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1、 学院 化工与药学院 班 级 2014 级制药工程 1 班 学生姓名 张思锐 学 号 2014402030115 设计地点 单位 教学楼 B2 栋 设计题目 环己醇 苯酚混合液连续精馏塔设计 完成日期 2016 年 12 月 9 日 指导教师评语 成绩 五级记分制 教师签名 学生姓名 张思锐 刘阳 课程名称 化工原理课程设计 专业班级 14 制药 1 班 地 点 学生平时上课对应的教室 起止时间 2016 11 28 2016 12 9 设 计 内 容 及 要 求 一 设计内容 一 确定设计方案 二 计算塔体工艺尺寸 1 塔高 2 塔径 三 塔板工艺设计 1 全塔物料衡算 2 物性参数的计算
2、3 塔板数计算 4 溢流装置的选型与计算 5 塔板布置与孔数计算 6 塔板流体力学计算 7 塔板负荷性能图 四 塔附件设计 1 接管 2 筒体与封头 3 除沫器 4 裙座 5 吊柱 6 人孔 五 附属设备设计 1 塔底再沸器 2 塔顶冷凝器 六 绘制工艺流程简图 精馏塔的工艺条件图 七 编写设计说明书并装订 1 封面 2 任务书 3 目录 4 设计题目 5 设计正文 6 设计评述 7 致谢语 8 参考文献 9 附图 二 设计要求 1 对有关工艺流程和设备选型做技术上和经济上的论证和评价 2 写出详细计算步骤 并注明选用数据和公式来源 符合和单位一致 3 每项设计结束后 列出计算结果明细表 4
3、充分运用相关课程所学知识及先进软件协助完成本次设计 5 设计说明书按要求装订成册 设 计 参 数 1 生产能力 年处理量 2 8 万吨 开工率 300 天 年 2 原 料 环己醇的含量为 40 质量分数 下同 进料热状况 泡点进料 3 分离要求 塔顶馏出液中 A 含量不低于 98 塔底釜液中 A 含量不低于 95 4 操作压力 常压 101 325Kpa 操作 塔顶表压 4Kpa 单板压降 0 7Kpa 荆楚理工学院课程设计任务书 设计题目 分离环己醇 苯酚混合液的板式精馏塔设计 教研室主任 刘娥 指导教师 郝修丽 2016 年 11 月 21 5 回流比 R 1 1 2 0 Rmin 由设计
4、者自选 6 塔顶采用全凝器 泡点回流 7 塔釜采用间接水蒸气加热 8 公用工程自选 进 度 要 求 1 资料查阅 收集和整理 设计方案确定及设计计算参数的获取 2 天 2 工艺计算与设备主要工艺结构计算 4 5 天 3 绘制设计图纸及编写设计说明书 2 天 4 课程设计资料装订及答辩 1 天 参 考 资 料 1 马江权 冷一欣 化工原理课程设计 第二版 M 北京 中国石化出版社 2011 年 2 谭天恩等 化工原理 上 下 第四版 M 北京 化学工业出版社 2012 年 3 化工设计手册 见图书馆书库 说 明 1 本表应在每次实施前一周由负责教师填写二份 教研室审批后交学院院备案 一 份由负责
5、教师留用 2 若填写内容较多可另纸附后 3 一题多名学生共用的 在设 计内容 参数 要求等方面应有所区别 第 1 章 概述 1 1 1 设计题目 1 1 2 设计任务 1 1 3 操作条件 1 1 4 设计方案的确定以及工艺流程图的说明 2 1 4 1 原理 2 1 4 2 板式塔与填料塔的选择 2 1 4 3 塔板的选择 3 1 4 4 操作压力的选择 3 1 4 5 进料热状况的选择 3 1 4 6 塔釜加热方式的确定 3 1 4 7 回流比的选择 3 1 4 8 塔顶冷却介质的选择 4 1 4 9 塔板溢流形式 4 1 4 10 操作流程 4 第 章 设计计算 4 2 1 精馏塔的物料衡
