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1、钦钦 州州 学学 院院化化 工工 设设 计计设计题目： 苯甲苯二元筛板精馏塔设计 设计者： 学号： 专业： 化学工程与工艺（石油化学工程） 班级： 指导教师： 设计时间： 目录目录设计任务书.1 第一章前期工作 .2 1.1 物料理化性质3 1.2 物料衡算及能量衡算结果5 1.3 精馏塔设计结果.8 1.3.1 筛板塔设计计算结果汇总.8 1.3.2 塔总体高度计算.9 第二章 附属设备的计算与选型.11 2.1 换热器设计.11 2.2 进料泵选型15 2.3 储罐的选型20 设备一览表.23 第三章 设备布置图.24 第四章 工艺管道布置图.26 总 结27 参考文献.281设计任务书设
2、计任务书题目题目：苯甲苯二元筛板精馏塔设计在一常压操作的连续精馏塔内分离苯甲苯混合物。要求年处理量为 3.6 万吨，组成为苯 0.43（质量分率，下同） ，馏出液组成为 0.96，塔釜液组成为 0.009。加料热状况q=1，塔顶全凝器为泡点回流，回流比。塔釜加热方式：间接蒸汽加热，采= 1.4用 120水蒸气；塔顶冷凝水采用钦州江河水源，温度 T25。条件：常压，泡点进料，塔顶全凝器泡点回流，单板压降不大于 0.7kPa，热源为低压饱和水蒸气（120） ，冷源为当地水（钦州地区） 。操作压力 进料热状态 回流比 单板压降 进料热源 建厂地址常压 q=1 R/Rmin=1.4 0.7kpa 39
3、3.15k 钦州地区工作日每年 300 天，每天 24 小时连续运行设计任务：设计任务：1.列出物料理化性质；2.对分离系统进行物料衡算、热量衡算，绘制工艺物料流程图； 3. 选择控制方案，绘制 PID 图；3.对精馏塔工艺数据进行汇总，填写计算数据汇总表、绘制塔工艺条件图；4.对附属设备进行设计，确定设备的工艺设计参数，确定设备型号，完成设备一览表；泵：类型，流量，扬程，轴功率，允许吸上高度，备用率；换热器：类型，材质，热负荷，换热面积，冷、热载体的种类，冷（或热）流体的流量、温度和压力；贮罐：类型，材质，容积，基本尺寸。5.对设备进行布置确定各设备在平面与里面上的准确具体位置，绘制设备布置
4、图。要求布置紧凑整齐，符合建筑设计防火规范 、 化工企业安全卫生设计规定等法律法规要求，具体见教材及资料。6.对工艺管道进行布置选择管道材料，计算管径、选择壁厚，选择阀门管件；对工艺管道进行布置，绘制工艺管道布置图。27.撰写设计2第一章第一章前期工作前期工作在本次设计中，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浮阀式连续精馏塔。蒸馏是物料
5、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外也可以采用高位槽。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。本设计任务为分离苯、甲苯混合物。对于二元混合物的分离，采用连续精馏流程。设计中采用泡点进料
6、，将原料液通过预热器加热至泡点后送入精馏塔内。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，其余部分经产品冷凝器冷却后送至储罐。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 1.4 倍。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。工艺流程如下：3图 1-21.1 物料理化性质物料理化性质（苯A ； 甲苯B）表 11 苯和甲苯的物理性质项目分子式分子量沸点临界温度临界压强AC6H678.1180.1288.54833.2BC6H5CH392.13110.6318.574107.7表 12 液相密度 kg/m3温度8090100110120A815803.979
7、2.5780.3768.9B810800.2790.3780.3770.0表 13 表面张力 mN/m温度8090100110120A21.2720.0618.8517.6616.49B21.6920.5919.9418.4117.314表 14 粘度 LmPa温度8090100110120A0.3080.2790.2550.2330.215B0.3110.2860.2640.2540.228表 15 汽化热 kJ/kg温度8090100110120A394.1386.9379.3371.5363.2B379.9373.8367.6361.2354.6苯的物理性质 苯的沸点为 80.1，熔点为
