【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ................................................................20 固定資產(chǎn)折舊費(fèi)用.......................................................................................................20 主要操作費(fèi)計(jì)算（10 年） （R 1為例）...............................................................................20 ................................................................................................................20 過熱蒸汽的用量費(fèi)用....................................................................................................20 設(shè)備費(fèi)用和操作費(fèi)用的總費(fèi)用 p....................................................................................21 銀行利息后的總成本 P 總 ..............................................................................................21 回流比的選擇........................................................................................................................21六、精餾塔附件及其重量計(jì)算......................................................................................................21 ........................................................................................................................................21 ....................................................................................................................21 進(jìn)料管線管徑.................................................................................................................215 / 26 ................................................................................................................................22 精餾塔重量計(jì)算...................................................................................................................22七．設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表......................................................................................................................23.....................................................................................................24.....................................................................................................................................24十、附圖.....................................................................................................................................2532一、前言化工原理課程設(shè)計(jì)是理論系實(shí)際的橋梁，是讓學(xué)生體察工程實(shí)際問題復(fù)雜性的初次嘗試。通過化工原理課程設(shè)計(jì)，要求我們能夠綜合運(yùn)用化工原理上下冊(cè)的基本知識(shí)，進(jìn)行融匯貫通的獨(dú)立思考，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成指定的設(shè)計(jì)任務(wù)，從而得到以化工單元操作為主的化工設(shè)計(jì)的初步訓(xùn)練。通過課程設(shè)計(jì)，我們了解到工程設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容，掌握典型單元操作設(shè)計(jì)的主要程序和方法，培養(yǎng)了分析和解決工程實(shí)際問題的能力。同時(shí)，通過課程設(shè)計(jì)，還可以使我們樹立正確的設(shè)計(jì)思想，培養(yǎng)實(shí)事求是、嚴(yán)肅認(rèn)真、高度負(fù)責(zé)的工作作風(fēng)。二、設(shè)計(jì)方案的確定 處理量確定依設(shè)計(jì)任務(wù)書可知，處理量為:300+6*300=4800Kg/h,4800*7200= 萬噸/年 設(shè)計(jì)題目與設(shè)計(jì)進(jìn)程該次設(shè)計(jì)題目為： 萬噸/年苯—甲苯連續(xù)精餾裝置工藝設(shè)計(jì)。本次設(shè)計(jì)為倆周，安排如下：表 21. 進(jìn)程表找數(shù)據(jù)與上課 全部設(shè)計(jì)計(jì)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(shí)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(diǎn)是在塔板的開孔上裝有可浮動(dòng)的浮閥，氣流從浮閥周邊以穩(wěn)定的速度水平地進(jìn)入塔板上液層進(jìn)行兩相接觸。浮閥可根據(jù)氣體流量的大小而上下浮動(dòng)，自行調(diào)節(jié)。浮閥塔的主要優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)能力大，操作彈性較大，塔板效率高，氣體壓強(qiáng)降及液面落差較小，塔的造價(jià)低，塔板結(jié)構(gòu)較泡罩塔簡(jiǎn)單.