课程设计苯甲苯溶液连续板式精馏塔设计.doc

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1、课程设计任务书专业 班级 学生姓名 发题时间： 年 月 日一、 课题名称苯-甲苯溶液连续板式精馏塔设计二、 课题条件（文献资料、仪器设备、指导力量）（一）设计任务(1) 处理能力：7万 T/h。(2) 原料苯-甲苯溶液组成： (苯的质量分数): (3) 产品要求：塔顶苯的组成(质量分数):塔底苯组成(质量分数): 。（二）操作条件：（1）生产方式：连续操作，中间加料，泡点回流（2）生间时间：每年以300天计算，每天24小时（3）进料状况： 泡点进料 （4）回流比：自选，（5）塔釜加热方式：间接蒸汽加热（6）塔顶冷凝用冷却水，冷却水进口温度：25试设计一板式精馏塔，完成该生产任务。三、 设计任务

2、1 确定设计方案，绘制工艺流程图。2塔的工艺计算。（1）精馏塔的物料衡算；（2）最佳回流比的确定（3）塔板数的确定.3塔工艺尺寸的计算（1）板间距；（5）塔径；（6）塔盘结构设计；4塔板的流体力学核算；5绘出负荷性能图6辅助设备的计算与选型确定塔顶冷凝器、塔底再沸器的计算，加料泵，回流泵型号。7附件尺寸确定塔顶空间、塔底空间、人孔、裙座、封头、进出管口等。8设计计算结果汇总表9设计结果评价10、绘制精馏塔装配图11、编制设计说明书四、 设计所需技术参数物性数据：热容、粘度、密度、表面张力和饱和蒸气压等。五、 设计说明书内容1封面2任务书3课程设计综合成绩评定表4中英文摘要。5目录及页码6概述7

3、按设计任务顺序说明8结语简述设计体会，收获，提出建议等。9参考文献10附精馏塔装配图及流程图六、 进度计划（列出完成项目设计内容、绘图等具体起始日期）1 设计动员，下达设计任务书 2010.6.212 搜集资料，阅读教材，拟订设计进度 2010.6.216.223 设计计算（包括电算） 2010.6.236.294 绘图 2010.6.307.15 整理设计资料，撰写设计说明书 2010.7.27.36 设计小结及答辩 2010.7.37.4指导教师（签名）： 2010 年 6 月 21日 学科部（教研室）主任（签名）： 2010 年 6 月 21日 说明：1学生进行课程设计前，指导教师应事先

4、填好此任务书，并正式打印、签名，经学科部（教研室）主任审核签字后，正式发给学生。设计装订时应将此任务书订在设计说明书首页。2如果设计技术参数量大，可在任务书后另设附表列出。3. 所有签名均要求手签,以示负责。机电工程学院课程设计综合成绩评定表学生姓名学生班级设计题目苯-甲苯溶液连续板式精馏塔设计指导教师评语指导教师签字：年 月 日答辩记录答辩组成员签字： 记录人：年 月 日成绩综合评定栏设计情况答辩情况项 目权重分值项 目权重分值1、计算和绘图能力351、回答问题能力202、综合运用专业知识能力102、表述能力（逻辑性、条理性）103、运用计算机能力和外语能力104、查阅资料、运用工具书的能力

5、55、独立完成设计能力56、书写情况（文字能力、整洁度）5综合成绩指导教师签名： 学科部主任签名：年 月 日 年 月 日摘要： 设计一座苯-甲苯连续精馏塔，根据物性特征，产品产量和工程、经济合理性来确定塔型和操作条件；通过对原料，产品的要求和物性参数的确定以及对塔体主尺寸的计算，工艺设计和附属设备选型的设计，完成对苯-甲苯精馏工艺流程和主体设备的设计。 关键词：塔型，塔体，设备，流程 Abstract: I need to design an benzol - toluene continuous distillation. According to the characteristics o

6、f properties, product production and engineering, economic rationality to determine the type of the tower and operational conditions .Thinking about the requirements of raw materials and product and the determination of physical parameters, I can calculate of the size of the column , design the proc

7、ess and select the ancillary equipment , then complete the benzol - toluene distillation process and the design of the main equipment. Key words: type, size, ancillary equipment, process 目 录 1.设计任务及要求81.1 设计背景81.2 设计条件91.3 设计要求91.4 设计说明书的主要内容91.5 塔型选择102. 操作条件的确定112.1 操作压力112.2 进料状态112.3 加热方式112.4 热

