苯-甲苯精餾塔課程設(shè)計(jì)

1、資料范本本資料為word版本，可以直接編輯和打印，感謝您的下載苯-甲苯精福塔課程設(shè)計(jì)地點(diǎn)：時(shí)間：說(shuō)明：本資料適用于約定雙方經(jīng)過(guò)談判，協(xié)商而共同承認(rèn)，共同遵守的責(zé)任與 義務(wù)，僅供參考，文檔可直接下載或修改，不需要的部分可直接刪除，使用時(shí) 請(qǐng)?jiān)敿?xì)閱讀內(nèi)容課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)一、課題名稱苯一一甲苯混合體系分離過(guò)程設(shè)計(jì)二、課題條件（原始數(shù)據(jù)）1、設(shè)計(jì)方案的選定原料：苯、甲苯年處理量：108000t原料組成（甲苯的質(zhì)量分率）：0.5塔頂產(chǎn)品組成：塔底產(chǎn)品組成：2、操作條件操作壓力：常壓進(jìn)料熱狀態(tài)：泡點(diǎn)進(jìn)料冷卻水:20加熱蒸汽：0.2MPa塔頂為全凝器，中間泡點(diǎn)進(jìn)料，連續(xù)精儲(chǔ)3、設(shè)備型式：篩板塔三、設(shè)計(jì)內(nèi)容1、

2、概述2、設(shè)計(jì)方案的選擇及流程說(shuō)明3、塔板的計(jì)算（板式塔）4、主要設(shè)備工藝尺寸設(shè)計(jì)板式塔：（1）塔徑及提循段塔板結(jié)構(gòu)尺寸的確定（2）塔板的流體力學(xué)校核（3）塔板的負(fù)荷性能圖（4）總塔高、總壓降及接管尺寸的確定5、輔助設(shè)備選型與計(jì)算（泵、塔頂冷凝器和塔釜再沸器）6、設(shè)計(jì)結(jié)果匯總7、工藝流程圖設(shè)計(jì)內(nèi)容摘要：精儲(chǔ)是分離液體混合物最常用的一種單元操作，在化工、煉油、石 油化工等工業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。本設(shè)計(jì)的題目是苯一甲苯二元物系板式精儲(chǔ) 塔的設(shè)計(jì)。在確定的工藝要求下，確定設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)內(nèi)容包括精馀塔工藝設(shè) 計(jì)計(jì)算，塔輔助設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算，精馀工藝過(guò)程流程圖，精循塔設(shè)備結(jié)構(gòu)圖，設(shè) 計(jì)說(shuō)明書(shū)。關(guān)鍵詞：板式塔；苯

3、一甲苯；工藝計(jì)算；結(jié)構(gòu)圖簡(jiǎn)介塔設(shè)備是煉油、化工、石油化工等生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的氣液傳質(zhì)設(shè)備。根據(jù) 塔內(nèi)氣液接觸部件的結(jié)構(gòu)型式，可分為板式塔和填料塔。板式塔內(nèi)設(shè)置一定數(shù) 目的塔板，氣體以鼓泡或噴射形式穿過(guò)板上液層進(jìn)行質(zhì)熱傳遞，氣液相組成呈 階梯變化，屬逐級(jí)接觸逆流操作過(guò)程。填料塔內(nèi)裝有一定高度的填料層，液體 自塔頂沿填料表面下流，氣體逆流向上（也有并流向下者）與液相接觸進(jìn)行質(zhì) 熱傳遞，氣液相組成沿塔高連續(xù)變化，屬微分接觸操作過(guò)程。工業(yè)上對(duì)塔設(shè)備的主要要求是：（1）生產(chǎn)能力大；（2）傳熱、傳質(zhì)效率 高；（3）氣流的摩擦阻力??；（4）操作穩(wěn)定，適應(yīng)性強(qiáng)，操作彈性大；（5） 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，材料耗用量少；（6）