浮閥有盤式、條式等多種，國內(nèi)多用盤式浮閥，此型又分為 F－1 型（V－1 型） 、V－4 型、十字架型、和 A 型，其中 F－1 型浮閥結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單、節(jié)省材料，制造方便，性能良好，故在化工及煉油生產(chǎn)中普遍應(yīng)用，已列入部頒標(biāo)準(zhǔn)（JB－1118－81） 。其閥孔直徑為 39mm，重閥質(zhì)量為 33g，輕閥為 25g。一般多采用重閥，因其操作穩(wěn)定性好。6 / 26 設(shè)計(jì)方案 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(duì)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(huì)產(chǎn)生液泛等不正常流動(dòng)。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(shí)阻力降小，可以節(jié)省動(dòng)力費(fèi)用，在減壓操作是時(shí)，易于達(dá)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(dòng)時(shí)，兩相均能維持正常的流動(dòng)，而且不會(huì)使效率發(fā)生較大的變化。 五：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)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(chǔ)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(jìn)入冷卻器→產(chǎn)品儲(chǔ)罐）(塔釜：再沸器→冷卻器→產(chǎn)品進(jìn)入儲(chǔ)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(jìn)入原料罐，在里面停留一定的時(shí)間之后，通過泵進(jìn)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(jìn)料口進(jìn)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(shí)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(diǎn)，其中的液態(tài)部分進(jìn)入到塔頂產(chǎn)品冷卻器中，停留一定的時(shí)間然后進(jìn)入苯的儲(chǔ)罐，而其中的氣態(tài)部分重新回到精餾塔中，這個(gè)過程就叫做回流。液相混合物就從塔底一部分進(jìn)入到塔底產(chǎn)品冷卻器中，一部分進(jìn)入再沸器，在再沸器中被加熱到泡點(diǎn)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(jìn)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(jì)的要求是先算出最小回流比，然后隨意選三個(gè)系數(shù)得到三個(gè)回流比，最后比較那個(gè)最好，而不是找出最佳的回流比。三、精餾塔設(shè)計(jì) 工藝條件的確定 苯與甲苯的基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 表 31 相平衡數(shù)據(jù)溫度/℃ 85 90 95 100 105 POA /Kpa POB /Kpa 40 46 54 86 ? x 0y 0 表 32 苯與甲苯的物理性質(zhì)項(xiàng)目 分子式 相對(duì)分子量 沸點(diǎn)/℃ 臨界溫度/℃ 臨界壓力/Pa苯 C6H6 7 / 26甲苯 C6H5CH3 表 33 Antoine 常數(shù)值組分 A B C苯 甲苯 表 34 苯與甲苯的液相密度溫度/℃ 80 90 100 110 120)(3,mkgL苯?810 ,甲 苯815 表 35 液體的表面張力溫度/℃ 80 90 100 110 120）（苯 mN? ）（甲 苯 / 表 36 液體的黏度溫度/℃ 80 90 100 110 120）苯 （ smpLa.,? ）甲 苯 （ ., 表 液體的汽化熱 ?溫度/℃ 80 90 100 110 120苯/(KJ/Kg)? 甲苯 /(KJ/Kg) 溫度的條件： 假定常壓，作出苯—甲苯混合液的 txy 圖，如后附圖所示。依任務(wù)書，可算出：x f=()/(+)=。同理，xD=，x w= 查 txy 圖可得，t D=℃,t W=℃,t F=℃ 精餾段平均溫度 tm=（*） 1/2=℃ 操作壓力選定 最底操作壓力：取回流罐物料的溫度為 45℃，查手冊(cè)得POA =，P OB = XD=(PminPOB)/(POA POB)=,可得Pmin= P==*=152Kpa 精餾塔物料恒算8 / 26 摩爾分?jǐn)?shù)由以上可知，摩爾分?jǐn)?shù)為 xf=，x D=，x w= 原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾量MF=xFMA+(1xF)MB=+（）= kg/kmol ， MD=xDMA+(1xD)MB= +() =，MW=xWMA+(1xW)MB= +() = kg/kmol 質(zhì)量物料恒算與負(fù)荷計(jì)算及其結(jié)果表總物料衡算 D+W=4800 （1） 易揮發(fā)組分物料衡算 +=4800 （2）聯(lián)立（1） 、 （2）解得：F=4800 kg/h= kg/s= 萬噸/年 ,F=4800/= kmol/h=W= kg/h= ,W=D=,D=表 38 物料恒算表物料 kg/h kg/s 萬噸/年 kmol/h kmol/sF 4800 D W 塔板數(shù)計(jì)算 做 XY 曲線作出苯與甲苯的 XY 圖如后面的附圖所示，因 P= 故可不對(duì) XY 圖進(jìn)行修正 求 Rmin依 Q 線斜率 K=，且通過(X F,XF)=(,),作出 Q 線與平衡線交一點(diǎn)(Xq,Yq)=（，） ，故 Rmin=(XDYq)/(YqXq)=()/()=, 求理論塔板數(shù)取 R1==，故 可求精餾段操作方程為： y=+,提餾段操作方程為：y= ，用圖解法求出理論塔板數(shù) NT=18,進(jìn)料板為第 10 層。同理得出 R2== 時(shí)，精餾段操作方程為：y=+, 提餾段操作方程為：y=NT=14,進(jìn)料板為第 9 層R3== 時(shí),精餾段操作方程為：y=+, 提餾段操作方程為：y=NT=13,進(jìn)料板為第 8 層 求平均塔效率 ET塔頂與塔底的平均溫度：t m=(*)=℃分別算出 t=℃下得相對(duì)揮發(fā)度 和 μ L如下：?=POA/POB =,有 t x y 圖查得該溫度下 XA=?μ m=xAμ 苯 +（1x A）μ 甲苯 =*+*= .mpas故 *μ m=查塔效率關(guān)聯(lián)曲線得 ET=9 / 26 求實(shí)際塔板數(shù)精餾段實(shí)際塔板數(shù) N 精 =9/==17 。 提餾段實(shí)際塔板數(shù) N 提 =8/=16全塔實(shí)際塔板數(shù) N=18/=34同理可得，R 2和 R3得如下：R2==精餾段實(shí)際塔板數(shù) N 精 =15 ，提餾段實(shí)際塔板數(shù) N 提 =10 ，全塔實(shí)際塔板數(shù)N=26R3== 時(shí),精餾段實(shí)際塔板數(shù) N 精 =14 ，提餾段實(shí)際塔板數(shù) N 提 =10 ，全塔實(shí)際塔板數(shù)N=25 有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算(以精餾段 R1為例)