中國(guó)石油大學(xué)化工原理專業(yè)課程設(shè)計(jì)畢勝苯甲苯乙苯

中國(guó)石油大學(xué)化工原理專業(yè)課程設(shè)計(jì)畢勝苯甲苯乙苯PAGEPAGE38化工原理課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書設(shè)計(jì)題目：分離苯（1）-甲苯（2）-乙苯（3）混合物班級(jí)：化工06-2班姓名：畢勝指導(dǎo)教師：馬慶蘭設(shè)計(jì)成績(jī)：日期：2009.6.8-2009.7.4設(shè)計(jì)任務(wù)書目錄工藝流程簡(jiǎn)圖第一部分精餾塔的工藝設(shè)計(jì)第一節(jié)產(chǎn)品組成及產(chǎn)品量的確定一、清晰分割法二、質(zhì)量分率轉(zhuǎn)換成摩爾分率三、物料平衡表第二節(jié)操作溫度與壓力的確定一、回流罐溫度二、回流罐壓力三、塔頂壓力四、塔頂溫度五、塔底壓力六、塔底溫度七、進(jìn)料壓力八、進(jìn)料溫度第三節(jié)最小回流比的確定第四節(jié)最少理論板數(shù)的確定第五節(jié)適宜回流比的確定一、作N-R/Rmin圖二、作N（R+1）-R/Rmin圖三、選取經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)第六節(jié)理論塔板數(shù)的確定第七節(jié)實(shí)際塔板數(shù)及實(shí)際加料板位置的確定附表：溫度壓力匯總表第八節(jié)塔徑計(jì)算一、精餾段塔徑二、提餾段塔徑第九節(jié)熱力學(xué)衡算附表：全塔熱量衡算總表第二部分塔板設(shè)計(jì)第一節(jié)溢流裝置設(shè)計(jì)第二節(jié)浮閥塔板結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定第三節(jié)浮閥水力學(xué)計(jì)算第四節(jié)負(fù)荷性能圖第三部分板式塔結(jié)構(gòu)第一節(jié)塔體的設(shè)計(jì)一、筒體設(shè)計(jì)二、封頭設(shè)計(jì)三、人孔選用四、裙座設(shè)計(jì)第二節(jié)接管的設(shè)計(jì)第四部分輔助設(shè)備設(shè)計(jì)第一節(jié)全凝器設(shè)計(jì)第二節(jié)再沸器選擇第三節(jié)回流泵選擇第五部分計(jì)算結(jié)果匯總第六部分負(fù)荷性能圖第七部分分析討論附錄參考資料第一部分精餾塔的工藝設(shè)計(jì)第一節(jié)產(chǎn)品組成及產(chǎn)品量的確定一、清晰分割法（P492）重關(guān)鍵組分為甲苯，輕關(guān)鍵組分為苯，分離要求較高，而且與相鄰組分的相對(duì)揮發(fā)度都較大，于是可以認(rèn)為是清晰分割，假定乙苯在塔頂產(chǎn)品中的含量為零。現(xiàn)將已知數(shù)和未知數(shù)列入下表中：a1a2a3備注進(jìn)料（F）0.280.420.3給定塔頂產(chǎn)品（D）0.990.010給定x1,D，估計(jì)x3，D=0，算得x1,D塔頂產(chǎn)品（W）0.013未知未知注：表中F、D、W為質(zhì)量流率，a1、a2、a3為質(zhì)量分率列全塔總物料衡算及組分A、B、C的全塔物料衡算得，由（1）、（2）兩式，將式（5）代入式（4）解得，由式（1），由式（3），解得，說(shuō)明計(jì)算結(jié)果合理已知，解得，二、質(zhì)量分率換算成摩爾分率（P411）物性參數(shù)化工熱力學(xué)P189名稱相對(duì)分子質(zhì)量g/mol臨界溫度Tc臨界壓力Pc苯78.114562.248.9甲苯92.141591.841.0乙苯106.168617.236.0注：溫度單位K，壓力單位0.1MPa換算關(guān)系式：同理，解得進(jìn)料、塔頂、塔底各組分的摩爾分率解得，三、物料平衡表將以上的結(jié)果列入下表中：物料平衡表項(xiàng)目進(jìn)料塔頂塔底流率kmol/hkg/hkmol/hkg/hkmol/hkg/h苯31.54246430.4823811.0683甲苯40