化工原理课程设.计说明书.pdf

1 化工原理化工原理课程设计说课程设计说 明书明书 课课 题：题： 分离苯和甲苯混合物浮阀塔课程设计分离苯和甲苯混合物浮阀塔课程设计 学学 院：院： 境科学与工程学院境科学与工程学院 专专 业：业： 环境工程环境工程 121 121 学生姓名：学生姓名： 崔璞彦崔璞彦 学学 号：号： 201210704211201210704211 指导教师：指导教师： 黄兵、陈梁黄兵、陈梁 日日 期：期： 2012015 5 年年 7 7 月月 1 17 7 日星期日星期五五 2 目录目录 第 1 部分 概述. 3 1.1 设计任务. 3 1.2 设计条件. 3 1.3 设计方案. 3 1.3.1 确定苯、甲苯二元混合物系的分离方法 . 3 1.3.2 苯、甲苯的物理性质 . 4 1.3.2 塔设备 . 7 1.3.3 设计条件的确定 . 8 1.3.4 重要参数的确定 . 9 1.3.5 设计方案 . 9 第 2 部分 精馏塔工艺计算 10 2.1 物料衡算 10 2.2 最小回流比、理论板数计算 11 2.3 实际板数和全塔有效高度 14 2.4 塔径计算 14 2.5 溢流装置设计与板面设计布置 16 2.6 流体力学验算 . 20 2.7 塔板符合性能图 23 2.8 能量衡算 27 2.9 设计结果汇总表 28 第 3 部分 辅助设备计算及选择 30 3.1 主要接管尺寸的选择 30 3.2 法兰 31 3.3 筒体、封头与裙座 32 3.4 塔高的计算 . 32 3.5 除沫器 33 参考文献. 34 致谢. 35 3 前言前言：： 化工原理课程设计是化工原理课程教学中综合性和实践性较强的教学环节，是理论联系实际的桥梁，是使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，要求学生能综合运用本课程和前修课程的基本知识，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，要求学生了解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，培养学生分析和解决工程实际问题的能力同时，通过课程设计，还可以使学生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 第第 1 1 部分部分 概述概述 1.11.1 设计设计任务任务 设计一个 F1 型浮阀塔，用于分离苯、甲苯二元混合物系，完成浮阀塔的工艺设计与计算，有关附属设备的设计和选型，并绘制该分离过程的工艺流程图、装备图及编写设计说明书 1.21.2 设计设计条件条件 1）混合物流量 5/Fkg s，其中易挥发组分含量为 35%（质量比） ； 2）要求塔顶馏出液中含苯 98%，塔釜残液中含苯不大于 1.7%； 3）塔内为常压操作； 4）进料热状况为泡点，饱和液体进料； 5）塔顶为全凝器，泡点回流，冷却水进出冷凝器的温度分别为 20℃和 30℃； 6）再沸器用绝压为 200KPa 的饱和蒸汽加热，在泡点下排出； 7）总板效率为 50%； 8）采用 F1 型浮阀塔。

1.31.3 设计设计方案方案 1.3.11.3.1 确定确定苯、甲苯二元混合物系的分离方法苯、甲苯二元混合物系的分离方法 一、混合物的分离提纯 分离提纯是将混合物中的杂质分离出来以此提高其纯度 二、方法 4 方法 适用范围 举例 过滤 除去溶液里混有的不溶于溶剂的固体 粗盐提取时， 将粗盐溶于水， 经过过滤除去不溶性杂质 蒸发 浓缩或蒸干溶液得到固体的操作 蒸馏 蒸馏是提纯或分离沸点不同的液体混合物的方法用蒸馏原理进行多种混合液体的分离，叫做分馏精馏过程在能量剂驱动下（有时加质量剂） ， 使气液两相多次直接接触和分离， 利用液相混合物中各组分的挥发度的不同，使易挥发组分由液相向气相转移，难挥发组分由气相向液相转移， 实现原料混合液中各组分的分离根据生产上的不同要求，精馏操作可以是连续的或间歇的，有些特殊的物系还可采用衡沸精馏或萃取精馏等特殊方法进行分离 石油分离 分液和萃取 分液是把两种互不相溶、密度也不相同的液体分离开的方法萃取是利用溶质在互不相溶的溶剂里的溶解度不同，用一种溶剂把溶质从它与另一种溶剂所组成的溶液中提取出来的方法 用四氯化碳萃取溴水里的溴，然后分液 分级结晶 加热蒸发溶液，控制溶液的密度，使其一部分溶质结晶析出。

