年产30000吨苯工艺设计毕业设计

1、毕业设计说明书年产 30000 吨苯工艺设计摘要毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文） ，是我个人在指导教 师的指导下进行的研究工作及取得的成果。 尽我所知， 除文中特别加 以标注和致谢的地方外， 不包含其他人或组织已经发表或公布过的研 究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历 而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体， 均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名：日 期：指导教师签名：日 期：使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论 文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）

2、的印刷本和电 子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供 目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制 手段保存论文； 在不以赢利为目的前提下， 学校可以公布论文的部分 或全部内容。作者签名： 日 期：摘要学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研 究所取得的研究成果。 除了文中特别加以标注引用的内容外， 本论文 不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。 对本文的研 究做出重要贡献的个人和集体， 均已在文中以明确方式标明。 本人完 全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本

3、学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位 论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 可以采用影印、 缩 印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期： 年 月 日导师签名：日期： 年 月 日II摘要注意事项1. 设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（ 300 字左右）、关键词4）外文摘要、关键词5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论） 、正文、结论7）参考文

4、献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2. 论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于 1 万字（不包括图纸、程序清单等） 文科类论文正文字数不少于1.2 万字。3. 附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件） 。4. 文字、图表要求：1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准 请他人代写2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符 合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒 手画3）毕业论文须用 A4 单面打印，论文 50 页以上的双面打印4）图表应绘制于无格子的页面上5）软

5、件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档5. 装订顺序1）设计（论文）2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订3）其它III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移

6、， 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IVA

7、bstractAbstractTower equipment 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, account

8、ing, graphics, etc., is more 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, includ

9、ing: process calculation, 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 separatioVnolatility of each component in the liquid mixtur

10、e of different volatile 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 theoret

11、ical plates for the 16-by-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

12、 of the 17 board (from the 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 s

13、team heating, 15 C through 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 Abstract V. .目 录 V.I.第一章 绪 论 1.1 1 设计流程 1.12 设计思路 2.1 3 精

14、馏塔设计要求 2.第二章 塔板的工艺设计 4.2.1 基础物性数据 4.2.2 精馏塔的物料衡算 5.2.2.1 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 . 92.2.5 求实际板数 . 92.3 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 1. 02.4 精馏塔的塔体工艺尺寸计算 1.42.4.1 塔径的计算 . 142.4.2 精馏塔有效高度的计算 . 162.5 塔板主要工艺尺寸的计算 1.62.6 浮阀数目、浮阀排列及塔板布置 1.72.7 塔板流体力学验算 182.7.1 计算气相通过浮阀塔板的静压头降 .

15、182.7.2 降液管中清夜层高度 . 192.7.3 计算雾沫夹 带量 . 202.8 精馏段塔板负荷性能图 212.8.1 雾沫夹带上限线 . 212.8.2 液泛线 . 222.8.3 液相负荷上限线 . 23VI目录2.8.4 气体负荷下限线（漏液线） . 232.8.5 液相负荷下限线 . 232.9 小结 2.4.第三章 塔附件设计 2.5.3.1 接管与法兰 2.5.3.1.1 进料管 . 253.1.2 回流管 . 253.1.3 塔底出料管 . 253.1.4 塔顶蒸气出料管 . 263.1.5 塔底进气管 . 263.1.6 法兰. 263.2 筒体与封头 2.8.3.2.

16、1 筒体. 283.2.2 封头. 283.3 除沫器 283.4 裙座 293.5 人孔 293.6 吊柱 293.7 塔总体高度的设计 293.7.1 塔的顶部空间高度 . 293.7.2 塔的底部空间高度 . 303.7.3 塔立体高度 . 30第四章 辅助设备 3.1.4.1 冷凝器的选型 3.1.4.1.1 计算冷却水流量 . 314.1.2 冷凝器的计算与选型 . 314.2 冷凝器的核算 324.2.1 管程对流传热系数 1. 324.2.2 计算壳程流体对流传热系数 0 334.2.3 污垢热阻 . 344.2.4 核算传热面积 . 344.2.5 核算压力降 . 34第五章

17、热量衡算 3.7.VII目录5.1 相关介质的选择 375.1.1 加热介质的选择 . 375.1.2 冷凝剂 . 375.2 蒸发潜热衡算 375.2.1 塔顶热量 . 375.2.2 塔底热量 . 385.3 焓值衡算3.9.参考文献 错. 误！未定义书签。.4.4.致谢 4.3.主要符号说明VIII第一章 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成为蒸馏方法

18、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

19、磨损，阀片易脱落。操作气速不可能会很高，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

20、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

21、设计时要根据实际需要选定回流比。绪论图 1-1 流程图1 2 设计思路1、本设计采用连续精馏操作方式。 2、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

22、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。1 3 精馏塔设计要求、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。绪论、操作条件(1) 精馏塔顶压强： 1.0kP

23、a(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 mPa s0.6380.4850.3810.3080.2550.215甲苯 mPa s0.7580.

24、580.4590.3730.3110.2640.228表 2-2 苯、甲苯的密度温度020406080100120苯 kg/m3877.4857.3836.6815.0792.5767.9甲苯 kg /m3885.6867.0848.2829.3810.0790.3770.0表 2-3苯、甲苯的表面张力温度020406080100120苯 mN / m31.6028.8026.2523.7421.2718.8516.49甲苯 mN / m30.8928.5426.2223.9421.6919.4917.34表 2-4 苯、甲苯的摩尔定比热容温度050100150苯 kJ / ( kmol k)

25、72.789.7104.8118.1甲苯 kJ / (kmol k)93.3113.3131.0146.6表 2-5苯、甲苯的汽化潜热温度20406080100120苯 kJ / kg431.1420.0407.7 394.1379.3363.2甲苯 kJ / kg412.7402.1391.0 379.4367.1354.2第二章 塔板的工艺设计2.2 精馏塔的物料衡算1）原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率苯的摩尔质量 M A 78.11 kg / kmol甲苯的摩尔质量 MB=92.13 kg / kmolxF0. 45 78. 11 0. 4 9kg1/k0. 4 5 7 8. 11 0.

