化工原理课程设计-苯-甲苯精馏塔设计

.资料全言化工原理课程设计是培养学生化学设计能力的重要教学环节。通过课程设计，我们初步掌握了化工设计的基础知识、设计原理和方法；学习各种手册的使用方法和物理特性、化学性质查找方法和方法。掌握各种结果的检查，绘制工程过程、托盘结构等优秀文件，可以下载为经济价值图形。在设计过程中，不仅要考虑理论可行性，还要考虑生产上的安全、经济合理性。化学生产经常以提炼或回收液体混合物为目的，需要分离液体混合物，蒸馏是实现液体混合物中各成分挥发性的多部分气化和部分冷凝的轻重成分分离的方法。塔式设备一般分为阶跃接触和连续接触两类。前者的代表是板式塔，后者的代表是填料塔。筛网塔和泡罩塔的特点是生产能力超过10.5%，生产效率提高约15%。压降可以降低约30%。另外，筛板塔结构简单，金属消耗少，托盘成本降低约40%；安装方便，清洁方便。该过程由处理年苯-甲苯混合液4万吨的筛板精馏塔设计而成，塔设备是化学、炼油生产中最重要的设备之一。气体(或蒸汽)液体或液-液两相之间的紧密接触，可以达到相之间物质传递和传热的目的。必须考虑设计过程中设计的精馏塔满足工艺要求的生产能力大，潜力大。节约能源，综合利用余热。经济性和冷却水进口及出口温度的高低对冷却水使用量的影响。另一方面，它会影响所需传热区域的大小。既影响运营成本，又影响设备成本，所以是否合理利用热值等直接关系到生产过程的经济问题。整理文件目录第一章简介11.1确定蒸馏条件11.1.1蒸馏加热方法11.1.2蒸馏供应状态11.1.3蒸馏操作压力11.2设计决策11.2.1流程和操作要求21.2.2满足经济要求21.2.3确保安全生产2第二章设计计算32.1设计决策32.2蒸馏塔材料平衡32.2.1原料液体供应量，塔顶，塔底摩尔分数32.2.2原料溶液和塔顶，塔底产品的平均摩尔质量32.2.3物料平衡32.3托盘计算42.3.1理论板数NT计算42.3.2全塔式效率计算62.3.3查找实际板数72.3.4有效塔式高度计算72.4精馏塔工艺条件及相关物性数据计算82.4.1工作压力计算82.4.2工作温度计算82.4.3平均摩尔质量计算82.4.4平均密度计算102.4.5液体的平均表面张力计算112.4.6液体的平均粘度计算122.4.7气液负荷计算132.5塔式直径计算132.6计算托盘的主要工艺尺寸152.6.1计算溢出设备152.6.2托盘布局182.7筛流体力学检查托盘压降192.7.1蒸馏段筛的流体力学检查托盘压降192.7.2蒸馏分段体的流体力学检查托盘压降212.8托盘负载性能也为232.81蒸馏段托盘负荷性能也为232.82蒸馏段托盘负荷性能也为26第三章设计结果清单30第四章板式塔结构314.1塔空间314.2塔式地板空间314.3检修孔314.4塔式高度31第五章审计34参考文献35第一章简介1.1蒸馏条件的确定本蒸馏方案在工业生产中应用于苯-甲苯溶液二元体系的苯精制。精馏塔苯塔的产品纯度很高，塔顶、塔底产品需要同时合格。一般蒸馏温度调节远远低于这个要求。因此，在实际生产过程控制中，只能使用敏感板控制来满足要求。因此，苯塔使用温差控制。1.1.1蒸馏加热方法蒸馏器的加热方法通常使用间接蒸汽加热来设置再沸器。有时还可以直接使用蒸汽加热。但是直接加热蒸汽，蒸汽会持续流入塔底溶液，起到稀释作用，塔底挥发性物质损失相同的情况下，塔底馀额中挥发性成分的浓度必须降低，因此塔板数略有增加。在使用直接蒸汽加热时，蒸汽喷出小孔的阻力和为了克服水壶的流体动力压力，加热蒸汽的压力比水壶的压力高。1.1.2蒸馏供应状态进给状态直接影响进给线(q线)、工作线和平衡关系的相对位置，对整个塔的热平衡计算也有很大影响。与气泡点进料相比：采用冷进料时，分离要求条件下所需的理论板数量少，不需要预热器，但塔罐热负荷(通常需要直接蒸汽加热)在整个热中看到基本平衡，但供应温度波动大，操作不易控制。使用露点饲料，在分离要求条件下需要的理论板数较多，供应前预热器的负荷大，能耗大，蒸馏段和蒸馏段的上升蒸汽量变化大，操作难以控制，受到外部条件的影响很大。气泡点进料位于两者之间，受到的外部干扰较小，塔蒸馏段、蒸馏段上升蒸汽量小，易于设计、制造和操作控制，是最大的优点。因此，气泡点馈源的设计和使用。1.1.3蒸馏操作压力蒸馏操作在大气压下进行，苯的沸点较低，适合在大气压下操作，无需减压或加压操作。另一方面，苯在高温下不容易分解或聚合等劣化反应，是液体(不是混合气体)。因此，不需要使用加压或减压蒸馏。相反，加压或减压蒸馏能量消耗大，在大气压力下工作通常不需要加压或减压蒸馏。1.2设计决策统筹设计方案的原则是尽量采用科学技术上的最新成果，使生产符合技术上最先进、经济上最合理的要求，优质、高产量、安全、低消耗的原则。为此，必须具体考虑以下几点：1.2.1流程和操作要求设计的工艺和设备首先要确保产品满足任务中规定的要求，质量稳定。也就是说，各流体流动和图钉稳定，塔流入液的温度和状态稳定，需要采取适当的措施。