4、制造安裝容易，操作維修方便。此外，還要求 不易堵塞、耐腐蝕等。板式塔大致可分為兩類：（1）有降液管的塔板，如泡罩、浮閥、篩板、導(dǎo) 向篩板、新型垂直篩板、蛇形、S型、多降液管塔板；（2）無(wú)降液管的塔板， 如穿流式篩板（柵板）、穿流式波紋板等。工業(yè)應(yīng)用較多的是有降液管的塔 板，如浮閥、篩板、泡罩塔板等。苯的沸點(diǎn)為80.1C,熔點(diǎn)為5.5C,在常溫下是一種無(wú)色、味甜、有芳香 氣味的透明液體，易揮發(fā)。苯比水密度低，密度為0.88g/ml,但其分子質(zhì)量比 水重。苯難溶于水，1升水中最多溶解1.7g苯；但苯是一種良好的有機(jī)溶劑， 溶解有機(jī)分子和一些非極性的無(wú)機(jī)分子的能力很強(qiáng)。甲苯是最簡(jiǎn)單，最重要的芳燃化合

5、物之一。在空氣中，甲苯只能不完全燃 燒，火焰呈黃色。甲苯的熔點(diǎn)為-95 C,沸點(diǎn)為111 。甲苯帶有一種特殊的 芳香味（與苯的氣味類似），在常溫常壓下是一種無(wú)色透明，清澈如水的液 體， 密度為0. 866克/厘米3,對(duì)光有很強(qiáng)的折射作用（折射率： 1,4961） o甲苯幾乎不溶于水（0,52 g/1）,但可以和二硫化碳，酒精，乙醛以 任意比例混溶，在氯仿，丙酮和大多數(shù)其他常用有機(jī)溶劑中也有很好的溶解 性。甲苯的粘性為0,6 mPa s,也就是說(shuō)它的粘稠性弱于水。甲苯的熱值為 40. 940 kj/kg,閃點(diǎn)為 4 ,燃點(diǎn)為 535分離苯和甲苯，可以利用二者沸點(diǎn)的不同，采用塔式設(shè)備改變其溫度，使

6、 其分離并分別進(jìn)行回收和儲(chǔ)存。板式精錨塔、浮法塔都是常用的塔類型，可以 根據(jù)不同塔各自特點(diǎn)選擇所需要的塔。篩板是在塔板上鉆有均布的篩孔，呈正三角形排列。上升氣流經(jīng)篩孔分 散、鼓泡通過(guò)板上液層，形成氣液密切接觸的泡沫層（或噴射的液滴群）。篩 板塔是1932年提出的，當(dāng)時(shí)主要用于釀造，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造維修方 便，造價(jià)低，氣體壓降小，板上液面落差較小，相同條件下生產(chǎn)能力高于浮閥 塔，塔板效率接近浮閥塔。其缺點(diǎn)是穩(wěn)定操作范圍窄，小孔徑篩板易堵塞，不 適宜處理粘性大的、臟的和帶固體粒子的料液。但設(shè)計(jì)良好的篩板塔仍具有足 夠的操作彈性，對(duì)易引起堵塞的物系可采用大孔徑篩板，故近年我國(guó)對(duì)篩板的 應(yīng)用日益

7、增多，所以在本設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)該種塔型。二、設(shè)計(jì)方案的確定1操作條件的確定確定設(shè)計(jì)方案是指確定整個(gè)精鐳裝置的流程、各種設(shè)備的結(jié)構(gòu)型式和某些 操作指標(biāo)。例如組分的分離順序、塔設(shè)備的型式、操作壓力、進(jìn)料熱狀態(tài)、塔 頂蒸汽的冷凝方式等。下面結(jié)合課程設(shè)計(jì)的需要，對(duì)某些問(wèn)題作些闡述。1. 1操作壓力蒸播操作通?？稍诔?、加壓和減壓下進(jìn)行。確定操作壓力時(shí);必須根據(jù) 所處理物料的性質(zhì)，兼顧技術(shù)上的可行性和經(jīng)濟(jì)上的合理性進(jìn)行考慮。例如， 采用減壓操作有利于分離相對(duì)揮發(fā)度較大組分及熱敏性的物料，但壓力降低將 導(dǎo)致塔徑增加，同時(shí)還需要使用抽真空的設(shè)備。對(duì)于沸點(diǎn)低、在常壓下為氣態(tài) 的物料，則應(yīng)在加壓下進(jìn)行蒸儲(chǔ)。當(dāng)物性無(wú)特

