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学位论文-—772万吨年苯甲苯连续精馏装置工艺设计精馏塔设计说明书化工设计.doc
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1、成绩 化工原理课程设计设计说明书 设计题目:2.772万吨/年苯甲苯连续精馏装置工艺设计姓 名 _ 班 级 _应化 学 号 _ 完成日期 2013-7-9 指导教师 梁伯行 化工原理课程设计任务书(应化10级各班适用)一、 设计说明书题目: 2.520(万吨/年) 苯 - 甲苯连续精馏装置工艺设计说明书二、 设计任务及条件1.处理量: (1500本班学号200) Kg/h (每年生产时间按7200小时计);2.进料热状况参数:( 3班)为0.50,3.进料组成: ( 3班) 含苯为0.40(质量分率), 4.塔底产品含苯不大于0.01(质量分率);5. 塔顶产品中含苯为0.98(质量分率)。
2、装置加热介质为过热水蒸汽(温度及压力由常识自行指定), 装置冷却介质为25的清水或45的循环清水。三、 设计说明书目录(主要内容) 要求1. 说明书标准封面;2. 目录页,任务书页3. 说明书主要内容规定1)装置流程概述,2)装置物料平衡,3)精馏塔操作条件确定,4)(适宜回流比/最小回流比)为1.35时理论塔板数及进料位置,5)精馏塔实际主要工艺尺寸,6)精馏塔塔顶第二板、进料口上等三板和进料口下等二板塔板结构参数 7)精馏塔结构参数汇总表和精馏塔结构简图(A3图) , 8)装置热衡算 9)装置经济效益和工艺设计评价四、 经济指标1) 5000元/(平方米塔壁);2) 3000元/(平方米F
3、1型浮阀(重阀) 塔板),3) 4000元/(平方米传热面积),4) 料液输送3元/吨,冷却水16元/吨,热载体(柴油)160元/吨,5) 设备使用年限15年。五、 参考书目1) 化工原理课程设计指导;2) 夏清等编化工原理(上) 、( 下) 2002年修订版;3) 化工工艺设计图表;4) 炼油工艺设计手册浮阀塔分册。 目录一、前言5二、设计方案的确定61.处理量确定62. 设计题目63.概述64.设计方案6(1)塔设备的工业要求6(2)工艺流程如下:6(3)流程的说明6三、精馏塔设计71.工艺条件的确定7(1)苯与甲苯的基础数据7(2)温度的条件:82.精馏塔物料恒算8(1)摩尔分数8(2)
4、原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔量8(3)质量物料恒算与负荷计算及其结果表83.塔板数计算9(1).理论板层数的确定9(2)实际板层数的求取11四、精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算11操作压力112.操作温度113.平均摩尔量12(1)塔顶气、液混合物平均摩尔质量:12(2)进料板气、液混合物平均摩尔质量:12(3)精馏段气、混合物平均摩尔质量124.平均密度12(1)气相平均密度 由理想气体状态方程计算,即12(2)液相平均密度125.液相平均表面张力136液体平均粘度计算13五、精馏塔的塔体工艺尺寸计算141塔径的计算14(1)最大空塔气速和空塔气速14(2)塔径152精馏塔总有效高度
5、的计算15六、 塔板主要工艺尺寸的计算151.主要工艺尺寸的计算15(1) 溢流堰长:15(2) 溢流堰高度15(3) 弓形降液管的宽度与降液管的面积:16(4) 降液管底隙高度162.塔板布置及浮阀数目与排列17七、 塔板流体力学验算181.计算塔板压降18(1) 干板阻力的计算18(2) 板上充液层阻力19(3) 克服表面张力所造成的阻力192.淹塔19(1) 与气体通过塔板的压降相当的液柱19(2) 液体通过降液管的压头损失:19(3) 板上液层高度:203.雾沫夹带20(1)雾沫夹带20八、 塔板负荷性能图211.雾沫夹带线212.液泛线223. 液相负荷上限线234.漏液线235.