.1136960.262439.853672乙苯24.8726400024.872640合計(jì)96.52880030.74240565.786395組成mol%kg%mol%kg%mol%kg%苯0.32680.280.99150.990.01620.0130甲苯0.41560.420.00850.010.60580.5742乙苯0.25760.30000.37800.4128合計(jì)111111第二節(jié)操作溫度與壓力的確定一、回流罐溫度一般應(yīng)保證塔頂冷凝液與冷卻介質(zhì)之間的傳熱溫差：已知，冷卻劑溫度：則，二、回流罐壓力純物質(zhì)飽和蒸氣壓關(guān)聯(lián)式（化工熱力學(xué)P199）：飽和蒸氣壓關(guān)聯(lián)式化工熱力學(xué)P199名稱ABCD苯-6.982731.33213-2.62863-3.33399甲苯-7.286071.38091-2.83433-2.79168乙苯-7.486451.45488-3.37538-2.23048以苯為例，同理，解得∵∴取三、塔頂壓力塔頂管線及冷凝器的阻力可以近似取作0.15atm則，四、塔頂溫度露點(diǎn)方程：試差法求塔頂溫度t45.080.085.085.2pa00.29741.00801.17291.1799pb00.09850.38710.45870.4618等式左邊3.42031.00560.86390.8587等式右邊0.85820.85820.85820.8582五、塔底壓力六、塔底溫度泡點(diǎn)方程：試差法求塔底溫度t90.0120.0128.0128.7pa01.35812.99123.60923.6675pb00.54061.30861.61431.6435pc00.24190.64090.80740.8234等式左邊0.44091.08341.34151.3662等式右邊1.36521.36521.36521.3652七、進(jìn)料壓力設(shè)計(jì)中可近似取：八、進(jìn)料溫度（P498）物料衡算和相平衡方程：（質(zhì)量分率）試差法求進(jìn)料溫度t106.95110.0112.9pa02.15952.33562.5131pb00.90880.99221.0770pc00.42900.47260.5172ka1.70671.84601.9863kb0.71830.78420.8512kc0.33910.37350.4088等式左邊1.01491.00751.0001等式右邊111將代入方程式的結(jié)果列如下表中：進(jìn)料組成苯甲苯乙苯液相摩爾分率0.29950.42480.2757質(zhì)量分率0.25490.42630.3189氣相摩爾分率0.55640.33820.1054質(zhì)量分率0.50620.36290.1303（摩爾分率）第三節(jié)最小回流比的確定（P502）pa02.1595ka1.7067α122.3760pb00.9088kb0.7183α221pc00.4290kc0.3391α320.4720試差法求θθ1.2131.5501.563等式左邊-1.5583-0.0344-0.0006等式右邊0.0050.0050.005第四節(jié)最少理論板數(shù)的確定（P503）（不包括再沸器）第五節(jié)適宜回流比的確定（不包括再沸器）R2.32.42.52.62.72.82.93.03.13.23.3X0.130.150.180.200.220.240.260.280.200.310.33Y0.520.490.470.450.430.410.400.390.370.360.35N20.018.918.017.316.716.215.715.315.014.614.4N(R+1)66.164.463.162.361.861.561.361.361.361.561.8R/Rmin1.221.271.331.381.431.491.541.591.651.701.75一、作N-R/Rmin圖二、作N（R+1）-R/Rmin圖三、選取經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)第六節(jié)理論塔板數(shù)的確定（P504）聯(lián)立解得，第七節(jié)實(shí)際塔板數(shù)及實(shí)際加料板位置的確定（P465）液體粘度由查圖確定（P375），（不包括再沸器）NP與假設(shè)實(shí)際塔板數(shù)N=30近似，可認(rèn)為計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確。