8、殊要求時(shí)，一般是在稍高于大氣 壓下操作。但在塔徑相同的情況下，適當(dāng)?shù)靥岣卟僮鲏毫梢蕴岣咚奶幚砟?力。有時(shí)應(yīng)用加壓蒸鏘的原因，則在于提高平衡溫度后，便于利用蒸汽冷凝時(shí) 的熱量，或可用較低品位的冷卻劑使蒸汽冷凝，從而減少蒸鐳的能量消耗。1. 2進(jìn)料狀態(tài)進(jìn)料狀態(tài)與塔板數(shù)、塔徑、回流量及塔的熱負(fù)荷都有密切的聯(lián)系。在實(shí)際 的生產(chǎn)中進(jìn)料狀態(tài)有多利J但一般都將料液預(yù)熱到泡點(diǎn)或接近泡點(diǎn)才送入塔 中，這主要是由于此時(shí)塔的操作比較容易控制，不致受季節(jié)氣溫的影響。此 外，在泡點(diǎn)進(jìn)料時(shí)，精儲(chǔ)段與提儲(chǔ)段的塔徑相同，為設(shè)計(jì)和制造上提供了方 便。1. 3加熱方式蒸飾釜的加熱方式通常采用間接蒸汽加熱，設(shè)置再沸器。有時(shí)也可

9、采用直 接蒸汽加熱。然而，直接蒸汽加熱，由于蒸汽的不斷通入，對(duì)塔底溶液起了稀 釋作用，在塔底易揮發(fā)物損失量相同的情況下，塔底殘液中易揮發(fā)組分的濃度 應(yīng)較低，因而塔板數(shù)稍有增加。采用直接蒸汽加熱時(shí)，加熱蒸汽的壓力要高于 釜中的壓力，以便克服蒸汽噴出小孔的阻力及釜中液柱靜壓力。對(duì)于苯-甲苯溶 液,一般采用Lr2.0KPa （表壓）。2確定設(shè)計(jì)方案的原則確定設(shè)計(jì)方案總的原則是在可能的條件下，盡量采用科學(xué)技術(shù)上的最新成 就，使生產(chǎn)達(dá)到技術(shù)上最先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)上最合理的要求，符合優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、安 全、低消耗的原則。為此，必須具體考慮如下幾點(diǎn)：所設(shè)計(jì)出來(lái)的流程和設(shè)備，首先必須保證產(chǎn)品達(dá)到任務(wù)規(guī)定的要求，而且 質(zhì)量

10、要穩(wěn)定，這就要求各流體流量和壓頭穩(wěn)定，入塔料液的溫度和狀態(tài)穩(wěn)定， 從而需要采取相應(yīng)的措施。其次所定的設(shè)計(jì)方案需要有一定的操作彈性，各處 流量應(yīng)能在一定范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)，必要時(shí)傳熱量也可進(jìn)行調(diào)整。因此，在必要 的位置上要裝置調(diào)節(jié)閥門(mén)，在管路中安裝備用支線。計(jì)算傳熱面積和選取操作 指標(biāo)時(shí)，也應(yīng)考慮到生產(chǎn)上的可能波動(dòng)。再其次，要考慮必需裝置的儀表（如溫 度計(jì)、壓強(qiáng)計(jì)，流量計(jì)等）及其裝置的位置，以便能通過(guò)這些儀表來(lái)觀測(cè)生產(chǎn)過(guò) 程是否正常，從而幫助找出不正常的原因，以便采取相應(yīng)措施。2. 2滿足經(jīng)濟(jì)上的要求要節(jié)省熱能和電能的消耗，減少設(shè)備及基建費(fèi)用。如前所述在蒸錨過(guò)程中 如能適當(dāng)?shù)乩盟?、塔底的廢熱，就

