苯—氯苯精馏塔课程设计.pdf

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化工原理课程设计
说明书
专业:08化学工程与工艺
班级:一班
学生姓名:周*
学生学号:*************
指导教师:许**
设计时间:2010年11月27日
成绩:
________________
:.
苯-***苯板式精馏塔的工艺设计
课程设计题目——苯-***苯板式精馏塔的工艺设计
一、设计题目
苯-***苯精馏分离板式塔设计
二、设计基础数据
苯,***苯纯组分的饱和蒸汽压数据
温度,℃80901001**********.8
P0×-1kpa苯760102513501760225028402900
i
***苯148205293400543719760
三,设计任务及操作条件
(一)设计任务
(1)原料液中***苯含量:质量分率60%(质量)。
(2)产品纯度为98%(质量)的***苯。
(3)塔顶馏出液中***苯含量不得高于2%(质量)。
(4)生产能力:5000吨/年原液产品,年开工300天。
(二)操作条件
(1)精馏塔顶压强:(表压)
(2)进料热状态饱和液体进料
R
(3)回流比:min

(4)单板压降压:≤
2008级化学工程与工艺化工原理课程设计2
:.
苯-***苯板式精馏塔的工艺设计
(5)塔顶采用全凝器泡点回流。塔釜采用间接饱和水蒸气加热
t25Ct40C
(6)冷凝器冷却剂:水,冷却剂温度:1;2
再沸器加热剂:饱和水蒸气,加热剂温度:P=2at(表压)
热损失:Q1=5%QB
(7)
四、要求
(1)对精馏过程进行描述
(2)对精馏过程进行物料衡算和热量衡算
(3)对精馏塔进行设计计算
(4)对精馏塔的附属设备进行选型
(5)画一张精馏塔的装配图
(6)编制设计说明书
目录
第一章流程及生产条件的确定和说明-------------------------------------------10
第一节概述---------------------------------------------------------------------------10
---------------------------------------------------------------------10
---------------------------------------------------------10
---------------------------------------------------------------10
----------------------------------------------------------------10
-------------------------------------------------------------11
----------------------------------------------------------------11
-----------------------------------------------------------------11
第二节精馏塔的物料衡算--------------------------------------------------------11
、塔底产品的摩尔分数---------------------------------------11
、塔底产品的平均摩尔质量---------------------------------11
-------------------------------------------------------------------------11
第三节塔板数的确定---------------------------------------------------------------12
2008级化学工程与工艺化工原理课程设计3
:.
苯-***苯板式精馏塔的工艺设计
-------------------------------------------------------------------------------------12
------------------------------------------------------------------12
-----------------------------------------------------------------12
x~y
----------------------------------------12
-------------------------------------------------------------13
-------------------------------------------------------------13
:-------------------------------------------------------------------13
:逐板法(塔顶全凝器)----------------------------------------14
-------------------------------------------------------------------------------14
-------------------------------------------------------------------14
第二章精馏塔工艺计算---------------------------------------------------------------14
第一节精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算------------------------------14
1操作压力计算--------------------------------------------------------------------------15
2操作温度计算--------------------------------------------------------------------------15
3平均摩尔质量计算---------------------------------------------------------------------15
4平均密度计算---------------------------------------------------------------------------16
-------------------------------------------------------------------16
-------------------------------------------------------------------16
5、液体表面张力计算-------------------------------------------------------------------18
6、液体平均黏度计算-------------------------------------------------------------------18
第三章精馏塔设计计算----------------------------------------------------------------19
第一节精馏塔的塔体的工艺尺寸计算---------------------------------------------19
--------------------------------------------------------------------------19
-------------------------------------------------------------21
第二节塔板主要工艺尺寸计算-------------------------------------------------------21
1、塔板主要工艺尺寸的计算----------------------------------------------------------21
-------------------------------------------------------------------------21