第二，必须具有特定的工作弹性，所有流量必须能够在一定范围内调整，必要时还必须能够调整导热系数。因此，必须将阀门调整到所需位置，并在管路上安装备用支管。计算传热面积和选择操作指标时，还必须考虑可能的生产波动。然后，考虑温度计、压力表、流量计等必要设备的仪表和该设备的位置，观察生产过程是否正常，有助于找出异常原因，采取适当的措施。1.2.2满足经济要求要节约能源和电力消耗，减少设备和基础设施费用。如上所述，在蒸馏过程中，如果能适当利用塔顶或塔底的废热，可以节约大量的生蒸汽和冷却水，降低功耗。冷却剂出口温度的高低会影响冷却液的使用量，还会影响所需传热面积的大小，这既影响运营费，也影响设备费。同样，回流费的大小对运营费和设备费也有很大的影响。1.2.3确保安全生产例如，苯是有毒物质，不能让蒸汽充满车间。另一个例子是塔被指定在大气压力下运行，如果塔内的压力过重或塔急冷产生真空，塔就会被破坏，需要安全装置。上述三个原则对生产同样重要。但是在化学原理课程设计中，对第一原则要多考虑，对第二原则要只考虑质，对第三原则要只要求一般考虑。第二章设计和计算2.1确定设计计划本设计采用连续蒸馏工艺，饱和液体供应。塔顶上升蒸汽从整个凝结水、凝结水、发泡点的下一部分再循环到塔式，其余部分通过产品冷却器冷却，然后发送到水箱。这个东西属于可分离的系统，最小回流窄，运转回流比最低回流比的2倍。塔用饱和蒸汽间接加热，塔底产品冷却后送到坦克。2.2精馏塔材料平衡计算2.2.1原料液体供应量、塔顶、塔底摩尔分数(产能)供给：F=85000t/年苯的摩尔质量MA=78.11Kg/mol甲苯的摩尔质量MB=92.13Kg/mol2.2.2原料液体和塔顶、塔底产品的平均摩尔质量2.2.3物料平衡计算原料吞吐量料号平衡总计F=D W=137kmol/h苯材料平衡计算联排解决方案：D=59.43Kmol/h W=77.57Kmol/h2.3托盘计算2.3.1理论板数NT计算(1)相对挥发计算检验温度-配置图TD=80c tw=92.6c(表2)使用Td=80 时使用Td=92.6时而且，(2)最小回流比计算因为是饱和液体供给，q=1，q线是垂直线，所以根据相平衡方程式如下最小回流比如果平衡曲线不正常，则返回率R=(1.1-2)RminR=1.5Rmin=2.16(3)精馏塔的气体和液相负荷(4)运算元方程式蒸馏段工作线方程蒸馏段作业线方程(5)板法计算理论板数的过程如下相平衡方程是变形：蒸馏段工作线方程蒸馏段作业线方程用精馏段工作线和相平衡方程进行逐板计算：因此蒸馏段理论板数n=7使用蒸馏段工作线和相平衡方程继续按板计算。因此蒸馏段理论板数n=8(不包括再沸器)2.3.2全塔式效率计算TD=80c tw=92.6c在平均温度下，苯和甲苯的粘度按照表6计算为tm=93.5计算内部差异方法平均粘度由公式确定基于欧康公式的整体塔效率计算2.3.3查找实际板数蒸馏段实际板层数蒸馏段实际板层数整个塔有28个托盘，供应板在第14版。2.3.4有效塔式高度计算蒸馏段有效塔高蒸馏段有效塔高蒸馏区和蒸馏区各有600mm高的人孔。有效的击键2.4精馏塔的工艺条件及相关物性数据计算2.4.1工作压力计算塔工作压力p=101.3 kpa每层的托盘压降 p=0.7kpa进料板压力=101.3 0.713=110.4kPa塔底工作压力=101.3 0.715=111.8kPa蒸馏段平均压力=(101.3 110.4)/2=105.85 kpa蒸馏段平均压力=(110.4 111.8)/2=111.1kPa2.4.2工作温度计算80cc蒸馏段平均温度=(80 92.6)/2=86.3c蒸馏段平均温度=(92.6 107)/2=99.8c2.4.3平均摩尔质量计算塔顶平均摩尔质量的计算从中获得x1=0.959供应板的平均摩尔质量计算上述理论板算法为=0.654，=0.43塔底平均摩尔质量计算=0.01，通过相平衡表达式=0.026蒸馏区的平均摩尔质量蒸馏段的平均摩尔质量2.4.4平均密度计算气象平均密度计算用理想气体状态方程计算，蒸馏段的平均气象密度为蒸馏段的平均气象密度液体平均密度计算液体平均密度计算如下：请在Td=80 下检查手册。求出了塔顶液体的质量分数是的确保在Tf=92.06 时共线。塔顶液相的质量分数拯救是的C.塔底液体平均密度的计算在Tw=107 时，塔顶液相的质量分数是的蒸馏段液相平均密度为蒸馏段的液体平均密度为2.4.5液体平均表面张力的计算按公式：A.塔顶液相平均表面张力的计算在Td=80 时检查手册B.供应板的液相平均表面张力计算确保在Tf=92.06 时共线。C.塔底液体平均表面张力的计算检查Tw=107 时的同一导图。蒸馏段液相平均表面张力是馏分液体平均表面张力是2.4.6液体平均粘度的计算公式：和检查手册塔顶液相平均粘度的计算检查Td=80 时的同一导图。A.供应板的液相平均粘度计算确保在Tf=92.06 时共线。B.塔底液体