筛孔板式塔设计 毕业设计.docx
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筛孔板式塔设计毕业设计
摘要
筛板塔是化工生产中主要的气液传质设备。
为完成苯-甲苯二元物系的精馏进行了相关塔设备的设计,本次设计的任务为分离进料量50000吨/年,质量分数为40%的苯-甲苯溶液,使塔顶产品苯的质量分数达到96%,塔底釜液质量分数为2%。
我们对此塔进行了工艺设计,按照梯级图解法算求得理论板数为15,实际板数为27,,加料位置在第13块板。
进行了塔板结构的设计,塔径1.2m,精馏段板间距0.35m,提馏段板间距为0.4m,对塔板进行了校核,均在安全操作范围内,确定了操作点,精馏段弹性操作为5.04,提馏段弹性操作为5.30,符合操作要求。
最后进行辅助设备及塔高计算。
本次设计包括设备分析、选取、计算、核算、绘图等,是较完整的精馏设计过程,其设计结果满足设计任务要求,结构合理,是一次较理想的设计。
关键词:
筛板塔;苯-甲苯;精馏;负荷性能图;塔设备;结构
Abstract
Sieveplatetoweristhemaingasliquidmasstransferinchemicalproductionequipment.Tocompletethebinarysystembenzene-toluenedistillationtowerequipment,theuseofdesign,thedesigntasksfortheseparationoffeedrateof50000tons/year,themassfractionof40%ofbenzene-toluenesolution,makethetopproductsofbenzenemassfractionof96%,thebottomkettleliquidmassfractionof2%.Weforthetechnologicaldesignofthistower,accordingtothetheoreticalplatenumberobtainedbycascadegraphicalmethodcalculationfor15,realplatenumberis27,andfeedinglocationin13boards.Forthedesignoftheplatestructure,thetowerdiameter1.2m,platespacingof0.4montheplate,arewithinthescopeofthesafetyoperation,determinetheoperatingpoint,rectifyingsectionelasticoperationis5.04,strippingsectionoftheelasticoperatingat5.30,conformtotherequirementsoftheoperation.Finallyauxiliaryequipmentandheightcalculation.Thisdesignincludingequipmentanalysis,selection,calculation,accounting,drawing,etc.,isacompletedistillationprocessdesign,thedesignresultsatisfiestherequirementofdesigntask,reasonablestructure,isanidealdesign.
Keywords:
Sieve-plate tower;Benzene-Toluene;Rectification;Loadperformancediagram;Distillationequipment;structure
第一章概述
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。
1.1苯的性质
苯在常温下为一种高度易燃,有香味的无色的液体,为一种有机化合物,
是组成结构最简单的芳香烃。
苯有高的毒性,也是一种致癌物质。
它难溶于水,易溶于有机溶剂,本身也可作为有机溶剂。
苯也是石油化工的基本原料,苯的产量和生产的技术水平是一个国家石油化工发展水平的标志之一。
1.1.1物理性质
苯的沸点为80.1℃,熔点为5.5℃,在常温下是一种无色、味甜、有芳香气味的透明液体,易挥发。
苯比水密度低,密度为0.88g/ml,但其分子质量比水轻。
苯难溶于水,1升水中最多溶解1.7g苯;但苯是一种良好的有机溶剂,溶解有机分子和一些非极性的无机分子的能力很强,除甘油,乙二醇等多元醇外能与大多数有机溶剂混溶.除碘和硫稍溶解外,无机物在苯中不溶解.苯对金属无腐蚀性。
苯能与水生成恒沸物,沸点为69.25℃,含苯91.2%。
因此,在有水生成的反应中常加苯蒸馏,以将水带出。
1.1.2化学性质
苯参加的化学反应大致有3种:
一种是其他基团和苯环上的氢原子之间发生的取代反应;一种是发生在苯环上的加成反应(注:
苯环无碳碳双键,而是一种介于单键与双键的独特的键);一种是普遍的燃烧(氧化反应)(不能使酸性高锰酸钾褪色)。
