用相平衡方程与精馏段操作线方程计算如下 （相平衡方程） (操作线方程) （相平衡方程） (操作线方程) （相平衡方程） (操作线方程) （相平衡方程） (操作线方程) （相平衡方程） (操作线方程) （相平衡方程） (操作线方程) （相平衡方程） (操作线方程) （相平衡方程）第8板为加料板 交替使用相平衡方程与提留段操作线方程计算如下 (操作线方程) （相平衡方程） (操作线方程) （相平衡方程） (操作线方程) （相平衡方程） (操作线方程) （相平衡方程） (操作线方程) （相平衡方程） (操作线方程) （相平衡方程） (操作线方程) （相平衡方程） (操作线方程) 0.00589（相平衡方程）总理论板数为16块，精馏段理论板数为8块，第9块为进料板。4.2.1.4 实际板的层数 取全塔效率， 则有 4.3 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算4.3.1操作压力的计算取塔顶表压为4Kpa。塔顶操作压力 每层压板的压降 进料板压力 塔底操作压力 精馏段平均压力 提馏段平均压力 4.3.2 操作温度的计算利用表中数据由拉格朗日插值可求得、。塔顶： 解得进料口： 解得出料口： 解得精馏段的平均温度 提馏段的平均温度 4.3.3 平均摩尔质量计算4.3.3.1 精馏段的平均摩尔质量计算精馏段平均温度 液相组成： 解得 汽相组成： 解得 所以 4.3.3.1 提留段的平均摩尔质量计算提馏段的平均温度 液相组成： 解得 汽相组成： 解得 所以 4.3.4 平均密度的计算4.3.4.1 气相平均密度的计算 由理想气体状态方程计算，精馏段的平均气相密度即提留段的平均气相密度即4.3.4.2 液相平均密度的计算液相平均密度依下式计算，即 塔顶液相平均密度的计算 由tD80.7，查手册得 塔顶液相组成则 解得 进料板平均密度的计算由查手册得 进料板组成 则 解得 塔底平均密度的计算由查手册的 塔底液相组成则 解得 精馏段液相平均密度 提馏段液相平均密度 4.3.5液体平均表面张力计算液相平均表面张力依下式计算，即塔顶液相平均表面张力的计算由tD80.7，查手册得 则进料板液相平均表面张力的计算由查手册得 则塔底液相平均表面张力的计算由查手册得 则精馏段液相平均表面张力 提馏段液相平均表面张力 4.3.6液体平均粘度计算液相平均粘度依下式计算，即 塔顶液体粘度计算由tD80.7，查手册得 由查手册得 塔底液体粘度计算由查手册得 精馏段液相平均粘度 提馏段液相平均粘度 4.4精馏塔的塔体工艺尺寸设计4.4.1 塔径的计算精馏段的气、液相体积流率为同理，提馏段的气、液相体积流率为 精馏段取板间距 ，板上液层高度 ，则 查史密斯关联图得 同理，提馏段的板间距取 ，板上液层高度 。则 查史密斯关联图得 精馏段 可取安全系数为0.7，则（安全系数0.60.8），故 塔径 塔径圆整后实际空塔速率 提馏段：=故 塔径 =塔径圆整后实际空塔速率 4.4.2 精馏塔有效高度的计算精馏段有效高度为 提馏段有效高度为 在进料板上方开一人孔，其高度为0.8m ，故精馏塔的有效高度为 4.5 塔板主要工艺尺寸的计算4.5.1 溢流装置计算可选用单溢流弓形降液管，采用凹形受液盘。各项计算如下：4.5.1.1 堰长取同理，提馏段的为4.5.1.2溢流堰高度由选用平直堰，堰上液层高度：，近似取E=1则同理 提留段的为取 4.5.1.3弓形降液管宽度和截面积由 由弓形降液管的参数图查得 ，故精馏段 同理提馏段 精馏段 验算液体在降液管中停留时间为： 故降液管合理同理提馏段 故降液管合理4.5.1.4 降液管底隙高度取则 精馏段 故合理同理提馏段 故合理4.5.2 塔板布置4.5.2.1 塔板的分块因，故塔板采用分块式。查塔板分块数表得，塔板分为3块.4.5.2.2边缘区宽度确定取 4.5.2.3 开孔区面积计算开孔区面积：精馏段 同理提馏段 4.5.2.4 筛孔计算及其排列本利所处理的物系无腐蚀性，可选用碳钢板，取筛孔直径。