精馏塔的物料衡算docWord格式文档下载.docx
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⑵课程设计成绩评定表
⑶中英文摘要
⑷目录
⑸设计计算与说明
⑹设计结果汇总
⑺小结
⑻参考文献
14、有关物性数据可查相关手册
15、注意事项
⑴写出详细计算步骤,并注明选用数据的来源
⑵每项设计结束后列出计算结果明细表
⑶设计最终需装订成册上交
四、进度计划(列出完成项目设计内容、绘图等具体起始日期)
1、设计动员,下达设计任务书0.5天
2、收集资料,阅读教材,拟定设计进度1-2天
3、初步确定设计方案及设计计算内容5-6天
4、绘制总装置图2-3天
5、整理设计资料,撰写设计说明书2天
6、设计小结及答辩1天
摘要
化工生产常需进行二元液相混合物的分离以达到提纯或回收有用组分的目的,精馏是利用液体混合物中各组分挥发度的不同,并借助于多次部分汽化和多次部分冷凝达到轻重组分分离目的的方法。
精馏操作在化工、石油化工、轻工等工业生产中占有重要的地位。
为此,掌握气液相平衡关系,熟悉各种塔型的操作特性,对选择、设计和分析分离过程中的各种参数是非常重要的。
塔设备是化工、炼油生产中最重要的设备类型之一。
本次设计的筛板塔是化工生产中主要的气液传质设备。
此设计针对二元物系的精馏问题进行分析、选取、计算、核算、绘图等,是较完整的精馏设计过程,该设计方法被工程技术人员广泛的采用。
本设计书对苯和甲苯的分离设备─筛板精馏塔做了较详细的叙述,主要包括:
工艺计算,辅助设备计算,塔设备等的附图。
采用筛板精馏塔,塔高14.3米,塔径1.2米,按逐板计算理论板数为36。
算得全塔效率为0.541。
塔顶使用全凝器,部分回流。
精馏段实际板数为17,提馏段实际板数为19。
实际加料位置在第18块板(从上往下数),操作弹性为2.7,通过板压降、漏液、液泛、雾沫夹带的流体力学验算,均在安全操作范围内。
塔的附属设备中,所有管线均采用无缝钢管。
再沸器采用卧式浮头式换热器。
用160℃饱和蒸汽加热,用16℃循水作冷凝剂。
饱和蒸汽走管程,釜液走壳程。
关键词:
苯__甲苯、板式精馏塔筛板计算校核
绪论
化工生产中常需进行液体混合物的分离以达到提纯或回收有用组分的目的。
互溶液体混合物的分离有多种方法,蒸馏及精馏是其中最常用的一种。
蒸馏是分离均相混合物的单元操作之一,精馏是最常用的蒸馏方式,是组成化工生产过程的主要单元操作。
为实现高纯度的分离已成为蒸馏方法能否广泛应用的核心问题,为此而提出了精馏过程。
精馏的核心是回流,精馏操作的实质是塔底供热产生蒸汽回流,塔顶冷凝造成液体回流。
我们工科大学生应具有较高的综合能力、解决实际生产问题的能力和创新的能力。
课程设计是一次让我们接触并了解实际生产的大好机会,我们应充分利用这样的机会去认真去对待。
而新颖的设计思想、科学的设计方法和优秀的设计作品是我们所应坚持努力的方向和追求的目标。
筛板塔的性能,并形成了较完善的设计方法。
与泡罩塔相比,板式精馏塔具有下列优点:
生产能力(20%——40%)塔板效率(10%——50%)而且板式精馏塔也是很早出现的一种板式塔,20世纪50年代起对板式精馏塔进行了大量工业规模的研究,逐步掌握了结构,塔盘造价减少40%左右,安装,维修都较容易。
而在板式精馏塔中,筛板塔有结构比浮阀塔更简单,易于加工,造价约为泡罩塔的60%,为浮阀塔的80%左右,处理能力大等优点,综合考虑更符合本设计的要求。
设计方案的选择和论证
1.设计思路
在本次设计中,我们进行的是苯和甲苯二元物系的精馏分离,简单蒸馏和平衡蒸馏只能达到组分的部分增浓,如何利用两组分的挥发度的差异实现高纯度分离,是精馏塔的基本原理。
实际上,蒸馏装置包括精馏塔、原料预热器、蒸馏釜、冷凝器、釜液冷却器和产品冷却器等设备。
蒸馏过程按操作方式不同,分为连续蒸馏和间歇蒸馏,我们这次所用的就是筛板式连续精馏塔。
蒸馏是物料在塔内的多次部分汽化与多次部分冷凝所实现分离的。
热量自塔釜输入,由冷凝器和冷却器中的冷却介质将余热带走。
在此过程中,热能利用率很低,有时后可以考虑将余热再利用,在此就不叙述。
要保持塔的稳定性,流程中除用泵直接送入塔原料。
塔顶冷凝器可采用全凝器、分凝器-全能器连种不同的设置。
在这里准备用全凝器,因为可以准确的控制回流比。
此次设计是在常压下操作。
因为这次设计采用间接加热,所以需要再沸器。
回流比是精馏操作的重要工艺条件。
选择的原则是使设备和操作费用之和最低。
在设计时要根据实际需要选定回流比。
从苯—甲苯的相关物性中可看出它们可近似地看作理想物系。
而且筛板与塔盘板之间的流通面积能随气体负荷的变动而自动调节,因而在较宽的气体负荷范围内,均能保持稳定操作。
气体在塔盘板上以水平方向吹出,气液接触时间长,雾沫夹带量少,液面落差也较小。
