【文章內(nèi)容簡介】 .............20 塔壁面積計算 .................................................................................................................20 塔板面積計算 .................................................................................................................20 ...................................................................................................20 .......................................................................................................20 主要操作費計算（ 10年）（ R1為例） ...............................................................................20 ..............................................................................................................20 過熱蒸汽的用量費用 ..................................................................................................20 p...................................................................................21 六、 個人總結(jié)及對本設(shè)計的評述 ...................................................................................................錯誤 !未定義書簽。 七 、 參 考 文獻 ...................................................................................................................................25 一、前言 化工原理課程設(shè)計是培養(yǎng)學(xué)生化工設(shè)計能力的重要教學(xué)環(huán)節(jié)， 是理論系實際的橋梁。 通過 課程設(shè)計使我們初步掌握化工設(shè)計的基礎(chǔ)知識、設(shè)計原則及方法 ；學(xué)會各種手冊的使用方法及物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)的查找方法和技巧； 掌握各種手冊的使用方法及物理性質(zhì)，能畫出工藝流程圖、塔板結(jié)構(gòu)等圖形。 在 設(shè)計過程中不 僅要考慮理論上的可行性， 還要考慮生產(chǎn)上的安全性、 經(jīng)濟合 理性。 同時，通過課 程設(shè)計，還可以使我們樹立正確的設(shè)計思想，培養(yǎng)實事求是、嚴(yán)肅認(rèn)真、高度負責(zé)的工作作風(fēng)。 5 二、設(shè)計方案的確定 處理量確定 依設(shè)計任務(wù)書可知，處理量為 :1500+8*100=2300Kg/h,2300*24*330= 萬噸 /年 設(shè)計題目與設(shè)計進程 該次設(shè)計題目為： 萬噸 /年苯 — 甲苯連續(xù)精餾裝置工藝設(shè)計。 本次設(shè)計為倆周，安排如下：表 21. 進程表 找數(shù)據(jù)與上課 全部設(shè)計計算 畫圖 寫說明書 第一周的周一、二 第一周的周三到周日 第二周的周一到周四 剩余時間 概述 塔設(shè)備是煉油、化工、石油化工等生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的氣液傳質(zhì)設(shè)備。根據(jù)塔內(nèi)氣液接觸部件的結(jié)構(gòu)型式，可分為板式塔和填料塔。板式塔大致可分為兩類：有降液管的塔板和無降液管的塔板。工業(yè)應(yīng)用較多的是有降液管的塔板，如浮閥、篩板、泡罩塔板等。 浮閥塔廣泛用于精餾、吸收和解吸等過程。其主要特點是在塔板的開孔上裝有可浮動的浮閥，氣流從浮閥周邊以穩(wěn)定的速度水平地進入塔板上液層進行兩相接觸。浮閥可根據(jù)氣體流量的大小而上下浮動，自行調(diào)節(jié)。浮閥塔的主要優(yōu)點是生產(chǎn)能力大，操作彈性較大，塔板效率高，氣體壓強降及液面落差較小，塔的 造價低，塔板結(jié)構(gòu)較泡罩塔簡單 . 二、 裝置流程概述 塔設(shè)備的工業(yè)要求 總的要求是在符合生產(chǎn)工藝條件下，盡可能多的使用新技術(shù)，節(jié)約能源和成本，少量的污染。精餾塔對塔設(shè)備的要求大致如下： 一：生產(chǎn)能力大：即單位塔截面大的氣液相流率，不會產(chǎn)生液泛等不正常流動。二：效率高：氣液兩相在塔內(nèi)保持充分的密切接觸，具有較高的塔板效率或傳質(zhì)效率。 三：流體阻力?。毫黧w通過塔設(shè)備時阻力降小，可以節(jié)省動力費用，在減壓操作是時，易于達到所要求的真空度。 四：有一定的操作彈性：當(dāng)氣液相流率有一定波動時，兩相均能維持正常 的流動，而且不會使效率發(fā)生較大的變化。 五：結(jié)構(gòu)簡單，造價低，安裝檢修方便。 六：能滿足某些工藝的特性：腐蝕性，熱敏性，起泡性等 . 工藝流程如下 ： 苯與甲苯混合液（原料儲罐） → 原料預(yù)熱器 → 浮閥精餾塔（塔頂： → 全凝器→ 分配器 → 部分回流，部分進入冷卻器 → 產(chǎn)品儲罐） (塔釜：再沸器 → 冷卻器 →產(chǎn)品進入儲罐） 流程的說明 本方案主要是采用浮閥塔，苯和甲苯的原料混合物進入原料罐，在里面停留一定的時間之后，通過泵進入原料預(yù)熱器，在原料預(yù)熱器中加熱到 度，然后，原料從進料口進入到 精餾塔中?