精品苯甲苯连续精馏塔浮阀塔的设计化工原理毕业论文Word文档下载推荐.docx
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3.生产能力:
每小时处理9.4吨。
4.操作条件:
顶压强为4KPa(表压),单板压降≯0.7KPa,采用表压0.6MPa的饱和蒸汽加热。
(二)塔设备类型浮阀塔。
(三)厂址:
湘潭地区(年平均气温为17.4℃)
(四)设计内容
1.设计方案的确定、流程选择及说明。
2.塔及塔板的工艺计算塔高(含裙座)、塔径及塔板结构尺寸;
塔板流体力学验算;
塔板的负荷性能图;
设计结果概要或设计一览表。
3.辅助设备计算及选型(注意:
结果要汇总)。
4.自控系统设计(针对关键参数)。
5.图纸:
工艺管道及控制流程图;
塔板布置图;
精馏塔的工艺条件图。
6.对本设计的评述或有关问题的分析讨论。
二、按要求编制相应的设计说明书
设计说明书的装订顺序及要求如下:
1.封面(设计题目,设计人的姓名、班级及学号等)
2.目录
3.设计任务书
4.前言(课程设计的目的及意义)
5.工艺流程设计
6.塔设备的工艺计算(计算完成后应该有计算结果汇总表)
7.换热器的设计计算与选型(完成后应该有结果汇总表)
8.主要工艺管道的计算与选择(完成后应该有结果汇总表)
8.结束语(主要是对自己设计结果的简单评价)
9.参考文献(按在设计说明书中出现的先后顺序编排,且序号在设计说明书引用时要求标注)
10.设计图纸
三、主要参考资料
[1]化工原理;
[2]化工设备机械基础;
[3]化工原理课程设计;
[4]化工工艺设计手册
四、指导教师安排杨明平;
胡忠于;
陈东初;
黄念东
五、时间安排第17周~第18周
前言
化工原理课程设计是化工原理教学的一个重要环节,是综合应用本门课程和有关其他课程所学知识,完成以单元操作为主的一次设计实践。
通过课程设计使学生掌握化工设计的基本程序和方法,并在查阅技术资料、选用公式和数据、用简洁文字和图表表达设计结果、制图以及计算机辅助计算等能力方面得到一次基本训练,在设计过程中还应培养学生树立正确的设计思想和实事求是、严肃负责的工作作风。
通过课程设计,我们可以完全的掌握整个连续精馏过程的每一个细节,并且能够综合运用所学的知识处理工业生产中的实际问题。
为不久的将来把知识转化为生产力打下了坚实的基础。
本次课程设计主要是从以下四个方面进行的:
工艺流程设计;
塔设备的工艺计算;
换热器的设计计算与选型;
主要工艺管道的计算与选择。
课程设计还会有各种设计图纸和参考文献等。
特别感谢杨明平老师、胡忠于老师、陈东初老师、黄念东老师、周珊同学(生科院09微生物)。
在他们的支持下我的课程设计才顺利完成。
第一章工艺流程设计
本设计任务为分离苯-甲苯混合物。
对于该二元混合物的分离,应采用连续精馏过程。
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。
塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝,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。
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1.25倍。
塔釜采用间接蒸汽加热,塔底产品经冷却后送至储罐。
苯-甲苯连续精馏塔浮阀塔的流程的组成包括原料贮槽、原料泵、甲苯贮槽、甲苯泵、甲苯冷凝器、原料液预热器、再沸器、原料加热器、全凝器、苯冷却器、精馏塔、事故槽、蒸汽分配缸、回流罐、苯中间贮槽、苯贮槽、苯泵等附属设备。
第二章塔设备的工艺计算
2.1操作条件、基础数据及相关参数
2.1.1操作条件
塔顶压力4KPA
进料热状态泡点进料
回流比为最小回流比的1.25倍
塔底加热蒸气压力0.6Mpa(表压)
单板压降≯0.7kPa。
2.1.2基础数据
进料中苯含量(质量分数)
25%
塔顶苯含量(质量分数)
95%
塔釜苯含量(质量分数)
2%
生产能力(吨小时)
9.4
2.1.3相关物性参数
苯和甲苯的物理参数见下表[1]:
分子式
相对分子质量
沸点℃
临界温度℃
临界压力KPa
苯(A)
C6H6
78.11gmol
80.1
288.5
6833.4
甲苯(B)
C7H8
92.13gmol
110.6
318.57
4107.7
饱和蒸汽压:
苯、甲苯的饱和蒸汽压可用Antoine方程计算[1]:
A
B
C
苯
6.023
1206.35
220.34
甲苯
6.078
1343.94
219.58
苯、甲苯的相对密度见下表[1]:
温度(℃)
80
90
100
110
120
815
803.9
792.5
780.3
768.9
810
800.2
790.3
770.0
液体表面张力见下表[1]:
21.27
20.06
18.85
17.66
16.49
21.69
20.59
19.94
18.41
17.31
