1、广东石油化工学院化工原理课程设计设计说明书设计题目 1.8216 万吨/年苯甲苯连续精馏装置工艺设计2化工原理课程设计任务书(应化 10 级各班适用)一、 设计说明书题目:1.8216(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. 各班学号未两位任务处理量为：1 班(1500 + 学号100)kg/h；2 班(1500 + 学号150)kg/h；3 班(1500 + 学号200)kg/h；4 班(1500 + 学号250)kg/h；5 班(1500 + 学号300)kg/h。2. 原料组成：1 班含苯 0.25(质量分率，下同) ；2 班含苯 0.35；3 班含苯
2、0.40(质量分率，下同) ；4 班含苯 0.45；5 班含苯 0.503. 产品组成：塔顶产品，含苯 0.98(质量分率，下同) ；塔底产品，含苯0.01；4. 进料热状况参数条件：1 班为 0；2 班为 0.25；3 班为 0.5；4 班为 0.75：5班为 1.0。5. 塔顶采用 30的冷回流，冷却水温度 25，回用循环水温度 45；塔底重沸器加热介质为比密度 0.86 的柴油，进口温度 290，出口温度 160。6. 其它用于经济评价参数：加工纯利润 600 元/吨原料油，操作费用计量：料液输送 3 元/吨，冷却水 16 元/吨，热载体(柴油)160 元/ 吨；固定资产计量：传热面积
3、4000 元/平方米, 泵 1200 元/(立方米/ 小时) ；5000 元/( 立方米塔体)；3000 元/(平方米 F1 型浮阀(重阀) 塔板) 。装置使用年限 15 年。3、说明书目录主要内容规定1. 说明书标准封面；2. 目录页，任务书页3. 说明书主要内容规定1) 装置流程概述，2) 装置物料平衡，3) 精馏塔操作条件确定，4) (适宜回流比/最小回流比)为 1.35 时理论塔板数及进料位置，5) 精馏塔实际主要工艺尺寸，6) 精馏塔塔顶第二板、进料口上等三板和进料口下等二板塔板结构参数7) 精馏塔结构参数汇总表和精馏塔结构简图(A3 图) ，8) 装置热衡算9) 装置经济效益和工艺
4、设计评价四、参考书目1) 化工原理课程设计指导；2) 夏清等编化工原理(上) 、( 下) 2002 年修订版；3) 化工工艺设计图表；4) 炼油工艺设计手册浮阀塔分册。3目录一、 前言 .52.1 处理量确定.52.2 设计题目与进程.52.3 概述.5二、装置流程概述2.4.1 塔设备的工业要求.52.4.2 工艺流程如下.62.4.3 流程的说明 .6三、精馏塔设计.63.1 工艺条件的确定.63.1.1 苯与甲苯的基础数据.63.1.2 温度的条件.73.1.3 操作压力选定.73.2 精馏塔物料恒算.73.2.1 摩尔分数.73.2.2 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔量.73.2.3
5、 质量物料恒算与负荷计算及其结果表.83.3 塔板数计算.83.3.1.理论塔板数.83.3.2 做 X-Y 曲线.83.3.3 求 Rmin.83.3.4 求理论塔板数.83.3.5 求平均塔效率 ET.83.3.6 求实际塔板数.83.4 有关物性数据的计算 (以精馏段 R1 为例).93.4.1 平均压力计算.93.4.2 平均摩尔质量计算.93.4.3 平均密度计算.93.4.4 液体平均表面张力计算.93.3.2.5 液体的平均粘度.103.5 精馏塔的塔体工艺尺寸计算.103.5.1 负荷计算.103.5.1.1 摩尔计算：.103.5.1.2 同理得质量计算：.103.5.1.3
6、 不同回流比的负荷结果.103.5.1.4 Vs 和 Ls 计算.103.5.2 塔径的计算.103.5.3 精馏塔有效高度的计算.113.5.4 塔顶、塔底空间.113.5.4.1 塔顶空间 HD .113.5.4.2 塔底空间 HB .113.5.5 塔壁厚计算.123.6.F1 型浮阀塔板设计 .123.6.1 溢流装置.123.6.1.1.堰长 lw.123.6.1.2.出口堰高hw.123.6.1.3 弓形降液管宽度 Wd 和面积Af：.123.6.1.4 降液管底隙高度4ho.123.6.2 塔板布置及浮阀数目与排列.123.6.3 塔板流体力学验算.133.6.3.1 气相通过浮
7、阀塔板的压强降.133.6.3.2 淹塔.143.6.3.3 雾沫夹带.143.6.4 塔板的负荷性能.143.6.4.1 雾沫夹带线.153.6.4.2 液泛线.153.6.4.3 液体负荷上限线.153.6.4.4 漏夜线.163.6.4.5 液相负荷下限线.163.7.操作弹性计算.16四.热平衡确定热换器.164.1.塔顶全凝器.164.1.1 热负荷 Qc .164.1.2 传热面积 A.174.1.2.1 求平均温度.174.1.2.2 K 值选定.174.1.2.3 传热面积 A.174.1.3 循环水的用量计算.174.1.4 热换器选用.174.2.塔底再沸器.184.2.1
