化工原理課程設(shè)計泡罩塔(編輯修改稿)
2024-07-13 04:29 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 計方案選定是指確定整個精餾裝置的流程、主要設(shè)備的結(jié)構(gòu)型式和主要操作條件。所選方案必須：①能滿足工藝要求，達到指定的產(chǎn)量和質(zhì)量；②操作平穩(wěn)，易于調(diào)節(jié)；③經(jīng)濟合理；④生產(chǎn)安全。在實際的設(shè)計問題中，上述四項都必須兼顧考慮。課程設(shè)計方案選定所涉及的主要內(nèi)容有：操作壓力，進料狀況，加熱方式及其熱能的利用。本設(shè)計選用泡罩塔，采用泡點進料，（表壓）。精餾裝置有精餾塔、原料預(yù)熱器、再沸器、冷凝器、釜液冷卻器和產(chǎn)品冷卻器等設(shè)備。熱量自塔釜輸入，物料在塔內(nèi)經(jīng)多次部分氣化與部分冷凝進行精餾分離，由冷凝器和冷卻器中的冷卻介質(zhì)將余熱帶走。苯甲苯混合液原料經(jīng)預(yù)熱器加熱到泡點溫度后送入精餾塔進料板，在進料板上與自塔上部下降的回流液體匯合后，逐板溢流，最后流入塔底。在每層板上，回流液體與上升蒸汽互相接觸，進行熱和質(zhì)的傳遞過程。操作時，連續(xù)地從再沸器取出部分液體作為塔底產(chǎn)品，部分液體氣化，產(chǎn)生上升蒸汽，一起通過各層塔板。塔頂蒸汽進入冷凝器中被冷凝，并將部分冷凝液送回塔頂作為回流液，其余部分經(jīng)冷凝器冷凝后送出作為塔頂產(chǎn)品，經(jīng)冷凝器冷卻后送入貯槽。塔釜采用再沸器加熱。塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送入貯槽。本設(shè)計按以下幾個階段進行： (1)設(shè)計方案確定和說明。根據(jù)給定任務(wù)，對精餾裝置的流程、操作條件、主要設(shè)備型式及其材質(zhì)的選取等進行論述。 (2)蒸餾塔的工藝計算，確定塔高和塔徑。 (3)塔板設(shè)計：計算塔板各主要工藝尺寸，進行流體力學(xué)校核計算。接管尺寸、泵等，并畫出塔的操作性能圖。 (4)管路及附屬設(shè)備的計算與選型，如再沸器、冷凝器。 (5)精餾塔主體設(shè)備的機械設(shè)計。(6)繪制精餾裝置工藝流程圖和精餾塔的設(shè)備圖。(7)編寫設(shè)計說明書。2 塔的工藝參數(shù)計算 苯和甲苯的物理性質(zhì)項目分子式分子量M沸點（℃）臨界溫度tC（℃）臨界壓強PC（kPa）苯AC6H6甲苯BC6H5—CH3——甲苯的氣液平衡數(shù)據(jù)溫度t℃液相中苯的摩爾分率x氣相中苯的摩爾分率y苯、甲苯的飽和蒸汽壓可用Antoine方程求算，即式中 t—物系溫度，℃；P0—飽和蒸汽壓，kPa； A、B、C—Antoine常數(shù)，其值見下表：組分ABC苯甲苯溫度(℃)8090100110120苯,kg/815甲苯,kg/810溫度(℃)8090100110120苯，mN/m甲苯，Mn/m溫度(℃)8090100110120苯（）甲苯（）溫度8090100110120苯，kJ/kg甲苯，kJ/kg 精餾塔的物料衡算 原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分率 苯的摩爾質(zhì)量甲苯的摩爾質(zhì)量、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量 原料處理量總物料衡算苯物料衡算聯(lián)立解得式中 F原料液流量 D塔頂產(chǎn)品量 W塔底產(chǎn)品量 理論塔板數(shù)NT的求取 苯一甲苯屬理想物系。、甲苯的氣液平衡數(shù)據(jù)作y—x圖及t—x—y，參見圖1及圖2圖1苯、甲苯的y—x圖及圖解理論版圖2苯、甲苯的txy圖。 因泡點進料，在圖2中作進料線（q線），該線與平衡線的交點坐標(biāo)為yq=，xq=，此即最小回流比時操作線與平衡線的交點坐標(biāo)。依最小回流比計算式：取回流比精餾段操作線如圖2所示，：NT=（不包括釜）。其中精餾段理論板數(shù)為5層，（不包括釜）。根據(jù)塔頂、塔底液相組成查圖3，℃，該溫度下進料液相黏度為：故精餾段提餾段塔頂操作壓力PD＝ kPa每層塔板壓降 △P＝ kPa進料板壓力＝+10＝塔底操作壓力=+27=精餾段平均壓力 P m精＝（+）/2＝ kPa提餾段平均壓力P m提 =（+）/2 = kPa依據(jù)操作壓力，由泡點方程通過試差法計算出泡點溫度，其中苯、甲苯的飽和蒸氣壓由安托尼方程計算，計算過程略。計算結(jié)果如下： 塔頂溫度，進料板溫度 塔底溫度精餾段平均溫度提餾段平均溫度塔頂平均摩爾質(zhì)量計算 由代入相平衡方程得進料板平均摩爾質(zhì)量計算 由上面理論板的算法，得塔底平均摩爾質(zhì)量計算由xw=,由相平衡方程，得yw=精餾段平均摩爾質(zhì)量 提餾段平均摩爾質(zhì)量由理想氣體狀態(tài)方程計算，精餾段的平均氣相密度即 提餾段的平均氣相密度 液相平均密度依下式計算，即 塔頂液相平均密度的計算 由tD＝℃，查手冊得 ρLAD=，ρLBD=塔頂液相的質(zhì)量分率 aAD=求得ρLmD=進料板液相平均密度的計算 由tF=℃，查手冊得 ρLAF=,ρLBF=進料板液相的質(zhì)量分率 aAF=求得ρLmF=塔底液相平均密度的計算 由tW=℃，查手冊得 ρLAW=，ρLBW=塔底液相的質(zhì)量分率 aAW=求得ρLmW=精餾段液相平均密度為 提餾段液相平均密度為液相平均表面張力依下式計算，即 塔頂液相平均表面張力的計算 由tD=℃，查手冊得 σA=，σB=進料板液相平均表面張力的計算 由tF=℃，查手冊得 σA=，σB=塔底液相平均表面張力的計算 由tW=℃，查手冊得 σA=，σB=精餾段液相平均表面張力為 提餾段液相平均表面張力為 液相平均黏度依下式計算，即 塔頂液相平均黏度的計算 由 tD=℃，查手冊得 μA=s,μB=s進料板液相平均黏度的計算 由tF=℃，查手冊得 μA=s，μB=s塔底液相平均黏度的計算 由tW=℃，查手冊得 μA==s精餾段液相平均黏度為 提餾段液相平均黏度為 氣液負荷計算 精餾段：提餾段：3 精餾塔的塔體及塔板工藝尺寸計算選取泡
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