化工原理课程设计29.docx

化工原理课程设计
题目:用常规精馏方法常压下分离甲苯和二甲苯(29)-进料摩尔组成甲苯90%、二甲苯10%,生产能力5万吨原料/年
原料:甲苯 >98%(摩尔分率,下同) 二甲苯 >98%
已知:原料距塔约80米,生产能力5万吨原料/年(实际按年生产时间按8000小时计)
设计要求:确定输送管径(标准)
选泵
确定饱和液体进料的温度
塔板数、进料位置、回流比、回流量(质量流量)(自然回流比无需泵)、塔顶温、度、冷凝器负荷、换热器传热面积、冷却水用量(冷却水进出口温差为10℃)
塔釜温度、再沸器负荷、换热器传热面积、蒸汽用量(蒸汽与塔釜液相的温差至少为10℃)
设计报告的形式:(表和图要有表序与表名、图序与图名;以1组分为例进行计算)
设计目的
物料恒算(进料、塔顶产品及塔釜产品的流量㎏/h;浓度mol分率,表格)
热量恒算(进料、塔顶产品及塔釜产品温度、焓值,表格)
设备一览表(设备名称、型号等)
技术参数一览表(进料温度、塔顶温度、塔釜温度、压力等,表格)
工艺流程图
目录
摘要 3
第一章 前言 4
1.1 精馏及精馏流程 4
1.2 精馏的分类 5
2.流程短,设备投资费用少;耗能量低,收率高,操作费用低; 5
1.3 精馏操作的特点 5
1.沸点升高 5
2.物料的工艺特性 5
3.节约能源 6
第二章 设计方案的确定 7
2.1操作条件的确定 7
2.1.1操作压力 7
2.1.2 进料状态 7
2.1.3加热方式 8
2.1.4冷却剂与出口温度 8
2.2确定设计方案的原则 8
2.2.1满足工艺和操作的要求 9
2.2.2满足经济上的要求 9
第三章塔的工艺尺寸的计算 10
3.1全塔物料恒算 10
3.1.1原料液及塔顶底产品含邻二甲苯的摩尔分率 10
3.1.2原料液及塔顶底产品的平均摩尔质量 10
3.1.3料液及塔顶底产品的摩尔流率 10
3.2 塔板数的确定 11
3.2.1甲苯与邻二甲苯的平均相对挥发度的计算 11
3.2.2 最小回流比及操作回流比计算 11
3.2.3 逐板法求塔板数 12
3.2.4实际板层数的求取 13
3.3 精馏塔有关物性数据的计算 13
3.3.1 操作压力计算 13
3.3.2 操作温度的确定 14
3.3.3平均摩尔质量的计算 14
3.3.4平均密度计算 15
3.3.5液体平均表面张力计算 16
3.3.6液体平均粘度计算 16
3.4气相负荷的计算 17
3.5精馏塔的塔体工艺尺寸计算 18
3.5.1 塔径的计算 18
3.5.2精馏塔有效高度的计算 19
3.6 塔板工艺结构尺寸的设计与计算 20
3.6.1溢流装置计算 20
3.6.2塔板布置 21
第四章 热量恒算 22
4.1 热量恒算 22
4.1.1 塔顶冷凝器热负荷 23
4.1.2 塔顶冷凝器热负荷 23
4.2.换热器的求算 23
第五章流体输送机械及管内流体流动 24
5.1输送设备的选择 24
附录 26
1、参考文献 26
2主要符号说明 26
3.主要符号说明 27
4.物料参数 27
设计结果一览表 29
精馏工艺流程图 29
摘要
化工原理课程设计是培养学生化工设计能力的重要教学环节,通过课程设计使我们初步掌握化工设计的基础知识、设计原则及方法;学会各种手册的使用方法及物理性质、化学性质的查找方法和技巧;掌握各种结果的校核,能画出工艺流程、塔板结构等图形。在设计过程中不仅要考虑理论上的可行性,还要考虑生产上的安全性、经济合理性。
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%)而且结构简单,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。本课程设计的主要内容是过程的物料衡算,工艺计算,结构设计和校核。
关键字: 板式塔 热量恒算 物料恒算
第一章 前言
1.1 精馏及精馏流程
精馏是多级分离过程,即同时进行多次部分汽化和部分冷凝的过程。因此可是混合物得到几乎完全的分离。精馏可视为由多次蒸馏演变而来的。
精馏操作广泛用于分离纯化各种混合物,是化工、医药、食品等工业中尤为常见的单元操作。化工成产中,精馏主要用于以下几种目的:
1.获得馏出液塔顶的产品;
2.将溶液多级分离后,收集馏出液,用于获得甲苯等;
3.脱出杂质获得纯净的溶剂或半成品,如酒精提纯,进行精馏操作的设备叫做精馏塔。
精馏过程中采用连续精馏流程,原料液经预热器加热到指定温度后,送入精馏塔的进料板,在进料板上与自塔顶上部下降的回流液体汇合后,逐板溢流,最后流入塔底再沸器中。在每层板上,回流液体与上升蒸汽互相接触,进行热和质的传递过程。操作时,连续地从再沸器取出部分液体作为塔底产品,部分汽化,产生上升蒸汽,依次通过各层塔板。塔顶蒸汽进入冷凝器中被全部冷凝,并将部分冷凝液用泵送回塔顶作为回流液体,其余部分经冷却器后被送出作为塔顶产品。
根据精馏原理可知,单有精馏塔还不能完成精馏操作,必须同时拥有塔底再沸器和塔顶冷凝器,有时还有配原料液,预热器、回流液泵等附属设备,才能实现整个操作。
1.2 精馏的分类
按操作方式可分为:间歇式和连续式,工业上大多数精馏过程都是采用连续稳定的操作过程。
化工中的精馏操作大多数是分离多组分溶液。多组分精馏的特点:
1.能保证产品质量,满足工艺要求,生产能力大;
2.流程短,设备投资费用少;耗能量低,收率高,操作费用低;
3. 操作管理方便。
1.3 精馏操作的特点
从上述对精馏过程的简单介绍可知,常见的精馏塔的两端分别为汽化成分的冷凝和液体的沸腾的传热过程,精馏塔也就是一种换热器。但和一般的传热过程相比,精馏操作又有如下特点:
1.沸点升高
精馏的溶液中含有沸点不同的溶剂,在相同的压力下溶液的蒸汽压较同温度下纯溶剂的汽化压低,使溶液的沸点高于醇溶液的沸点,这种现象称为沸点的升高。在加热汽化温度一定的情况下,汽化溶液时的传热温差必定小于加热纯溶剂的纯温差,而且溶液的浓度越高,这种影响也越显著。
2.物料的工艺特性
精馏溶液本身具有某些特性,如某些物料在加入到溶液中时可与溶液中的某一组分或几组分形成恒沸液等。如何利用物料的特性和工艺要求,选择适宜的精流流程和设备是精馏操作彼此需要知道和必须考虑的问题。
3.节约能源
精馏汽化的溶剂量较大,需要消耗较大的加热蒸汽。如何充分利用热量提高加热蒸汽的利用率是精馏操作需要考虑的另一个问题。
第二章 设计方案的确定
本设计任务为甲苯-邻二甲苯混合物。对于二元混合物的分离,应采用连续精馏流程。设计中采用泡点进料,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,其余部分经产品冷却器冷却后送至储罐。
2.1操