化工原理课程设计之苯项目设计方案.doc

化工原理课程设计之苯项目设计方案.doc化工原理课程设计之苯项目设计方案
第2章设计方案的确定

确定设计方案是指确定整个精馏装置的流程、各种设备的结构型式和某些操作指标。例如组分的分离顺序、塔设备的型式、操作压力、进料热状态、塔顶蒸汽的冷凝方式、余热利用方案以及安全、调节机构和测量控制仪表的设置等。下面结合课程设计的需要,对某些问题作些阐述。
装置流程的确定
蒸馏装置包括精馏塔,原料预热器,蒸馏釜,冷凝器,釜液冷却器和产品冷却器等设备,蒸馏过程按操作方式的不同,分为连续蒸馏和间歇蒸馏两种流程,连续蒸馏具有生产能力大,产品质量稳定等优点,工业生产中已连续蒸馏为主。间歇蒸馏具有操作灵活,适应性强等优点,适合于小规模,多品种或多组分物系的初步分离。
蒸馏时通过物料在塔内的多次部分气化与多次部分冷凝实现分离的,热量自塔釜输入由冷凝器和冷却器中的冷却介质将余热带走,在此过程中,热能利用率很低,为此,中确装置流程时应考虑余热的利用,譬如,用原料作为塔顶产品(或釜液产品)冷却器的冷却介质,即可将原料预热,又可节约冷却介质。
另外,为保持塔的操作稳定性,流程中除用泵直接塔原料外,也可采用高位槽送料,以免受泵操作波动的影响。
塔顶冷凝装置可采用全凝气,分凝器—全凝气两种不同的设备。工业上以采用全凝气为主,以便于准确的控制回流比,塔顶分凝器对上升蒸汽有一定的增浓作用,若后续装置使用气态物料,则宜用分凝器。
总之,确定流程时要较全面,合理的兼顾设备,操作费用,操作控制及安全诸因素。

蒸馏操作通常可在常压、加压和减压下进行。确定操作压力时,必须根据所处理物料的性质,兼顾技术上的可行性和经济上的合理性进行考虑。例如,采用减压操作有利于分离相对挥发度较大组分及热敏性的物料,但压力降低将导致塔径增加,同时还需要使用抽真空的设备。对于沸点低、在常压下为气态的物料,则应在加压下进行蒸馏。当物性无特殊要求时,一般是在稍高于大气压下操作。但在塔径相同的情况下,适当地提高操作压力可以提高塔的处理能力。有时应用加压蒸馏的原因,则在于提高平衡温度后,便于利用蒸汽冷凝时的热量,或可用较低品位的冷却剂使蒸汽冷凝,从而减少蒸馏的能量消耗

进料状态与塔板数、塔径、回流量及塔的热负荷都有密切的联系。在实际的生产中进料状态有多种,但一般都将料液预热到泡点或接近泡点才送入塔中,这主要是由于此时塔的操作比较容易控制,不致受季节气温的影响。此外,在泡点进料时,为设计和制造上提供了方便。

蒸馏釜的加热方式通常采用间接蒸汽加热,设置再沸器。有时也可采用直接蒸汽加热。若塔底产物近于纯水,而且在浓度稀薄时溶液的相对挥发度较大(如酒精与水的混合液),便可采用直接蒸汽加热。直接蒸汽加热的优点是:可以利用压力较低的蒸汽加热;在釜内只须安装鼓泡管,不须安置庞大的传热面。这样,可节省一些操作费用和设备费用。但在本次课程设计中对于甲醇--水的二元混合液,甲醇是轻组分,水由塔底排出,且水的比热较大,故可采用直接水蒸气加热,这时只需在塔底安装一个鼓泡管,于是可省去一个再沸器,并且可以利用压力较底的蒸汽进行加热,无论是设备费用还是操作费用都可以降低。当残液的浓度稀薄时,溶液的相对挥发度很大,容易分离,故所增加的塔板数并不多,此时采用直接蒸汽加热是合适的。
值得提及的是,采用直接蒸汽加热时,加热蒸汽的压力要高于釜中的压力,以便克服蒸汽喷出小孔的阻力及釜中液柱静压力。对于苯甲苯溶液,~(表压)。
当采用饱和水蒸汽作为加热剂时,选用较高的蒸汽压力,可以提高传热温度差,从而提高传热效率,但蒸汽压力的提高对锅炉提出了更高的要求。同时对于釜液的沸腾,温度差过大,形成膜状沸腾,反而对传热不利。

冷却剂的选择由塔顶蒸汽温度决定。如果塔顶蒸汽温度低,可选用冷冻盐水或深井水作冷却剂。如果能用常温水作冷却剂,是最经济的。水的入口温度由气温决定,出口温度由设计者确定。冷却水出口温度取得高些,冷却剂的消耗可以减少,但同时温度差较小,传热面积将增加。冷却水出口温度的选择由当地水资源确定,但一般不宜超过50℃,否则溶于水中的无机盐将析出,生成水垢附着在换热器的表面而影响传热。

回流比是精馏操作中的重要工艺条件,其选择的原则是使设备费用和操作费用之和最低。设计时,应根据实际需要选择合适的回流比,也可参考同类生产的经验值,必要时可迭用若干个R值,利用吉利兰图求出对应的理论板数N,作出R/Rmin --(R+1) N曲线,从中找出适宜的回流比R。
本次设计任务是分离甲醇----水混合物,对于二元混合物的分离,应采用连续精馏流程,设计中采用泡点进料,将原料液通过预热器加热至泡点