8、 热负荷 QB.184.2.2 传热面积 A.184.2.2.1 求平均温度.184.2.2.2 传热面积 A 计算 .184.2.3 过热蒸汽的用量.184.2.4 再沸器的选用.184.3.原料预热器 .194.3.1 求平均温度.194.3.2 求比热和传热的热量.19 4.3.3 塔底产品预热给的热量.194.3.3 传热面积和过热蒸汽的用量计算.194.3.4 预热器选用.194.4 塔釜产品冷却器 .19五、经济估算.205.1 塔主要设备经费计算（R 1 为例）.205.1.1 塔壁面积计算.205.1.2 塔板面积计算.205.1.3 主要塔设备费用计算.205.1.4 固定资
9、产折旧费用.205.2 主要操作费计算（10 年） （R 1为例）.205.2.1.清水用量费用.205.2.2 过热蒸汽的用量费用.205.2.3 设备费用和操作费用的总费用p.21六、个人总结及对本设计的评述.24七、参考文献.255一、前言 化 工 原 理 课 程 设 计 是 培 养 学 生 化 工 设 计 能 力 的 重 要 教 学 环 节 ，是理论系实际的桥梁。通过课程设计使我们初步掌握化工设计的基础知识、设计原则及方法；学会各种手册的使用方法及物理性质、化学性质的查找方法和技巧；掌握各种手册的使用方法及物理性质，能画出工艺流程图、塔板结构等图形。在设计过程中不仅 要 考 虑 理 论
10、 上 的 可 行 性 ， 还 要 考 虑 生 产 上 的 安 全 性 、 经济合理性。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+8*100=2300Kg/h,2300*24*330=1.8216 万吨/年2.2 设计题目与设计进程该次设计题目为：1.8216 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 全部设计计算 画图 写说明书第一周的周一、二 第一周的周三到周日 第二周的周一到周四 剩余时间2.3 概述塔设备是炼
11、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.二、装置流程概述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
12、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：能满足某些工艺的特性：腐蚀性，热敏性，起泡性等.62.4.2 工艺流程如下：苯与甲苯混合液（原料储罐）原料预热器浮阀精馏塔（塔顶
13、：全凝器分配器部分回流，部分进入冷却器产品储罐）(塔釜：再沸器冷却器产品进入储罐）2.4.3 流程的说明 本方案主要是采用浮阀塔，苯和甲苯的原料混合物进入原料罐，在里面停留一定的时间之后，通过泵进入原料预热器，在原料预热器中加热到 103.5 度，然后，原料从进料口进入到精馏塔中。混合物中既有气相混合物，又有液相混合物，这时候原料混合物就分开了，气相混合物在精馏塔中上升，而液相混合物在精馏塔中下降。气相混合物上升到塔顶上方的冷凝器中，这些气相混合物被降温到泡点，其中的液态部分进入到塔顶产品冷却器中，停留一定的时间然后进入苯的储罐，而其中的气态部分重新回到精馏塔中，这个过程就叫做回流。液相混合物
14、就从塔底一部分进入到塔底产品冷却器中，一部分进入再沸器，在再沸器中被加热到泡点温度重新回到精馏塔。塔里的混合物不断重复前面所说的过程，而进料口不断有新鲜原料的加入。最终，完成苯与甲苯的分离。 本次设计的要求是先算出最小回流比，然后随意选三个系数得到三个回流比，最后比较那个最好，而不是找出最佳的回流比。三、精馏塔设计3.1 工艺条件的确定3.1.1 苯与甲苯的基础数据表 3-1 常压下的相平衡数据温度/ 80.1 85 90 95 100 105 110.6APkpa101.33 116.9 135.5 155.7 179.2 204.2 240.0B40 46 54 63.3 74.3 86
15、101.332.54 2.51 2.46 2.41 2.37x 1.00 0.780 0.581 0.412 0.258 0.130 0y 1.00 0.897 0.773 0.633 0.461 0.269 0表 3-2 苯与甲苯的物理性质物质 分子式 相对分子量 沸点/ 临界温度/ 临界压力/Pa苯 C6H6 78.11 80.1 288.5 6833.4甲苯 C7H8 92.13 110.6 318.57 4107.7表 3-3 Antoine 常数值物质 A B C苯 6.023 1206.35 220.24甲苯 6.078 1343.94 219.58表 3-4 苯与甲苯的液相密度温
16、度/ 80 90 100 110 120 13073,/()Lkgm苯 815 803.9 790.3 780.3 770.9 761.3,甲 苯810 800.2 792.5 780.3 768.9 758.5表 3-5 液体的表面张力温度/ 80 90 100 110 120 130mN苯 （ ）21.27 20.06 18.85 17.66 16.49 15.23/甲 苯 （ ）21.69 20.59 19.94 18.41 17.31 16.04表 3-6 液体的黏度温度/ 80 90 100 110 120 130mpas苯 0.308 0.279 0.255 0.233 0.215 0.203/甲 苯 0.311 0.286 0.264 0.254 0.228 0.21