6、液相负荷下限线24九、 塔板负荷性能图24十、 塔附件及总高度的计算241.塔顶空间242.进料板高度253.塔底空间254.封头高度255.裙座高度256.塔壁厚计算257.塔总高度25十一、 热平衡确定热换器251.塔顶全凝器 Qc(以1秒钟计算)252.全凝器的传热面积A263.全凝器清水的用量264.塔底再沸器QB (以1秒钟来算)265.再沸器的传热面积A276.再沸器的柴油的用量277.原料预热器27(1)求原料预热所需的热量(以1秒钟来算)27(2)塔底产品能给的热量及其换热面积27(3)柴油预热器(以1秒钟来算)28(4)塔釜产品冷却器(以1秒钟来算)28十二、 设备费用计算2
7、81.塔体费用282.塔板费用293.总换热器费用294.总设备费用295.固定资产折旧后年花费用296.主要操作年费用计算297.柴油用量费用298.料液输送费299.总操作费用2910.设备费用和操作费用的总费用2911. 银行利息后的总成本29课程设计评价31附图31参考文献34一、前言化工原理课程设计是理论系实际的桥梁,是让学生体察工程实际问题复杂性的初次尝试。通过化工原理课程设计,要求我们能够综合运用化工原理上下册的基本知识,进行融汇贯通的独立思考,在规定的时间内完成指定的设计任务,从而得到以化工单元操作为主的化工设计的初步训练。通过课程设计,我们了解到工程设计的基本内容,掌握典型单
8、元操作设计的主要程序和方法,培养了分析和解决工程实际问题的能力。同时,通过课程设计,还可以使我们树立正确的设计思想,培养实事求是、严肃认真、高度负责的工作作风。二、设计方案的确定 1.处理量确定依设计任务书可知,处理量为:1500+10*200=3500Kg/h,3500*7200=2.772万吨/年 2. 设计题目该次设计题目为:2.772万吨/年苯甲苯连续精馏装置工艺设计。 3.概述 塔设备是炼油、化工、石油化工等生产中广泛应用的气液传质设备。根据塔内气液接触部件的结构型式,可分为板式塔和填料塔。板式塔大致可分为两类:有降液管的塔板和无降液管的塔板。工业应用较多的是有降液管的塔板,如浮阀、
9、筛板、泡罩塔板等。浮阀塔广泛用于精馏、吸收和解吸等过程。其主要特点是在塔板的开孔上装有可浮动的浮阀,气流从浮阀周边以稳定的速度水平地进入塔板上液层进行两相接触。浮阀可根据气体流量的大小而上下浮动,自行调节。浮阀塔的主要优点是生产能力大,操作弹性较大,塔板效率高,气体压强降及液面落差较小,塔的造价低,塔板结构较泡罩塔简单.浮阀有盘式、条式等多种,国内多用盘式浮阀,此型又分为F1型(V1型)、V4型、十字架型、和A型,其中F1型浮阀结构较简单、节省材料,制造方便,性能良好,故在化工及炼油生产中普遍应用,已列入部颁标准(JB111881)。其阀孔直径为39mm,重阀质量为33g,轻阀为25g。一般多
10、采用重阀,因其操作稳定性好。 4.设计方案(1)塔设备的工业要求总的要求是在符合生产工艺条件下,尽可能多的使用新技术,节约能源和成本,少量的污染。精馏塔对塔设备的要求大致如下:一:生产能力大:即单位塔截面大的气液相流率,不会产生液泛等不正常流动。二:效率高:气液两相在塔内保持充分的密切接触,具有较高的塔板效率或传质效率。三:流体阻力小:流体通过塔设备时阻力降小,可以节省动力费用,在减压操作是时,易于达到所要求的真空度。四:有一定的操作弹性:当气液相流率有一定波动时,两相均能维持正常的流动,而且不会使效率发生较大的变化。五:结构简单,造价低,安装检修方便。六:能满足某些工艺的特性:腐蚀性,热敏性
11、,起泡性等.(2)工艺流程如下: 苯与甲苯混合液(原料储罐)原料预热器浮阀精馏塔(塔顶:全凝器分配器部分回流,部分进入冷却器产品储罐)(塔釜:再沸器冷却器产品进入储罐)(3)流程的说明 本方案主要是采用浮阀塔,苯和甲苯的原料混合物进入原料罐,在里面停留一定的时间之后,通过泵进入原料预热器,在原料预热器中加热到103.5度,然后,原料从进料口进入到精馏塔中。混合物中既有气相混合物,又有液相混合物,这时候原料混合物就分开了,气相混合物在精馏塔中上升,而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,其中的液态部分进入到塔顶产品冷却器中,停留一定的时间然后进
12、入苯的储罐,而其中的气态部分重新回到精馏塔中,这个过程就叫做回流。液相混合物就从塔底一部分进入到塔底产品冷却器中,一部分进入再沸器,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所说的过程,而进料口不断有新鲜原料的加入。最终,完成苯与甲苯的分离。 本次设计的要求是先算出最小回流比,然后随意选三个系数得到三个回流比,最后比较那个最好,而不是找出最佳的回流比。三、精馏塔设计 1.工艺条件的确定 (1)苯与甲苯的基础数据 表3-1 相平衡数据温度/80.1859095100105110.6POA/Kpa101.33116.9135.5155.7179.2204.2240.0POB