附：溫度壓力匯總表項(xiàng)目單位數(shù)值備注回流罐溫度℃45壓力kPa101.33塔頂溫度℃85.2壓力kPa116.53流量kmol/h30.7404進(jìn)料溫度℃112.9壓力kPa126.53流量kmol/h96.5223塔底溫度℃128.7壓力kPa136.52流量kmol/h65.7820最小回流比1.882實(shí)際回流比2.974最少理論板數(shù)8.6不包括再沸器實(shí)際理論板數(shù)15.4實(shí)際塔板數(shù)總數(shù)28精餾段18提餾段10實(shí)際加料板位置19第八節(jié)塔徑計(jì)算（《課程設(shè)計(jì)》P65）一、精餾段塔徑查圖得，查圖得（《課程設(shè)計(jì)》P66Smith氣相負(fù)荷因數(shù)關(guān)聯(lián)圖），查圖得，液體表面張力氣相負(fù)荷因數(shù)最大容許氣速二、提餾段塔徑t128.7℃p136.52kPax10.0162x20.6085x30.3780K12.868K21.204K30.603y10.044y20.729y30.228試差法得,查圖得,查圖得,選擇塔徑1000mm第九節(jié)熱力學(xué)衡算回流罐：查圖得，第一塊板：查圖得，塔頂：查圖得，進(jìn)料：同理，查圖得，塔底：查圖得，塔頂冷凝器熱負(fù)荷：再沸器熱負(fù)荷：所需冷卻水熱量：所需加熱蒸汽用量：附表：全塔熱量衡算總表組分FixfiHfiDixdiHdiWixwiHwi131.540.33662230.480.99444491.060.0220590240.110.42136980.260.016206839.850.6135082324.870.26-1600.000.002976224.870.38444∑96.521.002016030.741.004459865.781.0021754入方（單位）出方（單位）進(jìn)料1945893塔頂產(chǎn)品帶出137330再沸器供熱3798540塔底產(chǎn)品帶出1431031冷凝器取熱3986144熱損失189927總計(jì)5744433總計(jì)5744433第二部分塔板設(shè)計(jì)第一節(jié)溢流裝置設(shè)計(jì)精餾段設(shè)計(jì)流型選擇：塔徑1000mm，塔頂液相流量根據(jù)P70，表2-5，選擇單溢流塔板。降液管、堰尺寸的確定：選用弓形降液管和平口堰，由經(jīng)驗(yàn)值確定，不設(shè)進(jìn)口堰，降液管下口至塔板距離降液管停留時(shí)間降液管寬度b及面積Ad的確定：由，P135附錄七，則降液管受液盤：由經(jīng)驗(yàn)得，本塔采用凹形受液盤，盤深50mm進(jìn)口堰：在用凹形受液盤時(shí)不必設(shè)進(jìn)口堰降液管高度：底隙高度等于盤深提餾段設(shè)計(jì)：流型選擇、降液管、堰尺寸的確定、降液管停留時(shí)間、降液管寬度及面積、受液盤、進(jìn)口堰、降液管高度均與提鎦段相同。第二節(jié)浮閥塔板結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定浮閥型式選擇：普通采用F-1型浮閥，浮閥開度2.5~8.5mm，選用標(biāo)準(zhǔn)化的F-1型浮閥，閥重34g，直徑48mm，閥孔直徑39mm浮閥的排列：采用等腰三角形叉排，三角形底邊長(zhǎng)度S取75mm浮閥數(shù)及開孔率計(jì)算：初設(shè)取閥孔動(dòng)能因數(shù)精餾段：保證閥孔氣速應(yīng)排列的浮閥數(shù)則以塔板總面積為基準(zhǔn)的塔板開孔率P142附錄十，查得，選擇F1010型浮閥塔板。提餾段：保證閥孔氣速應(yīng)排列的浮閥數(shù)則以塔板總面積為基準(zhǔn)的塔板開孔率P142附錄十，查得，選擇F1010型浮閥塔板。