2.设计方案的确定
方案选定是指确定整个精馏装置的流程。
主要设备的结构形式和主要操作条件。
所以方案的选定必须:
(1)能满足工艺要求,达到指定的产量和质量。
(2)操作平稳,易于调节。
(3)经济合理。
(4)生产安全。
在实际的设计问题中,上述四项都是必须考虑的。
本设计任务为分离苯和甲苯混合物,对于二元混合物的分离,应采用常压下的连续精馏装置。
该物系属于易分离物系,最小回流比较小,操作回流比取最小回流比的1.5倍,塔釜采用间接蒸汽加热,塔底产品经冷却后送至储罐,塔顶采用全凝器。
第一章塔的工艺设计
1.1基础物性数据
(1)常压下,苯—甲苯的汽液平衡数据
温度
液相中苯的摩尔分数x
气象中苯的摩尔分数y
110.56
91.4
0.5
0.713
109.91
0.01
0.025
90.11
0.55
0.755
108.79
0.03
0.0711
88.8
0.6
0.791
107.61
0.05
0.112
87.63
0.65
0.825
105.05
0.1
0.208
86.52
0.7
0.857
102.79
0.15
0.294
85.44
0.75
0.885
100.75
0.2
0.372
84.4
0.8
0.912
98.84
0.25
0.442
83.33
0.85
0.936
97.13
0.3
0.507
82.25
0.9
0.959
95.58
0.35
0.566
81.11
0.95
0.98
94.09
0.4
0.619
80.66
0.97
0.985
92.69
0.45
0.667
80.21
0.99
0.9961
(3)饱和蒸汽压PoAntoine方程
A
B
C
苯
6.023
1206.35
220.24
甲苯
6.078
1343.94
219.58
(4)苯-甲苯的液相密度
温度℃
80
90
100
110
120
815
803.9
792.5
780.3
768.9
810
800.2
790.3
770.0
(5)液体表面张力
21.27
20.06
18.85
17.66
16.49
31.69
20.59
19.94
18.41
17.31
(6)液体表面粘度
0.308
0.279
0.255
0.233
0.215
0.311
0.286
0.264
0.254
0.228
(7)液体的汽化热
394.1
386.9
379.3
371.5
363.2
379.9
373.8
367.6
361.2
354.6
1.2精馏塔的物料衡算
1原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数
(1)苯的摩尔质量:
甲苯的摩尔质量:
=
(2)原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量:
(3)物料衡算
原料处理量:
总物料衡算:
即…………………………………………
(1)
易挥发组分物料衡算:
即…………………
(2)
解得:
D=W=
1.2.2平衡线方程的确定
由文献中苯与甲苯的汽-液平衡组成可以找出算出。
同理可算出其它的
编号
数值
1
2.538462
13
2.5213
2
2.474863
14
2.5231
3
2.396396
15
2.5385
4
2.363636
16
2.5684
5
2.359773
17
2.5652
6
2.369427
18
2.5909
7
2.376344
19
2.5809
8
2.399594
20
2.5989
9
2.421988
21
2.5789
10
2.437008
22
2.0309
11
2.448115
23
2.5799
12
2.484321
所以
所以平衡线方程
1.2.3进料热状况q的确定
由文献中苯——甲苯混合液t-x-y图可知,进料组成时,溶液的泡点为96℃,平均温度=℃
由文献液体的比热容查得:
苯和甲苯的比热容为1.83kJ/(kg℃)
故原料液的平均比热容为
kJ/(kg℃)
用内插法计算操作条件下,苯和甲苯的汽化热
由表7可知:
设苯和甲苯的汽化热分别为X,YkJ/kg
对于苯:
苯的汽化热为383.10kJ/kg
同理:
甲苯的汽化热为370.70kJ/kg
所以kJ/kg
所以q线方程为:
1.2.4操作回流比R的确定
联立:
1.2.5求精馏塔的气液相负荷
1.2.6操作线方程
精馏段操作线方程为:
提馏段操作线方程为:
1.2.7用逐板法算理论板数
同理可算出如下值:
所以总理论板数为19块(包括再沸器),第10块板上进料。
1.2.8.实际板数的求取
由苯与甲苯不同温度下的平衡组
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