化工原理篩板精餾塔畢業課程設計

2022-10-17 16:39:23 字數 3538 閱讀 9808

吉林化工學院

化工原理課程設計

題目篩板精餾塔分離苯—甲苯工藝設計

教學院化工與材料工程學院

專業班級材化 0801

學生姓名

學生學號

指導教師張福勝

2023年6 月 14日

目錄摘要一

緒論二第一章流程及流程說明 1

第二章精餾塔工藝的設計 2

2.1產品濃度的計算 2

2.1.1原料液及塔頂、塔底產品的摩爾分率 2

2.1.2原料液及塔頂、塔底產品的平均摩爾質量2

2.2最小回流比的確定 3

2.4精餾段和提餾段操作線方程 3

2.4.1求精餾塔的氣液相負荷 3

2.4.2求操作線方程3

2.5精餾塔理論塔板數及理論加料位置3

第三章精餾塔主要工藝尺寸的設計計算 5

3.1物性資料計算 5

3.2精餾塔主要工藝尺寸的計算 9

3.3篩板流體力學驗算 13

3.4塔板負荷效能圖 16

第四章熱量衡算 21

4.1塔頂氣體上公升的焓 21

4.2回流液的焓 21

4.3塔頂餾出液的焓 21

4.4冷凝器消耗焓 21

4.5進料的焓 21

4.6塔底殘液的焓 21

4.7再沸器的焓 22

第五章塔的附屬裝置的計算 23

5.1塔頂冷凝器設計計算 23

5.2幫浦的選型 24

5.4塔總體高度的設計 25

結論 27

致謝 28

參考文獻 29

主要符號說明30

在此篩板精餾塔分離苯-甲苯的設計中,給定的條件為:

進料量為

塔頂組成為:

進料餾出液組成為:

塔釜組成:

加料熱狀態:q=1

塔頂操作壓強: (表壓)

首先根據精餾塔的物料衡算,求得d和w,通過**法確定最小回流比;再根據操作線方程,運用**法求得精餾塔理論板數,確定溫度奧康奈爾公式求的板效率,繼而求得實際板數,確定加料位置。

然後進行精餾段和提餾段的設計工藝計算,求得各工藝尺寸,確定精餾塔裝置結構。繼而對篩板的流體力學進行驗算,檢驗是否符合精餾塔裝置的要求,作出塔板負荷效能圖,對精餾塔的工藝條件進行適當的調整,使其處於最佳的工作狀態。

第二步進行塔頂換熱器的設計計算。先選定換熱器的型別,確定物性資料,計算傳熱系數和傳熱面積。然後對進料幫浦進行設計,確定型別。

關鍵詞:

苯-甲苯、精餾、**法、負荷效能圖、精餾塔裝置結構塔附屬裝置

下圖為連續精餾過程簡圖:

出料回流

苯蒸汽塔底緒論

在本設計中我們使用篩板塔,篩板塔的突出優點是結構簡單,造價低。合理的設計和適當的操作篩板塔能滿足要求的操作彈性,而且效率高。採用篩板可解決堵塞問題,適當控制漏液。

篩板與泡罩板的差別在於取消了泡罩與公升氣管,而直接在板上開很多小直徑的孔——篩孔。操作時氣體以高速通過小孔上公升,液體則通過降液管流到下一層板。分散成泡的氣體使板上液層成為強烈湍動的泡沫層。

相同條件下,篩板塔生產能力比泡罩塔高10%—15%,板效率亦約高10%—15%,而每板壓力降則低30%左右,適用於真空蒸餾;塔板效率較高,但稍低於浮閥塔。具有較高的操作彈性,但稍低於泡罩塔。其缺點是小孔徑篩板易堵塞,不適宜處理髒的、粘性大的和帶固體粒子的料液。

本設計任務為分離苯——甲苯混合物。對於二元混合物的分離,應採用連續精餾流程。設計中採用泡點進料,將原料液通過預熱器加熱至泡點後送入精餾塔內。

塔頂上公升蒸氣採用全凝器冷凝,冷凝液在泡點下一部分回流至塔內,其餘部分經產品冷卻器冷卻後送至儲罐。該物系屬易分物系,最小回流比較小,故操作回流比取最小回流比的2倍。塔釜採用間接蒸汽加熱,塔底產品經冷卻後送至儲罐。

任務書上規定的生產任務長期固定,適宜採用連續精流流程。貯罐中的原料液用機幫浦加入精餾塔;塔釜再沸器用低壓蒸汽作為熱源加熱料液;精餾塔塔頂設有全凝器,冷凝液部分利用重力泡點回流;部分連續採出到產品罐。簡易流程如下,具體流程見附圖。

出料 苯——甲苯混合液回流

塔底出料

圖12.1.1原料液及塔頂、塔底產品的摩爾分率

苯的摩爾質量=78.11kgmol 甲苯的摩爾質量=92.13kgmol

產品中苯的質量分數==0.984

進料中苯的質量分數==0.54

殘液中苯的質量分數=0.035

2.1.2原料液及塔頂、塔底產品的平均摩爾質量

苯——甲苯屬於理想物係,可採用**法求理論板數。

1.查手冊繪製苯——甲苯氣液平衡線x-y圖。

2求最小回流比及操作回流比。

採用作圖法求最小回流比。在圖上對角線上,自點e(0.54,0.54)作垂線ef即為進料線,該線與平衡線的交點座標為

最小回流比

2倍最小回流比

f=85kmol=0.142svs,max=0.43s

精餾段操作彈性為: >2

由提餾段負荷效能圖知,該篩板的操作上限為液沫夾帶控制,下限為液相負荷下限控制。並查得

vs,min =0.13svs,max =0.43s

提餾段操作彈性為: >2

由上知設計合理。

表8 不同溫度下苯-甲苯的比熱容及汽化潛熱

==6.1×

==0.98×

==0.87×

=--=4.25

==0.89×

==0.59×

全塔範圍列衡算式

塔釜熱損失為10%,則=0.9,設再沸器損失能量

+=+++

加熱器實際熱負荷

0.9=++-

得 =4.82×

5.1.1

1.選擇換熱器的型別 :兩流體溫度變化情況:

熱流體為飽和苯——甲苯溫度為:81.4;引用松花江水做冷凝水,夏季冷流體進口溫度為20℃,出口溫度為38℃,該冷卻水用冷卻水冷卻,冷熱流體溫差不大,而冬天溫度降低冷熱流體溫差較大考慮到此因素,故採用浮頭式管殼換熱器2.

流程安排:由於迴圈冷卻水較易結垢,其流速太低,將會加快汙垢增長速度,使換熱器的熱流量下降,所以應使冷卻水走管程,被冷凝液(熱流體)走殼程,以便排出冷凝液。

5.1.2 確定物性資料

表9 兩流體在定性溫度下的物性資料表

5.1.3傳熱面積的計算

(1)計算逆流平均溫度: 對於逆流傳熱:

=80.36℃ =81.4℃

=2038℃

=-=60.3623.4℃

(2)選k值並估算傳熱面積

查文獻初選k=700wm2·k,

則 a=

5.1.5初選換熱器型號

採用fa系列的浮頭列管換熱器,初選用fa(4),效能引數如下:

(1) 進料幫浦的實際流速

提公升壓頭 =0.113m

設料液面至加料孔為6m,ξ=0.6 取90°彎頭

ledf=35 le=35df=35×0.02=0.7m

料液=79757.45﹥為湍流

在在料液面與進料孔面之間列柏努利方程

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