6、算 4 2 1 1 原料液及塔顶 塔底产品的摩尔分率 4 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 塔板数的确定 6 2 2 1 理论板层数 NT 的求取 6 2 2 1 1 由环己醇 苯酚气液平衡数据 绘出 x y 图 6 8 图 1 环己醇和苯酚溶液的 t x y 图 8 2 2 1 2 求最小回流比及操作回流比 8 2 2 1 3 求精馏塔的气 液相负荷 9 2 2 1 4 求操作线方程 9 2 2 1 5 用图解法求理论板层数 9 2 2 2 实际板层数的求取 10 2 2 2 1 操作温度的计算 10 2 2 2 2 气相组成计算
7、10 2 2 2 3 平均相对挥发度的计算 10 2 2 2 4 液相平均粘度的计算 11 2 2 2 5 板效率的计算 12 2 3 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 13 2 3 1 操作压力计算 13 2 3 2 平均摩尔质量计算 14 2 3 2 1 塔顶平均摩尔质量 14 2 3 2 2 进料板平均摩尔质量 14 2 3 2 3 塔底平均摩尔质量 14 2 3 2 4 精馏段平均摩尔质量 14 2 3 2 5 提馏段平均摩尔质量 14 2 3 3 平均密度计算 15 2 3 3 1 气相平均密度计算 15 2 3 3 2 液相平均密度计算 15 2 3 4 液体平均表面张力计算
8、16 2 3 5 液相平均粘度的计算 17 2 3 5 3 塔底液相平均粘度的计算 17 2 4 精馏塔的塔体工艺尺寸计算 18 2 4 1 塔径的计算 18 2 4 1 1 精馏段塔径计算 18 2 4 1 2 提馏段塔径计算 19 2 4 2 精馏塔有效高度计算 20 2 4 2 1 精馏段有效高度 20 2 4 2 2 提馏段有效高度 20 2 4 2 3 精馏塔的有效高度为 21 2 5 塔板主要工艺尺寸的计算 21 2 5 1 溢流装置计算 21 2 5 2 精馏段 21 2 5 2 1 堰长 W l 21 2 5 2 2 溢流堰高度 W h 21 2 5 2 3 弓形降液管宽度 d
9、 W 和截面积 f A 22 2 5 2 4 降液管底隙高度 0 h 22 2 5 3 提馏段 23 2 5 3 1 堰长 W l 23 2 5 3 2 溢流堰高度 W h 23 2 5 3 3 弓形降液管宽度 d W 和截面积 f A 23 2 5 3 4 降液管底隙高度 0 h 24 2 5 4 塔板布置 24 2 5 4 1 塔板的分块 24 2 5 4 2 取边缘区宽度计算 24 2 5 4 3 开孔区面积计算 24 2 5 4 4 筛孔计算及其排列 25 2 6 筛板的流体力学验算 26 2 6 1 精馏段筛板的流体力学验算 26 2 6 1 1 塔板压降 26 2 6 1 2 液面
10、落差 27 2 6 1 3 液沫夹带 28 2 6 1 4 漏液 28 2 6 1 5 液泛 28 2 6 2 提馏段筛板的流体力学验算 29 2 6 2 1 塔板压降 29 2 6 2 2 液面落差 30 2 6 2 3 液沫夹带 30 2 6 2 4 漏液 30 2 6 2 5 液泛 30 2 7 塔板负荷性能图 31 2 7 1 精馏段塔板负荷性计算 31 2 7 1 1 漏液线 31 2 7 1 2 液沫夹带线 32 2 7 1 3 液相负荷下限线 33 2 7 1 4 液相负荷上限线 33 2 7 1 5 液泛线 33 2 7 1 6 精馏段筛板塔的负荷性能图 34 2 7 2 提馏
11、段塔板负荷性计算 35 2 7 2 1 漏液线 35 2 7 2 2 液沫夹带线 36 2 7 2 3 液相负荷下限线 37 2 7 2 4 液相负荷上限线 37 2 7 2 5 液泛线 37 2 7 2 6 提馏段筛板塔的负荷性能图 38 2 8 板式塔的结构与附属设备 39 2 8 1 全凝器 39 2 8 1 1 设计任务 39 2 8 1 2 操作条件 39 2 8 1 3 设计要求 40 2 8 1 4 设计计算 40 2 8 2 再沸器 44 2 8 2 估算设备尺寸 44 2 8 2 2 传热系数的校核 45 2 8 3 塔总高度计算 47 2 8 3 1 塔顶封头 47 2 8
