苯-甲苯冷凝器工艺设计.docx

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1、化工原理课程设计课程设计（论文）题目名称苯-甲苯冷凝器工艺设计课程名称化工原理目录一、课程设计任务书3二、概述5三、设计依据7四、物料横算72.1 精储塔物料横算72.2 冷凝器物料横算8五、热量横算H3.1 冷凝器热量横算11六、设备设计134.1 流体流径选择134.2 冷凝器热负荷134.3 流体两端温度的确定134.4 总传热系数134.5 换热面积134.6 初选管程及单管长度134.7 筒体直径计算144.8 数据核算14七、设备选型16、 _八九十十总结22参考文献23致谢24、附工程图纸25邵阳学院课程设计任务书年级专业12级化学工程与工艺学生姓名学号题目名称苯一甲苯溶液精储装

2、置冷凝器设计设i-时间2014年下第1619周课程名称化工原理课程设计课程编号设计地点3L312、3L316一、课程设计目的化工原理课程设计是综合运用化工原理、工程制图、物理化学等专业基础课程和其他相关先修课程所学知识，完成以化工单元设计为主的一次工程设计，对学生进行一次设计技能的综合训练，培养学生综合运用所学的知识解决实际问题的能力，也为以后的专业设计和毕业设计打下基础。因此，化工原理课程设计是提高学生实际工作能力的重要教学环节。二、已知技术参数和条件1、年产甲苯30000吨（年生产时间按8000小时计算）2、产品甲苯的组成：C7H899.5%（质量分数，下同）、C6H60.5%3、原料为常

3、温液体，原料组成：C7H870%、C6H630%4、分离要求：塔顶甲苯含量不大于1%三、任务和要求任务：1、精储单元物料衡算；2、冷凝器热量衡算；3、冷凝器热负荷计算；4、冷凝器换热面积计算；5、冷凝器结构、材质设计；6、冷凝器结构尺寸、工艺尺寸的设计计算等；7、冷凝器总传热系数的校核；8、冷凝器装配图的绘制。要求：1、设计方案简介：对产品的性能、用途、工业状况及未来的发展前景进行概括和总结，对给定或选定的工艺流程、主要设备的型式进行简要的论述；2、工艺设计：选定工艺参数，对单个设备作出衡算示意图，进行物料衡算、热量衡算，以表格形式表达衡算结果，其中的数据（非给定数据）及计算公式（经验公式）必

4、须交待来源（即何种参考书目，并在参考文献中列出）：3、设备计算：选择设备的结构形式，并说明理由。进行设备的结构尺寸和工艺尺寸的设计计算；4、辅助设备选型：典型辅助设备的主要工艺尺寸的计算，设备规格型号的选定；5、编写设计说明书：严格按照邵阳学院毕业设计（论文）格式进行编写。设计说明书应按顺序包括以下内容：（1）设计说明书封面；（2）设计任务书；（3）目录；（4）概述（设计方案简介）：（5）工艺计算（物料衡算、热量衡算）；（6）设备设计（主要设备设计、辅助设备设计或选型）；（7）设计总结、评述；（8）参考文献；（9）致谢；（10）附工程图纸。6、绘制主要设备的装配图：用A2图纸绘制冷凝器装配图（

5、图面应包括设备主视图、俯（左）视图、局部视图等，并配备明细表、管口表、技术性能表、技术要求等），要求采用CAD绘制图纸。注：I.此表由指导教师填写，经系、教研室审批，指导教师、学生签字后生效；2.此表1式3份，学生、指导教师、教研室:各1份。四、参考资料和现有基础条件（包括实验室、主要仪器设备等）1刘光启马连湘刘杰主编化学化工物性数据用册有机卷化学工业出版社2002.32中国石化集团上海工程有限公司编化工工艺设计手册化学工业出版社2003.83匡国柱化工单元过程及设备课程设计.北京：化学工业出版社，20094申迎华化工原理课程设计.北京；化学工业出版社，200951兰州石油机械研究所主编换热器

