苯甲苯精馏塔课程设计
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化工原理课程设计苯甲苯精馏塔设计化工原理是化学工程专业的基本课程之一,涵盖了化学反应、传热传质、流体力学等方面的知识。
在课程设计中,学生需要通过理论知识和实验操作来模拟化工生产过程,掌握正确的生产方法和流程。
本篇文档将重点介绍一种化工原理课程设计,即苯甲苯精馏塔设计。
1. 实验背景苯甲苯精馏塔是一种用于分离苯甲腾、苯和甲苯的设备,广泛应用于化工、医药、石油等领域。
这种设备可以通过调节进出口流量、塔板数等参数来实现不同组分的分离和纯化。
其中,精馏塔的设计是非常重要的,它直接影响到设备的性能和效率。
2. 实验目的本次课程设计的主要目的是让学生通过理论分析和实验操作,了解苯甲苯精馏塔的设计原理、计算方法和优化手段,进而掌握化工生产过程的基本技能。
3. 实验内容实验内容主要分为以下几个方面:(1)整体流程设计。
学生需要综合考虑工艺流程、设备选择和流量控制等因素,确定苯甲苯精馏塔的基本参数和结构设计。
(2)塔板设计。
学生需要针对不同组分的物理性质和传热特性,选择合适的塔板类型和数量,制定塔板布置图。
(3)塔底设计。
学生需要考虑热交换、温度调节、泵送和排放等问题,设计合适的塔底结构和管路连接。
(4)操作优化。
学生需要通过模拟操作和实验验证,寻找最佳的操作条件,比如塔板数、进出口流量、温度控制等。
4. 实验流程本次课程设计的具体流程如下:(1)定义苯甲苯精馏塔的物理和化学性质。
(2)确定生产需求和工艺流程。
(3)选择合适的设备和材料。
(4)估算物料特性参数和传热、传质性能。
(5)计算理论塔板数和进出口流量。
(6)制定塔板布置图和塔底结构。
(7)模拟实验和调整操作参数。
(8)完成实验报告和总结,总结设计经验和教训。
5. 实验要求本次课程设计要求学生具备一定的化工原理知识和操作技能,可以独立完成实验流程和报告撰写。
具体要求如下:(1)熟悉苯甲苯精馏塔的物理和化学性质。
(2)掌握塔板设计和布置的基本原理。
(3)理解热力学和传热传质的基本概念。
苯—甲苯分离过程筛板式精馏塔设计_课程设计说明书(可编辑)(文档可以直接使用,也可根据实际需要修改使用,可编辑推荐下载)武汉工程大学邮电与信息工程学院课程设计说明书设计题目学号学生姓名专业班级指导教师总评成绩年月日目录摘要 (I)Abstract (II)第一章概述 .......................................................................... 错误!未定义书签。
1.1 精馏塔设计任务............................................................. 错误!未定义书签。
1.2 精馏塔设计方案的选定................................................. 错误!未定义书签。
第二章精馏塔的设计计算 ................................................ 错误!未定义书签。
2.1 精馏塔的物料衡算......................................................... 错误!未定义书签。
2.2 塔板数的确定................................................................. 错误!未定义书签。
2.3 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (6)第三章筛板式精馏塔塔体工艺尺寸计算 (11)3.1 塔径的计算........................................................................ .11 3.2 筛板主要工艺尺寸的计算 .. (13)第四章筛板塔的流体力学验算 (17)4.1 校核 (17)4.2 塔板负荷性能图计算 (23)第五章塔附属设备选型及计算 (29)5.1 冷凝器 (29)5.2 再沸器 (29)5.3 进料管管径 (29)5.4 回流管管径 (30)5.5 塔顶蒸汽接管管径 (30)5.6 塔釜排出管管径 (31)5.7 法兰的选用 (31)5.8 塔体结构设备—塔高 (32)第六章精馏塔工艺设计参数说明 (37)设计小结 (39)致谢 (40)参考文献 (41)摘要设计一座苯-甲苯连续精馏塔,根据物性特征,产品产量和工程、经济合理性来确定塔型和操作条件;通过对原料,产品的要求和物性参数的确定以及对塔体主尺寸的计算,工艺设计和附属设备选型的设计,完成对苯-甲苯精馏工艺流程和主体设备的设计。
《化工原理》课程设计设计题目苯-甲苯精馏塔的设计学生指导教师讲师年级专业系部课程设计任务书一、课题名称苯——甲苯混合液筛板精馏塔设计二、课题条件(原始数据)1、设计方案的选定原料:苯、甲苯原料苯含量:质量分率= 45.5%原料处理量:质量流量=20.5t/h产品要求:苯的质量分率:x D =98%,x W=1%2、操作条件常压精馏,泡点进料,塔顶全凝,泡点回流,塔底间接加热。
