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1、学 号0120720400121课程设计 题 目苯-乙苯分离过程筛板精馏塔设计 学 院 化学工程学院 专业班级 制药0701 姓 名 程 立 指导老师 张光旭 2010年 1月目录1、 任务书32、 综述53、 符号说明74、 主要物性数据85、 工艺计算91、精馏塔全塔物料恒算92、塔板数的确定103、实际塔板数的求取114、相关物性参数的计算13 5、塔和塔板的主要工艺尺寸计算186、筛板的流体力学计算247、塔板负荷性能图266、 筛板塔工艺设计计算结果汇总337、 管路设计348、 设计评述359、 参考文献35化工原理课程设计任务书学生姓名： 程立 专业班级： 制药0701班 指导教
2、师： 张光旭 工作单位： 化学工程学院 （一）设计题目苯-乙苯连续精馏塔的设计（二）设计任务及操作条件1) 进精馏塔的料液含乙苯40%（质量分数，下同），其余为苯；2) 塔顶的乙苯含量不得高于2%；3) 残液中乙苯含量不得低于98%；4) 生产能力为年产 3.4万 吨98%的乙苯产品；5) 操作条件a) 塔顶压力 4kPa（表压）b) 进料热状态 泡点进料c) 回流比 2倍最小回流比d) 加热蒸气压力 0.5MPa（表压）e) 单板压降 0.7kPa。（三）塔板类型筛板塔。（四）工作日每年工作日为300天，每天24小时连续运行。（五）厂址厂址为武汉地区。（六）设计内容1、设计说明书的内容1)
3、精馏塔的物料衡算；2) 塔板数的确定；3) 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算；4) 精馏塔的塔体工艺尺寸计算；5) 塔板主要工艺尺寸的计算；6) 塔板的流体力学验算；7) 塔板负荷性能图；8) 精馏塔接管尺寸计算；9) 对设计过程的评述和有关问题的讨论。2、设计图纸要求：1) 绘制生产工艺流程图（A2号图纸）；2) 绘制精馏塔装配图（A1号图纸）。时间安排：2010年1月4日到2010年1月22日指导教室签名： 年 月 日系主任（或责任教室签名）： 年 月 日综述塔设备的化工生产中的作用和地位 塔设备是化工、石油化工和炼油等生产中最重要的设备之一。它可使气（或汽）液或液液两相进行紧密接触，
4、达到相际传质及传热的目的。可在塔设备中完成的常见操作有：精馏、吸收、解吸和萃取等。此外，工业气体的冷却与回收、气体的湿法静制和干燥，以及兼有气液两相传质和传热的增湿、减湿等。在化工厂、石油化工厂、炼油厂等中，塔设备的性能对于整个装置的产品产量、质量、生产能力和消耗定额，以及三废处理和环境保护等各个方面，都有重大的影响。据有关资料报道，塔设备的投资费用占整个工艺设备投资费用的较大比例；它所耗用的钢材重量在各类工艺设备中也属较多。因此，塔设备的设计和研究，受到化工炼油等行业的极大重视。设计方案本设计任务为分离乙醇-水混合物。对于二元混合物的分离，应采用连续精馏。精馏过程的流程设计如下：工艺流程如图
5、1所示。原料液由高位槽经过预热器预热后进入精馏塔内。操作时连续的从再沸器中取出部分液体作为塔底产品（釜残液）再沸器中原料液部分汽化，产生上升蒸汽，依次通过各层塔板。塔顶蒸汽进入冷凝器中全部冷凝或部分冷凝，然后进入贮槽再经过冷却器冷却。并将冷凝液借助重力作用送回塔顶作为回流液体，其余部分经过冷凝器后被送出作为塔顶产品。为了使精馏塔连续的稳定的进行，流程中还要考虑设置原料槽。产品槽和相应的泵,有时还要设置高位槽。且在适当位置设置必要的仪表（流量计、温度计和压力表）。以测量物流的各项参数。设计方案简介设计中采用泡点进料，塔顶上升蒸汽采用全冷凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，其余部分经产品冷却
