中國石油大學化工原理課程設(shè)計-畢勝-苯-甲苯-乙苯

1、.wd.wd.wd.化工原理課程設(shè)計說明書設(shè)計題目：別離苯1-甲苯2-乙苯3混合物班級：化工06-2班姓名：畢勝指導教師：馬慶蘭設(shè)計成績：日期：2009.6.8-2009.7.4設(shè)計任務(wù)書目錄工藝流程簡圖第一局部 精餾塔的工藝設(shè)計第一節(jié) 產(chǎn)品組成及產(chǎn)品量確實定一、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) 操作溫度與壓力確實定一、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、進料壓力八、進料溫度第三節(jié) 最小回流比確實定第四節(jié) 最少理論板數(shù)確實定第五節(jié) 適宜回流比確實定一、作N-R/Rmin圖二、作NR+1-R/Rmin圖三、選取經(jīng)歷數(shù)據(jù)第六節(jié) 理論塔

2、板數(shù)確實定第七節(jié) 實際塔板數(shù)及實際加料板位置確實定附表：溫度壓力匯總表第八節(jié) 塔徑計算一、精餾段塔徑二、提餾段塔徑第九節(jié) 熱力學衡算附表：全塔熱量衡算總表第二局部塔板設(shè)計第一節(jié) 溢流裝置設(shè)計第二節(jié) 浮閥塔板構(gòu)造參數(shù)確實定第三節(jié) 浮閥水力學計算第四節(jié) 負荷性能圖第三局部板式塔構(gòu)造第一節(jié) 塔體的設(shè)計一、筒體設(shè)計二、封頭設(shè)計三、人孔選用四、裙座設(shè)計第二節(jié) 接收的設(shè)計第四局部輔助設(shè)備設(shè)計第一節(jié) 全凝器設(shè)計第二節(jié) 再沸器選擇第三節(jié) 回流泵選擇第五局部計算結(jié)果匯總第六局部負荷性能圖第七局局部析討論附錄 參考資料第一局部 精餾塔的工藝設(shè)計第一節(jié) 產(chǎn)品組成及產(chǎn)品量確實定一、清晰分割法P492重關(guān)鍵組分為甲苯，

3、輕關(guān)鍵組分為苯，別離要求較高，而且與相鄰組分的相對揮發(fā)度都較大，于是可以認為是清晰分割，假定乙苯在塔頂產(chǎn)品中的含量為零?，F(xiàn)將數(shù)和未知數(shù)列入下表中：a1a2a3備注進料F0.280.420.3給定塔頂產(chǎn)品D0.990.010給定x1,D，估計x3，D=0，算得x1,D塔頂產(chǎn)品W0.013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，說明計算結(jié)果合理，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 P189名稱相對分子質(zhì)量 g/mol臨界溫度Tc 臨界壓力Pc

4、苯78.114562.2 48.9 甲苯92.141591.8 41.0 乙苯106.168617.2 36.0 注：溫度單位K，壓力單位0.1MPa換算關(guān)系式：同理，解得進料、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：物料平衡表工程進料塔頂塔底流率kmol/hkg/hkmol/hkg/hkmol/hkg/h苯31.54 2464 30.48 2381 1.06 83 甲苯40.11 3696 0.26 24 39.85 3672 乙苯24.87 2640 0 0 24.87 2640 合計96.52 8800 30.74 2405 65.78 6395 組成mol

5、%kg%mol%kg%mol%kg%苯0.3268 0.28 0.9915 0.99 0.0162 0.0130 甲苯0.4156 0.42 0.0085 0.01 0.6058 0.5742 乙苯0.2576 0.30 0 0 0.3780 0.4128 合計111111第二節(jié) 操作溫度與壓力確實定一、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：，冷卻劑溫度：那么，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 P199：飽和蒸氣壓關(guān)聯(lián)式 化工熱力學 P199名稱ABCD苯-6.982731.33213-2.62863-3.33399甲苯-7.286071.38091-2.834

6、33-2.79168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那么，四、塔頂溫度露點方程：試差法求塔頂溫度t45.0 80.0 85.0 85.2 pa00.2974 1.0080 1.1729 1.1799 pb00.0985 0.3871 0.4587 0.4618 等式左邊3.4203 1.0056 0.8639 0.8587 等式右邊0.8582 0.8582 0.8582 0.8582 五、塔底壓力六、塔底溫度泡點方程：試差法求塔底溫度t90.0 120.0 128.0 128.