3、设备型式:筛板塔三、设计容1、设计方案的选择及流程说明2、工艺计算(物料衡算、塔板数、工艺条件及物性数据、气液负荷等)3、主要设备工艺尺寸设计(1)塔径(2)塔板(降液管、溢流堰、塔板布置等)(3)塔高4、流体力学验算与操作负荷性能图5、辅助设备选型(冷凝器、再沸器、泵、管道等)6、结果汇总表7、设计总结8、参考文献9、塔的设计条件图(A2)10、工艺流程图(A3)四、图纸要求1、带控制点的工艺流程图(2#图纸);2、精馏塔条件图(1#图纸)。
摘要:本设计对苯—甲苯分离过程筛板精馏塔装置进行了设计,主要进行了以下工作:1、对主要生产工艺流程和方案进行了选择和确定。
2、对生产的主要设备—筛板塔进行了工艺计算设计,其中包括:①精馏塔的物料衡算;②塔板数的确定;③精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算;④精馏塔的塔体工艺尺寸计算;⑤精馏塔塔板的主要工艺尺寸的计算。
3、绘制了生产工艺流程图和精馏塔设计条件图。
4、对设计过程中的有关问题进行了讨论和评述。
本设计简明、合理,能满足初步生产工艺的需要,有一定的实践指导作用。
关键词:苯—甲苯;分离过程;精馏塔目录目录 .......................................................................... 1 1 文献综述 .................................................................... 3 1.1概述 ....................................................................... 3 1.2方案的确定及基础数据 ....................................................... 3 2 塔物料衡算 .................................................................. 5 2.1原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 ........................................... 5 2.2原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 ....................................... 6 2.3物料衡算 ................................................................... 6 3 塔板数的确定 ................................................................ 6 3.1理论板层数T N 的求取 ........................................................ 6 3.2求精馏塔气液相负荷 ......................................................... 7 3.3操作线方程 ................................................................. 8 3.4逐板计算法求理论板层数 ..................................................... 8 3.5全塔效率T E 估算 (8)3.6际板数 ..................................................................... 9 4 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 ......................................... 9 4.1操作压力计算 ............................................................... 9 4.2安托尼方程计算 ............................................................ 10 4.3平均摩尔质量计算 .......................................................... 10 4.4平均密度计算 .............................................................. 11 4.5液体平均表面力计算 ........................................................ 12 4.6液体平均粘度计算 .......................................................... 13 4.7气液负荷计算 .............................................................. 