11、能節(jié)約很多生蒸汽和冷卻水，也能減少 電能消耗。乂如冷卻水出口溫度的高低，一方面影響到冷卻水用量，另方面也 影響到所需傳熱面積的大小，即對(duì)操作費(fèi)和設(shè)備費(fèi)都有影響。同樣，回流比的 大小對(duì)操作費(fèi)和設(shè)備費(fèi)也有很大影響。2. 3保證安全生產(chǎn)例如苯屬有毒物料，不能讓其蒸汽彌漫車間。乂如，塔是指定在常壓下操 作的，塔內(nèi)壓力過(guò)大或塔驟冷而產(chǎn)生真空，都會(huì)使塔受到破壞，因而需要安全 裝置。以上三項(xiàng)原則在生產(chǎn)中都是同樣重要的。但在化工原理課程設(shè)計(jì)中，對(duì)第 一個(gè)原則應(yīng)作較多的考慮，對(duì)第二個(gè)原則只作定性的考慮，而對(duì)第三個(gè)原則只 要求作一般的考慮。三、塔體計(jì)算設(shè)計(jì)方案的確定本設(shè)計(jì)采用連續(xù)精鏘流程，飽和液體進(jìn)料。塔頂上升蒸

12、汽采用全凝器冷 凝，冷凝液在泡點(diǎn)下一部分回流至塔內(nèi)，其余部分經(jīng)產(chǎn)品冷卻器冷卻后送至儲(chǔ) 罐。該物系屬于易分離物系，最小回流比比較小，故操作回流比取最小回流比 的2倍。塔釜采用飽和蒸汽間接加熱，塔底產(chǎn)品冷卻后送至儲(chǔ)罐。2.1原料液進(jìn)料量、塔頂、塔底摩爾分率進(jìn)料量：F= 108000t/年二 15000kg/h苯的摩爾質(zhì)量MA=78Kg/mo 1甲苯的摩爾質(zhì)量MB=92Kg/mo 12.2原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量MD=0. 99152. 3物料衡算原料處理量總物料衡算F=D+W=177. 67kmol/hF. XF = D. XD + W. XW解得：D=94. 9839Kmol/hW=

13、82. 6861Kmol/h四、塔板計(jì)算4.1塔板數(shù)的確定理論板數(shù)的求取(1)相對(duì)揮發(fā)度的求取苯的沸點(diǎn)為80. 1,甲苯的沸點(diǎn)為no. 8c當(dāng)溫度為80. 時(shí)解得:，當(dāng)溫度為110. 8時(shí)解得：，=239.3316/101. 8357=2. 35最小回流比的求取由于是飽和液體進(jìn)料，有q=l, q線為一垂直線，故，根據(jù)相平衡方程有最小回流比為回流比為最小回流比的2倍，即R=2Rmin=2. 46(3)精鐳塔的氣、液相負(fù)荷(4)操作線方程精循段操作線方程提循段操作線方程兩操作線交點(diǎn)橫坐標(biāo)為理論板計(jì)算過(guò)程如下總理論板數(shù)為15 (包括蒸鐳釜)，精儲(chǔ)段理論板數(shù)為7,第8塊板為進(jìn)料 板。1.2實(shí)際板數(shù)的求