8、能利用113.物料的工艺计算123.1相对挥发度133.2回流比R的确定143.3 物料平衡163.4 理论塔板层数的确定174. 基本物性数据计算184.1精馏段184.2 提馏段204.3 全塔的流量225. 塔径的计算236. 塔板结构尺寸的确定246.1 确定塔板的流型246.2 塔板尺寸256.3 弓形降液管266.3.1 堰上液流高度266.3.2 堰高266.3.3 溢流管底与塔盘间距离h0276.4 浮阀数目及排列276.4.1 浮阀数目276.4.2 排列276.4.3 校核287. 流体力学验算297.1 板压降的校核297.2 漏液验算297.3 液泛验算307.4 雾沫

9、夹带验算308.负荷性能图318.1 漏液线318.2 雾沫夹带上限线318.3 液泛线318.4 液体负荷上限线328.5 液相负荷下限线328.6 操作性能负荷图329. 塔体结构329.1 塔高的计算349.2 筒体349.3 封头349.4 裙座3410.各接管尺寸的确定3510.1进料管3510.2 釜残液出料管3510.3 回流液管3610.4 塔顶上升蒸汽管3610.5 法兰3611设备设计3711.1 预热器3711.2 再沸器3711.3 全凝器3811.4 冷凝器3811.5 泵的扬程计算与选型39课程设计小结40参考文献1、全塔物料衡算：.原料液、塔顶产品和塔釜产品的摩尔

10、分率：表1 苯和甲苯的物理性质项目分子式分子量M沸点（）临界温度tC（）临界压强PC（kPa）苯1甲苯2C6H6C6H5CH378.1192.1380.1110.6288.5318.576833.44107.7 =0.346=0.97=0.007.原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 =0.34678.11+(1-0.346)92.13=87.28Kg/mo =0.9778.11+(1-0.97)92.13=76.04Kg/mol =0.00778.11+(1-0.007)92.13=92.03Kg/mol.物料衡算原料处理量 =(10+0.16)t/h=10.6t/h=121.43Kmol/

11、h总物料衡算 121.43=D+W 苯物料衡算 121.430.346=0.97D+0.007W 联立解得 塔顶产品流量:D=42.75 Kmol/h塔釜产品流量:W=78.68 Kmol/h2、分段物料衡算.平衡常数计算lgP1*=6.02232-1206.350/(t+220.237)安托尼方程LgP2*=6.07826-1343.943/(t+219.377)安托尼方程当t=80.1时P1*=101.31kPa，P2*=38.96kPa,1=2.600当t=110.6时P1*=237.66kPa，P2*=101.26kPa,2=2.3470=9.74%30%.最小回流比计算泡点进料：q=

12、1 xe=xF=0.346回流比和操作线令R=ARmin=1.791A精馏段操作线方程：,提溜段操作线方程： 表2 各A值下的操作线方程各项系数A1.20.6824590.3007111.589943-0.004731.30.6995460.284531.558198-0.004481.40.7148890.2700011.529694-0.004251.50.728740.2568831.50396-0.004041.60.7413080.2449811.480611-0.003851.70.7527630.2341341.459329-0.003681.80.7632460.2242061

13、.439852-0.003531.90.7728770.2150861.42196-0.003382.00.7817550.2066781.405467-0.00325由试差得 A=1.5(详情见说明书)所以 R=2.6865相平衡方程精馏段操作线方程：提溜段操作线方程：.理论板计算逐板计算：；精馏段操作线方程： 表3 精馏段逐板计算塔板1234567yn0.97000.93330.87520.79410.69900.60780.5358xn0.92820.84850.73720.60680.48160.38270.3158因为X70.346X8所以改用提留段方程进行逐板计算：；提溜段操作线方

14、程：,表4 提溜段逐板计算塔板891011121314151617yn0.48710.40990.32300.23700.16220.10400.06270.03520.01760.0066xn0.27530.21750.16030.11050.07190.04440.02610.01440.00710.0026X170.007X16计算完成因为塔顶全回凝 所以理论塔板数位171=16块，精馏段所需理论板为6块，提溜段所需理论板为10块。加料板为第七块。3、实际塔板数和板效率的计算、塔顶温度计算带入数据即 ： 由excel试差得tD=81.96.进料温度和精馏段板效率计算假设精馏段的板效率为0

15、.5，实际塔板数为6/0.5=12则进料板处的压力PF=PD+（6/0.5）0.7=113.7kPa代入泡点方程计算的tF=100.9所以精馏段的平均温度此时苯的黏度为1(mPa.s)=0.286，甲苯的黏度为2(mPa.s)=0.289所以平均黏度0.2860.346+0.2890.654=0.288精馏段板效率：0.17-0.616lg0.288=0.503与假设值相近。.塔釜温度和提溜段板效率计算假设提馏段的板效率为0.55，实际塔板数10/0.55=19则进料板处的压力PW=PF+190.7=127kPa代入泡点方程计算的tW=118.43所以提馏段的平均温度此时苯的黏度为1(mPa.