14 5 精馏塔塔体工艺尺寸的计算 .................................................... 15 塔径的计算 .................................................................... 15 6 塔板主要工艺尺寸的计算 ...................................................... 16 6.1溢流装置计算 .. (16)6.2塔板布置 (18)6.3筛孔数n与开孔率 : (19)7 筛板的流体力学验算 (19)7.1气体通过筛板压强相当的液柱高度计算(精馏段) (19)7.2气体通过筛板压强相当的液柱高度计算(提馏段) (21)8 塔板负荷性能图 (22)8.1精馏段: (22)8.2提馏段: (26)9 设备设计 (30)9.1塔顶全凝器的计算与选型 (30)9.2再沸器 (31)10 各种管尺寸确定 (31)10.1进料管 (31)10.2出料管 (31)d (32)10.3塔顶蒸汽管pd (32)10.4回流管Rd (32)10.5再沸返塔蒸汽管v11 塔高 (32)12.设计体会 (33)13.参考文献 (34)分离苯-甲苯混合液的筛板精馏塔1.文献综述1.1概述在常压操作的连续精馏塔分离苯-甲苯混合液,已知原料液的处理量为20.5t/h,组成为45.5%(苯的质量分率),要求塔顶馏出液的组成为98%(苯的质量分率)塔底釜的组成为1%。
第一篇化工原理课程设计任务书1.1设计题目苯-甲苯连续精馏(浮阀)塔的设计1.2设计任务1、精馏塔设计的工艺计算及塔设备计算(1)流程及操作条件的确定;物料衡算及热量衡算;(2)塔板数的计算;(3)塔板结构设计(塔板结构参数的确定、流动现象校核、负荷性能图);(4)塔体各接管尺寸的确定;(5)冷却剂与加热剂消耗量的估算。
2.设计说明及讨论3.绘制设计图(1)流程图(A4纸);(2)塔盘布置图(8开坐标纸);(3)工艺条件图(1号绘图纸)。
1.3原始设计数据1、原料液:苯-甲苯,其中苯含量为35 %(质量),常温;2、馏出液含苯:99.2 %(质量);3、残液含苯: 0.5 %(质量);4、生产能力:4000 (kg/h).第二篇流程及流程说明为了能使生产任务长期固定,适宜采用连续精流流程。
贮罐中的原料液用机泵泵入精馏塔,塔釜再沸器用低压蒸汽作为热源加热料液,精馏塔塔顶设有全凝器,冷凝液部分利用重力泡点回流部分连续采出到产品罐(具体流程见附图)。
在流程确定方案选择上,本设计尽可能的减少固定投资,降低操作费用,以期提高经济效益。
1、加料方式的选择:设计任务年产量虽小,但每小时4000Kg的进料量,为维持生产稳定,采用高位槽进料,从减少固定投资,提高经济效益的角度出发,选用泡点进料的加料方式。
2、回流方式的选择:塔的生产负荷不大,从降低操作费用的角度出发,使用列管式冷凝器,利用重力泡点回流,同时也减少了固定投资。
3、再沸器的选择:塔釜再沸器采用卧式换热器,使用低压蒸汽作为热源,做到了不同品位能源的综合利用,大大降低了能源的消耗量。
第三篇 设计计算3.1全塔的物料衡算1、将任务书中的质量分数换算成摩尔分数,进料h km ol 4000=F35%78.110.33835%78.1165%92.13F x ==+(摩尔百分数)0.5%78.110.005890.5%78.1199.5%92.13W x ==+(摩尔百分数)99.2%78.110.99399.2%78.110.8%92.13D x ==+(摩尔百分数)2、求平均分子量,将h kg 换算成 h km ol进料处: 78.110.38892.130.61286.69kg kmol F M =⨯+⨯= 塔顶处: 78.110.99392.130.00778.21kg kmol D M =⨯+⨯= 塔釜处: 78.110.0058992.130.9941192.05kg kmol W M =⨯+⨯= 进料: kmol/h 46.144000/86.69==F 3、全塔的物料衡算由物料衡算得:F F DF W DF x W x D x =+⎧⎨⨯=⨯+⨯⎩代入数据得: ⎩⎨⎧⨯+⨯=⨯+=993.000589.0388.014.4614.46D W DW解之得: ⎩⎨⎧==h kmol 86.17hkmol 28.28D W3.2相对挥发度α及回流比Rα:1、求全塔平均相对挥发度表3-11 2 3 4 5 6 7 8 9 t C。
提供全套毕业设计,欢迎咨询课程设计说明书武汉工程大学材料科学与工程学院课程设计说明书课题名称5万吨/年苯-甲苯精馏塔设计专业班级11级高材试验1班学生学号1102020607学生姓名学生成绩指导教师课题工作时间6月18日至6月30日摘要这次设计的任务是设计出一个较理想的年处理苯-甲苯混合液5.0万吨的浮阀精馏塔,进料口的甲苯-苯混合液的质量分数为40%,塔顶馏出液的质量分数为94%,塔底釜液质量分数为3%。
通过对苯-甲苯体系精馏塔的物料衡算、塔板数的确定、精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算、绘图等过程,设计出较理想的精馏塔。