反复操作以达到提纯的目的 选择性氧化还原法 用适宜的氧化剂或还原剂，使混合物中的某些成分氧化或还原 吸收、吸附 用适宜的试剂吸收混合物中的某些成分 烧碱吸收混合气体中的二氧化碳 1.3.21.3.2 苯苯、甲苯的物理性质、甲苯的物理性质 表 1.3.1 苯、甲苯的物理性质 项目 分子式 分子量M 沸点（℃） 临界温度tC临界压强PC5 （℃） （kPa） 苯A C6H6 78.11 80.10 288.5 6685.8 甲苯B C6H5—CH3 92.13 110.6 318.57 4107.7 表 1.3.2 苯、甲苯的饱和蒸汽压 温度80.2 84.1 88.0 92.0 96.0 100.0 104.0 108.0 110.4 ,kPa 101.33 113.59 127.59 143.72 160.52 179.19 199.32 221.19 233.05 ，kPa 39.99 44.40 50.60 57.60 65.66 74.53 83.33 93.93 101.33 表 1.3.3 常温下苯—甲苯气液平衡数据 温度 80.1 85 90 95 100 105 液相中苯的摩尔分率 1.000 0.780 0.581 0.412 0.258 0.130 汽相中苯的摩尔分率 1.000 0.900 0.777 0.630 0.456 0.262 表 1.3.4 纯组分的表面张力 温度 80 90 100 110 120 苯，mN/m 甲苯，Mn/m 21.2 21.7 20 20.6 18.8 19.5 17.5 18.4 16.2 17.3 表 1.3.5 组分的液相密度 温度(℃) 80 90 100 110 120 苯,kg/ 814 805 791 778 763 甲苯,kg/ 809 801 791 780 768 表 1.3.6 液体粘度 µ 温度(℃) 80 90 100 110 120 苯（mP .s） 0.308 0.279 0.255 0.233 0.215 6 甲苯（mP .s） 0.311 0.286 0.264 0.254 0.228 表 1.3.7 常压下苯——甲苯的气液平衡数据 温度 t ℃ 液相中苯的摩尔分率 x 气相中苯的摩尔分率 y 110.56 0.00 0.00 109.91 1.00 2.50 108.79 3.00 7.11 107.61 5.00 11.2 105.05 10.0 20.8 102.79 15.0 29.4 100.75 20.0 37.2 98.84 25.0 44.2 97.13 30.0 50.7 95.58 35.0 56.6 94.09 40.0 61.9 92.69 45.0 66.7 91.40 50.0 71.3 90.11 55.0 75.5 80.80 60.0 79.1 87.63 65.0 82.5 86.52 70.0 85.7 85.44 75.0 88.5 84.40 80.0 91.2 83.33 85.0 93.6 82.25 90.0 95.9 81.11 95.0 98.0 80.66 97.0 98.8 80.21 99.0 99.61 7 80.01 100.0 100.0 综上所诉， 苯-甲苯的物理性质差异不大， 用蒸发、 萃取的方法是不可行的，而精馏是分离液体混合物（含可液化的气体混合物）最常用的一种单元操作，在化工，炼油，石油化工等工业中得到广泛应用。

所以一般选用精馏的方式来分离苯和甲苯 1.3.21.3.2 塔设备塔设备 一、化工生产对塔设备的要求 塔设备除了应满足特定的化工工艺条件（如温度、热敏性、起泡性、压力及耐腐蚀）外，为了满足工业生产的需要还应达到下列要求： 1） 生产能力大，即气液处理量大 2） 高的传质、传热效率，即气液有充分的接触空间、接触时间和接触面积 3） 操作稳定、操作弹性（最大负荷对最小负荷之比）大，即气液负荷有较大波动时仍能在较高的传质效率下进行稳定的操作，且塔设备应能长期连续运转 4） 流体流动的阻力小，即流体通过塔设备的压力降小，以达到节能降低操作费用的要求 5） 结构简单可靠，材料耗用量小，制造安装容易、检修方便，以达到降低设备投资的要求 事实上，任何一个塔设备能同时达到上述的诸项要求是困难的，因此只能从生产需要即经济合理的要求出发，抓住主要矛盾进行设计随着人们对增大生产能力、提高效率、稳定操作和降低压力将的追求，推动着各种新型塔结构的出现和发展 二、浮阀塔优点： 1）生产能力大，由于塔板上浮阀安排比较紧凑，其开孔面积大于泡罩塔板， 生产能力比泡罩塔板大 20%～40%，与筛板塔接近 2）操作弹性大，由于阀片可以自由升降以适应气量的变化，因此维持正常操作而允许的负荷波动范围比筛板塔，泡罩塔都大。

3）塔板效率高，由于上升气体从水平方向吹入液层，故气液接触时间较长， 而雾沫夹带量小，塔板效率高 4）气体压降及液面落差小，因气液流过浮阀塔板时阻力较小，使气体压降及 8 液面落差比泡罩塔小 5）塔的造价较低，浮阀塔的造价是同等生产能力的泡罩塔的 50%～80%，但是比筛板塔高 20%～30% 1 1.3.3.3.3 设计条件的确定设计条件的确定 一、操作压力 精馏操作可在常压，加压，减压下进行应该根据处理物料的性能和设计总原则来确定操作压力例如对于热敏感物料，可采用减压操作本次设计苯和甲苯为一般物料因此，采用常压操作 二、进料状况 进料状态有五种：过冷液，饱和液，气液混合物，饱和气，过热气但在实际操作中一般将物料预热到泡点或近泡点，才送入塔内这样塔的操作比较容易控制不受季节气温的影响，此外泡点进料精馏段与提馏段的塔径相同，在设计和制造上也叫方便本次设计采用泡点进料，即 q=1 三、加热方式 精馏釜的加热方式一般采用间接加热方式，若塔底产物基本上就是水，而且在浓度极稀时溶液的相对挥发度较大便可以直接采用直接接加热直接蒸汽加热的优点是：可以利用压力较低的蒸汽加热，在釜内只需安装鼓泡管，不需安装庞大的传热面， 这样， 操作费用和设备费用均可节省一些， 然而， 直接蒸汽加热，由于蒸汽的不断涌入，对塔底溶液起了稀释作用，在塔底易挥发物损失量相同的情况下。

塔釜中易于挥发组分的浓度应较低，因而塔板数稍微有增加但对有些物系当残液中易挥发组分浓度低时，溶液的相对挥发度大，容易分离故所增加的塔板数并不多，此时采用间接蒸汽加热是合适的 四、冷却方式 塔顶的冷却方式通常水冷却， 应尽量使用循环水 如果要求的冷却温度较低可考虑使用冷却盐水来冷却 五、热能利用 精馏过程的特性是重复进行气化和冷凝因此，热效率很低，。