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1、潍坊学院化工原理课程设计学生姓名：王霞学号(13071340058) 孙一帆(13071340060) 朱冠宇(13071340062) 专业：应用化学班级：本科2013 级 2 班指导教师：江津河2016 年 6 月目录一绪论1.1 课程设计的目的41.2 设计任务41.3 设计流程41.3.1 装置流程的确定51.3.2 操作压力的选择51.3.3 加料的方式 6.1.3.4塔顶冷凝方式6.1.3.5回流比的选择 71.3.6加热方式7二、精馏塔的设计计算2.1 操作条件与基础数据2.2 精馏塔工艺计算2.2.1物料衡算82.2.2热量衡算102.2.3理论塔板数计算122.3 精馏塔主要
2、尺寸计算. 2.3.1塔径设计计算152.3.2填料层高度计算17三附属设备及主要附件的选型计算3.1 冷凝器183.2 再沸器193.3 塔内其它构件193.3.1接管计算193.3.1.1塔顶蒸汽管19.3.31.1 回流管203.3.2液体分布器20四、精馏塔的高度设计计算4.1 塔釜计算224.2 塔高计算23五结论244一、绪论1.1 课程设计的目的化工原理课程设计是学生学过基础过程及化工原理理论与实验后，进一步学习化工设计的基础知识， 培养化工设计能力的重要教学环节。 通过该环节的实践，可使学生初步掌握化工单元操作设计的基本程序与方法，得到化工设计能力的基本锻炼。化工原理课程设计是
3、以实际训练为主的课程，设计前， 学生应在认识实习以生产实习中到工厂了解设备结构，收集设计数据， 而后在教师指导下完成一定的化工设备设计任务，通过课程设计就以下几方面要求学生加强训练。（1）查阅资料选用公式和收集数据的能力。（2）树立既考虑技术上的先进性与可行性，又考虑经济上的合理性，并注意到操作上的劳动条件和环境保护的正确设计思路，在这种设计思路的指导下去分许和解决实际问题的能力。（3）迅速正确的进行工程计算和计算机绘图的能力。本设计选用泡点进料方式， 对操作方便， 不受季节气温影响。 泡点进料基于恒摩尔流，假定精馏段和提馏段上升蒸气量相等，精馏段和提馏段塔径基本相等。且泡点进料时塔的制造比较
4、方便， 而其他进料方式对设备的要求高，设计起来难度相对较大，所以采用泡点进料。1.2 设计任务在一常压操作的连续精馏塔内分离苯甲苯混合物。生产能力：年处理苯甲苯混合液8 万吨（开工率 300 天/年）原料：苯含量为 30%（质量分数，下同）的泡点液体（泡点进料）分离要求：塔顶苯含量不低于96% 塔底苯含量不高于0.12% 51.3 设计流程1.3.1 装置流程为保持塔的稳定性， 流程中初用泵送入塔原料外采用高位槽入料，以免受泵操作波动的影响。塔顶冷凝装置采用全凝器， 分冷器全冷器两种不同的设置。以便于准却的控制回流比。塔顶分凝器对上升蒸气有一定的增浓作用。1.3.2 操作压力的选择塔内操作压力
5、的选择不仅牵涉到分离问题，而且与塔顶和塔底温度的选取有关。 根据所处理的物料性质， 兼顾技术上的可行性和经济上的合理性来综合考虑，一般有下列原则：一、 压力增加可提高塔的处理能力，但会增加塔身的壁厚， 导致设备费用增加；压力增加， 组分间的相对挥发度降低， 回流比或塔高增加， 导致操作费用或设备费用增加。 因此如果在常压下操作时， 塔顶蒸气可以用普通冷却水进行冷却，一般不采用加压操作。操作压力大于1.6MPa才能使普通冷却水冷却塔顶蒸气时，6应对低压、 冷冻剂冷却和高压、 冷却水冷却的方案进行比较后，确定适宜的操作方式。二、 考虑利用较高温度的蒸气冷凝热，或可利用较低品位的冷源使蒸气冷凝，且压
6、力提高后不致引起操作上的其他问题和设备费用的增加，可以使用加压操作。三、 真空操作不仅需要增加真空设备的投资和操作费用，而且由于真空下气体体积增大，需要的塔径增加，因此塔设备费用增加。1.3.3 泡点进料1.3.4 进料热况的选择进料状态有 5 种，可用进料状态参数q 值来表示。进料为过冷液体：q1；饱和液体（泡点）： q1；气、液混合物： 0q1；饱和蒸气（露点）： q0；过热蒸气： q0。q 值增加，冷凝器负荷降低而再沸器负荷增加，由此而导致的操作费用的变化与塔顶出料量D和进料量 F 的比值 D/F 有关；对于低温精馏， 不论 D/F 值如何，采用较高的 q 值为经济； 对于高温精馏， 当
7、 D/F 值大时宜采用较小的 q 值，当 D/F 值小时宜采用 q 值较大的气液混合物。 如果实际操作条件与上述要求不符，是否应对进料进行加热或冷却可依据下列原则定性判断：一、 进料预热的热源温度低于再沸器的热源温度，可节省高温热源时，对进料预热有利，但会增加提馏段的塔板数；二、 当塔顶冷凝器采用冷冻剂进行冷却，又有比较低的冷量可利用时，对进料预冷有利。泡点进料时的操作比较容易控制，且不受季节气温的影响； 此外，泡点进料时精馏段和提馏段的塔径相同，设计和制造时比较方便。进料热况的选择71.3.5 塔顶冷凝方式塔顶采用全冷凝器， 用水冷凝， 塔顶出来的气体温度不高， 冷凝后回流液和产品温度不高，