精馏塔理论塔板数为12块,全塔效率53.9%。
理论精馏段塔板4块,理论提馏段8块,第5块为加料板。
通过浮阀塔板的流体力学的计算,做出精馏段塔板负荷性能图,得到较理想的操作弹性为3.51。
最终设计出合理的塔径为1.2m,塔高为21.5m的精馏塔,开孔率为13.8%。
关键词:苯-甲苯体系;浮阀板;精馏塔AbstractThe design task is to design an ideal year deal with benzene - toluene mixture of 50,000 tons of float valve distillation column, the inlet toluene - benzene mixture mass fraction of 40%, the overhead distillate the mass fraction of 94%, kettle bottoms liquid mass fraction of 3%. Through the benzene - toluene system to determine material balance distillation column, plate number calculated distillation column process conditions and related physical data, graphics and other processes to design an ideal distillation column. Distillation column theoretical plate number of 12, 53.9% of the whole tower efficiency. 4 theoretical plate rectifying section, stripping section 8 theory, the fifth block of the charging plate. By hydrodynamic calculations valve trays, make rectifying section tray load performance chart, get an ideal operating flexibility to 3.51. The final design is a reasonable tower diameter 1.2m, 21.5m high tower of the distillation column,opening rate of 13.8%.Key words: benzene-toluene system;float valve plate;rectifying tower目录摘要 (I)Abstract (II)第一章设计方案的选择 (1)1.1 操作条件的确定 (2)1.1.1 操作压力 (2)1.1.2 进料状态 (2)1.1.3 加热方式 (2)1.2确定设计方案的原则 (2)1.2.1 满足工艺和操作的要求 (3)1.2.2 满足经济上的要求 (3)1.2.3 保证安全生产 (3)第二章物料衡算与塔板计算 (5)2.1精馏塔的物料衡算 (5)2.1.1原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 (5)2.1.2 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 (5)2.1.3全塔总物料衡算 (5)2.2塔板数及最小回流比的确定 (6)2.2.1理论板数与最小回流比 (6)2.2.2实际板层数的求取 (12)第三章精馏塔有关物性数据的计算 (15)3.1操作压力计算 (15)3.2平均摩尔质量计算 (15)3.3平均密度计算 (16)3.3.1气相平均密度计算 (16)3.3.2液相平均密度计算 (17)3.4液体平均表面张力计算 (18)3.5液体平均粘度计算 (18)第四章精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (20)4.1塔径的计算 (20)4.1.1精馏段与提馏段塔径计算 (20)4.1.2实际空塔气速 (22)4.2 塔板主要工艺尺寸的计算 (23)4.2.1精馏段溢流装置计算 (23)4.2.2 提馏段溢流装置计算: (25)4.3 塔板布置 (26)4.3.1 塔板的分块 (26)4.3.2 边缘区宽度 (27)4.3.3 开孔区面积计算 (27)4.3.4 浮阀的数目及其排列 (27)第五章浮阀塔板的流体力学验算 (30)5.1 气体通过浮阀塔板的压强降 (30)5.2 溢流液泛 (31)5.3 漏液点 (31)5.4 液沫夹带 (32)第六章塔板负荷性能图 (34)6.1漏液线 (34)6.2 雾沫夹带线 (34)6.3 液相负荷上限线 (34)6.4 液相负荷下限线 (34)6.5 溢流液泛线 (35)6.6 精馏段塔板负荷性能图 (35)第七章塔体结构 (37)H (37)7.1塔顶空间高度DH (37)7.2塔底空间高度BH (37)7.3进料空间高度F7.4裙座()m5~3 (37)7.5人孔 (37)7.6筒体的厚度 (38)7.7封头 (38)7.8板式塔有效高度和总高度 (38)7.8.1精馏塔有效高度计算 (38)7.8.2 板式塔总高度 (38)第八章设计结果总汇 (39)8.1 各主要流股物性汇总 (39)8.2 浮阀塔设计参数汇总 (39)第九章设计感悟 (41)参考文献 (42)附录 (42)第一章设计方案的选择塔设备是石油、化工生产中广泛使用的重要生产设备,在石油、化工、轻工等生产过程中,塔设备主要用于气、液两相直接接触进行传质传热的过程,如精馏、吸收、萃取、解吸等,这些过程大多是在塔设备中进行的。
