化工原理课程设计精馏塔

成绩

化工原理课程设计

设计说明书

设计题目：5.4万吨/年苯—甲苯连续精馏装置工艺设计

姓 名 李家伦 班 级 化工09-4班 学 号 09014020440 完成日期 2012-1-8 指导教师 梁伯行

化工原理课程设计任务书

(化工09-3,4适用)

一、 设计说明书题目:

5.4(万吨/年) 苯 - 甲苯连续精馏装置工艺设计说明书 二、 设计任务及条件

(1).处理量: (1500＋本班学号×150) Kg/h (每年生产时间按7200小时计); (2). 进料热状况参数：( 4班)为0.30,

(3). 进料组成: ( 4班) 含苯为55％(质量百分数), (4).塔底产品含苯不大于1％(质量百分数); (5). 塔顶产品中含苯为98％(质量百分数)。 塔顶采用30度的冷回流，冷却水温度为25度，塔底再沸器加热介质为比密度0.86的柴油，进口温度290度，出口温度160度。 三、 设计说明书目录(主要内容) 要求 1) 装置工艺流程及工艺流程说明 2) 装置物料衡算 3) 工艺条件及校核

4) 回流比比较计算确定最优方案 5) 最优方案的F1重型浮阀塔板设计 6) 最优方案设计结果汇总及评价 7) 装置停开工操作原则

8) 附录：1、装置详细工艺流程图，2、精馏塔结构简图 四、 经济指标及参考书目

1) 料液输送3元（吨每小时） 2) 冷却水16元（吨每小时）

3) 3000元/(平方米塔板重阀),5000元/(立方米塔) 4) 4000元/(立方米传热面积),

5) 泵报价1200元/(立方米每小时)

6) 热载体柴油160元一吨每小时, 设备使用年限15年,

7) 装置主要固定资产年折旧率为10% , 银行借贷平均年利息12.5%。

五、参考书目

化工原理课程设计指导、化工工艺设计图表、炼油工艺设计手册浮阀塔分册

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目录

一、前言 .........................................................................................................................................5 2.1 处理量确定............................................................................................................................5 2.2 设计题目与进程....................................................................................................................5 2.3 概述........................................................................................................................................5 2.4设计方案..............................................................................................................................5

2.4.1塔设备的工业要求......................................................................................................5 2.4.2工艺流程如下..............................................................................................................6 2.4.3流程的说明 ................................................................................................................6 三、精馏塔设计...............................................................................................................................6 3.1工艺条件的确定.....................................................................................................................6 3.1.1苯与甲苯的基础数据......................................................................................................6 3.1.2温度的条件......................................................................................................................7 3.1.3操作压力选定..................................................................................................................7 3.2精馏塔物料恒算.....................................................................................................................7 3.2.1摩尔分数..........................................................................................................................7 3.2.2原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔量......................................................................7 3.2.3质量物料恒算与负荷计算及其结果表..........................................................................8 3.3塔板数计算.............................................................................................................................8 3.3.1.理论塔板数......................................................................................................................8 3.3.2做X-Y曲线.....................................................................................................................8 3.3.3求RMIN............................................................................................................................8 3.3.4求理论塔板数..................................................................................................................8 3.3.5求平均塔效率ET.............................................................................................................8 3.3.6求实际塔板数..................................................................................................................8 3.4有关物性数据的计算 (以精馏段R1为例)..........................................................................9 3.4.1平均压力计算...................................................................................................................9 3.4.2平均摩尔质量计算...........................................................................................................9 3.4.3平均密度计算...................................................................................................................9 3.4.4液体平均表面张力计算...................................................................................................9 3.3.2.5液体的平均粘度..........................................................................................................10 3.5精馏塔的塔体工艺尺寸计算................................................................................................10 3.5.1负荷计算.........................................................................................................................10 3.5.1.1摩尔计算：..............................................................................................................10 3.5.1.2同理得质量计算：..................................................................................................10 3.5.1.3 不同回流比的负荷结果.........................................................................................10 3.5.1.4 Vs和Ls计算.........................................................................................................10 3.5.2塔径的计算.....................................................................................................................10 3.5.3精馏塔有效高度的计算.................................................................................................11 3.5.4塔顶、塔底空间.............................................................................................................11 3.5.4.1塔顶空间HD ...........................................................................................................11 3.5.4.2塔底空间HB ............................................................................................................11 3.5.5塔壁厚计算.....................................................................................................................11 四.热平衡确定热换器...................................................................................................................11 4.1.塔顶全凝器..........................................................................................................................11 4.1.1热负荷Qc ..................................................................................................................11 4.1.2传热面积A....................................................................................................................12 4.1.2.1求平均温度.............................................................................................................12 4.1.2.2 K值选定.................................................................................................................12 4.1.2.3传热面积A.............................................................................................................12 4.1.3 循环水的用量计算.......................................................................................................12 4.1.4热换器选用....................................................................................................................12 4.2.塔底再沸器.............................................................................................................................13

