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1、化工原理课程设计设计题目:苯-甲苯体系板式精馏塔设计化工原理课程设计任务书 设计任务分离含苯 35% ，甲苯65%的二元均相混合液，要求所得单体溶液的浓度不低于97% 。（以上均为质量分率）物料处理量： 20000吨/年。 （按300天/年计）物料温度为常温（可按20计）。 设计内容设计一常压下连续操作的板式精镏塔，设计内容应包含：方案选择与流程设计；工艺计算（物料、热量衡算，操作方式与条件确定等），主要设备的工艺尺寸计算（塔高、塔径）；主体设备设计，塔板选型与布置，流体力学性能校核，操作负荷性能图，附属设备选型；绘制工艺流程示意图、塔体结构示意图、塔板布置图；（设计图纸可手工绘制或CAD绘图
2、） 计算机辅助计算要求物性计算编制计算二元理想混合物在任意温度下热容的通用程序；编制计算二元理想混合物在沸腾时的汽化潜热的通用程序。气液相平衡计算编制计算二元理想混合物在任意温度下泡点、露点的通用程序；编制计算二元理想混合物在给定温度、任意组成下气液分率及组成的通用程序。精馏塔计算编制计算分离二元理想混合液最小回流比的通用程序；编制分离二元理想混合液精馏塔理论塔板逐板计算的通用程序。采用上述程序对设计题目进行计算 报告要求设计结束，每人需提交设计说明书（报告）一份，说明书格式应符合毕业论文撰写规范，其内容应包括：设计任务书、前言、章节内容，对所编程序应提供计算模型、程序框图、计算示例以及文字说
3、明，必要时可附程序清单；说明书中各种表格一律采用三线表，若需图线一律采用坐标纸（或计算机）绘制；引用数据与计算公式须注明出处（加引文号），并附参考文献表。说明书前后应有目录、符号表；说明书可作封面设计，版本一律为十六开(或A4幅面)。摘要化工生产与现在生活密切相关，人类的生活离不开各色各样的化工产品。设计化工单元操作，一方面综合了化学，物理，化工原理等相关理论知识，根据课程任务设计优化流程与工艺，另一方面也要结合计算机等辅助设备与机械制图等软件对数据和图形进行处理。本次设计旨在分离苯与甲苯混合物，苯与甲苯化学性质相同，可按理想物系处理。通过所学的化工原理理论知识，根据物系物理化学特性及热力学参
4、数，对精馏装置进行选型与优化，对于设备的直径，高度，操作条件（温度、压力、流量、组成等）对其生产效果，如产量、质量、消耗、操作费用的影响寻找最优值。本次设计塔设备选用板式塔，气体以鼓泡的形式穿过板上的液层，进行传质与传热，选用板式塔中结构简单造价低廉的筛板塔。前言作为一名学习化学工程与工艺专业的学生，化工原理是专业课中的重中之重。通过大三一年专业课的学习，我们初步掌握了化工流程与工艺的理论知识。化工原理这门课程紧密联系了化工生产实际，是一门实践性极强的工程性学科。而化工原理课程设计更具备综合性与实践性，为化工原理理论课与实际运用的桥梁。在这次课程设计中，我更加深刻地体会到了化工单元操作的具体环
