中国石油大学化工原理课程设计毕胜苯甲苯乙苯

1、化工原理课程设计说明书设计题目：分离苯（1）-甲苯（2）-乙苯（3）混合物班级：化工06-2班姓名：毕胜指导教师：马庆兰设计成绩：设计任务书目录工艺流程简图第一部分精储塔的工艺设计第一节 产品组成及产品量的确定一、清晰分割法二、质量分率转换成摩尔分率三、物料平衡表第二节操作温度与压力的确定、回流罐温度二、回流罐压力三、塔顶压力四、塔顶温度五、塔底压力六、塔底温度七、进料压力八、进料温度第三节 最小回流比的确定第四节最少理论板数的确定第五节适宜回流比的确定一、作 N-R/Rmin 图二、作 N (R+1) -R/Rmin 图三、选取经验数据第六节理论塔板数的确定第七节 实际塔板数及实际加料板位置

2、的确定附表：温度压力汇总表第八节塔径计算一、精储段塔径二、提储段塔径第九节热力学衡算附表：全塔热量衡算总表第二部分塔板设计第一节溢流装置设计第二节浮阀塔板结构参数的确定第三节浮阀水力学计算第四节负荷性能图第三部分板式塔结构第一节塔体的设计一、筒体设计二、封头设计三、人孔选用四、裙座设计第二节接管的设计第四部分辅助设备设计第一节全凝器设计第二节再沸器选择第三节回流泵选择第五部分计算结果汇总第六部分 负荷性能图第七部分分析讨论附录参考资料第一部分精储塔的工艺设计第一节 产品组成及产品量的确定一、清晰分割法（P492）重关键组分为甲苯，轻关键组分为苯，分离要求较高，而且与相邻组分的相对挥 发度都较大

3、，于是可以认为是清晰分割，假定乙苯在塔顶产品中的含量为零。现将已 知数和未知数列入下表中：a1a2a3备注进料（F）0.280.420.3给定塔顶产品0.90.00给定X1,D,估计X3, D=0,(D)91算得X1,D塔顶产品0.0未未(W13知知注：表中F、D W为质量流率，ai、&、a3为质量分率列全塔总物料衡算及组分A B C的全塔物料衡算得，,一，0 99 0 28由（1）、（2）两式，W= F8 =0.7267F0.99 0.0130 3F将式（5）代入式（4）解得，a3,w=03 = 0.41230.7276F由式（1）, D = F - W = （1 - 0.7276）

4、F = 0.2724F由式（3）, 0.42F = 0.01 0.2724F + a2,W 0.7276FF= D + W0.28F=0.99D + 0.013W0.42F=0.01D+ a2, WW0.3F = a3,WW解得，a2,w =0.5735说明计算结果合理已知，F = 8.8t/h解得,W= 0.7267 8.8=6.4 t hD = 0.2724 8.8= 2.4 th、质量分率换算成摩尔分率（P411）物性参数化工热力学P189名称相对分子质量g/mol临界温度Tc临界压力Pc苯78.114562.248.9甲苯92.141591.841.0乙苯106.168617.236.

5、0注：温度单位K,压力单位0.1MPa.a； M ；换算关系式：x j - ai M ii 1同理，解得进料、塔顶、塔底各组分的摩尔分率F=96.52kmol/h解得，D 30.74kmol h W 65.78kmol h三、物料平衡表将以上的结果列入下表中:物料平衡表项进料塔顶塔底目流kmolkg/kmolkg/kmolkg/h率/hh/hh/h31.524630.4238苯44811.0683甲40.13690.262439.83672苯165乙24.82640024.82640苯707合96.588030.724065.76395计20458组mol%kg%mol%kg%mol%kg%成

6、0.320.20.990.90.010.01苯6881596230甲0.410.40.000.00.600.57苯5628515842乙0.250.3000.370.41苯7608028合111111计第二节操作温度与压力的确定一、回流罐温度一般应保证塔顶冷凝液与冷却介质之间的传热温差：t=20C已知，冷却剂温度：ti 25c则，t 回 ti At 45c二、回流罐压力纯物质饱和蒸气压关联式（化工热力学 P199）:饱和蒸气压关联式化工热力学P199名称ABCD苯-6.9821.332-2.628-3.33373136399甲-7.2861.380-2.834-2.791苯07913368乙-