13、/Kpa40465463.374.386101.332.542.512.462.412.37x1.000.7800.5810.4120.2580.1300y1.000.8970.7730.6330.4610.2690 表3-2 苯与甲苯的物理性质项目分子式相对分子量沸点/临界温度/临界压力/Pa苯C6H678.1180.1288.56833.4甲苯C6H5-CH392.13110.6318.574107.7 表3-3 Antoine常数值组分ABC苯6.0231206.35220.24甲苯6.0781343.94219.58 表3-4 苯与甲苯的液相密度温度/80901001101208108
14、00.2792.5780.3768.9815803.9790.3780.3770.9 表3-5 液体的表面张力温度/809010011012021.2720.0618.8517.6616.4921.6920.5919.9418.4117.31 表3-6 液体的黏度温度/80901001101200.3080.2790.2550.2330.2150.3110.2860.2640.2540.228 表3.7 液体的汽化热温度/8090100110120苯/(KJ/Kg)384.1386.9379.3371.5363.2甲苯/(KJ/Kg)379.9373.8367.6361.2354.6 (2)温
15、度的条件: 假定常压,作出苯甲苯混合液的t-x-y图,如后附图所示。依任务书,可算出:;同理,;=(0.01/78.11)/(0.01/78.11+0.99/92.13)=0.012;查t-x-y图可得,.精馏段平均温度2.精馏塔物料恒算 (1)摩尔分数由以上可知,摩尔分数为, (2)原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔量(3)质量物料恒算与负荷计算及其结果表原料处理量 总物料衡算 (1)苯物料衡算 (2)联立(1)(2),得 3.塔板数计算(1).理论板层数的确定苯-甲苯属理想体系,可采用图解法求理论板层数表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y110.560
16、.000.00109.911.002.50108.793.007.11107.615.0011.2105.0510.020.8102.7915.029.4100.7520.037.298.8425.044.297.1330.050.795.5835.056.694.0940.061.992.6945.066.791.4050.071.390.1155.075.580.8060.079.187.6365.082.586.5270.085.785.4475.088.584.4080.091.283.3385.093.682.2590.095.981.1195.098.080.6697.098.88
17、0.2199.099.6180.01100.0100.0由表1苯一甲苯物系的气液平衡数据,绘出x y图,见下图求最小回流比及操作回流比。采用作图法求最小回流比。在上图中对角线上,自点e(0.44,0.44)作斜率为-1的直线ef即为进料线(q线),该线与平衡线的交点坐标为 用图解法求得取操作回流比为1.352.78精馏塔的气,液相负荷操作线方程精馏段操作线方程提馏段操作线方程图解法求理论板层数采用图解法求理论板层数,如附图1所示。求解结果为:总理论板层数=17其中精=8, 提=8(不包括再沸器),进料板位置=9(2)实际板层数的求取因为,.此时的相对挥发度:查95.1下苯及甲苯的粘度分别为0.
18、267 ,和0.275,则平均温度下的液体粘度所以全塔效率 0.54精馏段理论板层数:提馏段理论板层数:总实际板层数:四、精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算操作压力泡点压力:塔顶操作压力:每层塔板压降:进料板压降:精馏段平均压降: 第二塔板 精馏塔进料口上第三板精馏塔进料口下第二板2.操作温度由t-x-y图可得:塔顶温度: 塔底温度:进料温度:精馏段平均温度: 第二塔板的温度:精馏塔进料口上第三板的温度: 精馏塔进料口下第二板的温度:查t-x-y图得组成: 3.平均摩尔量(1)塔顶气、液混合物平均摩尔质量:由,查平衡曲线得 (2)进料板气、液混合物平均摩尔质量:由图解理论板,得查平衡曲线得,
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