7、7 pa01.3581 2.9912 3.6092 3.6675 pb00.5406 1.3086 1.6143 1.6435 pc00.2419 0.6409 0.8074 0.8234 等式左邊0.4409 1.0834 1.3415 1.3662 等式右邊1.3652 1.3652 1.3652 1.3652 七、進料壓力設(shè)計中可近似?。喊?、進料溫度P498物料衡算和相平衡方程：質(zhì)量分率試差法求進料溫度t106.95110.0 112.9pa02.1595 2.3356 2.5131 pb00.9088 0.9922 1.0770 pc00.4290 0.4726 0.5172 ka1.

8、7067 1.8460 1.9863 kb0.7183 0.7842 0.8512 kc0.3391 0.3735 0.4088 等式左邊1.0149 1.0075 1.0001 等式右邊111將代入方程式的結(jié)果列如下表中：進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) 最小回流比確實定P502pa02.1595 ka1.7067 122.3760 pb00.9088 kb0.7183 221pc00.4290 kc0.339

9、1 320.4720 試差法求1.213 1.550 1.563 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)確實定P503不包括再沸器第五節(jié) 適宜回流比確實定不包括再沸器R2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3.0 3.1 3.2 3.3 X0.130.15 0.18 0.20 0.22 0.24 0.260.28 0.20 0.31 0.33 Y0.520.490.47 0.450.430.410.40 0.390.370.36 0.35 N20.0 18.9 18.0 17.3 16.7 16.2

10、15.7 15.3 15.0 14.6 14.4 N(R+1)66.1 64.4 63.1 62.3 61.8 61.5 61.3 61.3 61.3 61.5 61.8 R/Rmin1.22 1.27 1.33 1.38 1.43 1.49 1.54 1.59 1.65 1.70 1.75 一、作N-R/Rmin圖二、作NR+1-R/Rmin圖三、選取經(jīng)歷數(shù)據(jù)第六節(jié) 理論塔板數(shù)確實定P504聯(lián)立解得，第七節(jié) 實際塔板數(shù)及實際加料板位置確實定P465液體粘度由查圖確定P375，不包括再沸器NP與假設(shè)實際塔板數(shù)N=30近似，可認為計算結(jié)果準確。附：溫度壓力匯總表工程單位數(shù)值備注回流罐溫度45壓力

11、kPa101.33塔頂溫度85.2壓力kPa116.53流量kmol/h30.7404進料溫度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實際回流比2.974最少理論板數(shù)8.6不包括再沸器實際理論板數(shù)15.4實際塔板數(shù)總數(shù)28精餾段18提餾段10實際加料板位置19第八節(jié) 塔徑計算?課程設(shè)計?P65一、精餾段塔徑查圖得，查圖得?課程設(shè)計?P66 Smith氣相負荷因數(shù)關(guān)聯(lián)圖，查圖得，液體外表張力氣相負荷因數(shù)最大容許氣速二、提餾段塔徑t128.7p136.52kPax10.0162x20.6

12、085x30.3780K12.868K21.204K30.603y10.044y20.729y30.228試差法得,查圖得,查圖得,選擇塔徑1000mm第九節(jié) 熱力學衡算回流罐：查圖得，第一塊板：查圖得，塔頂：查圖得，進料：同理，查圖得，塔底：查圖得，塔頂冷凝器熱負荷：再沸器熱負荷：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FixfiHfiDixdiHdiWixwiHwi131.54 0.33 6622 30.48 0.99 44449 1.06 0.02 20590 240.11 0.42 13698 0.26 0.01 62068 39.85 0.61 35082 324