12、 3 2 塔顶空间 47 2 8 3 4 进料板处间距 47 2 8 3 5 裙座 47 2 8 4 接管管径计算与选型 48 2 8 4 1 进料管尺寸计算 48 2 8 4 2 塔顶回流管管径计算 48 2 8 4 3 塔顶蒸气出口管径计算 48 2 8 4 4 塔釜出料管径计算 49 2 8 4 5 塔釜进气管径计算 49 致谢语 50 参考文献 51 附 录 51 附录一 环己醇 苯酚连续精馏工艺流程图 51 附录二 环己醇 苯酚连续精馏塔筛孔分布图 51 附录三 环己醇 苯酚连续精馏塔板布置图 51 1 第1章概述 1 1 设计题目 环己醇 苯酚混合液连续精馏塔设计 1 2 设计任务
13、 年产量 2 8 万吨 原料环己醇 苯酚溶液 35 组成 环己醇的质量分数 分离要求 塔顶馏出液中 A 环己醇含量 不小于 95 质量分率 塔底釜液中 A 环己醇含量 不大于 2 质量分率 1 3 操作条件 1 生产方式 连续操作 2 生间时间 每年以 300 天运行 每天 24 小时 3 进料状况 35 冷液进料 4 回流比 自选 5 塔釜加热方式 自选 6 塔顶冷凝用冷凝水 冷却水进口温度 30 7 塔顶采用全凝器 泡点回流 8 精馏塔顶压强 4kpa 表压 9 饱和水蒸汽压力 2 5kgf cm 2 表压 10 塔 单板压降 0 7kpa 换热器 允许压降 10 5Pa 11 设备形式
14、塔 浮阀塔 F1 型 或筛板塔 换热器 列管式换热器 12 厂址 荆门地区 2 1 4 设计方案的确定以及工艺流程图的说明 1 4 1 原理 环己醇和苯酚的原料混合物进入原料罐 在里面停留一定的时间后 通过泵 进入原料预热器 在原料预热器中加热到泡点温度 然后 原料液从进料口进入 到精馏塔中 因为被加热到泡点 混合物中既有气相混合物 又有液相混合物 这时原料混合物就分开了 气相混合物在精馏塔中上升 液相混合物在精馏塔中 下降 气相混合物上升到塔顶上方的冷凝器中 这些气相混合物被降温到泡点 其中液态部分进入到塔顶产品冷凝器中 停留一段时间然后进入乙苯的储罐 而 其中的气态部分重新回到精馏塔中 这
15、个过程就叫做回流 液相混合物就从塔底 一部分进入到塔底产品冷凝器中 一部分进入到再沸器 在再沸器中被加热到泡 点温度重新回到精馏塔 塔里的混合物不断重复前面的过程 而进料口不断有新 鲜原料加入 最终 完成环己醇和苯酚的分离 1 4 2 板式塔与填料塔的选择 工业上 评价塔设备的件能指标主要个方面 生产能力 分离效率 塔压降 操作弹性 结构 制造及造价等 1 生产能力 故单位塔截面积上 填料塔的生产能力一般均高十板式塔 2 分离效率 研究表明 在常压和低压 压 力小于 0 3MPa 操作下 填料塔的分离效率明显优于板式塔 在高压操作下 板 式塔约分离效率略优于填料塔 3 压力降 通常 板式塔的压
16、降高于填料塔 5 倍 左右 压降低不仅能降低操作费用 节约能耗 对于精馏过程 可使塔釜温度降 低 有利于热敏物系的分离 4 操作弹性 一般来说 填料本身对气液负荷变化 的适应件很大 故填料塔的操作弹性取决于塔内件的设计 特别足液体分布器的 设计 因而可根据实际需要确定填料塔的操作弹性 而板式塔的操作弹性则受到 塔板液泛 液沫夹带及降液管能力的限制 一般操作弹性较小 5 结构 制造 及造价等 一般来说 填料塔的结构较板式塔简单 故制造投修也较为方便 但 填料塔的造价通常高于板式塔 应于指出 填料塔的持液量小于板式塔 持液 量大 可使塔的操作平稳 不易引起产品的迅速坐化 故板式塔较填料塔更易于 操作 板式塔容易实现侧线进料和出料 填料塔对侧线进料和出料等复杂情况不 太适合 对于比表面积较大的局性能填料 填料层存易堵塞 故填料塔不其直接 处理有悬浮物或容易聚合的物料 本次设计任务中 综合考虑各个因素 选用板式塔 3 1 4 3 塔板的选择 筛孔塔板的主要优点 结构简单 易于加工 因此造价低 处理能力大 比 同直径泡罩塔高 塔板效率高 比泡罩塔高 板压降低 比泡罩塔低 安装容易 清理检修方便
