(完整版)化工原理筛板精馏塔毕业课程设计.doc

1、吉林化工学院化工原理课程设计题目筛板精馏塔分离苯甲苯工艺设计教 学 院 化工与材料工程学院专业班级材 化 0801学生姓名学生学号指导教师张福胜2010年 6 月 14 日目录摘要.一绪论.二第一章 流程及流程说明 .1第二章 精馏塔工艺的设计 . .22.1产品浓度的计算 . . 22.1.1原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 .22.1.2原料液及塔顶、 塔底产品的平均摩尔质量22.2最小回流比的确定 . .22.3物料衡算32.4精馏段和提馏段操作线方程 .错误！未定义书签。2.4.1求精馏塔的气液相负荷32.4.2求操作线方程32.5精馏塔理论塔板数及理论加料位置32.6实际板数的计算3

2、2.7 实际塔板数及实际加料位置3第三章 精馏塔主要工艺尺寸的设计计算 .53.1物性数据计算 .53.2精馏塔主要工艺尺寸的计算 .93.3筛板流体力学验算 . .133.4塔板负荷性能图 . . 16第四章 热量衡算 . .214.1 塔顶气体上升的焓 .214.2 回流液的焓214.3 塔顶馏出液的焓 .214.4 冷凝器消耗焓214.5 进料的焓214.6 塔底残液的焓214.7 再沸器的焓22第五章 塔的附属设备的计算235.1 塔顶冷凝器设计计算.235.2 泵的选型245.4 塔总体高度的设计 .25结论 .致谢 .参考文献 . .主要符号说明27282930摘要在此筛板精馏塔分

3、离苯- 甲苯的设计中，给定的条件为：进料量为塔顶组成为：进料馏出液组成为：塔釜组成 :加料热状态 :q=1塔顶操作压强 : ( 表压 )首先根据精馏塔的物料衡算， 求得 D 和 W，通过图解法确定最小回流比； 再根据操作线方程，运用图解法求得精馏塔理论板数，确定温度奥康奈尔公式求的板效率，继而求得实际板数，确定加料位置。然后进行精馏段和提馏段的设计工艺计算，求得各工艺尺寸，确定精馏塔设备结构。继而对筛板的流体力学进行验算，检验是否符合精馏塔设备的要求，作出塔板负荷性能图，对精馏塔的工艺条件进行适当的调整，使其处于最佳的工作状态。第二步进行塔顶换热器的设计计算。先选定换热器的类型，确定物性数据，

4、计算传热系数和传热面积。然后对进料泵进行设计，确定类型。关键词：苯 - 甲苯、精馏、图解法、负荷性能图、精馏塔设备结构塔附属设备下图为连续精馏过程简图：出料回流苯蒸汽塔底绪论在本设计中我们使用筛板塔，筛板塔的突出优点是结构简单 , 造价低。合理的设计和适当的操作筛板塔能满足要求的操作弹性， 而且效率高。 采用筛板可解决堵塞问题， 适当控制漏液。筛板与泡罩板的差别在于取消了泡罩与升气管， 而直接在板上开很多小直径的孔筛孔。操作时气体以高速通过小孔上升， 液体则通过降液管流到下一层板。 分散成泡的气体使板上液层成为强烈湍动的泡沫层。相同条件下，筛板塔生产能力比泡罩塔高10% 15%，板效率亦约高1

5、0%15%，而每板压力降则低 30%左右，适用于真空蒸馏；塔板效率较高，但稍低于浮阀塔。具有较高的操作弹性，但稍低于泡罩塔。其缺点是小孔径筛板易堵塞，不适宜处理脏的、粘性大的和带固体粒子的料液。第一章流程及流程说明本设计任务为分离苯甲苯混合物。对于二元混合物的分离，应采用连续精馏流程。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，其余部分经产品冷却器冷却后送至储罐。该物系属易分物系， 最小回流比较小， 故操作回流比取最小回流比的 2 倍。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。任务书上规定的生产任务长期固