6、（上）化学工业出版社19866谭天恩化工原理（上、下）.北京：化学工业出版社，20067陈敏恒化工原理（上、下）.北京：化学工业出版社，2006五、进度安排2014年12月16日.12月21日：课程设计动员大会，查阅、收集相关资料2014年12月22日12月31日：根据设计任务进行工艺比较并进行工艺设计计算2015年1月1日1月5日：根据工艺计算结果进行设备设计计算2015年1月6日1月10日：根据设备设计结果绘制并打印设备装配图2015年1月Il日一12月13日：整理完善设计资料、数据，编制规范的设计说明书。2015年1月14日一1月17日：设计评阅和成绩评定，资料整理归档。六、教研室审批意

7、见选题科学、合理，设计工作量饱满，同意按计划进行。教研室主任（签字）：2014年12月13日七I、主管教学主任意见同意实施主管主任（签字）：2014年12月14日八、备注指导教师（签字）：学生（签字）：二、概述课程设计是综合应用本门课程和有关先修课程所学知识，完成以单元操作为主的一次设计实践，是培养我们实际动手能力的一个重要环节，是从学生走向工程师必然程序。通过课程设计能使我们掌握工程设计的基本程序和方法，并在查阅技术资料，选用公式和数据，用简洁的文字、图表表达设计结果及制图等能力方面得到一次基本训练。在设计过程中我们更应该注重树立正确的设计思想和实事求是、严肃认真的工作作风。为我们将来更快的

8、融入社会，更好的适应新的工作提供有力的保障。本次课程设计仅对苯一甲苯混合液体的精馄装置冷凝段进行设计，设计苯年产量为30000吨。根据生产要求设计苯一甲苯精馀装置，蒸储是化工生产中分离均相液体混合物的典型单元操作，其历史悠久，应用广泛。蒸锵的基本原理是将液体混合物部分汽化、全部冷凝，利用其中各个组分挥发度不同而将其分离。其本质是液、气相间的质量传递和热量传递。为使分离彻底，以获得较纯的产品，工业生产中常采用多次部分汽化、多次全部冷凝的方法一一精馄。精储过程通常是在塔设备内完成的。预热器、冷凝器、再沸器是精馄过程必不可少的设备。他们承担着将物料预热、气化、冷凝等重要任务。而固定管板式换热器更是因

9、其具有工艺简单、造价低廉、工艺设计成熟、热效率较高等优点而得到广泛的应用，尤其在很多大工业生产中。预热器是一种广泛使用的工艺设备，是化工行业中主要的工艺设备之一。根据换热条件，采用水蒸气作为加热介质，选用列管式换热器。用饱和水蒸汽对冷流体加热属于一侧为恒温流体的传热。由于传热温差为51.4,温差较大所以需在壳体上设置膨胀节。由于物料需要拆卸清洗，故要采用浮头式换热器。浮头式换热器适用于壳体与管束间壁温差较大或壳程介质易结垢的场合。由于介质为苯和水蒸气，所以苯走管程，水蒸气走壳程。冷凝器同样是一种广泛使用的精储工艺设备,在炼油，化工行业中是主要的工艺设备之一。根据换热条件,采用水作为冷却介质,选

10、用列管式换热器.用自来水对热流体冷却属于一侧为恒温流体的传热。由于传热温差小于50,不设置膨胀节。由于介质为苯蒸气和水，所以水走壳程，苯走管程。工业再沸器主要有容积式与虹吸式两种，本次设计选用容积式再沸器，用水蒸气作为加热介质，物料走管程，蒸气走壳程。原料液为含苯30%（质量分数，下同）、甲苯70%的混合溶液，温度为20。分离要求为塔釜苯含量不大于1%,塔顶产品含紫99.5%、甲苯0.5%。年产量30000（吨）。苯：分子式CeH6,分子量78.11,相对密度0.8794gcm3（20C）.熔点5.51C,沸点80.1,燃点为562.22C,在常温常压下是无色透明的液体，并具强烈的特殊芳香气味

