化工原理课程设计苯—甲苯二元物系板式精馏塔的设计 下载本文

要有一定的操作弹性,各处流量应能在一定范围内进行调节,必要时传热量也可进行调整。因此,在必要的位置上要装置调节阀门,在管路中安装备用支线。计算传热面积和选取操作指标时,也应考虑到生产上的可能波动。再其次,要考虑必需装置的仪表(如温度计、压强计,流量计等)及其装置的位置,以便能通过这些仪表来观测生产过程是否正常,从而帮助找出不正常的原因,以便采取相应措施。

3.2满足经济上的要求

要节省热能和电能的消耗,减少设备及基建费用。如前所述在蒸馏过程中如能适当地利用塔顶、塔底的废热,就能节约很多生蒸汽和冷却水,也能减少电能消耗。又如冷却水出口温度的高低,一方面影响到冷却水用量,另方面也影响到所需传热面积的大小,即对操作费和设备费都有影响。同样,回流比的大小对操作费和设备费也有很大影响。

3.3保证安全生产

例如苯属有毒物料,不能让其蒸汽弥漫车间。又如,塔是指定在常压下操作的,塔内压力过大或塔骤冷而产生真空,都会使塔受到破坏,因而需要安全装置。

以上三项原则在生产中都是同样重要的。但在化工原理课程设计中,对第一个原则应作较多的考虑,对第二个原则只作定性的考虑,而对第三个原则只要求作一般的考虑。

四 生产任务

课程设计的任务要求如下:

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1)生产能力(精馏塔的进料量)是:18900吨/年; 2)操作周期 : 7200 小时/年;

3)进料组成 :苯含量25% (质量分率,下同); 4)塔顶产品组成 ≥97% ,塔底产品组成≤1% ; 5)操作条件:塔顶操作压力4.0kpa(表压); 6)进料热状态 : 泡点进料 ; 7)两侧流体的压降: ≯0.7 kpa; 8)工作地点:兰州

五 塔体计算

5.1 设计方案的确定

(1)精馏方式的选定

本设计采用连续精馏操作方式,其特点是:连续精馏过程是一个

连续定态过程,能耗小于间歇精馏过程,易得纯度高的产品。 (2)加热方式

本设计采用间接蒸汽加热,加热设备为再沸器。本设计不易利用直接蒸汽加热,因为直接蒸汽的加入,对釜内溶液起一定稀释作用,在进料条件和产品纯度,轻组分收率一定前提下,釜液浓度相应降低,故需在提馏段增加塔板以达到生产要求,从而又增加了生产的费用,但也增加了间接加热设备。 (3)操作压力的选取

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本设计采用常压操作。一般除了热敏性物料以外,凡通过常压蒸馏不难实现分离要求,并能用江河水或循环水将馏出物冷凝下来的系统都应采用常压蒸馏。 (4)回流比的选择

除某些特殊体系(对于如乙醇水体系则要特殊处理)外,对于一般体系最小回流比的确定可按常规方法处理。该体系最小回流比

Rmin的求取应通过精馏段操作线与平衡线相交得到,用计算法可用精馏段操作线方程与相平衡方程联立求解,既得到交点。而适宜回流比R的确定,应体现最佳回流比选定原则即装置设备费与操作费之和最低,我们使用简化方法计算各项费用,从而确定回流比一般经验值为R=(1.1~2.0) Rmin。本次筛板塔选用的回流比为R?1.8Rmin (5)塔顶冷凝器的冷凝方式与冷却介质的选择 塔顶冷却介质采用自来水,方便、实惠、经济。

(6)板式塔的选择

板式塔工艺尺寸设计计算的主要内容包括:板间距、塔径、

塔板型式、溢流装置、塔板布置、流体力学性能校核、负荷性能图以及塔高等。应注意的是:塔板设计的任务是以流经塔内气液的物流量、操作条件和系统物性为依据,确定具有良好性能(压降小、弹性大、效率高)的塔板结构与尺寸。塔高的确定还与塔顶空间、塔底空间、进料段高度以及开人孔数目的取值有关。 (7)关于附属设备的设计

附属设备的设计主要有:

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① 热量衡算求取塔顶冷凝器、冷却器的热负荷和所需的冷却水用量;再沸器的热负荷和所需的加热蒸气用量;

② 选定冷凝器和再沸器的型式求取所需的换热面积并查阅换热器标准,提出合适的换热器型号;

5.2 筛板塔的物料衡算

5.2.1原料液进料量、塔顶、塔底摩尔分率

由于精馏过程的计算均以摩尔分数为准,所以需要把设计要求中的质量分数转换为摩尔分数,其过程如下: 原料液进料量:F?90021t年?90021?1000?12503kg

h7200又因为 苯的摩尔质量 MA?78kgmol

kgMB?92甲苯的摩尔质量

mol

所以 XF?0.25?780.25?78?0.75?92?0.2822塔顶的摩尔分数:XD?0.97?780.97?78?0.03?92?0.9744塔底摩尔分数:XW?0.01?780.01?78?0.99?92?0.0118

5.2.2 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量

原料液的平均摩尔质量:MF?0.2822?78??1?0.2822??92?88.05kgkmol塔顶的平均摩尔质量:MD?0.9744?78??1?0.9744??92?78.36kg

kmol 8