6、定， 适宜采用连续精流流程。 贮罐中的原料液用机泵加入精馏塔；塔釜再沸器用低压蒸汽作为热源加热料液； 精馏塔塔顶设有全凝器， 冷凝液部分利用重力泡点回流；部分连续采出到产品罐。简易流程如下，具体流程见附图。出料苯甲苯混合液回流塔底出料图 1第二章精馏塔工艺的设计2.1 产品浓度的计算2.1.1 原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率苯的摩尔质量 =78.11kgmol甲苯的摩尔质量=92.13kgmol产品中苯的质量分数=0.984=进料中苯的质量分数=0.54=残液中苯的质量分数0.03/ 78.11xw=0.0350.03/ 78.110.97 / 92.132.1.2 原料液及塔顶、塔底产品的

7、平均摩尔质量M F0.5478.11(10.54) 92.14 83.989 kg/KmolM D0.98478.11(10.984)92.1478.301 kg/KmolM W0.03578.11(10.035)92.1492.114 kg/Kmol苯甲苯属于理想物系，可采用图解法求理论板数。2.2 最小回流比的确定1. 查手册绘制苯甲苯气液平衡线x-y图。2 求最小回流比及操作回流比。采用作图法求最小回流比。在图上对角线上，自点e（ 0.54 ，0.54 ）作垂线ef即为进料线，该线与平衡线的交点坐标为最小回流比2 倍最小回流比2.3 物料衡算F=85kmol=0.142sVs，max=0

8、.43s精馏段操作弹性为：2由提馏段负荷性能图知， 该筛板的操作上限为液沫夹带控制， 下限为液相负荷下限控制。并查得V=0.13sVs ，max=0.43ss， min提馏段操作弹性为：2由上知设计合理。第四章热量衡算表 8 不同温度下苯 - 甲苯的比热容及汽化潜热物性温度（）（）（）数据tD81.499.81125.03394.8379.4tF90.76103.25128.23390.23372.5tW110.5107.31134.43387.62368.534.1 塔顶气体上升的焓=6.1 4.2 回流液的焓=0.98 4.3 塔顶馏出液的焓=0.87 4.4 冷凝器消耗焓=-=4.254

9、.5 进料的焓=0.89 4.6 塔底残液的焓=0.59 4.7 再沸器的焓全塔范围列衡算式塔釜热损失为10%，则 =0.9 ，设再沸器损失能量+=+加热器实际热负荷0.9=+-得 =4.82 第五章塔的附属设备的计算5.1 塔顶冷凝器设计计算5.1.11. 选择换热器的类型 ：两流体温度变化情况：热流体为饱和苯甲苯温度为： 81.4 ；引用松花江水做冷凝水，夏季冷流体进口温度为 20，出口温度为 38，该冷却水用冷却水冷却，冷热流体温差不大，而冬天温度降低冷热流体温差较大 考虑到此因素，故采用浮头式管壳换热器 2. 流程安排：由于循环冷却水较易结垢，其流速太低，将会加快污垢增长速度，使换热器

10、的热流量下降， 所以应使冷却水走管程， 被冷凝液（热流体）走壳程，以便排出冷凝液。5.1.2确定物性数据表 9 两流体在定性温度下的物性数据表定性温度密度黏度比热容（ kJkg K） 导热系数 （ WmK）流体物性3（ mPa s）（）（ Kgm）苯和甲苯80.362.950.3071.9550.130冷却水299960.8944.1790.6055.1.3 传热面积的计算（1）计算逆流平均温度 :对于逆流传热：=80.36 =81.4=20=38=-=60.36 ，=-=23.4（2）选 K 值并估算传热面积2查文献初选 K=700wmK,则 A=Q= 283.611 103= 24.4m

11、2Kt m700 55.165.1.5 初选换热器型号采用 FA 系列的浮头列管换热器，初选用FA（4），性能参数如下：实际面积224520.0618Am管程 m管子数 N700折流板总数 N27Tb管长 m6圆缺高21.6%5.2 泵的选型(1) 进料泵的实际流速提升压头=0.113m设料液面至加料孔为6m，=0.6取 90弯头l e dF=35le =35dF=350.02=0.7m料液=79757.45 为湍流 = 0.316Re -0.25 = 0.0189P = Pj - PD = 105.13 - 101.3 = 4KPa在在料液面与进料孔面之间列柏努利方程=所以油泵型号为: IS

