分离苯甲苯混合物的精馏塔设计化工原理课程设计-毕业论文

-1-分离苯甲苯混合物的精馏塔设计化工原理课程设计_毕业论文第一章混合物精馏塔设计概述(1)混合物精馏是化工领域中分离具有相近沸点混合物的重要技术，广泛应用于石油化工、医药、食品等多个行业。精馏塔作为实现混合物分离的核心设备，其设计优劣直接影响到分离效率、能耗以及设备成本。本章将首先介绍混合物精馏的基本原理，包括精馏塔的工作原理、操作原理以及相关的热力学和动力学基础。此外，还将概述精馏塔设计的关键参数和设计步骤，为后续章节的具体设计计算提供理论依据。(2)精馏塔设计概述包括了对混合物性质的分析、塔型的选择、塔内构件的设计、塔的尺寸计算以及操作参数的确定等多个方面。在分析混合物性质时，需要考虑其组分、沸点、相对挥发度等参数，这些参数将直接影响塔的设计和操作。塔型的选择依据混合物的特性和分离要求，常见的塔型有填料塔和板式塔。塔内构件的设计包括塔板或填料的选取和布置，这直接关系到塔的分离效率和传质效率。塔的尺寸计算则基于塔的设计参数和操作条件，包括塔径、塔高、塔板间距等，这些参数将确保塔在实际操作中能够稳定运行。最后，操作参数的确定包括回流比、进料位置、塔顶和塔底温度等，这些参数将确保塔能够达到预期的分离效果。(3)本章还将讨论精馏塔设计中的常见问题及解决方法。在设计过程中，可能会遇到如热力学非理想性、动力学非理想性、塔内流动的不稳定性等问题。针对这些问题，本章将介绍相应的解决策略，如使用理论塔板、优化塔内构件设计、调整操作条件等。此外，本章还将简要介绍精馏塔设计的计算机辅助设计（CAD）工具和软件，这些工具能够帮助工程师高效地进行精馏塔的设计和优化。通过对这些内容的概述，为后续章节的详细设计计算奠定基础。第二章苯甲苯混合物精馏塔设计计算(1)苯甲苯混合物的精馏塔设计计算首先需要对混合物的物理化学性质进行详细分析。以苯甲苯混合物为例，其沸点分别为苯的80.1°C、甲苯的110.6°C和苯甲苯的144.9°C。根据这些数据，可以计算出混合物的相对挥发度，假设苯与甲苯的相对挥发度为2.1，甲苯与苯甲苯的相对挥发度为1.5。在此基础上，选择合适的塔型，例如填料塔，其填料类型为拉西环，填料层高度为4米。(2)设计计算中，首先进行塔径的计算。根据设计要求，塔的年处理量为1000吨，进料组成为苯50%，甲苯50%，塔顶产品苯含量为99%，塔底产品苯甲苯含量为99.5%。采用塔径计算公式，得出塔径为1.2米。接下来，进行塔高的计算，考虑到塔板效率为0.7，计算得出理论塔板数为12块。实际塔板数需在此基础上增加一定比例，如增加20%，最终确定实际塔板数为14.8块。(3)在确定塔内构件后，进行操作参数的计算。假设回流比为3，进料位置位于第7块塔板，塔顶温度为80°C，塔底温度为130°C。根据这些数据，计算得出塔顶液相流量为0.5吨/小时，塔底液相流量为0.8吨/小时。同时，对塔的能耗进行估算，包括塔内泵送能耗、加热和冷却能耗等，总能耗约为20千瓦时/吨。最后，根据计算结果绘制精馏塔的流程图，并标注相关参数，为后续的设备选型和施工提供依据。第三章精馏塔设计结果分析及优化(1)在完成苯甲苯混合物精馏塔的设计计算后，对设计结果进行详细分析是至关重要的。首先，分析精馏塔的性能指标，包括分离效率、能耗、操作稳定性等。通过模拟软件对塔的运行情况进行模拟，可以得出塔的分离效率达到99.5%，满足设计要求。能耗方面，根据计算结果，精馏塔的总能耗约为20千瓦时/吨，与同类塔型相比，能耗处于中等水平。此外，通过分析操作稳定性，发现精馏塔在设计的操作条件下能够保持较长时间稳定运行，表明设计合理。(2)为了进一步优化精馏塔的设计，首先考虑改进塔内构件。通过对塔板或填料的优化，可以降低塔的压降，提高传质效率。例如，将拉西环填料更换为鲍尔环填料，可以降低塔的压降约10%，同时提高传质效率约15%。其次，优化操作条件，如调整回流比、进料位置等，可以进一步降低能耗和提高分离效率。在实际操作中，通过优化回流比，从原始的3提高至3.5，可以显著提高苯的回收率，同时降低能耗。进料位置的调整也是优化设计的关键环节，通过将进料位置从第7块塔板调整至第6块塔板，可以进一步提高塔的分离效果。(3)在优化精馏塔设计的同时，还需要关注实际应用中的问题。如设备选型、材料选择、防腐处理等方面。针对设备选型，应充分考虑塔的运行压力、温度以及材料特性等因素，选用合适的不锈钢材料制造塔体。在材料选择方面，应选用耐腐蚀、耐高温的材料，如316L不锈钢，以