出国留学读研选什么专业好？

PAGE/NUMPAGES成绩化工原理课程设计说明书设计题目：—甲苯连续精馏装置工艺设计姓名陈端班级化工07-2班学号07014020206完成日期2009-10-30指导教师梁伯行化工原理课程设计任务书<化工07-1,2,3,4适用>设计说明书题目:3.456<万吨/年>苯-甲苯连续精馏装置工艺设计说明书设计任务及条件<1>.处理量:<3000＋本班学号×300>Kg/h<每年生产时间按7200小时计>;<2>.进料热状况参数：<2班>为0.20,<3>.进料组成:<2班>含苯为25％<质量百分数>,<4>.塔底产品含苯不大于2％<质量百分数>;<5>.塔顶产品中含苯为99％<质量百分数>。装置加热介质为过热水蒸汽<温度及压力由常识自行指定>,装置冷却介质为25℃的清水或35℃的循环清水。设计说明书目录<主要内容>要求前言〔说明设计题目设计进程及自认达到的目的〕,装置工艺流程<附图>及工艺流程说明装置物料衡算精馏塔工艺操作参数确定适宜回流比下理论塔板数及实际塔板数计算精馏塔主要结构尺寸的确定精馏塔最大负荷截面处T-1型浮阀塔板结构尺寸的确定装置热衡算初算确定全凝器、再沸器型号及其他换热器型号装置配管及机泵选型适宜回流比经济验算<不少于3个回流比比较>精馏塔主要工艺和主要结构尺寸参数设计结果汇总及评价附图:装置工艺流程图、装置布置图、精馏塔结构简图<手绘图>。经济指标及参考书目6000元/<平方米塔壁><塔径1.1～1.4m乘1.3,塔径1.5～1.8m乘2.0,塔径1.>,4500元/<平方米塔板>,4000元/<平方米传热面积>,16元/<吨新鲜水>,8元/<吨循环水>,250元/<吨加热水蒸汽>,设备使用年限10年,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%。夏清陈常贵主编《化工原理》<上.下>册修订本[M]##;##大学2005贾绍文《化工原理课程设计》[M]##;##大学2002目录一、TOC\o\h\z\uHYPERLINK\l"_Toc202764075"前言.........................................................................................................................................5HYPERLINK\l"_Toc202764076"2.1处理量确定............................................................................................................................5HYPERLINK\l"_Toc202764077"2.2设计题目与进程....................................................................................................................5HYPERLINK\l"_Toc202764078"2.3概述........................................................................................................................................5HYPERLINK\l"_Toc202764078"2.4设计..............................................................................................................................5......................................................................................................5..............................................................................................................62.4.3流程的说明................................................................................................................6HYPERLINK\l"_Toc202764080"三、精馏塔设计...............................................................................................................................6.....................................................................................................................6......................................................................................................6......................................................................................................................73.1.3操作压力选定..................................................................................................................73.2精馏塔物料恒算.....................................................................................................................7..........................................................................................................................73.2.2原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔量......................................................................7..........................................................................8.............................................................................................................................8......................................................................................................................8.....................................................................................................................8............................................................................................................................8..................................................................................................................83.3.5求平均塔效率ET.............................................................................................................83.3.6##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..........................................................................................................10................................................................................................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不同回流比的负荷结果.........................................................................................103.5.1.4Vs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.............................................................................................................11D...........................................................................................................11B............................................................................................................