5、节，同时也大大提高了自己分析问题与解决问题的能力，有利于自己在未来的学习与工作中更好地去处理事务。此次课程设计是分离苯与甲苯混合物。苯与甲苯属于二元理想混合物，设计中采用的是常压连续精馏。本次设计塔的选型为板式塔，采用的是筛板塔。筛板塔的优点是结构简单，制造维修方便，造价低，相同条件下生产能力高于浮阀塔，塔板效率接近浮阀塔。其缺点是稳定操作范围窄，小孔径筛板以堵塞，不适宜处理黏性大的、脏的和带固体粒子的料液。热量由塔釜输入，物料在塔内经多次部分气化与部分冷凝进行精馏分离。塔顶冷凝装置选用全凝器。为使塔的操作稳定，免受季节气温影响，精馏，提馏段采用相同的塔径以便于制造，采用饱和液体（泡点）进料。
6、蒸馏采用间接蒸汽加热，设置再沸器。回流比选用最小回流比1.5倍（一般R=(1.12)Rmin。通过相关理论与经验公式对所需数据进行处理与计算。同时在设计过程中也充分利用了计算机辅助计算与CAD制图。将所学的知识充分结合起来。完成了本次课程设计的要求。设计是一项创造劳动，身处其中，我们痛并快乐着。对于每一个工艺参数的设计，做到小心翼翼；对于每一个小任务的完成又倍有成就感，设计过程计算量很大，这也要求我们以严肃认真的态度对待设计，对自己所提交的数据负责。在整个过程中极大地锻炼了自己各方面的能力。设计题目:苯-甲苯体系板式精馏塔设计1化工原理课程设计任务书2设计任务2设计内容2计算机辅助计算要求2报
7、告要求3摘要4前言5第1章详细设计方案81.1设计任务说明81.2流程设计91.2.1分离苯与甲苯工艺流程图：91.2.2流程说明91.3设计方案101.3.1精馏方式选择101.3.2进料热状态111.3.3操作压力121.3.4回流比的选择121.3.5回流比121.3.6塔顶冷凝器的冷凝方式131.3.7精馏塔类型的选择13第2章精馏过程工艺设计152.1原料状态152.1.1苯与甲苯的物理性质162.1.2物料衡算：162.1.3摩尔分数162.1.4露点、泡点的计算172.2图解法求理论塔板数202.2.1苯与甲苯饱和蒸汽压的确定202.2.2回流比R的确定212.2.3操作线方程2
8、52.2.4图解步骤252.2.5相对挥发度262.2.6全塔效率282.3逐板计算法计算理论塔板数292.4相关物性参数计算312.4.1操作温度312.4.2操作压力322.4.3平均摩尔质量计算322.4.4平均密度332.4.5液相平均表面张力352.4.6液相平均黏度362.4.7热容372.4.8气化潜热40第3章精馏塔塔体工艺尺寸计算423.1塔径的计算423.1.1精馏段塔径的计算423.1.2提馏段塔径的计算443.2精馏塔有效高度计算45第4章塔板主要工艺尺寸464.1溢流装置计算464.1.1溢流堰长lw：464.1.2溢流出口堰高度hw464.1.3弓形降液管宽度Wd和
9、截面积Af484.1.4降液管底隙高度h0494.2塔板布置504.2.1塔板的分块504.2.2边缘区宽度确定504.2.3开孔区面积计算504.2.4筛孔数n与开孔率51第5章筛板的流体力学验算535.1精馏段535.1.1塔板压降Pp535.1.2液面落差555.1.3液沫夹带555.1.4漏液555.1.5液泛565.2提馏段575.2.1塔板压降575.2.2液沫夹带585.2.3漏液595.2.4液泛59第6章塔板负荷性能图616.1精馏段616.1.1漏液线616.1.2液沫夹带线616.1.3液相负荷下限线626.1.4液相负荷上限线626.1.5液泛线636.2提馏段656.