苯甲苯液体粘度见下表[1]:
mPa
0.308
0.279
0.255
0.233
0.215
0.311
0.286
0.264
0.254
0.228
2.2精馏塔的物料衡算
2.2.1原料液及塔顶、塔顶产品的摩尔分率
苯的摩尔质量MA=78.11kgkmol
甲苯的摩尔质量MB=92.13kgkmol
xF==0.281
xD==0.957
xW==0.024
2.2.2原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量
MF=0.281×
78.11+(1-0.281)×
92.13=88.19kgkmol
MD=0.957×
78.11+(1-0.957)×
92.13=78.71kgkmol
MW=0.024×
78.11+(1-0.024)×
92.13=91.79kgkmol
2.2.3物料衡算
生产能力9400kg===2.298
则操作回流比为
R=1.25Rmin=1.25×
2.298=2.873
2.4.1.3精馏塔气、液相负荷的确定
L=RD=2.873×
119.43=343.12kmol===1581.1个
依式4-32[1]计算塔板上开孔区的开孔率为φ,即
φ=0.907()2=0.907=10.1%(在5%-15%范围内)
每层塔板上的开孔面积Ao为
Ao=φAa=0.101×
0.308=0.0311m2
气体通过阀孔的气速为
u0==ms
3.5塔有效高度Z(精馏段)
Z=(14-1)×
0.4=3.6m
第四章浮阀的流体力学验算
4.1浮阀塔的布置
选用十字架型圆盘浮阀,阀径为φ50mm。
阀重30-32克。
塔板上孔径为φ40mm,最大开度8mm。
4.1.1.开孔速度
由公式[Wo]kp=()0.51求阀孔的临界速度。
精馏段[Wo]kp=()0.51=6.92ms
提留段[Wo]kp=()0.51=6.61ms
上下两段相应的阀孔动能因数为:
Fo=6.29×
=11.33
Fo1=6.61×
=11.32
均属于正常操作范围。
4.1.2.开孔率
由公式φ=×
100%求得:
精馏段φ=×
100%=13.3%
提留段φ=×
100%=11.9%
考虑到塔板加工方面起见,上下两段的开孔率均采用φ=13%
4.1.3.阀孔总面积
由公式Ao=AT×
φ%求得:
Ao=2.12×
13%=0.275m2
4.1.4.浮阀总数
由公式No=Ao(0.785×
(do)2)求得:
No=0.275(0.785×
(0.04)2)=218.9
4.1.5.塔板上布置浮阀的有效操作面积
已知Wd=0.204
取WF=0.070;
Wc=0.05;
由公式可求:
x=D2-(Wd+WF)=1.72-(0.204+0.070)=0.576m
=D2-Wc=1.72-0.050=0.80m
由公式A=2[x×
]可得塔板上布置浮阀的有效操作面积为:
A=2[0.576×
]=1.53m
塔板有效操作面积为:
=×
100%=72.2%
4.1.6.浮阀的排列
浮阀采用等腰三角形叉排排列。
设垂直于液流方向的阀孔中心间距为t,与此相应的每排浮阀中心线之间间距t1=75mm,由公式t=求得:
t==0.093取t=90mm
4.2雾沫夹带量ev的验算
液沫夹带量由4-41[1]计算
稳定系数为
故在本设计中无明显漏液。
4.4液泛验算
为防止塔内发生液泛,降液管内液层Hd高应服从下式
板上不设计进口堰,
则本设计中不会发生液泛现象。
根据以上塔板的各项流体力学验算。
可以认为精馏段塔径及工艺尺寸是合适的。
第五章塔板负荷性能图
5.1雾沫夹带线
依据式4-41[1]
以ev=0.1kg液kg气为限,求Vs-Ls关系如下:
由
ua==
lw=0.528m
,,等代入4-44[1]及式4-46[1]的联立式得:
(2)
在操作范围内取若干个值,,依
(2)式计算值,,列于附表2,依表中数据做液泛线
附表2
Ls,m3s
0.00003
0.00006
0.0005
0.001
Vs,m3s
1.421
1.316
1.145
0.927
由上表数据可以作出液泛线
(2),如附录四:
设计图纸4.塔板的负荷性能图所示:
.
5.3液相负荷上限线
取液体在降液管中停留时间为4秒,,由式4-29[1]
0.0035m2s(3)
液相负荷上限线(3)在---坐标图上为与气体流量无关的垂直线。
如下图三所示:
(四)漏液线(气相负荷下限线)(4)
由
前面已算出为0.0311代入上式整理得:
(4)
此即气相负荷下限关系式,在操作范围内任取n个值,,依(4)式计算相应的值,列于附表3,
附表3
0.0001
0.005
0.3379
0.3409
0.3479
0.3621
依据附表3中的数据做气相负荷下限线(4),如附录四:
(五)液相负荷下限线(5)
取平堰,堰上液层高度作为液相负荷下限条件
依式4-45[1]取则
整理上式得(5)
依此值在----图上做线(5)即为液相负荷下限线。
如附录四:
第六章换热器的设计计算与选型