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ho..................................................................................................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...................................................................................................16....................................................................................................................16...................................................................................................................16..........................................................................................................................164.1.1热负荷Qc..................................................................................................................164.1.2传热面积A....................................................................................................................174.1.2.1求平均温度.............................................................................................................174.1.2.2K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....................................................................................................................17.............................................................................................................................184.2.1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.................................................................................................................18..............................................................................................................................194.3.1求平均温度.....................................................................................................................194.3.2求比热和传热的热量....................................................................................................19...............................................................................................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....................................................................................................................19..................................................................................................................19五、经济估算..................................................................................................................................205.1塔主要设备经费计算〔R1为例〕......................................................................................20.................................................................................................................20.................................................................................................................20...................................................................................................20.......................................................................................................205.2主要操作费计算〔10年〕〔R1为例〕...............................................................................20................................................................................................................205.2.2过热蒸汽的用量费用....................................................................................................20....................................................................................215.2.4银行利息后的总成本P总..............................................................................................21........................................................................................................................21六、精馏塔附件及其重量计算......................................................................................................21........................................................................................................................................21....................................................................................................................21.................................................................................................................216.3.泵的选用................................................................................................................................22...................................................................................................................22HYPERLINK\l"_Toc202764105"七．设计结果一览表......................................................................................................................PAGEREF_Toc202764105\h23HYPERLINK\l"_Toc202764106"八.