10、2.1漏液线656.2.2液沫夹带线666.2.3液相负荷下限线676.2.4液相负荷上限线676.2.5液泛线67第7章板式塔的结构及塔体高度717.1塔体结构717.1.1塔体总高度717.2附属设备设计747.2.1塔的接管748.2.2冷凝器768.2.3进料预热器778.2.4再沸器788.2.5离心泵798.2.6贮罐79第8章程序设计807.1二元理想混合物在任意浓度下泡点、露点的计算807.2最小回流比计算程序827.3苯与甲苯溶液在给定温度、任意组成下气液分率及组成的通用程序。837.4二元混合精馏塔理论塔板逐板计算的通用程序857.5计算二元在任意温度下热容的通用程序877
11、.6计算二元混合物在沸腾时的汽化潜热的通用程序90第1章 详细设计方案1.1 设计任务说明分离物系：苯和甲苯混合物。分离装置：常压下的连续精馏装置。进料热状态：饱和液体（泡点）进料。加热方式：间接蒸汽加热，设置再沸器。塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝。回流比选择：该物系属易分离物系，最小回流比比较小，操作回流比取最小回流比的1.5倍。1.2 流程设计1.2.1 分离苯与甲苯工艺流程图：图1-1工艺流程图11.11.1.11.2.2 流程说明原料液利用用离心泵从原料贮罐输送到原料预热器中，预热器将原料加热到泡点温度后，在塔中部某一适合位置不断加入塔内。整个塔由若干层塔板按一定间距叠置而成，由塔板提供气
12、、液两项接触的场所，一层塔板就是一个接触级。原料进入塔内后，分为两部分：甲苯（重组分）蒸汽在塔顶冷凝器中冷凝，部分冷凝液回流入塔，由上而下经过塔板，与自下而上的苯蒸汽进行传质，到达塔底后流出，大部分经过塔底再沸器间接加热重新气化返回塔内，以形成延塔上升的气流，小部分经冷却器成为产品进入产品贮罐并进行热量回收利用，在回流罐内加入水喷射泵和自动控制系统，对塔内压力进行控制。轻组分乙醇进入塔内后和自下而上的蒸汽一起通过塔板到达塔顶，而后作为塔釜加热器和原料加热器的加热工质分别流过塔釜加热器和原料加热器，然后，进入冷却器冷却，冷却后经分配器一部分回流至塔内继续进行循环。精馏塔中的上升气流与下降液流延塔
13、进行多次接触级蒸馏，从而使上升气流中的易挥发组分逐板增加，同时下降液流中的易挥发组分逐板减少，只要塔板数目足够多，就能够使精馏塔不断地从塔顶和塔底获得合格的产品并实现稳定操作。1.3 设计方案1.3.1 精馏方式选择气-液平衡共存时，气相中易挥发组分含量较液相为富的原理，在实施蒸馏分离时，可选用简单蒸馏、间歇蒸馏、连续精馏以及特殊精馏等。简单蒸馏也称微分蒸馏，是一种不稳定的单级蒸馏过程，需分批（间歇）进行。原料液一次加入蒸馏釜中，在一定压强下加热至沸，使液体不断汽化。汽化的蒸汽引出，冷凝后加以收集，得到塔顶产品，即馏出液。简单蒸馏属于间歇操作。简单蒸馏时，气液两相的接触比较充分，可以认为两相的
14、组分达到了平衡。受相平衡比的限制，简单蒸馏的分离程度不高。通常用于混合液的初步分离，也用于石油产品的某些物理指标的评定。间歇精馏是将料液成批投入蒸馏釜，逐步加热汽化，待釜液组成降至规定值后一次性排出的操作。间歇精馏为非定态过程，在精馏过程中，釜液组成不断降低，若在操作时保持回流比不变（R不变），则随时下降；反之，若保持不变，则在精馏过程中不断提高（增大）R。为了达到预期分离要求，实际操作可灵活多样，例如在操作初期可逐步加大回流比使不变，但 R 过大，经济上不合理。故操作后期可保持R不变，若所得的馏出液不符合要求，可将此部分产物并入下一批原料再次精馏。间歇精馏往往采用填料塔，这样可尽量减小持液量（塔身积存的液体量）。持液量将影响间歇精馏过程及产品的数量。间歇精馏时全塔均为精馏段，无提馏段。因此获得同样的塔底、塔顶组成的产品，间歇精馏的能耗必大于连续精馏。 间歇精馏一般用于混合液的分离要求较高而料液品种或组成经常变化的情况。连续精馏装置，包括精馏塔、再沸器、冷凝器