l
--------------------------------------------------------------------------------21
2008级化学工程与工艺化工原理课程设计4
:.
苯-***苯板式精馏塔的工艺设计
h
----------------------------------------------------------------------21
WA
----------------------------------------------22
h
----------------------------------------------------------------22
----------------------------------------------------------------------------22
--------------------------------------------------------------------23
第三节筛板的流体力学验算----------------------------------------------------------23
1、塔板压降-------------------------------------------------------------------------------23
h
------------------------------------------------------------------23
-------------------------------------------------------23
h
的计算--------------------------------------------------23
2、液面落差-------------------------------------------------------------------------------24
3、液沫夹带-------------------------------------------------------------------------------24
4、漏液--------------------------------------------------------------------------------------24
5、液泛--------------------------------------------------------------------------------------24
6、塔板负荷--------------------------------------------------------------------------------25
-----------------------------------------------------------------------------------25
-----------------------------------------------------------------------------25
-----------------------------------------------------------------------26
-----------------------------------------------------------------------27
-----------------------------------------------------------------------------------27
第四章附属设备及主要附件的选型和计算----------------------------------------29
第一节辅助设备设计------------------------------------------------------------------29
----------------------------------------------------------------------29
-------------------------------------------------------------------------30
2008级化学工程与工艺化工原理课程设计5
:.
苯-***苯板式精馏塔的工艺设计
-------------------------------------------------------------------------31
第五章设计结果列表---------------------------------------------------------------------31
第六章设计结果与讨论和说明--------------------------------------------------------33
第一节设计结果自我评价------------------------------------------------------------33
第二节此次设计的心得有以下几点-----------------------------------------------33
第七章结束语----------------------------------------------------------------------------33
第八章参考文献----------------------------------------------------------------------33
符号说明
英文字母
A-阀孔的鼓泡面积m2
α
A-降液管面积m2
f
A-塔截面积m2
T
b-操作线截距
c-负荷系数(无因次)
c-流量系数(无因次)
0
D-塔顶流出液量kmol/h
D-塔径m
d-阀孔直径m
0
E-全塔效率(无因次)
T
E-液体收缩系数(无因次)
e-物沫夹带线kg液/kg气
v
F-进料流量kmol/h
F-阀孔动能因子m/s
0
g-重力加速度m/s2
H-板间距m
T
H-塔高m
H-清液高度m
d
h-与平板压强相当的液柱高度m
c
h-与液体流径降液管的压降相当液柱高度m
d
h-与气体穿过板间上液层压降相当的液柱高度m
r
h-板上鼓泡高度m
f
2008级化学工程与工艺化工原理课程设计6
:.
苯-***苯板式精馏塔的工艺设计
h-板上液层高度m
L
h-降液管底隙高度m
0
h-堰上液层高度m
02v
h-与板上压强相当的液层高度m
p
h-与克服液体表面张力的压降所相当的液柱高度m
σ
h-溢液堰高度m
2v
K-物性系数(无因次)
L-塔内下降液体的流量m3/s
s
L-溢流堰长度m
w
M-分子量kg/kmol
N-塔板数
N-实际塔板数
p
N-理论塔板数
T
P-操作压强Pa
ΔP-压强降Pa
q-进料状态参数
R-回流比
R-最小回流比
min
u-空塔气速m/s
w-釜残液流量kmol/h
w-边缘区宽度m
c
w-弓形降液管的宽度m
d
w-脱气区宽度m
s
x-液相中易挥发组分的摩尔分率
y-气相中易挥发组分的摩尔分率
z-塔高m
希腊字母
α-相对挥发度
μ-粘度Cp
ρ-密度kg/m3
σ-表面张力
下标
r-气相
L-液相
l-精馏段
q-q线与平衡线交点
min-最小
max-最大
A-易挥发组分
B-难挥发组分
2008级化学工程与工艺化工原理课程设计7
:.
苯-***苯板式精馏塔的工艺设计
主要流程:
冷凝器→塔顶产品冷却器→苯的储罐→苯
↑↓回流
原料→原料罐→原料预热器→精馏塔
↑回流↓
再沸器←~塔底产品冷却器→***苯的储罐→***苯
流程示意图:
2008级化学工程与工艺化工原理课程设计8
:.
苯-***苯板式精馏塔的工艺设计
图5-1板式塔总体结构简图
2008级化学工程与工艺化工原理课程设计9
:.
苯-***苯板式精馏塔的工艺设计
化工原理课程设计
----------筛板塔的设计
第一章流程及生产条件的确定和说明
第一节概述
精馏塔是现在化工厂中必不可少的设备,因此出现了很多种的精馏塔。塔设
备按其结构形式基本可分为两类:板式塔和填料塔。其中,浮阀塔是内置一定数量
的阀,浮阀可根据气体的流量自行调节开度,可以避免漏夜降低气速。浮阀塔保留
了泡罩塔的操作弹性大的优点并且浮阀塔板的生产能力大于泡罩塔板。因此发展很
快。所以做分离苯-***苯的课程选择了筛板塔。