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4.2.1热负荷QB......................................................................................................................13 4.2.2传热面积A.....................................................................................................................13 4.2.2.1求平均温度..............................................................................................................13 4.2.2.2传热面积A计算.....................................................................................................13 4.2.3 过热蒸汽的用量............................................................................................................13 4.2.4再沸器的选用.................................................................................................................13 4.3.原料预热器 ..............................................................................................................................14 4.3.1求平均温度.....................................................................................................................14 4.3.2 求比热和传热的热量....................................................................................................14 4.3.3塔底产品预热给的热量...............................................................................................14 4.3.3 传热面积和过热蒸汽的用量计算................................................................................14 4.3.4 预热器选用....................................................................................................................14 4.4塔釜产品冷却器 ..................................................................................................................14 五、经济估算..................................................................................................................................15 5.1 塔主要设备经费计算（R1为例）......................................................................................15 5.1.1塔壁面积计算.................................................................................................................15 5.1.2塔板面积计算.................................................................................................................15 5.1.3主要塔设备费用计算...................................................................................................15 5.1.4固定资产折旧费用.......................................................................................................15 5.2 主要操作费计算（10年）（R1为例）...............................................................................15 5.2.1.清水用量费用................................................................................................................15 5.2.2 过热蒸汽的用量费用....................................................................................................15 5.2.3设备费用和操作费用的总费用p....................................................................................15 5.2.4 银行利息后的总成本P总 ..............................................................................................15 5.3回流比的选择........................................................................................................................15 六. F1型浮阀塔板设计 .............................................................................................................16 6.1溢流装置.........................................................................................................................16 6.1.1 .堰长lw.....................................................................................................................16 6.1.2.出口堰高hw.............................................................................................................16 6.1.3弓形降液管宽度Wd和面积Af：..........................................................................16 3.6.1.4降液管底隙高度ho..................................................................................................16 6.2塔板布置及浮阀数目与排列.........................................................................................17 6.3塔板流体力学验算.........................................................................................................17 6.3.1气相通过浮阀塔板的压强降..................................................................................17 6.3.2淹塔..........................................................................................................................17 6.3.3雾沫夹带..................................................................................................................18 6.4塔板的负荷性能.............................................................................................................18 6.4.1雾沫夹带线..............................................................................................................18 6.4.2液泛线....................................................................................................................18 6.4.3液体负荷上限线....................................................................................................19 6.4.4漏夜线....................................................................................................................19 6.4.5 液相负荷下限线...................................................................................................19 七、设计结果一览表............................................................................................................... 20八．装置停开工操作原则.............................................................................................................21 九.个人总结及对本设计的评述.....................................................................................................21

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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 处理量确定

依设计任务书可知，处理量为:1500+40*150=7500Kg/h,7500*7200=5.4万吨/年

2.2 设计题目与设计进程

该次设计题目为：5.4万吨/年苯—甲苯连续精馏装置工艺设计。 本次设计为俩周，安排如下：表2-1. 进程表 找数据与上课 第一周的周一、二 全部设计计算 画图 写说明书 剩余时间 第一周的周三到周日 第二周的周一到周四 2.3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。

2.4 设计方案

2.4.1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

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