塔板布置圖，見附圖第三節(jié)浮閥水力學(xué)計(jì)算精餾段：干板壓力降計(jì)算表明，浮閥在所取閥孔氣速下處于剛剛?cè)_，應(yīng)取54.4mm通過(guò)液層壓力降堰上液面高度P76，查圖得，當(dāng)時(shí)，，得霧沫夾帶量（P76）泛點(diǎn)率取降液管內(nèi)液面高度h忽略不計(jì)，淹塔不會(huì)發(fā)生漏液檢驗(yàn)：降液管內(nèi)液體停留時(shí)間及流速：提餾段：干板壓力降計(jì)算表明，浮閥在所取閥孔氣速下處于剛剛?cè)_，應(yīng)取35.2mm通過(guò)液層壓力降堰上液面高度P76，查圖得，當(dāng)時(shí)，，得霧沫夾帶量（P76）泛點(diǎn)率取降液管內(nèi)液面高度△h忽略不計(jì)，淹塔不會(huì)發(fā)生漏液檢驗(yàn)：降液管內(nèi)液體停留時(shí)間及流速：第四節(jié)負(fù)荷性能圖（1）過(guò)量霧沫夾帶線：（2）淹塔線：（3）過(guò)量漏液線：（4）降液管超負(fù)荷線：（5）液相負(fù)荷下限線：負(fù)荷性能圖，見附圖第三部分板式塔結(jié)構(gòu)第一節(jié)塔體的設(shè)計(jì)一、筒體設(shè)計(jì)塔頂空間高度塔底空間高度進(jìn)料空間高度筒體總高度1000mm塔徑的筒體壁厚選Q235鋼的5mm二、封頭設(shè)計(jì)選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，基本尺寸：公稱直徑曲面高度直邊高度三、人孔選用取圓形人孔規(guī)格Dg450，塔底、塔頂、進(jìn)料處各設(shè)一人孔，精餾段、提餾段再各加一人孔四、裙座設(shè)計(jì)塔高徑比17<30，采用圓筒形裙座塔徑為1m，裙座上需開2個(gè)Dg450的人孔塔底有再沸器，裙座的座圈高度取4m基礎(chǔ)內(nèi)環(huán)直徑基礎(chǔ)外環(huán)直徑第二節(jié)接管的設(shè)計(jì)塔頂蒸氣出口管管徑dD：P104，表3-5，P109，表3-8，選取公稱直徑Dg250接管回流管管徑dR：選用泵輸送，取冷凝液45℃，P106,表3-6，選取進(jìn)料管管徑dF：取P106,表3-6，選取塔底出料管徑dW：取P106,表3-6，選取公稱直徑Dg50塔底再沸器管徑dL：循環(huán)比5（質(zhì)量比），取接管內(nèi)液體流速1.3m/sP106,表3-6，選取公稱直徑Dg125再沸器返塔管徑dB：選取公稱直徑Dg400第四部分輔助設(shè)備設(shè)計(jì)第一節(jié)全凝器設(shè)計(jì)P10，查表1-5，初選錯(cuò)流傳熱溫差總傳熱面積油走殼程，水走管程選擇FLA-600-130-16-2核算：誤差小于1%第二節(jié)再沸器選擇選擇FLA400-25-25-2第三節(jié)回流泵選擇絕對(duì)粗糙度取0.3mm《化工原理》P50，查得，塔高根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取標(biāo)準(zhǔn)彎頭90℃，壓力損失《化工原理》P395，選擇65AY-60A第五部分計(jì)算結(jié)果匯總工藝計(jì)算結(jié)果匯總表名稱單位組成塔頂苯mol%0.9915甲苯mol%0.0085乙苯mol%0進(jìn)料苯mol%0.3268甲苯mol%0.4156乙苯mol%0.2576塔底苯mol%0.0162甲苯mol%0.6058乙苯mol%0.3780壓力塔頂kPa85.2進(jìn)料kPa126.53塔底kPa136.52回流罐kPa101.33溫度塔頂℃116.53進(jìn)料℃112.9塔底℃128.7回流罐℃45流量塔頂產(chǎn)品kg/h2405塔底產(chǎn)品kg/h6395進(jìn)料kg/h8800第一板氣相kg/h8163第一板液相kg/h6081最后一板氣相kg/h12624最后一板液相kg/h19019冷卻水kg/h98400加熱蒸汽kg/h19500設(shè)備計(jì)算結(jié)果匯總表名稱單位備注塔徑m1板間距mm450堰高mm50堰長(zhǎng)m