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1、1 本科生（化工原理）课程设计 题 目 年产 10万吨甲苯精馏塔的设计 学生姓名 张淑云 黄桂林 王泽尉 指导老师 徐琼 学 院 树达学院 专业班级 化学工程与工艺 完成时间 2014年12月 2 目录 .设计任务 书 5 .设计说明书 第一章 工艺流程的确定和说 明 6 第二章 精馏塔的工艺计算 2.1 操作条件的相关计 算7 一、操作压力、塔顶温度、塔底温度的确 定7 二、相对挥发度的计算和最小回流比、操作回流比的确定10 2.2全塔物料衡算和热量衡 算10 一、物料衡 算 10 二、热量衡 算 11 2.3理论塔板数和实际塔板数的计 算16 一、理论塔板数的计 算 16 二、全塔效率的估
2、 算 17 三、实际塔板 数 173 第三章 精馏塔主要尺寸设计计算 3.1基础物性数据计 算 17 一、液相平均密度及液相体积流量的计 算17 二、气相平均密度及气相体积流量的计 算18 三、液相平均表面张力的计 算18 3.2塔径的计 算 19 3.3塔高的计 算 20 一、塔板间距的估 算 20 二、溢流装 置 20 三、塔的有效高度和总高 度2 0 第四章 塔盘的设计和计算 4.1塔板布 置 22 4.2筛孔计算和排 列 22 第五章 塔板流体力学性能 5.1塔板流体力学性能的参数及校 核23 5.2塔板性能负荷 图4 25 5.3筛板设计计算的主要结 果27 第六章 塔附属设备的选型
3、及计 算28 一、换热器的选型及计 算 28 二、原料预热 器 30 三、塔底再沸 器 31 6.1相关管路管径的确 定33 6.2泵的选型与计 算 34 6.3储罐的选型与计 算 35 参考著作和文 献 37 结束 语 38 .附录 1、说符号明 2、图纸5 .设计任务书 化工原理课程设计任务书（2012级雷霆队） 一、 设计题目 生产过程中欲分离甲苯与对二甲苯的混合物，其组成为对二甲苯85%、甲苯15%（摩尔分率） ，拟建立一座板式精馏塔，以对其进行精馏分离，塔顶产品含甲苯99%（摩尔分率），塔 底釜液中含甲苯1%（摩尔分率）。设计要求料液的处理量为100000吨/年，每年实际生 产天数：
4、300天。 二、操作条件 1、常压操作； 2、塔顶全凝。 3、间接蒸汽加热； 4、泡点进料； 5、设备热损失为加热蒸汽供热量的5； 6、其他条件自选。 三、设计内容 （1）单元操作流程设计 单元操作方案选择及论证。根据指定的设计任务，查阅相关的资料，对可用的生产工艺 进行比较，筛选出技术先进、经济合理、安全可靠的操作流程。绘制出工艺流程简图，并 对之进行详细说明。 物料及热量衡算计算。要求对过程中涉及到的物料平衡和能量平衡全部采用手工计算， 不得使用各种模拟软件（如Aspen等）； 编制物料及热量平衡计算书； 绘制物料流程图（PFD）。 （2）设备的工艺设计计算 过程中所出现的各种设备（包括管
5、线）均采用手工进行工艺设计计算，不得使用各种模 拟软件（如Aspen等）获得结果，并编制详细的计算说明书； 过程中的机、泵可作为标准设备出现，但要根据计算结果，进行选型说明； 编制设备一览表。 （3）绘制工程图样 工艺流程简图一张； 物料流程图（PFD）一张，要求对管道进行标注； 主体设备装配图一张，其他附属设备使用条件图，不绘制3D效果图。 设计说明书要求用MS-Word编辑，保存为DOC格式；所有的图纸均用AutoCAD绘制（A4）。6 .设计说明书 第一章、 工艺流程的确定和说明混合物的分离是化工生产过程中的重要过程。混合物分为均相和非均相物系，非均相 物系的分离主要依靠质点运动与流体流
6、动原理实现分离，而化学工业中通常遇到的是均相 分离，通常有精馏，吸收，萃取和干燥等单元的操作。精馏是分离液体混合物（含可液化的气体混合物）最常用的一种典型单元操作，在化 工、炼油、石油化工等工业中得到广泛应用，按蒸馏方式分为简单蒸馏，平横蒸馏，精馏 和特殊精馏等。当混合物各组分挥发度差别很小或形成共沸是，采用精馏。精馏是多级分 离过程，即同时进行多次部分汽化和部分冷凝的过程，因此可使混合液得到几乎完全分离。 工业上以精馏应用最为广泛，精馏过程在能量剂的驱动下（有时加质量剂） ，使气、液两相 多次直接接触和分离，利用液相混合物中各组分挥发度的不同，使易挥发组分由液相向气 相转移，难挥发组分由气相