16、s)=0.240，甲苯的黏度为2(mPa.s)=0.245所以平均黏度精馏段板效率0.17-0.616lg0.243=0.55由以上可得精馏段实际板层数12,提馏段实际板层数19总的塔板数N=12+19=31进料板在第13块板4、精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 .操作压力计算 塔顶操作压力 105.3 kPa进料板压力113.7kPa塔底操作压力=127 kPa每层塔板压降 P0.7 kPa精馏段平均压力提馏段平均压力.操作温度计算依据操作压力，由泡点方程通过试差法计算出泡点温度，其中苯、甲苯的饱和蒸气压由 安托尼方程计算，计算过程略。计算结果如下： 塔顶温度81.96进料板温度100.

17、9 塔底温度=118.43精馏段平均温度提馏段平均温度.平均摩尔质量计算 塔顶平均摩尔质量计算 由,代入相平衡方程得1=0.928进料板平均摩尔质量计算 由上面理论板的算法，得0.536， 0.316塔底平均摩尔质量计算由w=0.003,由相平衡方程，得yw=0.007精馏段平均摩尔质量 提馏段平均摩尔质量.平均密度计算 气相平均密度计算 由理想气体状态方程计算，精馏段的平均气相密度即 提馏段的平均气相密度液相平均密度计算 液相平均密度依下式计算，即 塔顶液相平均密度的计算 由tD81.96，查手册得 塔顶液相的质量分率 进料板液相平均密度的计算，由tF=100.9，查手册得进料板液相的质量分

18、率 塔底液相平均密度的计算 由tw118.43，查手册得 塔底液相的质量分率 精馏段液相平均密度为 提馏段液相平均密度为 液体平均表面张力计算 液相平均表面张力依下式计算，即 塔顶液相平均表面张力的计算 由 tD81.96，查手册得 1=20.88mN/m 2=21.35 mN/mL,D,m=0.9720.88+(1-0.97)21.35=20.89 mN/m进料板液相平均表面张力的计算 由tF100.9，查手册得1=18.55m N/m 2=19.24mN/mL,F,m=0.3218.55+0.6819.24=19.02 mN/m塔底液相平均表面张力的计算 由 tD118.43，查手册得 1

19、=16.43 mN/m 2=17.34 mN/mL,Wm=0.00316.43+(1-0.003)17.34=17.3374mN/m精馏段液相平均表面张力为 Lm=（20.89+19.02）/2=19.96 mN/m提馏段液相平均表面张力为 Lm=（19.02+17.337）/2=18.18mN/m（7） 气液负荷计算 精馏段：R=2.6865 提馏段： 5、 精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (1) 塔径的计算塔板间距HT的选定很重要，它与塔高、塔径、物系性质、分离效率、塔的操作弹性，以及塔的安装、检修等都有关。可参照下表所示经验关系选取。表5 板间距与塔径关系塔径DT，m0.30.50.50.80

20、.81.61.62.42.44.0板间距HT，mm200300250350300450350600400600对精馏段：初选板间距，取板上液层高度，故；查天大教材第108页得C20=0.071；依式校正物系表面张力为可取安全系数为0.8，则（安全系数0.60.8），故按标准,塔径圆整为1.4mm2则空塔气速u=对提馏段：初选板间距，取板上液层高度，故；查天大教材第108页得C20=0.0680；依式校正物系表面张力可取安全系数为0.8，则（安全系数0.60.8），故按标准,塔径圆整为1.4m,m2u=则空塔气速0.752m/s。综合精馏段和提馏段知塔径应该取1.4m。6、塔板主要工艺尺寸的计算

