中國石油大學化工原理專業(yè)課程設計畢勝苯甲苯乙苯

中國石油大學化工原理專業(yè)課程設計畢勝苯甲苯乙苯PAGEPAGE38化工原理課程設計說明書設計題目：分離苯（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：馬慶蘭設計成績：日期：2009.6.8-2009.7.4設計任務書目錄工藝流程簡圖第一部分精餾塔的工藝設計第一節(jié)產品組成及產品量的確定一、清晰分割法二、質量分率轉換成摩爾分率三、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、進料壓力八、進料溫度第三節(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、選取經驗數據第六節(jié)理論塔板數的確定第七節(jié)實際塔板數及實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部分塔板設計第一節(jié)溢流裝置設計第二節(jié)浮閥塔板結構參數的確定第三節(jié)浮閥水力學計算第四節(jié)負荷性能圖第三部分板式塔結構第一節(jié)塔體的設計一、筒體設計二、封頭設計三、人孔選用四、裙座設計第二節(jié)接管的設計第四部分輔助設備設計第一節(jié)全凝器設計第二節(jié)再沸器選擇第三節(jié)回流泵選擇第五部分計算結果匯總第六部分負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計第一節(jié)產品組成及產品量的確定一、清晰分割法（P492）重關鍵組分為甲苯，輕關鍵組分為苯，分離要求較高，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，假定乙苯在塔頂產品中的含量為零?，F將已知數和未知數列入下表中：a1a2a3備注進料（F）0.280.420.3給定塔頂產品（D）0.990.010給定x1,D，估計x3，D=0，算得x1,D塔頂產品（W）0.013未知未知注：表中F、D、W為質量流率，a1、a2、a3為質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，說明計算結果合理已知，解得，二、質量分率換算成摩爾分率（P411）物性參數化工熱力學P189名稱相對分子質量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果列入下表中：物料平衡表項目進料塔頂塔底流率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111111第二節(jié)操作溫度與壓力的確定一、回流罐溫度一般應保證塔頂冷凝液與冷卻介質之間的傳熱溫差：已知，冷卻劑溫度：則，二、回流罐壓力純物質飽和蒸氣壓關聯式（化工熱力學P199）：飽和蒸氣壓關聯式化工熱力學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、進料壓力設計中可近似?。喊?、進料溫度（P498）物料衡算和相平衡方程：（質量分率）試差法求進料溫度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質量分率0.25490.42630.3189氣相摩爾分率0.55640.33820.1054質量分率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、選取經驗數據第六節(jié)理論塔板數的確定（P504）聯立解得，第七節(jié)實際塔板數及實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與假設實際塔板數N=30近似，可認為計算結果準確。附：溫度壓力匯總表項目單位數值備注回流罐溫度℃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8.6不包括再沸器實際理論板數15.4實際塔板數總數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（《課程設計》P65）一、精餾段塔徑查圖得，查圖得（《課程設計》P66Smith氣相負荷因數關聯圖），查圖得，液體表面張力氣相負荷因數最大容許氣速二、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FixfiHfiDixdiHdiWixwiHwi131.540.33662230.480.99444491.060.0220590240.110.42136980.260.016206839.850.6135082324.870.26-1600.000.002976224.870.38444∑96.521.002016030.741.004459865.781.0021754入方（單位）出方（單位）進料1945893塔頂產品帶出137330再沸器供熱3798540塔底產品帶出1431031冷凝器取熱3986144熱損失189927總計5744433總計5744433第二部分塔板設計第一節(jié)溢流裝置設計精餾段設計流型選擇：塔徑1000mm，塔頂液相流量根據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，由經驗值確定，不設進口堰，降液管下口至塔板距離降液管停留時間降液管寬度b及面積Ad的確定：由，P135附錄七，則降液管受液盤：由經驗得，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進口堰降液管高度：底隙高度等于盤深提餾段設計：流型選擇、降液管、堰尺寸的確定、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相同。第二節(jié)浮閥塔板結構參數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浮閥數及開孔率計算：初設取閥孔動能因數精餾段：保證閥孔氣速應排列的浮閥數則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：保證閥孔氣速應排列的浮閥數則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：干板壓力降計算表明，浮閥在所取閥孔氣速下處于剛剛全開，應取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）泛點率取降液管內液面高度h忽略不計，淹塔不會發(fā)生漏液檢驗：降液管內液體停留時間及流速：提餾段：干板壓力降計算表明，浮閥在所取閥孔氣速下處于剛剛全開，應取35.2mm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）泛點率取降液管內液面高度△h忽略不計，淹塔不會發(fā)生漏液檢驗：降液管內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，見附圖第三部分板式塔結構第一節(jié)塔體的設計一、筒體設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、進料處各設一人孔，精餾段、提餾段再各加一人孔四、裙座設計塔高徑比17<30，采用圓筒形裙座塔徑為1m，裙座上需開2個Dg450的人孔塔底有再沸器，裙座的座圈高度取4m基礎內環(huán)直徑基礎外環(huán)直徑第二節(jié)接管的設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接管回流管管徑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（質量比），取接管內液體流速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第四部分輔助設備設計第一節(jié)全凝器設計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，塔高根據經驗取標準彎頭90℃，壓力損失《化工原理》P395，選擇65AY-60A第五部分計算結果匯總工藝計算結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流量塔頂產品kg/h2405塔底產品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設備計算結果匯總表名稱單位備注塔徑m1板間距mm450堰高mm50堰長m