1.13基本用途
脂肪、树脂和碘等的溶剂。
测定矿物折射指数。
有机合成。
光学纯溶剂高压液相色谱溶剂、用作合成染料、医药、农药、照相胶片、以及石油化工制品的原料、清漆、硝基纤维素漆的稀释剂、脱漆剂、润滑油、油脂、蜡、赛璐珞、树脂、人造革等溶剂。
用作合成染料、合成橡胶、合成树脂、合成纤维、合成谷物、塑料、医药、农药、照相胶片以及石油化工制品的重要原料,本品具有良好的溶解性能,因而被广泛地用作胶黏剂及工业溶剂例如:
清漆、硝基纤维漆的稀释剂、脱漆剂、润滑油、油脂、蜡、赛璐珞、树脂、人造革等溶剂。
1.2.2化学性质
化学性质活泼,与苯相像。
可进行氧化、磺化、硝化和歧化反应,以及侧链氯化反应。
甲苯能被氧化成苯甲酸。
1.2.3基本用途
甲苯大量用作溶剂和高辛烷值汽油添加剂,也是有机化工的重要原料,但与同时从煤和石油得到的苯和二甲苯相比,目前的产量相对过剩,因此相当数量的甲苯用于脱烷基制苯或岐化制二甲苯。
甲苯衍生的一系列中间体,广泛用于染料;医药;农药;火炸药;助剂;香料等精细化学品的生产,也用于合成材料工业。
甲苯进行侧链氯化得到的一氯苄;二氯苄和三氯苄,包括它们的衍生物苯甲醇;苯甲醛和苯甲酰氯(一般也从苯甲酸光气化得到),在医药;农药;染料,特别是香料合成中应用广泛。
甲苯的环氯化产物是农药;医药;染料的中间体。
甲苯氧化得到苯甲酸,是重要的食品防腐剂(主要使用其钠盐),也用作有机合成的中间体。
甲苯及苯衍生物经磺化制得的中间体,包括对甲苯磺酸及其钠盐;CLT酸;甲苯-2,4-二磺酸;苯甲醛-2,4-二磺酸;甲苯磺酰氯等,用于洗涤剂添加剂,化肥防结块添加剂;有机颜料;医药;染料的生产。
甲苯硝化制得大量的中间体。
可衍生得到很多最终产品,其中在聚氨酯制品;染料和有机颜料;橡胶助剂;医药;炸药等方面最为重要。
第二章确定设计方案
本设计任务为分离苯一甲苯混合物。
由于对物料没有特殊的要求,可以在常压下操作。
对于二元混合物的分离,应采用连续精馏流程。
设计中采用80℃进料,将原料液通过预热器加热至泡点后送人精馏塔内。
塔顶上升蒸气采用全凝器冷凝,冷凝液在泡点下一部分回流至塔内,其余部分经产品冷却器冷却后送至储罐。
该物系属易分离物系,最小回流比较小,故操作回流比取最小回流比的1.5倍。
塔底设置再沸器采用间接蒸汽加热,塔底产品经冷却后送至储罐。
其中由于蒸馏过程的原理是多次进行部分汽化和冷凝,热效率比较低,但塔顶冷凝器放出的热量很多,但其能量品位较低,不能直接用于塔釜的热源,在本次设计中设计把其热量作为低温热源产生低压蒸汽作为原料预热器的热源之一,充分利用了能量。
塔板的类型为筛板塔精馏,筛板塔塔板上开有许多均布的筛孔,孔径一般为3~8mm,筛孔在塔板上作正三角形排列。
筛板塔也是传质过程常用的塔设备,它的主要优点有:
(1)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。
(2)处理能力大,比同塔径的泡罩塔可增加10~15%。
(3)塔板效率高,比泡罩塔高15%左右。
(4)压降较低,每板压力比泡罩塔约低30%左右。
筛板塔的缺点是:
(1)塔板安装的水平度要求较高,否则气液接触不匀。
(2)操作弹性较小(约2~3)。
(3)小孔筛板容易堵塞。
图1板式塔的简略图
第三章工艺计算
3.1物料衡算
3.1.1原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率
苯的摩尔质量
甲苯的摩尔质量
3.1.2全塔物料衡算
原料处理量:
总物料F=D+W
易挥发组分FχF=DχD+WχW
式中F、D、W——分别为原料液、馏出液和釜残液流量,kmol/h;
χF、χD、χW——分别为原料液、馏出液和釜残液中易挥发组分的摩尔分率。
解得:
代入数据可得:
D=35.295kmol/hW=44.915kmol/h
3.2确定回流比
3.2.1q线方程
表1常压下苯——甲苯的气液平衡数据
温度t
℃
液相中苯的摩尔分率
x
气相中苯的摩尔分率
y
110.56
0.00
0.00
109.91
1.00
2.50
108.79
3.00
7.11
107.61
5.00
11.2
105.05
10.0
20.8
102.79
15.0
29.4
100.75
20.0
37.2
98.84
25.0
44.2
97.13
30.0
50.7
95.58
35.0
56.6
94.09
40.0
61.9
92.69
45.0
66.7
91.40
50.0
71.3
90.11
55.0
75.5
80.80
60.0
79.1
87.63
65.0
82.5
86.52
70.0
85.7
85.44
75.0
88.5
84.40
80.0
91.2
83.33
85.0
93.6
82.25
90.0
95.9
81.11
95.0
98.0
80.66
97.0
98.8
80.21
99.0
99.61
80.01
100.0
100.0
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