苯甲苯精馏塔课程设计精馏技术是化工行业中最重要的一项过程技术,被广泛地应用于炼油,精细化工,医药,环保等领域。
把原料通过精馏反应器加热,将其分成不同物种,从而获得不同组分的分离过程称为精馏,它可以根据蒸气沸点,利用沸点差分离并获取有价值的化学成分。
由于精馏技术应用范围广泛,学生们应该掌握这一重要技能。
本课程以苯甲苯精馏塔为例,介绍精馏技术的理论和实践,以及在炼油,精细化工,药物制造等行业的运用。
一、精馏理论1.1精馏原理精馏是一种分离技术,依据物质蒸气沸点的不同,使用沸点差分离,以达到质量和纯度均较高的高纯度产物,具有有效分离,高效收获,经济等优点。
它利用物质蒸发体系中汽液的特性,在蒸馏器内进行沸点差的分离,从而实现物质的分离和纯化。
1.2精馏设备精馏是一种分离技术,主要设备包括加热装置、蒸馏塔、分离器、冷凝器、收集罐和再结晶装置等。
本课程重点介绍苯甲苯精馏塔,它是一种多塔蒸馏器,由几个精馏塔排列而成,具有分离效率高、运行稳定、易于控制等特点。
二、苯甲苯精馏塔2.1原理苯甲苯精馏塔是一种多塔蒸馏器,它由多个相关联的精馏塔组成,每个精馏塔可以提供多种分离方式,比如吸附、萃取、反萃取、精馏、溶剂萃取、气液分离等。
精馏塔的几个部分,如分离器、罐头、塔管、出口管等,可以实现相同的连续分离,并且平衡进入及收集,从而达到苯甲苯的净化目的。
2.2设计首先,根据原料的性质和要求,确定精馏过程。
然后,根据分离要求,选择最佳分离方式,确定精馏塔的设计参数,包括塔径、塔板数量、管长等。
最后,根据塔板的排列,计算塔顶压力和塔底压力,设计塔板的传热孔径、蒸汽流量等,经过反复校核,确定最佳的精馏塔参数。
三、应用实例3.1炼油行业精馏技术在炼油行业有广泛的应用,其中苯甲苯精馏塔应用最为广泛。
精馏塔可以分离出苯甲苯,并达到质量和纯度均较高的要求,从而减少苯甲苯的损耗,提高利用率。
3.2精细化工行业精馏技术在精细化工行业应用最为广泛,如汽油、柴油、煤油精制等。
西北师范大学化工原理课程设计学院: 化学化工学院专业: 化学工程与工艺年级:2011 题目: 苯—甲苯精馏塔设计前言课程设计是化工原理课程的一个重要的实践教学内容,是在学习过基础课程和化工原理理论与实践后,进一步学习化工设计的基础知识、培养化工设计能力的重要环节。
通过该设计可初步掌握化工单元操作设计的基本程序和方法、得到化工设计能力的基本锻炼,更能从实践中培养工程意识、健全合理的知识结构。
此次化工原理设计是精馏塔的设计。
精馏塔是化工生产中十分重要的设备,它是利用两组分挥发度的差异实现连续的高纯度分离。
在精馏塔中,料液自塔的中部某适当位置连续的加入塔内,塔顶设有冷凝器将塔顶蒸汽冷凝为液体。
冷凝液的一部分(称回流液)回入塔顶,其余作为塔顶产品(称馏出液)连续排出。
塔釜产生的蒸汽沿塔板上升,来自塔顶冷凝器的回流液从塔顶逐渐下降,气液两相在塔内实现多次接触,进行传质传热过程,使混合物达到一定程度的分离。
精馏塔的分离程度不仅与精馏塔的塔板数及其设备的结构形式有关,还与物料的性质、操作条件、气液流动情况等有关。
该过程是同时进行传热、传质的过程。
为实现精馏过程,必须为该过程提供物流的贮存、输送、传热、分离、控制等的设备、仪表。
由这些设备、仪表等构成精馏过程的生产系统,即本次所设计的精馏装置。
课程设计是让同学们理论联系实践的重要教学环节,是对我们进行的一次综合性设计训练。
通过课程设计能使我们进一步巩固和加强所学的专业理论知识,还能培养我们独立分析和解决实际问题的能力。
更能培养我们的创新意识、严谨认真的学习态度。
当代大学生应具有较高的综合能力,特别是作为一名工科学生,还应当具备解决实际生产问题的能力。
课程设计是一次让我们接触实际生产的良好机会,我们应充分利用这样的时机认真去对待每一项任务,为毕业论文等奠定基础。
更为将来打下一个稳固的基础。
虽然为此付出了很多,但在平常的化工原理课程学习中总是只针对局部进行计算,而对参数之间的相互关联缺乏认识,所以难免有不妥之处,望垂阅者提出意见,在此表示深切的谢意。