筛孔按正三角形排列，取孔中心距 为精馏段 筛孔数目 开孔率 气体通过阀孔的气速为 同理提馏段 筛孔数目 开孔率 气体通过阀孔的气速为 4.6 筛板的流体力学验算4.6.1 塔板压降4.6.1.1 干板阻力计算干板阻力：由 ，查查干筛孔的流量系数图得，精馏段故 的液柱同理提馏段的液柱4.6.1.2 气体通过液层的阻力计算气体通过液层的阻力： 精馏段 查图的 同理提馏段 查图的 4.6.1.3 液体表面张力的阻力计算精馏段 液体表面张力所产生的阻力：气体通过每层塔板的液柱高度 可按下式计算，即气体通过每层塔板的压降为 同理提馏段液体 表面张力所产生的阻力：气体通过每层塔板的液柱高度 可按下式计算，即气体通过每层塔板的压降为 4.6.2液面落差对于筛板塔，液面落差很小，且本例的塔径和液流量均不大，故可忽略液面落差的影响。4.6.3 液沫夹带液沫夹带量：精馏段 在允许范围内提馏段 在允许范围内4.6.4 漏液精馏段 对筛板塔，漏液点气速：实际孔速 稳定系数 提馏段 对筛板塔，漏液点气速：实际孔速 稳定系数 4.6.5液泛为防止降液管液泛的发生，应使降液管中清液层高度苯-甲苯物系属于一般物系，取 则精馏段 而 且则 故不会发生液泛同理提馏段而 且则 故不会发生液泛4.7 塔板负荷性能图4.7.1 漏液线, ， 精馏段 在操作范围内几个值 结果在下面列表表3-1 精馏段漏液线计算结果Ls /(m3/s) 0.0010.0020.0030.004Vs /(m3/s)0.350.360.370.38提馏段 表4-2 提馏段漏液线计算结果Ls /(m3/s) 0.0010.0020.0030.004Vs /(m3/s)0.320.330.340.354.7.2液沫夹带线 以 ev0.1kg液/kg气为限，求 Vs-Ls关系如下：由 整理得表4-3 精馏段液沫夹带线计算结果Ls /(m3/s)0.0010.0020.0030.004Vs /(m3/s)0.1650.1560.1490.142同理提馏段 整理得表4-4 提馏段液沫夹带线计算结果Ls /(m3/s)0.0010.0020.0030.004Vs /(m3/s)0.1730.1630.1550.1483.7.3 液相负荷下限线对于平直堰，取堰上液层高度=0.006m作为最小液体负荷标准:精馏段 代入数值求得 提馏段 代入数值求得 3.7.4 液相负荷上限线以4s作为液体在降液管中停留时间的下限， 精馏段 同理提馏段 3.7.5 液泛线令由联立解得忽略，将与，与，与的关系式代入上式，并整理得：式中精馏段将有关的数据代入整理，得在操作范围内，任取几个值，依上式计算出值，计算结果列于下表表4-5 精馏段泛液带线计算结果Ls /(m3/s)0.0010.0020.0030.004Vs /(m3/s)0.219-0.111-0.633-1.346同理提馏段将有关的数据代入整理，得在操作范围内，任取几个值，依上式计算出值，计算结果列于下表表3-6 提馏段泛液带线计算结果Ls /(m3/s)0.0010.0020.0030.004Vs /(m3/s)0.7140.4520.081-0.408图3-1 精馏段筛板负荷性能图由图可看出，该筛板的操作上限为漏液控制，下限为液泡夹带控制。由上图查得 Vs,max=0.358 m3/s Vs,min=0.162 m3/s故操作弹性为 Vs,max / Vs,min=2.219图3-2 提馏段筛板负荷性能图由图可看出，该筛板的操作上限为液泛控制，下限为液泡夹带控制。由上图查得 Vs,max=0.332 m3/s Vs,min=0.161 m3/s故操作弹性为 Vs,max / Vs,min=2.062四 设计结果一览表项目符号单位计算数据精馏段提留段各段平均压强PmkPa各段平均温度tm平均流量气相VSm3/s液相LSm3/s实际塔板数N块板间距HTm塔的有效高度Zm塔径Dm空塔气速um/s塔板液流形式溢流管型式堰长lwm堰高hwm溢流堰宽度Wdm管底与受业盘距离hom板上清液层高度hLm孔径domm孔间距tmm孔数n个开孔面积m2筛孔气速uom/s塔板压降hPkPa液体在降液管中停留时