11、，有毒。苯遇热、明火易燃烧、爆炸，苯蒸气与空气混合物的爆炸限是1.48.0%o常态下，苯的蒸气密度为2.77,蒸气压13.33kPa（26.1）。苯是常用的有机溶剂，不溶于水，能与乙醇、氯仿、乙醛、二硫化碳、四氯化碳、冰醋酸、丙酮、油等混溶，因此常用作合成化学制品和制药的中间体及溶剂。苯能与氧化剂发生剧烈反应，如五氟化漠、氯气、三氧化铝、高氯酸、硝酰、氧气、臭氧、过氯酸盐、（三氯化铝+过氯酸氟）、（硫酸+高锦酸盐）、过氧化钾、（高氯酸铝+乙酸）、过氧化钠等。.苯是染料、塑料、合成橡胶、合成树脂、合成纤维、合成药物和农药等的重要原料，也是涂料、橡胶、胶水等的溶剂，也可以作为燃料。甲苯:分子式（U

12、（C6式），分子量92.14,相对密度0.866gcm3（20C）。熔点-95,沸点110.8。在常温下呈液体状，无色、易燃。不溶于水，溶于乙醇、乙酸和丙酮。甲苯容易发生氯化，生成苯一氯甲烷或苯三氯甲烷，它们都是工业上很好的溶剂；它还容易硝化，生成对硝基甲苯或邻硝基甲苯，它们都是染料的原料；它还容易磺化，生成邻甲苯磺酸或对甲苯磺酸，它们是做染料或制糖精的原料。甲苯的蒸汽与空气混合形成爆炸性物质，因此它可以制造梯思梯炸药。分离苯与甲苯的生产工艺：精储法，膜分离法，萃取法。三、设计依据1.1 苯一甲茉精储装置进料冷凝器设计任务书1.2 产品苯组成:C7H899.5%（质量分数，下同）、CE0.5%

13、13原料液为常温液体；原料组成：C凡70%,C6H530%1.4 分离要求：塔釜苯含量Wl%四、物料衡算2.1精储塔物料衡算2.1.1年产甲苯30000,年生产时间8000小时,则平均苯产量为:g_3OOOO1OOO=375kgh(本次设计以小时产量为计算基准)O()0()2.1.2精微塔物料衡算示意图：塔顶采出DXD进料F Xf塔底采出W XH图2.12.1.3已知各组分质量分数表2.1精镭塔各组分质量分数组分塔釜进料出料C6Hti0.5%30%99%C7Hs99.5%70%1%由于C6&分子量为78,C7H8分子量为92,则:塔顶出料组成X尸N-=09915塔进料组成x-3Q78=0335

14、830/78+70/92塔底出料组成X.=心/78=0.00590.5/78+99.5/92故各组分的摩尔分数为：表2.2精储塔各组分的摩尔分数C7Hs0.00850.664209942组分塔顶进料塔釜C6H60.99150.33580.0058产品的平均相对分子质量M,二09915x78+(1-0.9915)92=78.12gmolM=0.33678+(1-O.3358)92=87.3g/molM,=0.00589x78+(1-0.00589)92=91.9gmolW=3750kgh3750W=-=40.81kmolh91.9214用摩尔分率计算进料量及塔顶采出量：F=D+WYJFXF=DXD+Wxw代入数据易解得：F=64.24kmolhD=24.14kmolh2.1.5精储塔物料衡算表表2.3精镭塔物的料衡算表进料F出料塔顶采出D塔底采出W组分kmol/hkg/hwt%kmol/hkg/hwt%kmol/hkg/hwt%苯19.271690.923023.911867.54990.4118.751甲苯44.973945.48700.2418.64140.613731.2599总量64.565636.410024.151886.4210040.8163750100=5636.4kg/h2.2冷凝器物料衡算2.2.1物料横算示意图：V,yr）D,Xd