化工原理精馏提留设计

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1、一、前言化工原理课程设计是理论系实际的桥梁，是让学生体察工程实际问题复杂性的初次尝试。通过化工原理课程设计，要求我们能够综合运用化工原理上下册的基本知识，进行融汇贯通的独立思考，在规定的时间内完成指定的设计任务，从而得到以化工单元操作为主的化工设计的初步训练。通过课程设计，我们了解到工程设计的基本内容，掌握典型单元操作设计的主要程序和方法，培养了分析和解决工程实际问题的能力。同时，通过课程设计，还可以使我们树立正确的设计思想，培养实事求是、严肃认真、高度负责的工作作风。二、设计方案的确定2.1设计任务拟采用常压筛板塔分离苯—甲苯混合液。已知原料

2、流量为4000kg/h，原料含苯30%（摩尔百分数，下同），精馏分离使塔顶产品苯含量不低于97%，塔底产品甲苯含量不低于98%；沸点进料，沸点回流，操作回流比可取2.0；要求产品进入贮罐的温度不低于50℃，原料贮罐贮料、产品贮罐要满足八小时生产任务：1.画出流程方框图和带控制点工艺流程图2.做分离全过程物料衡算和热量衡算3.做换热器设计与精馏塔设计2.1.1换热器设计——塔底产品冷却设计上述精馏生产过程中，需要将塔底产品从80℃冷却至45℃，要求换热器的管程和壳程压降不大于10kpa，试选用合适的换热器。2.1.2精馏塔（筛板或浮阀）设计完成上

3、述分离任务所需的精馏塔相关设计。2.1.3操作条件精馏塔塔顶压强：4KPa（表压），单板压降不超过0.7kPa，冷却循环水温度：25℃，饱和水蒸汽压力：0.25Mpa(表压)，设备型式：筛板(浮阀)塔，建厂地区压力：1atm2.2塔（筛板或浮阀）设备概述塔设备是炼油、化工、石油化工等生产中广泛应用的气液传质设备。根据塔内气液接触部件的结构型式，可分为板式塔和填料塔。板式塔大致可分为两类：有降液管的塔板和无降液管的塔板。工业应用较多的是有降液管的塔板，如浮阀、筛板、泡罩塔板等。浮阀塔广泛用于精馏、吸收和解吸等过程。其主要特点是在塔板的开孔上装有可

4、浮动的浮阀，气流从浮阀周边以稳定的速度水平地进入塔板上液层进行两相接触。浮阀可根据气体流量的大小而上下浮动，自行调节。浮阀塔的主要优点是生产能力大，操作弹性较大，塔板效率高，气体压强降及液面落差较小，塔的造价低，塔板结构较泡罩塔简单.浮阀有盘式、条式等多种，国内多用盘式浮阀，此型又分为F－1型（V－1型）、V－4型、十字架型、和A型，其中F－1型浮阀结构较简单、节省材料，制造方便，性能良好，故在化工及炼油生产中普遍应用，已列入部颁标准（JB－1118－81）。其阀孔直径为39mm，重阀质量为33g，轻阀为25g。一般多采用重阀，因其操作稳定性好

5、。2.3设计方案2.3.1塔设备的工业要求总的要求是在符合生产工艺条件下，尽可能多的使用新技术，节约能源和成本，少量的污染。精馏塔对塔设备的要求大致如下：一、生产能力大：即单位塔截面大的气液相流率，不会产生液泛等不正常流动。二、效率高：气液两相在塔内保持充分的密切接触，具有较高的塔板效率或传质效率。三、流体阻力小：流体通过塔设备时阻力降小，可以节省动力费用，在减压操作是时，易于达到所要求的真空度。四、有一定的操作弹性：当气液相流率有一定波动时，两相均能维持正常的流动，而且不会使效率发生较大的变化。五、结构简单，造价低，安装检修方便。六、能满足某

6、些工艺的特性：腐蚀性，热敏性，起泡性等.2.3.2工艺流程三、精馏塔设计3.1设计计算3.1.1精馏塔的物料衡算（1）、原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数苯的摩尔质量MA=78kg/kmol甲苯的摩尔质量MB=78kg/kmolXF=0.3XD=0.97XW=0.02（2）、原料液及塔顶塔底产品平均摩尔质量MA=xFMA+(1-xF)MB=87.924kg/kmolMD=xDMA+(1-xD)MB=78.53kg/kmol，MW=xWMA+(1-xW)MB=91.85kg/kmol（3）、物料衡算原料处理量：F=4000/MF=4000/87.9

7、24=45.49kmol/h总物料衡算：F=D+W苯物料衡算：F*XF=D*XD+W*XW=>D=13.41kmol/hW=32.08knol/h3.1.2图解法球理论塔板数根据图有：总理论塔板数NT=13（包括再沸器）精馏塔板数NT精=6提留段NT提=6（不包括再沸器）实际塔板数：精馏段：NP精=6/0.5=12提留段：NP提=6/0.5=12（不包括再沸器）总实际塔板数NP总=NP精+NP提=24求最小回流比Rmin：根据图q与平衡线的交点坐标为：Xq=XF=0.267yq=0.46Rmin=(XD-yq)/(yq-Xq)=(0.97-0.

8、46)/(0.46-0.267)=2.64R=1.5Rmin=3.96精馏塔的气液相负荷：L=RD=3.96*13.41=53.1kmol/hV=(R