；旌衔镏屑扔袣庀嗷旌衔?，又有液相混合物，這時候原料混合物就分開了，氣相混合物在精餾塔中上升，而液相混合物在精餾 6 塔中下降。氣相混合物上升到塔頂上方的冷凝器中，這些氣相混合物被降溫到泡點，其中的液態(tài)部分進入到塔頂產(chǎn)品冷卻器中，停留一定的時間然后進入苯的儲罐，而其中的氣態(tài)部分重新回到精餾塔中，這個過程就叫做回流。液相混合物就從塔底一部分進入到塔底產(chǎn)品冷卻器中，一部分進入再沸器，在再沸器中被加熱到泡點溫度重新回到精餾塔。塔里的混合物不斷重復(fù)前面所說的過程，而進料口不斷有新鮮原料的加入。最終，完成苯與甲苯的 分離。 本次設(shè)計的要求是先算出最小回流比，然后隨意選三個系數(shù)得到三個回流比，最后比較那個最好，而不是找出最佳的回流比。 三、精餾塔設(shè)計 工藝條件的確定 苯與甲苯的基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 表 31 常壓下的相平衡數(shù)據(jù) 溫度 /℃ 85 90 95 100 105 /AP kpa? /BP kpa? 40 46 54 86 ? x 0 y 0 表 32 苯與甲苯的物理性質(zhì) 物質(zhì) 分子式 相對分子量 沸點 /℃ 臨界溫度 /℃ 臨界壓力 /Pa 苯 C6H6 甲苯 C7H8 表 33 Antoine 常數(shù)值 物質(zhì) A B C 苯 甲苯 表 34 苯與甲苯的液相密度 溫度 /℃ 80 90 100 110 120 130 3, / ( / )L kg m? 苯 815 3, / ( / )L kg m? 甲 苯 810 表 35 液體的表面張力 溫度 /℃ 80 90 100 110 120 130 //mN m?苯 （ ） 7 //mN m?甲 苯 （ ） 表 36 液體的黏度 溫度 /℃ 80 90 100 110 120 130 /mpa s? ?苯 /mpa s? ?甲 苯 表 液體的汽化熱 ? 溫度 /℃ 80 90 100 110 120 ? 苯 /(KJ/Kg) ? 甲苯 /(KJ/Kg) 7080901001101200 1 原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分率 苯的摩爾質(zhì)量： MA=甲苯的摩爾質(zhì)量： MB= xf=()/(+)= xD=()/(+)= xw=()/(+)= 原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量 MF=xFMA+(1xF)MB= +（ ） = 8 MD=xDMA+(1xD)MB= +() =MW=xWMA+(1xW)MB= +() = kg/kmol 操作壓力選定 最底操作壓力：取回流罐物料的溫度為 30℃，查手冊得 POA =，POB = XD=(P 回 POB)/(POA POB)=,可得 P 回 =. Pmin==+= 取塔頂操作壓力 P==*= 物料衡算 原料處理量 F=2300/= kmol/h 總物料衡算 F=D+W= kmol/h ……………… ① 苯物料衡算 = D+ W …… ② 聯(lián)立①②解得 D= kmol/h W= kmol/h F=2300 kg/h=W=D= 物料 kg/h kg/s 萬噸 /年 kmol/h kmol/s F 2300 ` D W 四、塔板數(shù)的確定 理論板層數(shù) NT的求取 苯 — 甲苯屬理想物系，可采用圖解法求理論塔板層數(shù)。 ①、由手冊查得苯 — 甲 苯物系的氣液平衡數(shù)據(jù)，繪出 xy 圖，見圖 1 所示。 9 圖 1 圖解法求理論塔板層數(shù) ②、求最小回流比及操作回流比。 采用作圖法求最小回流比。在圖 1 中對角線上，自點 e（ ,） 以及斜率 q/(q1)=0/(01)=0 作直線 ef交平衡線于 q。 q點坐標(biāo)由圖可得 q（ ,） 故，最小回流比為： Rmin=(XDYq)/(YqXq)=()/()= 取操作回流比 為： R== 10 ③、求精餾塔的氣、液相負荷。 L=R D= = kmol/h V=(R+1) D= = kmol/h L’ =L+q F=+0 = kmol/h V’ = V+(q1)F=+1 =④、求操作線方程。 精餾段操作線方程為： y=Rx/(R+1)+ xD/(R+1)=(+1)x++ 作出精餾段操作線 ab 與 ef線交于 d點 提餾段操作線為：連接點 c（ ,）及 d 點即為提餾段操作線。 ⑤、圖解法求理論板層數(shù)，如圖 1 所示。求得結(jié)果為： 總理論板層數(shù) NT=16（包括再沸器）。其中 NT精=8， NT提=7(不包括再 沸器 ) 進料板位置為第 9層。 實際板層數(shù)的求取 ． 求平均塔效率 ET 根據(jù)苯 甲苯物系 Txy 圖可以查出 TF=℃ TD=℃ TW=℃ 4． 2． 1． 精餾段平均塔效率 精餾段的平均溫度： Tm=(+)/2=℃ 由安托尼方程 lg PO =AB/(t+C),及相關(guān)系數(shù)表計算得 對應(yīng)的 TF=℃ :POA= POB = TD=℃ :POA= POB = TW=℃ :POA= POB = ?D =?W =?F =相對揮發(fā)度 1 ???? m ???? m μ L如下： 由 t x y 圖查得該溫度下 xA=，以及該溫度下由表得 μ 苯 =，μ 甲苯 = μ L= xAμ 苯 +（ 1xA）μ 甲苯 = + = 故 ? μ L=*= 塔效率 ET=? = ? = 11 4． 2． 1． 提餾段平均塔效率 提餾段的平均溫度： Tm=(+)/2=℃ 同上可得出 ET= ． 實際板層數(shù)的求取 精餾段的實際板層數(shù) N 精 =8/=， 取 16 精餾段的實際板層數(shù) N 提 =7/=， 取 14 五、精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計算 (以精餾段為例 ) 操作壓力計算 塔頂操作壓力計算 PD= 98kPa 每層塔板壓降 △ P= 第二塔板 P1 =98+= 精餾塔進料口上第三板 P2=98+*11= 精餾塔進料口下第二板 P3=98+*15= 操作溫度確定 塔頂溫度 TD=℃ 進料板溫度 TF=℃ 精餾段平均溫度 Tm=(+)/2=℃ 第二塔板的溫度： T1 =（16 ? 15） =℃ 精餾塔進料口