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1、成绩 化工原理课程设计设计说明书 设计题目：2.772万吨/年苯甲苯连续精馏装置工艺设计姓 名 _ 班 级 _应化 学 号 _ 完成日期 2013-7-9 指导教师 梁伯行 化工原理课程设计任务书(应化10级各班适用)一、 设计说明书题目: 2.520(万吨/年) 苯 - 甲苯连续精馏装置工艺设计说明书二、 设计任务及条件1.处理量: (1500本班学号200) Kg/h (每年生产时间按7200小时计);2.进料热状况参数：( 3班)为0.50,3.进料组成: ( 3班) 含苯为0.40(质量分率), 4.塔底产品含苯不大于0.01(质量分率);5. 塔顶产品中含苯为0.98(质量分率)。
2、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45的循环清水。三、 设计说明书目录(主要内容) 要求1. 说明书标准封面；2. 目录页，任务书页3. 说明书主要内容规定1）装置流程概述，2）装置物料平衡，3）精馏塔操作条件确定，4）(适宜回流比/最小回流比)为1.35时理论塔板数及进料位置，5）精馏塔实际主要工艺尺寸，6）精馏塔塔顶第二板、进料口上等三板和进料口下等二板塔板结构参数 7）精馏塔结构参数汇总表和精馏塔结构简图(A3图) ， 8）装置热衡算 9）装置经济效益和工艺设计评价四、 经济指标1) 5000元/(平方米塔壁)；2) 3000元/(平方米F
3、1型浮阀(重阀) 塔板),3) 4000元/(平方米传热面积),4) 料液输送3元/吨，冷却水16元/吨，热载体(柴油)160元/吨,5) 设备使用年限15年。5、 参考书目1) 化工原理课程设计指导；2) 夏清等编化工原理(上) 、( 下) 2002年修订版；3) 化工工艺设计图表；4) 炼油工艺设计手册浮阀塔分册。 目录一、前言5二、设计方案的确定61.处理量确定62. 设计题目63.概述64.设计方案6（1）塔设备的工业要求6（2）工艺流程如下：6（3）流程的说明6三、精馏塔设计71.工艺条件的确定7（1）苯与甲苯的基础数据7（2）温度的条件：82.精馏塔物料恒算8（1）摩尔分数8（2）
4、原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔量8（3）质量物料恒算与负荷计算及其结果表83.塔板数计算9（1）.理论板层数的确定9（2）实际板层数的求取11四、精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算11操作压力112.操作温度113.平均摩尔量12（1）塔顶气、液混合物平均摩尔质量:12（2）进料板气、液混合物平均摩尔质量：12（3）精馏段气、混合物平均摩尔质量124.平均密度12（1）气相平均密度 由理想气体状态方程计算，即12（2）液相平均密度125.液相平均表面张力136液体平均粘度计算13五、精馏塔的塔体工艺尺寸计算141塔径的计算14（1）最大空塔气速和空塔气速14（2）塔径152精馏塔总有效高度
5、的计算15六、 塔板主要工艺尺寸的计算151.主要工艺尺寸的计算15（1) 溢流堰长：15（2) 溢流堰高度15（3) 弓形降液管的宽度与降液管的面积：16(4) 降液管底隙高度162.塔板布置及浮阀数目与排列17七、 塔板流体力学验算181.计算塔板压降18（1） 干板阻力的计算18（2） 板上充液层阻力19（3） 克服表面张力所造成的阻力192.淹塔19（1） 与气体通过塔板的压降相当的液柱19（2） 液体通过降液管的压头损失:19（3） 板上液层高度:203.雾沫夹带20(1)雾沫夹带20八、 塔板负荷性能图211.雾沫夹带线212.液泛线223. 液相负荷上限线234.漏液线235.
6、液相负荷下限线24九、 塔板负荷性能图24十、 塔附件及总高度的计算241.塔顶空间242.进料板高度253.塔底空间254.封头高度255.裙座高度256.塔壁厚计算257.塔总高度25十一、 热平衡确定热换器251.塔顶全凝器 Qc(以1秒钟计算)252.全凝器的传热面积A263.全凝器清水的用量264.塔底再沸器QB (以1秒钟来算)265.再沸器的传热面积A276.再沸器的柴油的用量277.原料预热器27（1）求原料预热所需的热量(以1秒钟来算)27（2）塔底产品能给的热量及其换热面积27（3）柴油预热器(以1秒钟来算)28（4）塔釜产品冷却器(以1秒钟来算)28十二、 设备费用计算2
7、81.塔体费用282.塔板费用293.总换热器费用294.总设备费用295.固定资产折旧后年花费用296.主要操作年费用计算297.柴油用量费用298.料液输送费299.总操作费用2910.设备费用和操作费用的总费用2911. 银行利息后的总成本29课程设计评价31附图31参考文献34一、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
8、元操作设计的主要程序和方法，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 1.处理量确定依设计任务书可知，处理量为:1500+10*200=3500Kg/h,3500*7200=2.772万吨/年 2. 设计题目该次设计题目为：2.772万吨/年苯甲苯连续精馏装置工艺设计。 3.概述 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、
9、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F1型（V1型）、V4型、十字架型、和A型，其中F1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，已列入部颁标准（JB111881）。其阀孔直径为39mm，重阀质量为33g，轻阀为25g。一般多
10、采用重阀，因其操作稳定性好。 4.设计方案（1）塔设备的工业要求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
11、，起泡性等.（2）工艺流程如下： 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）（3）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
12、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 1.工艺条件的确定 （1）苯与甲苯的基础数据 表3-1 相平衡数据温度/80.1859095100105110.6POA/Kpa101.33116.9135.5155.7179.2204.2240.0POB
13、/Kpa40465463.374.386101.332.542.512.462.412.37x1.000.7800.5810.4120.2580.1300y1.000.8970.7730.6330.4610.2690 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C6H678.1180.1288.56833.4甲苯C6H5-CH392.13110.6318.574107.7 表3-3 Antoine常数值组分ABC苯6.0231206.35220.24甲苯6.0781343.94219.58 表3-4 苯与甲苯的液相密度温度/8090100110120810800.2792.5780.3768.9815803.9790.3780.3770.9 表3-5 液体的表面张力温度/809010011012021.2720.0618.8517.6616.4921.6920.5919.9418.4117.31 表3-6 液体的黏度温度/80901001101200.3080.2790.2550.2330.215
