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课程设计甲苯乙苯的精馏(浮阀塔)
引言
精馏原理及设备
甲苯乙苯的物理化学性质
精馏工艺流程设计
浮阀塔设计计算
控制系统设计
经济技术分析
课程设计总结与展望
引言
01
02
04
03
甲苯和乙苯是重要的有机化工原料，广泛应用于合成纤维、树脂、染料、医药等领域。
甲苯和乙苯的沸点相近，难以通过简单的蒸馏方法分离，因此精馏是实现其分离的有效手段。
通过精馏分离甲苯和乙苯，可以得到高纯度的产品，满足不同工业应用的需求。
浮阀塔的主要特点是塔板上装有可浮动的阀片，气体通过阀片与液层间的缝隙鼓泡而出，进行传质和传热过程。
浮阀塔具有处理能力大、操作弹性宽、效率高等优点，适用于处理量大、要求分离效率高的场合。
浮阀塔是一种广泛应用于精馏、吸收等传质过程的板式塔。
精馏原理及设备
精馏塔
冷凝器
再沸器
回流装置
提供气液传质和热量传递的场所，通常包括塔体、塔板、进料口、出料口等部分。
加热塔底液体，使其部分汽化，为精馏过程提供上升蒸汽。
将塔顶蒸汽冷凝成液体，以便收集产品。
将部分冷凝液返回塔内，以维持塔内气液平衡和保证产品质量。
包括塔体、浮阀塔板、降液管、受液盘等部分。浮阀塔板上有多个浮动的阀片，可以根据气液流量自动调节开度。
浮阀塔结构
液体从降液管流入受液盘，再经溢流堰流入塔板。气体自下而上穿过塔板上的浮阀，与液体在塔板上进行充分接触和传质。浮阀的开度随气液流量的变化而自动调节，以保持塔板上适宜的气液接触状态。通过控制操作条件，可以实现甲苯和乙苯的有效分离。
工作原理
甲苯乙苯的物理化学性质
03
密度
0.866g/cm³(20°C)
01
分子式
C7H8
02
相对分子质量
92.14
熔点
-95°C
沸点
110.6°C
折射率
1.4967(20°C)
溶解性
不溶于水，溶于乙醇、乙醚、丙酮等多数有机溶剂
分子式
C8H10
相对分子质量
106.17
密度
0.867g/cm³(20°C)
01
甲苯和乙苯在常温下可以任意比例互溶，形成均一的混合溶液。
02
由于两者具有相似的分子结构和物理化学性质，因此它们之间的相互作用力较弱，易于相互溶解。
03
在精馏过程中，可以利用甲苯和乙苯的沸点差异以及它们之间的互溶性来实现两者的分离。
精馏工艺流程设计
根据生产需求和原料成本，确定甲苯和乙苯的最佳配比。
原料配比
加热温度
回流比
塔板温度
根据混合物的沸点和精馏塔的设计要求，确定合适的加热温度。
通过试验或模拟计算，确定最佳回流比，以保证产品质量和收率。
根据塔内气液平衡和分离要求，设置合适的塔板温度梯度。
根据处理量、分离要求和场地条件等因素，选择合适的浮阀塔类型和规格。
浮阀塔选型
根据工艺流程和操作参数，设计合适的塔板、浮阀、降液管等塔内件。
塔内件设计
选择合适的加热器、冷却器、回流罐、产品收集罐等辅助设备。
辅助设备选型
进行物料平衡、热量平衡、水力计算等，确定设备的详细设计参数。
设计计算
浮阀塔设计计算
根据分离要求和塔板数，计算最小回流比
通过计算分离指数、最小回流比等参数，结合经验公式或图表，初步确定最小回流比。
考虑操作弹性和经济性，确定实际回流比
在最小回流比的基础上，考虑操作弹性和经济性，如能耗、冷却水用量等，适当调整回流比。
选择合适的塔板效率计算方法
根据塔型、操作条件等因素，选择合适的塔板效率计算方法，如经验公式法、图解法等。
计算各层塔板的效率
根据选定的计算方法，逐层计算各层塔板的效率，得出全塔的平均塔板效率。
考虑操作弹性和非理想因素，对塔板效率进行修正
在实际操作中，由于非理想因素的存在，如液沫夹带、漏液等，需要对计算出的塔板效率进行修正。
控制系统设计
采用PID控制器，通过调节塔顶回流和塔底再沸器的热量输入来控制产品纯度。
采用多变量预测控制或模型预测控制等先进控制算法，提高控制精度和稳定性。
先进控制方案
常规控制方案
PID控制器参数整定
通过经验法、试凑法或仿真优化等方法确定PID控制器的比例、积分和微分参数。
先进控制器参数整定
根据所采用的先进控制算法，通过仿真或实际运行数据进行参数优化和调整。
通过绘制控制系统的根轨迹图、Bode图等，分析系统的稳定性，确保系统在各种扰动下能够保持稳定。
稳定性分析
通过仿真或实际运行数据，分析控制系统的动态响应特性，如超调量、调节时间等。
动态性能分析
通过比较设定值与实际值的偏差，评估控制系统的控制精度是否满足生产要求。
控制精度分析
经济技术分析
其他费用
包括设计、监理、安装、调试等费用。
建筑工程投资
包括土建、钢结构、防腐等费用。
电气及自控投资
包括电机、仪表、控制系统等费用。
设备投资
包括浮阀塔、再沸器、冷凝器、回流罐、泵等设备费用。
管道及阀门投资
包括管道、阀门、法兰、管件等费用。
产值
分析
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