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1、长 沙 学 院课程设计说明书题目苯甲苯填料精馏塔设计系(部)生物工程与环境科学系专业(班级)营养1班姓名曾成都学号2011032133指导教师李晋波起止日期2013/5/202013/5/31目录长 沙 学 院1第1章 设计流程的确定和说明41.1设计任务41.2 设计方案的确定51.2.1 装置流程的确定51.2.2 操作压力的选择71.2.3 加料的方式71.2.4 进料的方式71.2.5塔顶冷凝方式81.2.6回流比的选择81.2.7加热方式8第2章 精馏塔的物料衡算92.2 产品的摩尔分率、平均摩尔质量及处理量9第3章 精馏塔的理论板数和物性参数的计算113.1 塔顶、塔底、塔釜温度的
2、求算113.2 理论板数的求取123.3 塔顶条件下的流量及物性参数133.4 进料条件下的流量及物性参数133.5 塔底条件下的流量及物性参数143.6 提馏段的流量及物性参数153.7 精馏段的流量及物性参数15第4章 精馏塔的塔体尺寸的计算164.1 填料的选择164.2 塔径的计算164.2.1 提馏段塔径的计算164.2.2精馏段塔径的计算174.3填料层高度的计算17第5章 精馏塔的热量衡算185.1加热介质和冷却剂的选择185.2冷凝器的热负荷的计算185.3 冷却介质消耗量的计算195.4加热器的热负荷及全塔热量衡算19第6章 精馏塔附属设备选型及计算216.1 冷凝器216.
3、1.1 冷凝器的选型216.1.2 传热面积的计算216.2 加热器216.2.1 加热器的选型216.2.2 传热面积的计算22第7章精馏塔附件的选型及计算227.1塔接管的计算及选择227.1.1进料管227.1.2 回流管227.1.3塔釜出料227.1.4 塔顶蒸汽接管237.2 液体分布器的选型237.2.1 回流也分布器的计算237.2.2 进料液分布器的计算237.3 填料及支撑板的选择247.4塔釜设计247.5除沫器24第8章 结语248.1致谢25参考文献25第1章 设计流程的确定和说明1.1设计任务化工原理课程设计任务书系主任 张建社 指导老师 李晋波 学生 曾成都一、设
4、计题目： 苯-甲苯填料精馏塔设计二、设计条件 1.处理量：5200吨/年； 2.料液组成（质量分数）：苯含量为68%的常温液体； 3.塔顶产品组成(质量分数)： 塔顶苯含量不低于（不高于）97%； 4.塔底产品组成(质量分数)：塔底苯含量不高于3% 5.年工作生产时间：300天三、设计内容1、设计方案的确定：（1）进料状态，自选（2）加热方式，自选（3）热能的利用2、工艺计算: (1)物料衡算；（2）热量衡算；（3）回流比的确定；（4）理论塔板数的确定。3、填料精馏塔设备设计：填料的选择、填料层压降的计算、液体分布器简要设计、填料层高度的计算、精馏塔接管尺寸的计算、填料支承板的选择、除沫器等
5、4、流体力学的计算及有关水力性质的校核。 5、填料精馏塔的辅助设备的选型 6、手工绘制主要设备的设计条件图（A2图纸） 7、编写设计说明书。四、 厂址：长沙地区（1.01Pa）五、 设计任务 完成精馏塔的工艺设计，有关附属设备的设计和选型，绘制精馏塔设备的设计条件图，编写设计说明书。六、 设计时间安排 2013.5.10-2013.5.311.2 设计方案的确定 在化工生产中，精馏是最常用的单元操作,，是分离均相液体混合物的最有效方法之一，在炼油、化工、石油化工等工业中得到广泛应用。塔设备一般分为级间接触式和连续接触式两大类。前者的代表是板式塔，后者的代表则为填料塔。随着石油化工的发展，填料塔
6、日益受到人们的重视，填料塔技术有了长足的进步，涌现出不少高效填料与新型塔。苯和甲苯的分离对于工业生产具有重要的意义填料塔是塔设备的一种。塔内填充适当高度的填料，以增加两种流体间的接触表面。结构较简单，检修较方便。广泛应用于气体吸收、蒸馏、萃取等操作。据有关资料报道塔设备的资料费用占整个投资的费用的较大比例。因此，塔设备的设计和研究，受到化工和炼油行业的极大重视。根据设计任务书，此塔设计为填料精馏塔。1.2.1 装置流程的确定冷却器设备。蒸馏过程按操作方式的不同，分为连续蒸馏和间歇蒸馏两种流程。连续蒸馏具有生产能力大，产品质量稳定等优点，适合小规模，多品种或多组分物系的初步分离。蒸馏装置包括精馏
7、塔, 原料预热塔, 蒸馏釜,冷凝器,釜液器,釜液冷却器和产品蒸馏是通过物料在塔内的多次部分汽化和多次部分冷凝实现分离的，热量自塔釜输入，由冷凝器冷却器中的冷却介质将余人热带走。在此过程中，热能利用很低，为此，在确定装置流程时应考虑余热的利用。譬如，用原料做为塔顶产品冷却器的冷却介质，即可将原料预热，有可节余冷却介质。另外，为保持塔的稳定性，流程中初用泵送入塔原料外也可采用高位槽入料，以免受泵操作波动的影响。塔顶冷凝装置可采用全凝器，分冷器全冷器两种不同的设置。工业上以采用全凝器为主，以便于准却的控制回流比。塔顶分凝器对上升蒸气有一定的增浓作用，若后继装置使用气态物料，则应用分凝器。总之，确定流