12、表 11 离心泵性能表型号IS37.5流量（ mh）扬程 m12.5功率配带5.5（ Kw）轴3.54转速2900效率48%结构单级5.5 塔总体高度的设计（1）塔的顶层空间的高度取 =0.6m（2）塔的底层空间的高度塔釜釜液停留时间取5min，塔径 D=1.4m塔底空间高度2WMLW5 14.7660 0.15HB5D21.541.42LW0.6（3）塔顶的封头高度 =3.73m（4）裙座高度 =3.82m（5）隔 8 块板设一个人孔共26 块板设 3 个人孔孔径 450mm塔体总高度=（） 0.4+12 0.6+3 0.45+0.6+1.42+3+0.49=19.66m结论计算数据项目符号

13、单位精馏段提馏段各段平均压强Pkpa108.8119.3各段平均温度t0C86.08100.63气相s30.1230.121平均流量VmsLSm3s0.00420.0045液相实际塔板数N块1014板间距HTm0.40.4塔的有效高度Zm4.05.2塔径Dm1.41.4空塔气速ums12.411.92塔板液流型式单流型单流型溢流管型式弓形弓形溢堰长LWm0.9240.922流堰高hwm0.0470.044装置溢流堰宽度Wdm0.0750.075板上清液层高度hLm0.0650.065孔径d0mm55项目符号单位精馏段提馏段孔间距tmm1515孔数n5030开孔面积m20.9830.985塔板压

14、降p0KPa0.70.7液体在降液管停留时间s13.9277.07降液管内清液层高度Hdm0.000750.00075雾沫夹带evkgkg0.01330.0124负荷上限液沫夹带控制液沫夹带控制液相负荷下限液相负荷下限负荷下限控制控制气相最大负荷Vmaxm3s0.430.43气相最小负荷Vms0.1420.13min3致谢通过本次课程设计， 不仅使我加深了对化工原理课程中的一些精馏知识的理解， 也让我懂得了学以致用， 同时，在查阅资料的同时也丰富了我的课外知识， 为以后的毕业设计和工作打下了坚实的基础。作为组长，在设计的过程中，我遇到了很多困难，感谢老师的帮助与指导，还有同学们的支持使我尽快找

15、到了解决难题的办法。 这次设计让我明白了， 一种严谨求实的态度，是做好一切工作的前提， 这个过程， 也为我以后的日常生活和工作留下了宝贵的经验。在本次设计中我也发现了自己的很多不足之处， 知道了自己学习中的薄弱环节在哪里，对知识的掌握还存在盲点， 总而言之，本次课程设计让我获益匪浅， 我相信在以后的专业设计中我能做的更好。参考文献（1）贾绍义 . 柴诚敬 . 化工原理课程设计指导书 ，天津大学出版社；（2）化工原理教研室 . 化工原理课程设计指导书 ，吉林化工学院编；（3）谭天恩 . 麦本熙 . 化工原理下册，化学工业出版社出版；（4）匡国柱 . 史启才 . 化工单元过程及设备课程设计 ；（5

16、）陈敏恒等编化工原理下册，化学工业出版社出版；（6）其它参考书。主要符号说明符号意义SI组分的量Kmol组分的量Kmol塔顶产品流率Kmols总板效率X 液相组分中摩尔分率y 气相组分中摩尔分率相对挥发度粘度PasF原料进量或流率KmolsK 相平衡常数L下降液体流率KmolsN 理论塔板数P系统的总压Paq 进料中液相所占分率r汽化潜热KJKmolt温度KV上升蒸气流率KmolsW蒸馏釜的液体量Kmolhc与干板压强降相当的液柱高度mhd液体流出降液管的压头损失mhL板上液层高度mW边缘区高度mcW弓形降压管宽度mdWs泡沫区宽度mZ塔的有效段高度m 0板上液层无孔系数液体在降液管内停留时间s L液体密度3Kgm V气体密度3KgmAT基截面积m2C 气相负荷参数C20液体表面张力为dny.cm -1 时的气相负荷参数Cf泛点负荷系数d筛板直径m0液体表面张力dyncmW降液管宽度md密度3KgmAa基板鼓泡区面积m2Af总降压管截面积m2符号意义SID塔径meV霧沫夹带量Kg 液 Kg 气F筛孔动能因数0h0降液管底隙高度mhp与单板压降