7、7.4861.454-3.375-2.23045883848以苯为例，x 1 T/TC 1 318.15/562.2 0.434同理，解得 Pb00,0985 0.lMPa. P回 1atm 取 P回1atm 1.0133 0.1MPa三、塔顶压力塔顶管线及冷凝器的阻力可以近似取作0.15atm则，P顶P回0.151.15atm 1.1653 0.1MPa四、塔顶温度露点方程:n0 i 1 Pi试差法求塔顶温度t45.080.085.085.20.291.001.171.17pa074802999pb00.090.380.450.4685718718等式左3.421.000.860.85边03

8、563987等式右0.850.850.850.85边82828282五、塔底压力六、塔底温度n泡点方程：p0xi pi 1试差法求塔底温度t90.0120.0128.0128.71.352.993.603.66pa081129275pb00.541.301.611.64068643350.240.640.800.82pc019097434等式左0.441.081.341.36边09341562等式右1.361.361.361.36边52525252七、进料压力设计中可近似取：P进 1.2653 0.lMPa 2八、进料温度（P498）物料衡算和相平衡方程:i i 1 (Ki 1)eXi i 1

9、e 0.1 （质量分率）试差法求进料温度t106.110.112.95092.152.332.51pa09556310.900.991.07pb08822700.420.470.51pc09026721.701.841.98ka6760630.710.780.85kb8342120.330.370.40kc913588等式左1.011.001.00边497501等式右边111Xi,F Xi eVXi将代入方程式的结果列如下表中:进料组成苯甲苯乙苯液摩尔分0.290.420.27相率954857质量分0.250.420.31率496389气 摩尔分0.550.330.10相率648254质量分0

10、.500.360.13率6229030.3268 0.2995 八八八 /八力、0.106 （摩尔分率）0.5564 0.2995第三节 最小回流比的确定（P502）pa2.15k1.70a2.37095a671260Pb0.90k0.71a1088b8322pc0.42k0.33a0.47090c913220试差法求091.2131.5501.563等式左-1.55-0.03-0.00边834406等式右边0.0050.0050.005第四节最少理论板数的确定（P50lg(4(&)w)lg(迫5 0.6058)Nmin %Xi10.0085 O01621 8.6 (不包括再沸器)lg

11、 mig 2.3879第五节适宜回流比的确定0.75(1 X0.567)（不包括再沸器）RRminR 1N %N 2R2.32.42.52.62.72.82.93.03.13.23.30.10.10.10.20.20.20.20.20.20.30.3X358024680130.50.40.40.40.40.40.40.30.30.30.3Y2975310976520.18.18.17.16.16.15.15.15.14.14.N09037273064N(R+66.64.63.62.61.61.61.61.61.61.61.1/Rm1.21.21.31.31.41.41

12、.51.51.61.71.7in27383949505、作 N-R/Rmin 图、作 N (R+1) -R/Rmin 图三、选取经验数据第六节理论塔板数的确定（P504）10.16.3第七节 实际塔板数及实际加料板位置的确定（P465）a 0.23mPa s液体粘度由查图确定(P375),b 0.25mPa sc 0.29mPa sNpNtEt15.40.554728nRp詈.18 （不包括再沸器）N 进 Nrp 119N与假设实际塔板数N=30近似，可认为计算结果准确。附：温度压力汇总表项目单位数值备注回流罐温度C45压力kPa101.33塔顶温度C85.2压力kPa116.53kmol/h

13、30.7404进料温度C112.9压力kPa126.53kmol/h96.5223塔底温度128.7压力kPa136.528M:kmol/h65.7820最小回流比1.882实际回流比2.974最少理论板数8.6不包括再沸器实际理论板数15.4实际塔板数总数28精偏段18提储段10实际加料板位置19第八节塔径计算（课程设计P65）、精储段塔径3ii 807kg / m33l2 800kg / m查图得，12v1 2.9 kg /m3v2 3.4kg/m30.09查图得（课程设计P66Sm此气相负荷因数关联图）,C20查图得，液体表面张力1 0.0209N/m2 0.0212N/m气相负荷因数C