个人总结及对本设计的评述.....................................................................................................PAGEREF_Toc202764106\h24HYPERLINK\l"_Toc202764107"九.参考文献.....................................................................................................................................24十、附图.....................................................................................................................................PAGEREF_Toc202764107\h25-32一、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,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2.2设计题目与设计进程—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〔－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.：苯与甲苯混合液〔原料储罐〕→原料预热器→浮阀精馏塔〔塔顶：→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〕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、精馏塔设计表3-1相平衡数据温度/℃859095100105POA /Kpa155.7POB /Kpa40465486x0y0表3-2苯与甲苯的物理性质项目分子式相对分子量沸点/℃临界温度/℃临界压力/Pa苯C6H6甲苯C6H5-----CH3表3-3Antoine常数值组分ABC苯甲苯表3-4苯与甲苯的液相密度温度/℃8090100110120810815表3-5液体的表面张力温度/℃8090100110120表3-6液体的黏度温度/℃8090100110120表3.7液体的汽化热温度/℃8090100110120苯/甲苯/3.1.2温度的条件：假定常压,作出苯—甲苯混合液的t-x-y图,如后附图所示。依任务书,可算出：xf=<0.25/78.11>/<0.25/78.11+0.75/92.13>=0.282;同理,xD=0.992,xw=0.024查t-x-y图可得,tD℃,tW℃,tF℃精馏段平均温度tm=〔80.6*103.5〕1/2℃最底操作压力：取回流罐物料的温度为45℃,查手册得POA =29.33Kpa,POB D=/=0.992,可得Pmin0=1.5*101.33Kpa=152Kpa由以上可知,摩尔分数为xf=0.282,xD=0.992,xw3.2.2原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔量MF=xFMA+<1-xF>MB=×78.11+〔1-0.282〕×92.13=88.18kg/kmol,MD=xDMA+<1-xD>MB=×78.11+<1-0.992>×92.13=78.22kg/kmol,MW=xWMA+<1-xW>MB=0.024×78.11+<1-0.024>×92.13=91.79kg/kmol总物料衡算   D+W=4800  〔1〕易挥发组分物料衡算   ×4800  〔2〕联立〔1〕、〔2〕解得：  W=3661.9kg/h=    kg/s 表3-8物料恒算表物料kg/hkg/s万吨/年kmol/hkmol/sF4800DW39.920故可不对X-Y图进行修正min依Q线斜率K=-0.2/0.8=-0.25,且通过=<0.282,0.282>,作出Q线与平衡线交一点=〔0.167,0.32〕,故Rmin=/=<0.992-0.32>/<0.32-0.167>=4.39,取R1Rmin=5.3,故可求精馏段操作方程为：y=0.841x+0.157,提馏段操作方程为：y=1.834x-0.02,用图解法求出理论塔板数NT=18,进料板为第10层。同理得出R2min=6.595时,NT=14,进料板为第9层R3min=8.34时,NT=13,进料板为第8层T塔顶与塔底的平均温度：tm=<80.6*109.7>℃℃下得相对挥发度和μL如下：=POA/POB =152.91Kpa/62.03Kpa=2.47,有t-x-y图查得该温度下XAμm=xAμ苯+〔1-xA〕μ甲苯故*μm查塔效率关联曲线得ET精馏段实际塔板数N精=9/0.53=16.98=17;提馏段实际塔板数N提=8/0.53=16全塔实际塔板数N=18/0.53=34同理可得,R2和R3得如下：R2min精馏段实际塔板数N精=15,提馏段实际塔板数N提=10,全塔实际塔板数N=26R3min=8.34时,精馏段实际塔板数N精=14,提馏段实际塔板数N提=10,全塔实际塔板数N=253.4有关物性数据的计算<以精馏段R1为例>3.4.1平均压力计算取每层压降为,则进料板的压力P=152+0.7*10=159KPa精馏段的平均压力位Pm同理其他回流比计算结果如下表：表3-9压力表RR1R2R3进料板压力/KPa159精馏段平均压力/KPa由xD=y1=0.992查t-x-y图得x1塔顶气相平均摩尔分子量MVmD=y1MA+<1-y1>MB塔顶液相平均摩尔分子量MLmD=x1MA+<1-x1>MB由xF=0.282,查t-x-y图知:yF进料板气相平均摩尔分子量MVmF=yFMA+<1-yF>MB进料板液相平均摩尔分子量MLmF=xFMA+<1-xF>MB精馏段气相平均摩尔分子量精馏段液相平均摩尔分子量同理计算出其他回流比R2和R3的：塔顶平均密度由tD℃,查手册得ρA3,ρB3ρLDm3进料板平均密度tF℃ρA3,ρB3进料板液相的质量分率：aA=0.282*78.11/<0.282*78.11+0.718*92.13>=0.25ρLFm3精馏段液相平均密度为ρLm=〔ρLDm+ρLFm〕/2=802.15Kg/m3℃时,查苯-甲苯表面张力于下表：表3-10塔顶苯-甲苯表面张力组分苯甲苯表面张力塔顶表面张力：σm,顶×+<1-0.992>×℃时,查苯-甲苯表面张力于表3-8表3-11进料苯-甲苯表面张力组分苯甲苯表面张力进料板的表面张力：σm,进×18.20+<1-0.282>×则精馏段平均表面张力为：σm,精=〔σm,顶+σm,进〕/2=20.20mN/m℃时,查手册得μA=0.309mPa.S,μBμL顶×0.309+<1-0.992>×℃时,查苯-甲苯粘度为：μA=0.254mPa.S,μB=0.261mPasμL进×0.254+<1-0.282>×精馏段液相平均粘度μL<精>=〔μL顶+μL进〕/2=0.284mPasR13.5.1.1摩尔计算：kmol/h=0.021kmol/s,L´V´3.5.1.2同理得质量计算：L´kg/h=1.94kg/s,V´3.5.1.3不同回流比的负荷结果同理得出R2min=6.585和R3min=8.34得负荷计算,三个回流比计算结果如下表：表3-12摩尔负荷RLVL´V´kmol/hkmol/skmol/hkmol/skmol/hkmol/skmol/hkmol/sR1R2R3表3-13质量负荷RLVL´V´kg/hkg/skg/hkg/skg/hkg/skg/hkg/sR1R2R33.5.1.4Vs和Ls计算以R1Vs=V*MVm/<3600*3/sLs=V*MLm/<3600*3/s同理得R2和R3,总的结果如下表表3-13Vs和Ls值表RVs/Ls/R1R2R3以R1查塔间距与塔径关系表,初选HT=0.45m,取板上液层高度hL=0.07m则HT-hL查史密斯关联图得,C20=0.0825,max塔径D为：按标准圆整后取D=1.0m塔截面积实际空塔气速：同样计算出R2和R3,其总结果如下表表3-14塔径及其有关数据表RC20Cumax/u/D圆整后DAT实际u/R1R2R3以R1=5.3为例除人孔板层后精馏段有效高度：Z精=〔N精-2〕*HT精馏段有效高度：Z提=〔N提-2〕*HT在进料板、塔顶、第九层、第27层、塔底分别设一个人孔,其塔板距为0.8m.同理计算出其他回流比及总结果如下表：表3-15塔有效高度及人孔表RZ精/mZ提/m人孔数塔有效高度Z/mR15R25R343.5.4塔顶、塔底空间D取塔顶HDT=2*0.45=0.9mB假定塔底空间依储存液量停留5分钟,则塔底液高h=V/A=Ls*5*60/0.785=0.0022*300/0.785=0.84m取塔底液面距最下面一层板留1.16米,故塔底空间HB=0.84+1.16=2m可见,三个回流比的HB都可取2米。取每年腐蚀1.5mm,因限制用年数为10年,则壁厚故按标准,取壁厚25mm同理可得出其他回流比的值,总结果如下表：表3-16塔顶、塔底和壁厚表R塔顶空间HD/m塔底液高h/m塔底空间HB/m塔体壁厚/mmR1225R2225R3225以R1选用单溢流方形降液管,不设进口堰,各项计算如下：w:取堰长lww:hw=hL-how,,近似取E=1,Lh=Lsm3/s故how=0.015m则hw=hL-howd和面积Af：由lw/D=0.66/1=0.66,查弓形降液管的宽度和面积图可得,Af/AT=0.0721,Wd故Af2,Wd验算液体在降液管中的停留时间：故降液管尺寸可用。降液管底隙高度ho可取降液管底隙处液体流速取uo则ho=0.0022/<0.66*0.13>=0.0256m合理同理可得出其他回流比的各项计算,总结果如下表：表3-17溢流装置参数表R堰上液层高度h0/m堰长lw/m出口堰高hw/m降液管宽度Wd/m降液管的面积Af/m2停留时间θ/S底隙高度ho/mR1066R2R3选用F1型重阀,阀孔直径d0=39mm,底边孔中心距t=75mm取阀孔动能因子F0=10,孔速每一层塔板上的浮阀数N：取边缘区域宽度Wc=0.06mWs塔板上的鼓泡面积R=D/2-Wc==0.5-0.06=0.44mx=D/2-初算浮阀数NAa/m2R/mX/m初算t'/mm最后t'/mm最后确定N最后u0/m/sF0开孔率/%R1876576R251158265118R351287365118：干板阻力:因为uo>uocB.板上充气液层阻力:由液相为碳氢化合物,可取充气系数ξ0=0.5hI=ξ0hL：此阻力很小,可以忽略不计。因此,与气体流经一层浮阀塔板的压强降所相当的液柱高为hp=0.044+0.035=0.079m液柱.则单板压降△＜700Pa故设计合理。同理算出其他回流比R2、R3的hp为0.068m和0.076m,同样也设计合理。为了