8、无需进一步冷却。此次分离选用全冷凝器。1.3.6 回流比的选择影响精馏操作费用的主要因素是塔内蒸气量V。对于一定的生产能力，即馏出量 D一定时，V的大小取决于回流比。实际回流比总是介于最小回流比和全回流两种极限之间。 由于回流比的大小不仅影响到所需理论板数，还影响到加热蒸汽和冷却水的消耗量，以及塔板、塔径、蒸馏釜和冷凝器的结构尺寸的选择，因此，适宜回流比的选择是一个很重要的问题。适宜回流比应通过经济核算决定， 即操作费用和设备折旧费之和为最低时的回流比为适宜回流比。 但作为课程设计， 要进行这种核算是困难的， 通常根据下面 3 种方法之一来确定回流比。一、 根据本设计的具体情况， 参考生产上较
9、可靠的回流比的经验数据选定；二、 先求出最小回流比Rmin，根据经验取操作回流比为最小回流比的1.12 倍，即 R（1.1 2）Rmin；三、 在一定的范围内，选5 种以上不同的回流比，计算出对应的理论塔板数，作出回流比与理论塔板数的曲线，如图所示。当R= Rmin时，塔板数为； R Rmin后，塔板数从无限多减至有限数；R继续增大，塔板数虽然可以减少，但减少速率变得缓慢。 因此可在斜线部分区域选择一适宜回流比。上述考虑的是一般原则，实际回流比还应视具体情况选定。1.3.7 加热方式的选择蒸馏大多采用间接蒸汽加热， 设置再沸器。 有时也可采用直接蒸汽加热，例如蒸馏釜残液中的主要组分是水，且在低
10、浓度下轻组分的相对挥发度较大时，宜8用直接蒸汽加热， 其优点是可以利用压力较低的加热蒸汽以节省操作费用，并省掉见解加热设备。 但由于直接蒸汽的加入， 对釜内液体起一定稀释作用，在进料条件和产品纯度， 轻组分收率一定的前提下， 釜液浓度相应降低， 故需要在提留段增加塔板以达到生产要求。二精馏塔的工艺计算2.1 精馏塔的物料衡算1原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率已知： F=8.0 万吨 300 天=80000100030024=11111h 苯的摩尔质量AM=78.11kgkmol 甲苯的摩尔质量苯的摩尔分率 1=3078.110.33587092.13 30 78.11甲苯摩尔分率2=1-0.3
11、358=0.6642进料液21xMx甲苯苯MM (3-1) =78.110.3347+92.13 0.6653 =87.42kg/kmol F=MF=11111/87.42 127.10kg/kmol 根据物料衡算方程WDFWxDxFxWDF又F=1=0.3358 , D=9659.013.92411.789611.7896w=0468.0 13.929611.78411.784解得 D=44.06 kmol/h 9W=83.04 kmol/h 由于泡点进料 q=1，由气液平衡数据，用内插法求得进料液温度2.957.3958.33 2.951.927.399.48Ft得 tF=97.26在此溫
12、度下，苯的和饱蒸汽压PA0=167.5kPa. 甲苯的饱和蒸汽压PB0=68.8kPa BA PP008.685.1672.43又根据min(1)111dDFfxxRxx(3-2) 3358.019659.0143.23358.09659.0143.211.92 已知 R=1.2 则minR=1.2 1.92=2.30 L=R D=2.3044.06=101.338 Kmolh L =L+qF=101.338+127.1x1=228.44 Kmolh 40.14506.44) 130.2() 1(DRVV10表 3-1 物料衡算表物料百分比流量（ Kmolh）组分物料流量（ Kmolh）进料
13、F 0.3358 苯127.10 0.6642 甲苯精馏段上升 145.40 蒸汽量 V 提馏段上升 145.40 蒸汽量 V精馏段下降 101.338 液体量 L 提留段下降 228.44 液体量 L塔顶产品 D 0.9659 苯44.06 0.0341 甲苯塔底残夜 W 0.0468 苯83.04 0.9532 甲苯2.2 热量衡算1. 热量衡算的物流示意图（能流图）气液平衡数据，用内差法可求塔顶温度Dt塔底温度wt泡点温度 t D 2.812 .802 .810.950 .1000.9559.96Dt解得88.80Dt6 .1101 .1066.11008.801415.0wt解得wt=
14、110.5311注：下标 1 为苯，下标 2 为甲苯。Dt温度下 : Cp1=25.75kcalkmol K =107.81kjkmol KCp2=31.00 kcalkmolK =129.52kjkmol K()?DDCp DCp xCpx108.55kjkmol Kwt温度下： Cp1=24.10kcalkmol K =100.91kjkmol KCp2 =30.15kcalkmol K =126.24kjkmol K()?wWCp WCp xCpx126.20kjkmol KDt温度下 : 193.0kcal kg92304.18668389.37kjkg290.0kcal kg90.04.18668376.81kj kg1D2Dx1-x389,37 0.9659376.811-0.9659388.81kj kg塔顶：D2DMMxM1-x78.11 0.965992.131-0.965978.59Kg kmol（）