化工原理课程设计------------苯-甲苯连续精馏筛板塔的设计专业年级: 08级化学工程与工艺姓名:孙可(0804040118)指导老师:陈明燕2011年7 月目录一序言 (3)二板式精馏塔设计任务书五 (4)三设计计算 (5)1.1 设计方案的选定及基础数据的搜集 (5)1.2 精馏塔的物料衡算 (7)1.3 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (12)1.4 精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (16)1.5 塔板主要工艺尺寸的计算 (18)1.6 筛板的流体力学验算 (20)1.7 塔板负荷性能图 (23)四设计结果一览表 (29)五板式塔得结构与附属设备 (30)5.1附件的计算 (30)5.1.1接管 (30)5.1.2冷凝器 (32)5.1.3 再沸器 (32)5.2 板式塔结构 (33)六参考书目 (35)七设计心得体会 (35)八附录 (37)一序言化工原理课程设计是综合运用《化工原理》课程和有关先修课程(《物理化学》,《化工制图》等)所学知识,完成一个单元设备设计为主的一次性实践教学,是理论联系实际的桥梁,在整个教学中起着培养学生能力的重要作用。
通过课程设计,要求更加熟悉工程设计的基本内容,掌握化工单元操作设计的主要程序及方法,锻炼和提高学生综合运用理论知识和技能的能力,问题分析能力,思考问题能力,计算能力等。
精馏是分离液体混合物(含可液化的气体混合物)最常用的一种单元操作,在化工,炼油,石油化工等工业中得到广泛应用。
精馏过程在能量剂驱动下(有时加质量剂),使气液两相多次直接接触和分离,利用液相混合物中各组分的挥发度的不同,使易挥发组分由液相向气相转移,难挥发组分由气相向液相转移,实现原料混合液中各组分的分离。
根据生产上的不同要求,精馏操作可以是连续的或间歇的,有些特殊的物系还可采用衡沸精馏或萃取精馏等特殊方法进行分离。
本设计的题目是苯-甲苯连续精馏筛板塔的设计,即需设计一个精馏塔用来分离易挥发的苯和不易挥发的甲苯,采用连续操作方式,需设计一板式塔将其分离。
食品工程原理课程设计说明书板式精馏塔设计姓名:贾浩宇学号:201111010510班级:食工11052013年12 月18目录1. 设计任务 (2)2. 设计条件 (2)3. 设计方案简介 (2)4. 工艺流程图 (2)5. 工艺计算 (3)5.1. 基础性数据 (3)5.2. 精馏塔的物料衡算 (3)5.2.1原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数 (4)5.2.2 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质 (5)5.2.3物料衡算原料处理量 (5)5.3. 塔板数的确定 (5)5.3.1 确定最小回流比 (5)5.3.2求操作线方程 (5)5.3.3 逐板法求理论板 (5)5.3.4 求实际板数 (7)6. 确定操作条件 (7)6.1.操作压力计算 (7)6.2.确定操作温度 (8)6.3.平均摩尔质量计算 (9)6.4.平均密度计算 (9)6.4.1 气相平均密度计算 (9)6.4.2 液相平均密度计算 (10)6.5. 液相平均表面张力计算 (10)6.6. 液相平均粘度计算 (11)7. 精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (12)7.1.气液相负荷的计算 (12)7.2. 塔径的计算 (12)7.3.精馏塔的有效高度的计算 (14)8. 塔板主要工艺尺寸的计算 (14)8.1. 溢流装置计算 (14)9. 筛板的流体力学验算 (18)10. 塔板负荷性能图计算 (22)10.1 精流段 (22)10.1.1漏液线 (22)10.1.2液沫夹带线 (23)10.1.3液相负荷下限线 (24)10.1.4液相负荷上限线 (24)10.1.5.液泛线 (24)10.1.6筛板塔负荷性能图 (25)11. 设计结果一览表 (27)12. 参考文献 (28)13. 实验心得 (28)1、设计任务:在一操作压力为4kPa(塔顶表压)的连续精馏塔内分离苯—甲苯混合物。
已知原料液的处理量为5100kg/h、组成为0.60(苯的质量分率,下同),要求塔顶馏出液0.98,塔底釜液的组成为0.01。
目录板式精馏塔设计任务书 (3)设计题目: (3)二、设计任务及操作条件 (3)三、设计内容: (3)一.概述 (5)1.1 精馏塔简介 (5)1.2 苯-甲苯混合物简介 (5)1.3 设计依据 (5)1.4 技术来源 (6)1.5 设计任务和要求 (6)二.设计方案选择 (6)2.1 塔形的选择 (6)2.2 操作条件的选择 (6)2.2.1 操作压力 (6)2.2.2 进料状态 (6)2.2.3 加热方式的选择 (7)三.计算过程 (7)3.1 相关工艺的计算 (7)3.1.1 原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 (7)3.1.2 物料衡算 (8)3.1.3 最小回流比及操作回流比的确定 (8)3.1.4精馏塔的气、液相负荷和操作线方程 (9)3.1.5逐板法求理论塔板数 (10)3.1.6 全塔效率的估算 (11)3.1.7 实际板数的求取 (13)3.2 精馏塔的主题尺寸的计算 (13)3.2.1 精馏塔的物性计算 (13)3.2.2 塔径的计算 (15)3.2.3 精馏塔高度的计算 (17)3.3 塔板结构尺寸的计算 (18)3.3.1 溢流装置计算 (18)3.3.2塔板布置 (19)3.4 筛板的流体力学验算 (21)3.4.1 塔板压降 (21)3.4.2液面落差 (22)3.4.3液沫夹带 (22)3.4.4漏液 (22)3.4.5 液泛 (23)3.5 塔板负荷性能图 (23)3.5.1漏夜线 (23)3.5.2 液泛夹带线 (24)3.5.3 液相负荷下限线 (25)3.5.4 液相负荷上限线 (25)3.5.5 液泛线 (26)3.6 各接管尺寸的确定 (29)3.6.1 进料管 (29)3.6.2 釜残液出料管 (29)3.6.3 回流液管 (30)3.6.4塔顶上升蒸汽管 (30)四.