14、 C20（严0.09080.021.152m/s最大容许气速Umax C、提储段塔径t128.7CP136.52kPax0.016x0.6085x0.37122380K2.868K1.204K0.601233y0.044y0.729y0.221238试差法得，t 125.3C_333查图得，11v1761kg/m3, l2 756kg/m3, l3 749kg/m33333.0kg / m ,v2 3.5kg /m , v3 3.9kg/ m查图得，C200.08选择塔径1000mm第九节热力学衡算回流罐：查图得，H A 8498kJ/mol, H B 21203kJ /mol第一块板：查图得

15、，H A 14380kJ/mol, H B 27757 kJ / mol塔顶：查图得，H A 44449kJ/mol, H B 62068kJ / mol进料：日工田 X24390, y20.3390Ix3 2773, y2 0.1045查图得,塔底：查图得，Ha 20533kJ/mol, H B 34977kJ/mol, Hc 549kJ / mol塔顶冷凝器热负荷：再沸器热负荷：所需冷却水热量：所需加热蒸汽用量：附表：全塔热量衡算总表组分FixfiHfiDixdiHdiWixwiHwi131.0.366230.0.94441.00.02055432489496290240.0.41360.

16、20.062039.0.635011298616885182324.0.2-160.00.029724.0.34448760006287896.1.020130.1.044565.1.0217520607409878054入方（单位）出方（单位）进料1945893塔顶产品带出137330再沸器37985塔底产品1431040带出31冷凝器取39861热44热损失189927总计5744433总计5744433第二部分塔板设计第一节溢流装置设计精储段设计流型选择:塔径1000mm塔顶液相流量L 91kmol/h9.06m3/h根据P70,表2-5 ,选择单溢流塔板。降液管、堰尺寸的确定:选用弓形

17、降液管和平口堰，由经验值确定,堰长lw 堰宽b 堰高hw0.7D 0.7m0.17D 0.17m50mm不设进口堰，降液管下口至塔板距离hS50mm降液管停留时间t 3 5s降液管宽度b及面积Ad的确定:由 lw/D 0.70, P135附录七，b/D0.143 Ad/At0.0878诙宽度 b 0.143D 143mm则降减管面积 Ad 0.0878AT 0.0689m受液盘:由经验得，本塔采用凹形受液盘，盘深 50mm进口堰:在用凹形受液盘时不必设进口堰降液管高度：底隙高度等于盘深提储段设计：流型选择、降液管、堰尺寸的确定、降液管停留时间、降液管宽度及面积、受液 盘、进口堰、降液管高度均与

18、提镭段相同。第二节浮阀塔板结构参数的确定浮阀型式选择：普通采用F-1型浮阀，浮阀开度2.58.5mm,选用标准化的F-1型浮阀，阀重34g, 直径48mm阀孔直径39mm浮阀的排列：采用等腰三角形叉排，三角形底边长度 S取75mm浮阀数及开孔率计算：初设 z1 80mm, z2 75mm, z3 50mm取阀孔动能因数Fd 13精微段:保证阀孔气速应排列的浮阀数3.1421140.039则以塔板总面积为基准的塔板开孔率 4 17.34%3.14 124P142附录十，查得，选择F1010型浮阀塔板提储段:保证阀孔气速应排列的浮阀数132 314 0.0392则以塔板总面积为基准的塔板开孔率 4

19、 20.08%3.14 124P142附录十，查得，选择F1010型浮阀塔板塔板布置图，见附图第三节浮阀水力学计算精微段:干板压力降 P干 19.9gu0.175 277.3166Pa计算表明，浮阀在所取阀孔气速下处于刚刚全开，应取 54.4mm通过液层压力降P衩0.5(hw hjg l2r a Q I 二堰上披面图度hL 2.84 10 3k（一）3 Lw'P76,查图彳3,当Q/D0.7 时,810L|2.51 w5.2866 ,得 k1.04雾沫夹带量(P76)泛点率取已 76.57% 80% 82%降液管内液面高度九 hw hOw Ah hdhph忽略不计，工 81832 0.