26、 55 9 2. 1 3molxD0.99 78. 11 0. 90. 9 9 78. 1 1 0. 01 902. .99kg2/kmol0. 0 1 78. 11x w = 0. 0k1g/2kmolw 0. 01 7 8. 1 1 0. 99 92. 132)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/kmolMD=0.99278.11+(1-0.992)99.13=78.22kg/kmolMW=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 31

27、0 天，每天 24 小时计算3000000085.25 310 2447.30 =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/kmolD=23.12kg/kmol式中 F 原料液流量D 塔顶产品量第二章 塔板的工艺设计W 塔底产品量2.2.1 塔板数的确定由文献1中苯与甲苯的汽 -液平衡组成可以找出 m 10 1 2 10 算出。如 表 2-6 苯甲苯( 101.3kPa)的 t-x-y 相平衡数据苯摩尔分数温度苯摩尔分数温度液相气相液相气相0.00.0110.60.5920.78989.40.0880.212106.

28、10.7000.85386.80.2000.370102.20.8030.91484.40.3000.50098.60.9030.95782.30.3970.61895.20.9500.97981.20.4890.71092.11.001.0080.2xA / xB 0.212/(1 0.212)1=2.791 yA / yB 0.088/(1 0.088) 同理可算出其它的23456789102.352.332.462.562.582.492.612.392.45从而推出 m 2.50所以平衡线方程x1 ( 1)x2.5x1 1.5x因为 q=1 即 e xF2.5 0.49 ye 1 1.

29、5 0.490.707RminxD ye 0.99 0.707 y xe 0.707 0.49取操作回流比。 R=1.5Rmin=2.1第二章 塔板的工艺设计2.2.2 求精馏塔的气、液相负荷L=RD=2.1 23.12=48.55 kg/kmolV=(R+1)D=(2.1+1) 23.12=71.67kg/kmolV =(R+1)D-(1-q)F=(2.1+1) 23.12=71.67 kg/kmol( 泡点进料： q=1)L =RD+qF=2.1 23.12+47.3=95.85kg/kmol2.2.3 求操作线方程(1) 精馏段操作线方程为：Ry xn xD = yn 1 0.677xn

30、 0.32 n 1 R 1xn R 1 n 1 n提馏段操作线方程为L yn 1 VxnWVxw 1.337xn 0.0042）逐板法求理论板相平衡方程y=ax1 ( a-1) x解得y=2.47x1 1.47x变形得x=y2.47-1.47y用精馏段操作线和相平衡方程进行逐板计算y1 xD = 0. 9 9，2y2 =0.677 x 1+0.32=0.983，y3 =0.677 x 2 +0.32=0.969，y4 =0.677 x3 +0.32=0.948，x1=1 =0.98y1 a(1-y1)x2 = = 0. 9 59 2 2.47-1.47 yx3y2.47-1=0.927.47y

31、x4 = 0. 884 2. 4 7 -1. 47 y第二章 塔板的工艺设计y5 =0.677 x 4 +0.32=0.916，x5 = y = 0 . 81 5 5 2.4 7-1.47yy6=0.677x5 +0.32=0.872，x6 = y = 0.7 34 6 2.47-1.47 yy7 =0.677 x 6 +0.32=0.816,x7=y =0.6422.47-1.47yy8=0.677x7+0.32=0.755,x8=y =0.5558 2.47-1.47yy9 =0.677 x8 +0.32=0.696,x9=y =0.4819 2.47-1.47y因为， x9 =0.481

32、 xf =0.491故精馏段理论板 n=8，用提留段操作线和相平衡方程继续逐板计算y10 =1.337 x 9 -0.004=0.639，x10=y =0.41710 2.47-1.47yy11 =1.337 x10 -0.004=0.553，x11= =0.33411 2.47-1.47yy12 =1.337 x 11 -0.004=0.443，x12=y =0.2432.47-1.47yy13 =1.337 x 12 -0.004=0.321，x13=y =0.16113 2.47-1.47yy14 =1.337x13 -0.004=0.211，yx14=0.09714 2.47-1.47

33、yy15 =1.337 x 14 -0.004=0.125，yx15=0.0542.47-1.47yy16 =1.337x15 -0.004=0.0681，x16=y =0.028716 2.47-1.47y8第二章 塔板的工艺设计y17 =1.337x16 -0.004=0.00567，x17=0.00232.47-1.47y因为x17 =0.00235 s可见，所夹带气体可以释出2.7.3 计算雾沫夹带量(1)雾沫夹带量 判断雾沫夹带量 eV 是否在小于 10%的合理范围内， 完成的。泛点率的计算时间可用式：eV是通过计算泛点率 F1 来Vs L v v 1.36LsZLF1L v 100%KcF Ap塔板上液体流程长度Vs LvF1Lv 100%0.78KcF ATZL D 2Wd 1.0 2 0.124 0.752m塔板上液流面积2Ap AT 2Af 0.785 2 0.057 0.671m2苯和甲苯混合液可按正常物系处理， 取物性系数K 值，K=1.0, 在从泛点负荷因数图中查得负荷因数 CF 0.127 ,将以上数值分别代入上式，得泛点率 F1 为20第二章 塔板的工艺设计F12.910.55 1.36 0.0014 0.752806.8 2.91 100%