符号说明 (30)五.总结和设计评述 (31)板式精馏塔设计任务书设计题目:苯―甲苯精馏分离板式塔设计二、设计任务及操作条件1、设计任务:生产能力(进料量) 5万吨/年操作周期 7200 小时/年进料组成 50%(质量分率,下同)塔顶产品组成 99%塔底产品组成 2%2、操作条件操作压力常压进料热状态泡点进料冷却水 20℃加热蒸汽 0.2MPa3、设备型式筛板塔4、厂址安徽省合肥市三、设计内容:1、概述2、设计方案的选择及流程说明3、塔板数的计算(板式塔)( 1 ) 物料衡算;( 2 ) 平衡数据和物料数据的计算或查阅;( 3 ) 回流比的选择;( 4 ) 理论板数和实际板数的计算;4、主要设备工艺尺寸设计( 1 ) 塔内气液负荷的计算;( 2 ) 塔径的计算;( 3 ) 塔板结构图设计和计算;( 4 )流体力学校核;( 5 )塔板负荷性能计算;( 6 )塔接管尺寸计算;( 7 )总塔高、总压降及接管尺寸的确定。
(二)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 Ma=78.11 kg/kmol 甲苯的摩尔质量 Mb=92.13 kg/kmol
xF=)()(13.92/8.011.78/2.011.78/2.0=0.228
xD=)()(13.92/015.011.78/985.011.78/985.0=0.987 xW=)()(13.92/99.011.78/01.011.78/01.0=0.012 2.原料液及塔顶,塔底产品的平均摩尔质量 MF=0.228×78.11+(1-0.228)×92.13=88.93 kg/kmol MD=0.987×78.11+(1-0.987)×92.13=78.29 kg/kmol MW=0.012×78.11+(1-0.012)×92.13=91.96 kg/kmol 3.物料衡算
原料处理量 F=93.888.2777=31.236 kmol/h 总物料衡算 31.236=D+W 苯物料衡算 31.236×0.228=0.987D+0.012W D=6.92 kmol/h W=24.316 kmol/h (三)塔板数的确定 1.理论板层数NT的求取 苯-甲苯属理想物系,可采用图解法 由手册查得苯-甲苯物系气液平衡数据 求最小回流比及操作回流比 采用作图法求最小回流比。 yq=0.415 xq=0.228
最小回流比Rmin=228.0415.0415.0987.0=3.06 R=2Rmin=2×3.06=6.12 求精馏塔的气、液相负荷 L=RD=6.12×6.92=42.35 kmol/h V=(R+1)*D=(6.12+1)*6.92=49.27 kmol/h L’=L+F=42.35+31.236=73.586kmol/h V’=V=49.27 kmol/h 求操作线方程 精馏段操作线方程
y=dxVDxVL=987.027.4992.627.4935.42x=0.860x+0.140 提馏段操作线方程 y’=wxVWxVL''''=012.027.49316.2427.49586.73'x=1.493x’-0.0059 图解法求解层数 总理论板层数:NT=14(包括再沸器) 进料板位置: NF=8 2.实际塔板数的求取 塔顶: y1=xd=0.987 查图得 x1=0.980
)98.01(98.0)987.01987.0)1()1(1111(顶xxyy=1.549
塔底: xw=0.012 查图得 yw=0.028
)()((())底012.01012.0028.01028.011wwwwxxyy=2.371
平均相对挥发读 371.2549.1底顶平
=1.916
试差法得 塔顶温度 tD=81.25℃ 进料板温度 tF=99.85℃ 塔底温度 tW=110.10℃ 精馏段平均温度 tm1=(tD+tF)/2=(81.25+99.85)/2=90.55℃ 提馏段平均温度 tm2=(tw+tF)/2=(110.10+99.85)/2=104.975℃ 平均粘度 t/℃ 80 90 100 110 120 μ苯/mPa.s 0.308 0.279 0.255 0.233 0.215 μ甲苯/mPa.s 0.311 0.286 0.264 0.254 0.228 tD=81.25℃ μ苯=0.305mPa.s μ甲苯=0.308mPa.s tF=99.85℃ μ苯=0.256mPa.s μ甲苯=0.265mPa.s tW=110.10℃ μ苯=0.232mPa.s μ甲苯=0.253mPa.s 液相平均粘度公式μLm=iix