20、07lwhp3600 0.7 0.05淹塔不会发生漏液检验：降液管内液体停留时间及流速：提储段：干板压力降干 19.9gu0.175260.45Pa35.2mm计算表明，浮阀在所取阀孔气速下处于刚刚全开，应取通过液层压力降 P夜 0.5(hw hi)g lL堰上液面高度hL 2.84 10 3k( )3LwP76,查图彳3,当Q/D0.7 时,810L|2.51 w10.95,得 k1.06雾沫夹带量(P76)泛点率取已 76.73% 80% 82%降液管内液面高度九hw hOw Ah hd hpL。19 96 h忽略不计，- 巴96 0.158lwhp3600 0.7 0.05淹塔不会发生漏

21、液检验：降液管内液体停留时间及流速:第四节负荷性能图(1)过量雾沫夹带线：(2)淹塔线：(3)过量漏液线：(4)降液管超负荷线：(5)液相负荷下限线:负荷性能图，见附图第三部分板式塔结构第一节塔体的设计一、筒体设计塔顶空间高度HD 1.2m塔底空间高度Hb 3m进料空间高度Hf 1.1mn 1筒体总高度 H H B HT Hf H d 3 (28 2) 0.45 1.1 1.2 17m i11000mms径的筒体壁厚选Q235钢的5mm二、封头设计选用标准椭圆形封头，基本尺寸：公称直径Dq 1000 mm g曲面高度h1250mm直边高度h2 25mm三、人孔选用取圆形人孔规格Dg450,塔底

22、、塔顶、进料处各设一人孔，精储段、提储段再各加一人孔四、裙座设计塔高径比17<30,采用圆筒形裙座塔径为1m,裙座上需开2个Dg450的人孔塔底有再沸器，裙座的座圈高度取4m基础内环直径Di (0.90.95)D 900mm基础外环直径Do (1.081.18)D 1100mm第二节接管的设计塔顶蒸气出口管管径dD:P104,表 3-5 , u0 15m/sP109,表3-8,选取公称直径Dg250接管回流管管径dR:选用泵输送，取uR 2m/ s1806冷凝液45 C,2 802806P106，表 3-6,选取 dg2 S225 3进料管管径dF：取um uV .e 4.7m/sP10

23、6，表 3-6,选取 dg2 S2 57 3.5塔底出料管径dWu0 1.2m/s取 L 774ML 97.2164P106，表3-6,选取公称直径 Dg501.3m/s塔底再沸器管径dL:循环比5 （质量比），取接管内液体流速P106，表3-6,选取公称直径 Dg125再沸器返塔管径dB:选取公称直径Dg400第四部分辅助设备设计第一节全凝器设计P10,查表1-5 ,初选K 600错流传热温差Atm 204c总传热面积A KAtm_94.13 109600 20.4 360093.7m2油走壳程，水走管程选择 FLA-600-130-16-2核算:误差小于1%第二节再沸器选择选择 FLA40

24、0-25-25-2第三节回流泵选择绝对粗糙度取0.3mm化工原理P50,查得,0.04塔高 AZ 17 4 21m根据经验取L 50m标准弯头90C,0.75Hf (压力损失 PH g22.2m2g z ah f_ 51.5 10806.8 9.8121 22.245m化工原理P395,选择65AY-60A第五部分计算结果汇总工艺计算结果汇总表名称单位组塔苯mol0.99成顶%15甲mol0.00苯%85乙mol0%进甘mol0.32料%68甲mol0.41苯%56乙mol0.25%76塔苯mol0.01底%62甲mol0.60苯%58乙mol0.37苯%80压力塔顶kPa85.2进料kPa126.53塔底kPa136.52回流罐kPa101.33温塔顶C116.度5