8、 5.5，在常温下是一种无色、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，但其分子质量比水重， 。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。 苯的化学性质 最简单的芳香烃。分子式 C6H6。为有机化学工业的基本原料之一。无色、易燃、有特殊气味的液体。熔点 5.5，沸点 80.1，相对密度 0.8765（204） 。在水中的溶解度很小，能与乙醇、乙醚、二硫化碳等有机溶剂混溶。甲苯物理性质 甲苯(Toluene）是最简单、最重要的芳烃化合物之一。在空气中甲苯只能不完全燃烧，火焰呈黄色。甲苯的熔点为-
9、95 ，沸点为 111 。甲苯带有一种特殊的芳香味，与苯的气味类似，在常温常压下是一种无色透明，清澈如水的液体、密度为 0.866 g/cm;对光有很强的折射作用，折射率 1.4961。甲苯几乎不溶于水(0,52 g/l)但可以和二硫化碳、酒精、乙醚以任意比例混溶在氯仿、丙酮和大多数其他常用有机溶剂中也有很好的溶解性。甲苯的粘性为 0.6 mPas 也就是说它的粘稠性弱于水。甲苯的热值为40.940 kJ/kg、闪点为 4 、燃点为 535 。甲苯的化学性质甲苯是有机化合物属芳香烃结构简式为 C6H5CH3。在常温下呈液体状、无色、易燃。5它的沸点为 110.8、凝固点为 95、密度为 0.8
10、66 g/cm。甲苯温度计正是利用了它的凝固点比水很低可以在高寒地区使用而它的沸点又比水的沸点高,可以测110.8以下的温度。因此从测温范围来看它优于水银温度计和酒精温度计。另外甲苯比较便宜,故甲苯温度计比水银温度计也便宜。甲苯与苯的性质很相似，是化工工业上应用很广的原料。但其蒸汽有毒，可以通过呼吸道对人体造成危害危害等级为乙类使用和生产时要防止它进入呼吸器官。1.2 物料衡算及能量衡算结果物料衡算及能量衡算结果化工原理课程设计任务书中的计算汇总得到精馏塔的物料和能量衡算如下表表 16 物料衡算表物料（输入）物料塔顶（输出）物料塔底(输出)组分进料（kmol/h）质量分数/%进料（kmol/h
11、）质量分数/%进料（kmol/h）质量分数/%苯25.134327.04960.270.9甲苯33.32571.13430.0199.1合计58.4510028.1710030.28100压力/KPa109101.3111.8温度/92.1780.75109.81体积流量/3/6.252.723.57表 17 能量衡算表输入输出项目进料再沸器塔顶馏出液 塔底残液 冷凝器热量 Q/(kJ/h)1139421.513998612.97402289.39782789.633954464.46合计/(kJ/h)5139543.485139859.486工艺物料流程图工艺物料流程图 由物料和能量衡算，绘
12、制出工艺物料流程图 132 12. 22 12. 2212. 2212. 22E101T101E102V101P102A/ B E101T101E102V101P101A/ B 3. 6 - P101A/ BP101A/ B至甲苯回 收罐123物流号组 分压力/KPa温度/C体积流量123苯甲苯0.430.570.9660.00340.0090.991101.3109111.892.176.57 m3/h80.75109.812.97 m3/h3.75 m3/h图 1-37管道仪表流程图管道仪表流程图 根据选择的控制方案，绘制出 PID 图 132 3. 6 - 12. 22 12. 2212
13、. 2212. 22T101E101E102V101P101AP101BPGPG01030104 E101T101E102V101P102A/ B P101A/ BTFI0101TFI0102PFI0102TFI0103FIC0101PI0101FT0101TICA TT0101 0101LG0101TICA0102PG0105LICA0101LT0101PTC0101PTTI01010102冷却上水冷却回水冷却上水冷却回水初级蒸汽冷凝水管冷凝水管 PGPG01020101P102AP102B图 1-481.3 精馏塔设计结果精馏塔设计结果1.3.1 筛板塔设计计算结果汇总筛板塔设计计算结果汇总筛板塔设计计算结果汇总见下表：筛板塔设计计算结果汇总见下表：表 1-8 筛板塔设计计算结果汇总表计算数据序号项目精馏段提馏段备注1塔径/m1.51.52板间距/m0.40.43塔板类型单溢流弓形降液管整块式塔板4空塔气速/(m/s)0.8410.5955堰长/m0.90.96堰高/m0.0430.0437板上层高度/m0.060.068降液管底隙高度/m0.0260.0389筛板数/个