8、程时要教全面合理的兼顾设备、操作费用、操作控制及安全等因素。 1.2.2 操作压力的选择塔内操作压力的选择不仅牵涉到分离问题，而且与塔顶和塔底温度的选取有关。根据所处理的物料性质，兼顾技术上的可行性和经济上的合理性来综合考虑，一般有下列原则：一、 压力增加可提高塔的处理能力，但会增加塔身的壁厚，导致设备费用增加；压力增加，组分间的相对挥发度降低，回流比或塔高增加，导致操作费用或设备费用增加。因此如果在常压下操作时，塔顶蒸气可以用普通冷却水进行冷却，一般不采用加压操作。操作压力大于1.6MPa才能使普通冷却水冷却塔顶蒸气时，应对低压、冷冻剂冷却和高压、冷却水冷却的方案进行比较后，确定适宜的操作方
9、式。二、 考虑利用较高温度的蒸气冷凝热，或可利用较低品位的冷源使蒸气冷凝，且压力提高后不致引起操作上的其他问题和设备费用的增加，可以使用加压操作。三、 真空操作不仅需要增加真空设备的投资和操作费用，而且由于真空下气体体积增大，需要的塔径增加，因此塔设备费用增加。 1.2.3 加料的方式加料方式有两种：高位槽加料和泵直接加料。采用高位槽加料，通过控制液位高度，可以得到稳定的流量和流速。通过重力加料，可以节约一笔动力费用，但由于多了高位槽，建设费用增加；采用泵加料，受泵的影响，流量不太稳定，流速也忽大忽小，从而影响了传质效率，但结构简单、安装方便；本次设计选用高位槽加料。1.2.4 进料的方式本设
10、计任务为分离苯-甲苯溶液混合物，对于二元混合物的分离应选用连续精馏操作，本设计中的进料方式为泡点回流，也就是将原料液通过加热器加热到泡点后送入精馏塔内，塔顶上升蒸汽采用全冷凝器冷凝，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。采用泡点进料，不仅对稳定塔操作较为方便，且不受春夏秋冬因为进料温度的变化而造成塔的不稳定。1.2.5塔顶冷凝方式塔顶采用全冷凝器，用水冷凝，塔顶出来的气体温度不高，冷凝后回流液和产品温度不高，无需进一步冷却。此次分离选用全冷凝器。1.2.6回流比的选择该物系属于易分离物系，最小回流比也比较小，故使操作回流比取最小回流比的2倍。最小回流比的选取关系着
11、塔板数的个数，要想达到理想的分离效果，如果回流比越小，塔板数就会越大，从而减少操作成本，但是精馏塔制造的固定成本提高，相反，回流比越大，塔板数就越小，操作成本高但是制造成本低。 1.2.7加热方式加热方式分为直接蒸汽和间接蒸汽加热，本设计采用间接蒸汽加热，间接加热是通过加热器使釜液产生汽化，上升蒸汽与回流下来的冷液进行传质。采用间接蒸汽加热可以使釜液部分汽化，维持原来的浓度，以此可以减少理论板数。缺点是增加加热装置。第2章 精馏塔的物料衡算2.1 原料的摩尔分率、平均摩尔质量及处理量 苯的摩尔质量 MA=78.11kg/kmol甲苯的摩尔质量 MB=92.13 kg/kmol由已知条件得知，料
12、液组成为68%，从而可求原料的摩尔分率和原料的平均摩尔质量 xF =0.715 MF= 0.71578.11+(1-0.715)92.13=82.11kg/kmol又由已知的处理量为5200吨/年，可得原料处理量： F=722.22g/h 即 F=722.22/82.11=8.8kmol/h2.2 产品的摩尔分率、平均摩尔质量及处理量 由已知条件，塔顶产品组成为97%，可求塔顶组成的摩尔分率及平均摩尔质量。 xD=0.9744 MD=0.9744 78.11+（1-0.9744）92.13=78.47kg/kmol 塔釜产品为3%，可求塔釜组成的摩尔分率及平均摩尔质量。 xW=0.035 MW
13、=0.03578.11+(1-0.035) 92.13=91.64kg/kmol又已知F=D+W FxF=DxD+Wxw即8.8=D+W 8.8 0.733=D 0.9744+W 0.035 联立以上两式 D=6.368kmol/h W=FD=8.86.368=2.432kmol/h物料中塔顶产品的平均相对分子质量：M=78.11 0.9744+92.13（10.9744）=78.47kg/kmol塔顶产品流量：D=6.36878.47=498.16kg/h塔釜产品的平均相对分子质量： M=78.110.035+92.13（10.035）=2.432kg/kmol塔底流量：W=2.43291.
14、64=224.06kg/hF=D+W=722.22kg/h物料衡算结果（表2-1）单位进料F塔顶D塔釜W物料流量Kg/h722.22498.16224.06Kmol/h8.86.3682.432组成质量分率68%97%3%摩尔分率0.7150.97440.035第3章 精馏塔的理论板数和物性参数的计算3.1 塔顶、塔底、塔釜温度的求算由化工原理课程设计刘雪暖 汤景凝 主编查得苯甲苯的气液平衡数据 表4-1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y110.560.000.00109.911.002.50108.793.007.11107.615.0011.2105.0510.020.8102.7915.029.4100.7520.037.298.8425.0