14、取取全塔效率為0.52,則有總板數(shù)為24 (包括蒸偏釜)，精微段板數(shù)為14,提錨段板數(shù)為122提溜段的計(jì)算2.1精錨塔的提儲(chǔ)段工藝條件(1)操作壓力的計(jì)算設(shè)每層塔板壓降已知?jiǎng)t(2)操作溫度的計(jì)算依據(jù)操作壓力，由泡點(diǎn)方程通過(guò)試差法計(jì)算出泡點(diǎn)溫度，其中苯、甲苯的 飽和蒸汽有安托尼方程計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如下：試差得到的PA、PB代入到計(jì)算得到的結(jié)果如下：塔頂溫度：塔釜溫度進(jìn)料板溫度提鐳段平均溫度(3)平均摩爾質(zhì)量計(jì)算塔釜平均摩爾質(zhì)量的計(jì)算由理論板的計(jì)算過(guò)程可知，9山理論板的計(jì)算過(guò)程可知，提錨段的平均摩爾質(zhì)量為:(4)平均密度計(jì)算氣相平均密度計(jì)算由理想氣體狀態(tài)方程式計(jì)算，即精情段氣相平均密度：提錨段氣相平

15、均密度：=2 * GB3 液相平均密度計(jì)算液相平均密度計(jì)算依下式計(jì)算，即：塔頂液相平均密度的計(jì)算。由，查液體在不同溫度下的密度表得：塔釜液相平均密度的計(jì)算。III,查液體在不同溫度下的密度表得：進(jìn)料板液相平均密度的計(jì)算。由，查液體在不同溫度下的密度表得：提餡段的平均密度為：精循段的平均密度為：(5)液體平均表面張力的計(jì)算液相平均表面張力依下式計(jì)算，即：進(jìn)料板液相平均表面張力的計(jì)算。lib查液體表面張力共線圖得:塔釜液液相平均表面張力的計(jì)算。lib查液體表面張力共線圖得：提錨段平均表面張力為：(6)液體平均黏度計(jì)算液相平均黏度依下式計(jì)算，即：塔釜液相平均黏度的計(jì)算：lib查氣體黏度共線圖得：提循

16、段液相平均黏度的計(jì)算：lib查氣體黏度共線圖得：提譚段液相平均黏度為：4. 2. 2塔徑的計(jì)算最大氣速精譚段的氣、液相體積流率為：設(shè)查篩板塔汽液負(fù)荷因子曲線圖得取安全系數(shù)為0.75,則空塔氣速為：塔徑按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后為塔截面積為：4. 2. 3.塔板主要工藝尺寸的計(jì)算(1)溢流堰工藝尺寸的計(jì)算因塔徑，液體流量為?？蛇x用單溢流弓形降液管，采用凹形受液盤(pán)。各項(xiàng)計(jì)算如下:堰長(zhǎng)取溢流堰高度由，選用平直堰。由和查表得液流收縮系數(shù)E=1. 051堰上液層高度由下式計(jì)算,即:則故弓形降液管寬度和截面積：山，查弓形降液管參數(shù)圖得：則：，驗(yàn)算液體在降液管中停留時(shí)間，即：故降液管設(shè)計(jì)合理。降液管底隙的流速，則：則

17、故降液管底隙高度設(shè)計(jì)合理。選用凹形受液盤(pán)，深度。塔板布置二1 * GB3塔板的分塊。因，故塔板采用分塊式。查塔板塊數(shù)表得塔板分為4塊。=2 * GB3 邊緣區(qū)寬度確定：取，=3 * GB3 開(kāi)孔區(qū)面積計(jì)算。開(kāi)孔區(qū)面積計(jì)算為:其中故=4 * GB3 篩孔計(jì)算及其排列。由于苯和甲苯?jīng)]有腐蝕性，可選用碳鋼板，取篩孔直徑。篩孔按正三角形 排列，取孔中心距t為：篩孔數(shù)目n為：開(kāi)孔率為：氣體通過(guò)篩孔的氣速為：2.4.篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算(1)塔板壓降* GB3 干板阻力計(jì)算。干板阻力由下式計(jì)算：lib查篩板塔汽液負(fù)荷因子曲線圖得故液柱* GB3 氣體通過(guò)液層的阻力計(jì)算。氣體通過(guò)液層的阻力由下式計(jì)算，即查充氣