21、(1) .溢流装置计算 因塔径D1.4m，可选用单溢流弓形降液管，采用平行受液盘。对精馏段各项计算如下： a)溢流堰长：单溢流去lW=（0.60.8）D，取堰长为0.7D=0.71.4=0.98mb)出口堰高：，查天大教材第111页，知E=1.031式可得故c)降液管的宽度与降液管的面积：由查天大教材第113页得，故，利用教材134页计算液体在降液管中停留时间以检验降液管面积，即（大于5s，符合要求）d)降液管底隙高度：取液体通过降液管底隙的流速（0.07-0.25）天大教材第112页：符合（）e)受液盘 采用平行形受液盘，不设进堰口，深度为60mm 同理可以算出提馏段a)溢流堰长：单溢流去l

22、W=（0.60.8）D，取堰长为0.7D=0.71.4=0.98mb)出口堰高：由查教材134页，知E=1.037,依式可得故c)降液管的宽度与降液管的面积：由查（教材121页）得，故， 利用(教材134页)计算液体在降液管中停留时间以检验降液管面积，即（大于5s，符合要求）d)降液管底隙高度：取液体通过降液管底隙的流速（0.07-0.25）依(2：式311)：符合（）(2) 塔板布置 精馏段塔板的分块 因D800mm，故塔板采用分块式。查天大教材第118页得，塔极分为4块。a)由教材131页得：取边缘区宽度Wc=0.04m(3050mm),安定区宽度，（当D1.5m时，Ws=6075mmb)

23、依(教材128页)：计算开空区面积，提馏段：(1)取边缘区宽度Wc=0.04m(3050mm),安定区宽度，（当D1.5m时，Ws=6075mm(2)依(教材128页)：计算开空区面积，7、 筛板的流体力学验算 塔板的流体力学计算，目的在于验算预选的塔板参数是否能维持塔的正常操作，以便决定对有关塔板参数进行必要的调整，最后还要作出塔板负荷性能图。(1) 气体通过筛板压强相当的液柱高度计算 精馏段：a)干板压降相当的液柱高度：依，查干筛孔的流量系数(见教材132页图)得，C0=0.78由式b)气体穿过板上液层压降相当的液柱高度：有天大教材第151页得：， 由与关联图查得板上液层充气系数=0.62

24、，依式c)克服液体表面张力压降相当的液柱高度：依式，故则单板压强：(2) 液面落差 对于筛板塔，液面落差很小，且本例的塔径和液流量均不大，故可忽略液面落差的影响。 (3) 雾沫夹带故在设计负荷下不会发生过量雾沫夹带。(4) 漏液由式筛板的稳定性系数，故在设计负荷下不会产生过量漏液。(5) 液泛为防止降液管液泛的发生，应使降液管中清液层高度依式， 而由教材133页得：取，则故在设计负荷下不会发生液泛。根据以上塔板的各项液体力学验算，可认为精馏段塔径及各项工艺尺寸是适合的。8 、塔板负荷性能图精馏段：(1) 漏液线 在操作范围内，任取几个Ls值，依上式计算出Vs值，计算结果列于表6。 表6 由Ls

25、值计算Vs值Ls /(m3/s) 0.0010.0020.0030.004Vs /(m3/s)0.4810.4990.5090.517由上表数据即可作出漏液线。 (2) 雾沫夹带线 以 ev0.1kg液/kg气为限，求 Vs-Ls关系如下： 由 由 整理得 在操作范围内，任取几个Ls值，依上式计算出Vs值，计算结果列于表7。 表7 ev0.1kg液/kg气时由Ls值计算Vs值Ls /(m3/s) 0.0010.0020.0030.004Vs /(m3/s)2.332.252.182.11由上表数据即可作出液沫夹带线2。 (3) 液相负荷下限线 对于平直堰，取堰上液层高度hOW0.006m作为最

26、小液体负荷标准。由式3-21得据此可作出与气体流量无关的垂直液相负荷下限线3。 (4) 液相负荷上限线 以4s作为液体在降液管中停留时间的下限 据此可作出与气体流量元关的垂直液相负荷上限线0.0474。 (5) 液泛线 令 由联立得忽略h，将hOW与Ls，hd与Ls，hc与Vs的关系式代人上式，并整理得 式中：将有关的数据代入整理，得在操作范围内，任取几个Ls值，依上式计算出Vs值，计算结果列于表8。 表8Ls /(m3/s) 0.0010.0020.030.004Vs /(m3/s)3.263.183.113.04由上表数据即可作出液泛线5。 根据以上各线方程，可作出筛板塔的负荷性能图，如图所示。