13、.87 0.26 -160 0.00 0.00 29762 24.87 0.38 444 96.52 1.00 20160 30.74 1.00 44598 65.78 1.00 21754 入方單位出方單位進料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5744433 總計5744433 第二局部 塔板設(shè)計第一節(jié) 溢流裝置設(shè)計精餾段設(shè)計流型選擇：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、堰尺寸確實定：選用弓形降液管和平口堰，由經(jīng)歷值確定，不設(shè)進口堰，降液管下

14、口至塔板距離降液管停留時間降液管寬度b及面積Ad確實定：由，P135附錄七，那么降液管受液盤：由經(jīng)歷得，本塔采用凹形受液盤，盤深50mm進口堰：在用凹形受液盤時不必設(shè)進口堰降液管高度：底隙高度等于盤深提餾段設(shè)計：流型選擇、降液管、堰尺寸確實定、降液管停留時間、降液管寬度及面積、受液盤、進口堰、降液管高度均與提鎦段一樣。第二節(jié) 浮閥塔板構(gòu)造參數(shù)確實定浮閥型式選擇：普通采用F-1型浮閥，浮閥開度2.58.5mm，選用標準化的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，三角形底邊長度S取75mm浮閥數(shù)及開孔率計算：初設(shè)取閥孔動能因數(shù)精餾段：保證閥孔氣速應(yīng)排

15、列的浮閥數(shù)那么以塔板總面積為基準的塔板開孔率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)那么以塔板總面積為基準的塔板開孔率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) 浮閥水力學計算精餾段：干板壓力降計算說明，浮閥在所取閥孔氣速下處于剛剛?cè)_，應(yīng)取54.4mm通過液層壓力降堰上液面高度P76，查圖得，當時，得霧沫夾帶量P76泛點率取降液管內(nèi)液面高度h忽略不計，淹塔不會發(fā)生漏液檢驗：降液管內(nèi)液體停留時間及流速：提餾段：干板壓力降計算說明，浮閥在所取閥孔氣速下處于剛剛?cè)_，應(yīng)取35.2mm通過液層壓力降堰上液面高度P76，查圖得，當

16、時，得霧沫夾帶量P76泛點率取降液管內(nèi)液面高度h忽略不計，淹塔不會發(fā)生漏液檢驗：降液管內(nèi)液體停留時間及流速：第四節(jié) 負荷性能圖1過量霧沫夾帶線：2淹塔線：3過量漏液線：4降液管超負荷線：5液相負荷下限線：負荷性能圖，見附圖第三局部 板式塔構(gòu)造第一節(jié) 塔體的設(shè)計一、筒體設(shè)計塔頂空間高度塔底空間高度進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)計選用標準橢圓形封頭， 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)計塔高徑比1730，采用圓筒形裙座塔徑為1m，裙座上需開2個Dg

17、450的人孔塔底有再沸器，裙座的座圈高度取4m根基內(nèi)環(huán)直徑根基外環(huán)直徑第二節(jié) 接收的設(shè)計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接收回流管管徑dR：選用泵輸送，取冷凝液45，P106,表3-6，選取進料管管徑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，取接收內(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第四局部 輔助設(shè)備設(shè)計第一節(jié) 全凝器設(shè)計P10，查表1-5，初選錯流傳熱溫差總傳熱面積油走殼程，水走管程選

18、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) 回流泵選擇絕對粗糙度取0.3mm?化工原理?P50，查得，塔高根據(jù)經(jīng)歷取標準彎頭90，壓力損失?化工原理?P395，選擇65AY-60A第五局部 計算結(jié)果匯總工藝計算結(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進料kPa126.53塔底kPa136.52回流罐kPa101.33溫度塔頂116.53進料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m0.7降液管底