7、向液相转移，实现原料混合液中各组分的分离。该过程是同时 进行传质、传热的过程。精馏塔是大型的设备组装件，分为板式塔和填料塔两大类。一般 处理物料量较大时多采用板式塔。板式塔又有筛板塔、泡罩塔。浮阀塔等。 本次设计任务为设计一定产品纯度的精馏塔，实现甲苯对二甲苯的分离。鉴于甲苯 对二甲苯体系比较易于分离，待处理料液清洁的特点，同时对筛板塔的结构，性能做了 较充分的研究，认识到只要设计合理，操作正确，就可以获得较满意的塔板效率和一定的 操作弹性。设计决定选用筛板塔。 本设计的具体流程：原料液（甲苯和对二甲苯，且泡点进料）经预热器加热到指定温 度后，送入塔的进料板上与自塔上部下降的回流液体汇合后，逐
8、板下降，最后流入塔的再 沸器中。在每层塔板上，回流液体与上升蒸汽互相接触，进行传质、传热。操作时，连续 地从塔底再沸器取出部分液体作为塔底产品（或为塔釜残液排出） ，部分液体气化，产生的 蒸气依次上升通过各层塔板。塔顶蒸气进入冷凝器中被部分（选择适当的回流比）冷凝， 并将部分冷凝液用泵或靠位差送回塔顶作为回流液体，其余部分经冷却器后被送出作为塔 顶产品。 本课程设计的主要内容是过程的物料衡算、热量衡算，工艺计算，结构设计和校核。7 第二章、精馏塔的工艺计算 2.1 操作条件的相关计算 一、操作压力、塔顶温度、塔底温度的确定： （1） 确定操作压力： 塔顶压力： 760mmHg 塔底压力： 76
9、0 20 100 /13.6 907.0588 mmHg mmHg mmHg （2） 计算塔顶温度： 根据塔顶压力及塔顶汽相组成用试差法计算塔顶温度。其中甲苯、二甲苯发热饱和 蒸汽压有安托因方程计算。 设 =111.1 t 顶 由 得 0 1344 lg 6.953 219.4 A P t 顶 0 769.900 A P mmHg 由 得 0 1463 lg 7.000 214.7 B P t 顶 0 323.2325 B P mmHg 0 0 769.900 1.013026 760 323.2325 0.425306 760 0.99 (1 0.99)0.97727 0.023512 1.
10、013026 0.425306 1 0.97727 0.023512 1 0.000782 0.0004 A A B B A D A B A B A B i P k P P k P y x y y x x k k x 设 =111.15 t 顶 由 0 0 1344 lg 6.953 770.991 219.4 A A P P mmHg t 顶 得 由 0 0 1463 lg 7.000 323.7458 214.7 B B P P mmHg t 顶 得8 0 0 770.991 1.014462 760 323.7458 0.425981 760 0.99 (1 0.99)0.9758867
11、3 0.023475 1.014462 0.425981 1 0.97588673 0.023475 1 0.00063827 0.0004 A A B B A D A B A B A B i P k P P k P y x y y x x k k x 设 =111.12 t 顶 由 得 0 1344 lg 6.953 219.4 A P t 顶 0 770.336 A P mmHg 由 得 0 1463 lg 7.000 214.7 B P t 顶 0 323.4377 B P mmHg 0 0 770.336 1.0136 760 323.4377 0.425576 760 0.99 (1 0.99)0.976717 0.023498 1.0136 0.425576 1 0.976717 0.023498 1 0.000215 0.0004 A A B B A D A B A B A B i P k P P k P y x y y x x k k x