6、器冷却后送至储罐。该物系属易分离物系，最小回流比较小，故操作回流比取最小回流比的2倍。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。具体如下：塔型的选择本设计中采用筛板塔。筛板塔的优点是结构比浮阀塔更简单，易于加工，造价约为泡罩塔的60，为浮阀塔的80左右。 处理能力大，比同塔径的泡罩塔可增加1015。塔板效率高，比泡罩塔高15左右。压降较低。缺点是塔板安装的水平度要求较高，否则气液接触不匀。加料方式和加料热状况的选择 加料方式采用直接流入塔内。虽然进料方式有多种，但是饱和液体进料时进料温度不受季节、气温变化和前段工序波动的影响，塔的操作比较容易控制；此外，饱和液体进料时精馏段和提馏段的塔径
7、相同，无论是设计计算还是实际加工制造这样的精馏塔都比较容易，为此，本次设计中采取饱和液体进料设计的依据与技术来源本设计依据于精馏的原理（即利用液体混合物中各组分挥发度的不同并借助于多次部分汽化和部分冷凝使轻重组分分离），并在满足工艺和操作的要求，满足经济上的要求，保证生产安全的基础上，对设计任务进行分析并做出理论计算。目前，精馏塔的设计方法以严格计算为主，也有一些简化的模型，此次设计采用精确计算与软件验算相结合的方法。符号说明英文字母 Ls液体体积流量，m3/hAa塔板开孔区面积，m2 n筛孔数目Af降液管截面积，m2 P操作压力，kPaAo筛孔区面积，m2 P气体通过每层筛板的压降，kPaA
8、T塔的截面积，m2 T理论板层数C负荷因子，无因次 t筛孔的中心距，mC20表面张力为20mN/m的 u空塔气速，m/s 负荷因子 do筛孔直径，m uomin漏液点气速，m/sD塔径，m uo液体通过降液体系的速度，m/sev液沫夹带量，kg液/kg气 Vn气体体积流量，m/sR回流比 Vs气体体积流量，m/sRmin最小回流比 Wc边缘无效区宽度，mM平均摩尔质量，kg/kmol Wd弓形降液管高度，mTm平均温度， Ws破沫区宽度，mg重力加速度，m/s2 Z板式塔有效高度，mFo筛孔气相动触因子 hl出口堰与沉降管距离，m 希腊字母hc与平板压强相当的液柱高 筛板厚度，m 度，m 液体
9、在降液管内停留时间，shd与液体流过降液管压强降 粘度，mPas 相当的液柱高度，m 密度，kg/m3hf板上清液高度，m 表面张力，mN/mhl板上清液层高度，m 开孔率，无因次ho降液管的底隙高度，m 质量分率，无因次how堰上液层高度，m Hw出口堰高度，m 下标Hw进口堰高度，m max最大h与克服表面张力压强降相 min最小 当的液柱高度，m L液相 H板式塔高度，m V气相Hd降液管内清夜层高度，m HF进料处塔板间距，m HP人孔处塔板间距，mHT塔板间距，mK稳定系数lw堰长，mLh液体体积流量，m3/h主要物性数据1、 苯、乙苯的物理性质项目分子式分子量沸点临界温度临界压强P
10、a苯AC6H678.1180.1288.56833.4乙苯BC8H10106.16136.2348.574307.72、 苯、乙苯在某些温度下的表面张力t/2040608010012014028.826.2523.7421.2718.8516.4914.1729.327.1425.0122.9220.8518.8116.823、 苯、乙苯在某些温度下的粘度t/0204060801001201400.7420.6380.4850.3810.3080.2550.2150.1840.8740.6660.5250.4260.3540.3000.2590.2264、 苯、乙苯的液相密度t/20406080100120140877.4857.3836.6815.0792.5768.9744.1867.7849.8931.8913.6795.2776.2756.75、 不同塔径的板间距塔径D/m0.3-0.50.5-0.80.8-1.61.6-2.42.4-4.0板间距HT/mm200-300250-350300-450350-600400-600工艺计算1、 精馏塔的物料衡算苯的摩尔质量：乙苯的摩
