【正文】 吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) I 吉林化工學(xué)院 化 工 原 理 課 程 設(shè) 計(jì) 題目 篩板精餾塔分離苯 — 甲苯工藝設(shè)計(jì) 教 學(xué) 院 化工與材料工程學(xué)院 專業(yè)班級 材 化 0801 學(xué)生姓名 學(xué)生學(xué)號 08150108 指導(dǎo)教師 張 福 勝 2020 年 6 月 14 日 吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) II 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(shè)計(jì) .................................... 2 產(chǎn)品濃度的計(jì)算 .......................................................... 2 原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分率 ...................................... 2 原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量 2 最小回流比的確定 ........................................................ 3 物料衡算 3 精餾段和提餾段操作線方程 ................................................ 3 求精餾塔的氣液相負(fù)荷 3 求操作線方程 3 精餾塔理論塔板數(shù)及理論加料位置 3 實(shí)際板數(shù)的計(jì)算 3 實(shí)際塔板數(shù)及實(shí)際加料位置 3 第三章 精餾塔主要工藝尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算 .......................... 5 物性數(shù)據(jù)計(jì)算 ............................................................ 5 精餾塔主要工藝尺寸的計(jì)算 ................................................ 9 ....................................................... 13 塔板負(fù)荷性能圖 ......................................................... 16 第四章 熱量衡算 ........................................... 21 塔頂氣體上升的焓 VQ ..................................................... 21 回流液的焓 RQ ........................................................... 21 塔頂餾出液的焓 DQ ....................................................... 21 冷凝器消耗焓 CQ ......................................................... 21 進(jìn)料的焓 FQ ............................................................. 21 塔底殘液的焓 WQ ......................................................... 21 再沸器的焓 BQ ........................................................... 22 第五章 塔的附屬設(shè)備的計(jì)算 .................................. 23 塔頂冷凝器設(shè)計(jì)計(jì)算 ..................................................... 23 泵的選型 ............................................................... 24 塔總體高度的設(shè)計(jì) ....................................................... 25 結(jié)論 ......................................................... 27 致謝 ......................................................... 28 參考文獻(xiàn) ................................................. 29 主要符號說明 30 吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) I 摘 要 在此篩板 精餾塔分離苯 甲苯的 設(shè)計(jì)中，給定的條件為： 進(jìn)料量為 F=85kmol/h 塔頂 組成為： ? 進(jìn)料 餾出液組成為： ? 塔釜組成 : Wx = 加料熱狀態(tài) :q=1 塔頂操作壓強(qiáng) : ? (表壓 ) 首先根據(jù)精餾塔的物料衡算，求得 D和 W，通過圖解法確定最小回流比；再根據(jù)操作線方程，運(yùn)用圖解法求得精餾塔理論板數(shù)，確定溫度奧康奈爾公式求的板效率，繼而求得實(shí)際板數(shù)，確定加料位置。 然后進(jìn)行精餾段和提餾段的設(shè)計(jì)工藝計(jì)算，求得各工藝尺寸，確定精餾塔設(shè)備結(jié)構(gòu)。繼而對篩板的流體力學(xué)進(jìn)行驗(yàn)算，檢驗(yàn)是否符合精餾塔設(shè)備的要求，作出塔板負(fù)荷性能圖，對精餾塔的工藝條件進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，使其處于最佳的工作狀態(tài)。 第二步進(jìn)行塔頂換熱器的設(shè)計(jì) 計(jì)算。先選定換熱器的類型，確定物性數(shù)據(jù)，計(jì)算傳熱系數(shù)和傳熱面積 。 然后對進(jìn)料泵進(jìn)行設(shè)計(jì)，確定類型。 關(guān)鍵詞： 苯 甲苯、精餾、圖解法、負(fù)荷性能圖、精餾塔設(shè)備結(jié)構(gòu) 塔附屬設(shè)備 下圖為連續(xù)精餾過程簡圖： 出料 回流 苯蒸汽 塔底 吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) I 緒論 在本設(shè)計(jì)中我們使用篩板塔，篩板塔的突出優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單 ,造價(jià)低。合理的設(shè)計(jì)和適當(dāng)?shù)牟僮骱Y板塔能滿足要求的操作彈性，而且效率高。采用篩板可解決堵塞問題，適當(dāng)控制漏液。 篩板與泡罩板的差別在于取消了泡罩與升氣管，而直接在板上開很多小直徑的孔 —— 篩孔。操作時(shí)氣體以高速通過小孔上升，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(qiáng)烈湍 動(dòng)的泡沫層。 相同條件下，篩板塔生產(chǎn)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，適用于真空蒸餾；塔板效率較高，但稍低于浮閥塔。具有較高的操作彈性，但稍低于泡罩塔。其缺點(diǎn)是小孔徑篩板易堵塞，不適宜處理臟的、粘性大的和帶固體粒子的料液。 吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) 1 第一章 流程及流程說明 本設(shè)計(jì)任務(wù)為分離苯 —— 甲苯混合物。對于二元混合物的分離，應(yīng)采用連續(xù)精餾流程。設(shè)計(jì)中采用泡點(diǎn)進(jìn)料，將原料液通過預(yù)熱器加熱至泡點(diǎn)后送入精餾塔內(nèi)。塔頂上升蒸氣采用全凝器冷凝，冷凝液在泡點(diǎn)下一部分回流至塔內(nèi)，其余部分經(jīng) 產(chǎn)品冷卻器冷卻后送至儲罐。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。塔釜采用間接蒸汽加熱，塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送至儲罐。 任務(wù)書上規(guī)定的生產(chǎn)任務(wù)長期固定，適宜采用連續(xù)精流流程。貯罐中的原料液用機(jī)泵加入精餾塔；塔釜再沸器用低壓蒸汽作為熱源加熱料液；精餾塔塔頂設(shè)有全凝器，冷凝液部分利用重力泡點(diǎn)回流；部分連續(xù)采出到產(chǎn)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 1 吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) 2 第二章 精餾塔工藝的設(shè)計(jì) 產(chǎn)品濃度的計(jì)算 原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分率 苯的摩爾質(zhì)量 AM = 產(chǎn)品 中苯的質(zhì)量分?jǐn)?shù) Dx = 0. 98 / 78 .1 10. 98 / 78 .1 1 0. 02 / 92 .1 3?= 進(jìn)料 中苯的質(zhì)量分?jǐn)?shù) Fx = 0. 5 / 78 .1 10. 5 / 78 .1 1 0. 5 / 92 .1 3?= 殘液中苯的質(zhì)量分?jǐn)?shù) 0 .0 3 / 7 8 .1 10 .0 3 / 7 8 .1 1 0 .9 7 / 9 2 .1 3wx ? ?= 原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量 DW0 . 5 4 7 8 . 1 1 ( 1 0 . 5 4 ) 9 2 . 1 4 8 3 . 9 8 9 k g /K m o lM 0 . 9 8 4 7 8 . 1 1 ( 1 0 . 9 8 4 ) 9 2 . 1 4 7 8 . 3 0 1 k g /K m o lM 0 . 0 3 5 7 8 . 1 1 ( 1 0 . 0 3 5 ) 9 2 . 1 4 9 2 . 1 1 4 k g /K m o lFM ? ?