tD=81.25℃ μLm=0.987×0.305+(1-0.987)×0.308=0.305mPa.s tF=99.85℃ μLm=0.228×0.256+(1-0.228)×0.265=0.263mPa.s tW=110.10℃ μLm=0.012×0.232+(1-0.012)×0.253=0.253mPa.s 粘度的平均μ平=(0.305+0.263+0.253)/3=0.274mPa.s 全塔效率
%100PTTNNE
ET=0.49)(245.0L=0.49)274.0916.1(245.0=0.45 实际塔板数 精馏段实际塔板数 45.07E7T=15.5
提馏段实际塔板数 45.07E7T=15.5 (四)精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 1.平均摩尔质量计算 塔顶平均摩尔质量计算 y1=xD=0.987,查图得x1=0.980 MVDm=0.987×78.11+(1-0.987)×92.13=78.292kg/kmol MLDm=0.98×78.11+(1-0.98)×92.13=78.39kg/kmol 进料板平均摩尔质量计算 由图得 yF=0.37 xF=0.16 MVFm=0.37×78.11+(1-0.37)×92.13=86.94kg/kmol MVFm=0.16×78.11+(1-0.16)×92.13=89.89kg/kmol 塔釜平均摩尔质量计算 xw=y2=0.012,查图得x2=0.004 MVwm=0.012×78.11+(1-0.012)×92.13=91.96kg/kmol MVwm=0.004×78.11+(1-0.004)×92.13=92.07kg/kmol 精馏段平均摩尔质量 MVm=(78.292+86.94)/2=82.616 MLm=(78.39+89.89)/2=84.14 提馏段平均摩尔质量 MVm=(91.96+86.94)/2=89.45 MLm=(92.07+89.89)/2=90.98 2.平均密度计算 (1)气相平均密度计算 精馏段 15.27355.90314.8616.828.108mmVmmVRT
MP=2.972kg/m3
提馏段 15.273975.104314.845.896.113mmVmmVRTMP =3.23kg/m3
(2)液相平均密度计算 依据下式计算:iiLm
1
甲苯 苯 温度/℃ 密度(kg/m3) 温度/℃ 密度(kg/m3) 81.1278 810.442 81.1278 813.987 81.203 810.367 81.203 813.904 81.2782 810.292 81.2782 813.82 81.3534 810.217 81.3534 813.737 99.7744 791.542 99.7744 792.896 99.8496 791.464 99.8496 792.81 99.9248 791.386 99.9248 792.723 100 791.309 100 792.636
由tD=81.25℃,查手册得85.813苯kg/m3 327.810甲苯kg/m3 327.810/013.085.813/987.01m
LD
=813.804kg/m3
(3)进料板液相平均密度的计算 由tF=99.85℃,查手册得80.792苯 kg/m3 463.791甲苯kg/m3 进料板液相的质量分率
13.9284.011.7816.011.7816.0
A
=0.139
463.791/861.08.792/139.01m
LF
=791.649kg/m3
(4)塔釜液相平均密度的计算 由tw=110.10℃,查手册得86.780苯kg/m3 922.780甲苯kg/m3
3mkg/m86.780922.780/013.086.780/987.01LD
精馏段液相平均密度为 2649.791804.813mL
=802.727kg/m3 提馏段液相平均密度为 3mkg/m25.7862649.79186.780L
5.液体平均表面张力计算 温度 80 90 100 110 120 苯mN/m 21.2 20 18.8 17.5 16.2 甲苯mN/m 21.7 20.6 19.5 18.4 17.3
液相平均表面张力依下式计算,即 iiLxm 塔顶液相表面张力的计算
由tD=81.25℃,查表得 mN/m0.21苯 mN/m5.21甲苯
5.21013.00.21987.0mLD
=21.0065mN/m
进料板液相平均表面张力的计算 由tF=99.85℃,查表得 mN/m9.18苯 mN/m6.19甲苯
6.1984.09.1816.0mLF
=19.488mN/m
塔釜液相表面张力的计算 由tD=110.10℃,查表得 mN/m4.17苯 mN/m3.18甲苯
mNLW/m29.183.18988.04.17012.0m 精馏段液相平均表面张力为
mN/m247.202488.190065.21mL
精馏段液相平均表面张力为 mN/m89.182488.1929.18mL
(五)精馏塔的塔体工艺尺寸计算 1.塔径的计算 精馏段的气、液相体积流率为
380.0972.23600616.8227.493600VmVmsVMVm3/s
001233.0727.802360014.8435.423600LmLmsLMLm3/s
由VVLCumax 2.02020
LCC
C20由图查取