本设计任务为分离苯-***苯混合物连续精馏。设计中采用饱和液体进料,将
,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。塔釜用再沸器加热
水至饱和过热水蒸气状态,送至塔内,塔釜塔底产品经冷却后送至储罐。
设计数据如下表:
工艺条件数据
进料温度0
98C
进料组成40%
塔顶组成98%
塔底组成2%
进料量Kg/h(按计)
R/
min


精馏装置包括精馏塔、原料预热器,精馏釜(再沸器)、冷凝器等设备。精
馏过程按操作方式的不同,分为连续精馏和间接精馏两种流程。连续精馏具有生产
能力大,产品质量稳定等优点,工业生产中以连续精馏为主。
精馏是通过物料在塔内的多次部分气化与多系部分冷凝实现分离的,热量
自塔釜输入,由冷凝器将余热带走。另外,为保持塔的操作稳定性,流程中除用泵
直接送入塔原料外也可采用高位槽送料,以免受泵操作波动的影响。
塔顶冷凝装置可采用全凝器、分凝器——全凝器两种不同的设置。工业上
以采用全凝器为主,以便于准确地控制回流比。塔顶分凝器对上升蒸汽有一定的增
浓作用,若后继装置使用气态物料,则宜用分凝器。
总之,确定流程时要较全面、合理地兼顾设备、操作费用、操作控制及安
全诸因素。

精馏过程按操作压力不同,分为常压精馏、减压精馏和加压精馏。本实验采
2008级化学工程与工艺化工原理课程设计10
:.
苯-***苯板式精馏塔的工艺设计
用的是常压精馏。

精馏操作有五种进料热状况,进料热状况不同,影响塔内各层塔板的气、液相
负荷。工业上多采用接近泡点液体进料和饱和液体(泡点)进料,通常用釜残液预
热原料。若工艺要求减少釜塔的加热量,以避免釜温过高,料液产生聚合或结焦,
则应采用气态进料。

精馏大多采用间接蒸汽加热,设置再沸器。有时也可采用直接蒸汽加热,例如
精馏釜残液中的主要组分是水,且在低浓度下轻组分的相对挥发度较大时宜用直接
整齐加热,其优点是可以利用压力较低的加热蒸汽以节省操作费用,并省掉间接加
热设备。但由于直接蒸汽的加入,对釜内溶液起一定稀释作用,在进料条件和产品
纯度、轻组分收率一定的前提下,釜液浓度相应降低,故需要在提馏段增加塔板以
达到生产要求。

回流比是精馏操作的重要工艺条件,其选择的原因是使设备费和操作费用之和最低。
设计时,应根据实际需要选定回流比,也可参考同类生产的经验值选定。必要时可
选用若干个R值,利用吉利兰图(简捷法)求出对应理论板数N,作出N——R曲
线,从中找出适宜操作回流比R,也可作出R对精馏操作费用的关系线,从中确定
适宜回流比R。
第二节精馏塔的物料衡算
1、原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率
苯的摩尔质量M=
A
***苯的摩尔质量M=
B

x-=


x1


x-=

2原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量
×+×=
×+×=
×+×=

进料F=50001000÷(30024)=
总物料衡算:FDW
2008级化学工程与工艺化工原理课程设计11
:.
苯-***苯板式精馏塔的工艺设计
***苯物料衡算:FxDxWx
FDW
F=
D=
W=
第三节塔板数的确定
:泡点进料,故q=1
组成为X=
F

:
-***苯的相平衡数据,利用泡点方程和露点方程求取x~y

依据xpp/pp,ypx/p,:
tBABAt
温度,(℃)80901001**********.8
苯760102513501760225028402900
p
i
***苯148205293400543719760


T
140
130
120
110
100
90
80
70

x(y)
苯-***苯物系的温度组成图
本题中,塔内压力接近常压(实际上略高于常压),而表中所给为常压下的相平衡数据,
因为操作压力偏离常压很小,所以其对x~y平衡关系的影响完全可以忽略。
2008级化学工程与工艺化工原理课程设计12
:.
苯-***苯板式精馏塔的工艺设计

x~ytx~yx~yq1
。在图上,因,查得
。故有:
x
RDe
my
ee
R
m

×=
×=
提馏段液体流量=+=
=
:
Rx
精馏段操作线:yxD
R1R1
提馏段操作线方程:
又当X=1时p/p=760/148=
AB

故有:相平衡方程:yx/1(1)x
=/(1+)
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苯-***苯板式精馏塔的工艺设计
:逐板法(塔顶全凝器)
塔板数yxXf===









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