18、系數(shù)關(guān)聯(lián)圖得。故。* GB3 液體表面張力的阻力計(jì)算。液體表面張力所產(chǎn)生的阻力由下式計(jì)算，B|J：氣體通過(guò)每層塔板的液柱高度按下式計(jì)算：氣體通過(guò)每層塔板的壓降為：(2)液面落差對(duì)于篩板塔，液面落差很小，且本設(shè)計(jì)的塔徑和液流量均不大，故可忽略 液面落差的影響。(3)溢流液泛為防止塔內(nèi)發(fā)生液泛，降液管內(nèi)液層高應(yīng)服從下式所表示的關(guān)系，B|J：而塔板不設(shè)進(jìn)口堰則苯一甲苯物系屬一般物系，取，則：所以設(shè)計(jì)中不會(huì)發(fā)生液泛現(xiàn)象(4)液沫夾帶液沫夾帶按下式計(jì)算：故液沫夾帶量在允許的范圍內(nèi)。(5)漏液對(duì)篩板塔，漏液點(diǎn)氣速可由以下公式計(jì)算：實(shí)際氣速穩(wěn)定系數(shù)為故在本設(shè)計(jì)中無(wú)明顯漏液。2. 5.精錨段塔板負(fù)荷性能圖(1

19、)漏液線由， ,得：在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)值，依上式計(jì)算出值，計(jì)算結(jié)果列于下表表4-1漏液線計(jì)算結(jié)果山上表數(shù)據(jù)即可作出漏液線1(2)液沫夾帶線以為限，求關(guān)系如下：在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)值，依上式計(jì)算出值，計(jì)算結(jié)果列于下表表4-2液沫夾帶線計(jì)算結(jié)果山上表數(shù)據(jù)即可作出液沫夾帶線2液相負(fù)荷下限線對(duì)于平直堰，取堰上液層高度=0. 006m作為最小液體負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn):據(jù)此可作出與氣體流量無(wú)關(guān)的垂直液相負(fù)荷下限線3(4)液相負(fù)荷上限線以作為液體在降液管中停留時(shí)間的下限故據(jù)此可作出與氣體流量無(wú)關(guān)的垂直液相負(fù)荷上限線4o(5)液泛線令lii聯(lián)立解得忽略，將與，與，與的關(guān)系式代入上式，并整理得：式中將有關(guān)的數(shù)據(jù)代入整

20、理，得在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)值，依上式計(jì)算出值，計(jì)算結(jié)果列于下表表4-3液泛線計(jì)算表山上表即可作出液泛線圖一：圖一提譚段負(fù)荷性能圖由上圖可看出，該篩板的操作上限為液泛控制，下限為漏液控制。由圖查 得：=0. 664= 3. 628故操作彈性為：/二5.463所設(shè)計(jì)提錨段篩板的主要結(jié)果匯總于下表表4-7提微段篩板塔設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果五、塔附件設(shè)計(jì)接管(1)進(jìn)料管進(jìn)料管的結(jié)構(gòu)類型很多，有直管進(jìn)料管、彎管進(jìn)料管、T形進(jìn)料管。本設(shè) 計(jì)采用直管進(jìn)料管。F=108t/h=15000Kg/h , =752. 9Kg/則體積流量取管內(nèi)流速則管徑取進(jìn)料管規(guī)格中68X3則管內(nèi)徑d=62mm進(jìn)料管實(shí)際流速(2)回流管采用直管回流管，回流管的回流量：塔頂液相平均摩爾質(zhì)量，塔頂溫度t=105. 3查表得：平均密度則液體流量取管內(nèi)流速則回流管直徑可取回流管規(guī)格中42X2. 5則管內(nèi)直徑d=37mm回流管內(nèi)實(shí)際流速(3)塔頂蒸汽接管塔頂蒸汽密度塔頂汽相平均摩爾質(zhì)量則蒸汽的體積流量：取管內(nèi)蒸汽流速可取回流管規(guī)格中245X6. 5則實(shí)際管徑d=232mm塔頂蒸汽接管實(shí)際流速(4)釜液排出管塔底W=82. 6861kmol/h平均密度平均摩爾質(zhì)量體積流量：