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1、湖南科技大学化工原理课程设计说明书化工原理课程设计说明书题题 目：苯目：苯甲苯连续精馏塔的设计甲苯连续精馏塔的设计学生姓名：彭学生姓名：彭 雨雨学学 院：化学化工学院院：化学化工学院专业班级：环境工程三班专业班级：环境工程三班学学 号：号：10060503071006050307 指导教师：罗娟指导教师：罗娟 陈东初陈东初 刘和秀刘和秀 汪朝旭汪朝旭时间：时间：20122012 年年 1212 月月 3030 日日苯甲苯连续精馏塔的设计目目 录录一一 序序 言言.1 1二二 精馏塔设计任务书精馏塔设计任务书.2 2三三 符号说明符号说明.3 3四四 设计内容设计内容.4 41.11.1 设计方
2、案的选定及基础数据的搜集设计方案的选定及基础数据的搜集.4 41.21.2 精馏塔的物料衡算精馏塔的物料衡算.6 61.31.3 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算.1 12 21.41.4 精馏塔的塔体工艺尺寸计算精馏塔的塔体工艺尺寸计算.15151.51.5 塔板主要工艺尺寸的计算塔板主要工艺尺寸的计算.16161.61.6 筛板的流体力学验算筛板的流体力学验算.1 18 81.71.7 塔板负荷性能图塔板负荷性能图.2020五五 设计结果一览表设计结果一览表.2525六六 参考书目参考书目.2626六六 设计心得体会设计心得体会.2 26 6七七 附
3、附 录录.2727苯甲苯连续精馏塔的设计- 0 -一一 序序 言言化工原理课程设计是综合运用化工原理课程和有关先修课程（物理化学 ， 化工制图等）所学知识，完成一个单元设备设计为主的一次性实践教学，是理论联系实际的桥梁，在整个教学中起着培养学生能力的重要作用。通过课程设计，要求更加熟悉工程设计的基本内容，掌握化工单元操作设计的主要程序及方法，锻炼和提高学生综合运用理论知识和技能的能力，问题分析能力，思考问题能力，计算能力等。精馏是分离液体混合物（含可液化的气体混合物）最常用的一种单元操作，在化工，炼油，石油化工等工业中得到广泛应用。精馏过程在能量剂驱动下（有时加质量剂） ，使气液两相多次直接接
4、触和分离，利用液相混合物中各组分的挥发度的不同，使易挥发组分由液相向气相转移，难挥发组分由气相向液相转移，实现原料混合液中各组分的分离。根据生产上的不同要求，精馏操作可以是连续的或间歇的，有些特殊的物系还可采用衡沸精馏或萃取精馏等特殊方法进行分离。本设计的题目是苯-甲苯连续精馏筛板塔的设计，即需设计一个精馏塔用来分离易挥发的苯和不易挥发的甲苯，采用连续操作方式，需设计一板式塔将其分离。苯甲苯连续精馏塔的设计- 1 -二二 精馏塔设计任务书精馏塔设计任务书一、一、 设计题目设计题目 苯甲苯连续精馏塔的设计二、设计任务及操作条件二、设计任务及操作条件1、进塔料液：含苯 33%，其余为甲苯 2、产品
5、中的苯含量不得小于 95%（质量） 3、釜液中苯含量不得高于 3%（质量） 4、生产能力为：每小时处理原料液 5 吨 5、操作条件： （1）精馏塔顶压强：4kPa（表压） （2）进料状态：泡点进料 （3）加热蒸汽：506kPa 的饱和水蒸气 （4）回流比： （5）单板压降：0.7kPa三、设备型式三、设备型式筛板塔四、厂址四、厂址湘潭地区（年平均水温 20C）五、设计内容五、设计内容1、设计方案的确定及流程说明 2、塔的工艺计算 3、塔和塔板主要工艺尺寸的计算 （1） 塔高、塔径及塔板结构尺寸的确定 （2） 塔板的流体力学验算 （3） 塔板的负荷性能图 4、设计结果概要和设计一览表 5、对本设
6、计的评述和有关问题的分析讨论 6、精馏塔的工艺条件图六、参考资料六、参考资料化工原理、化工原理课程设计指导书、化工工艺手册、物理化学手册7 7、时间安排时间安排2012.12.242013.1.4（十七周十八周）苯甲苯连续精馏塔的设计- 2 -三三 符号说明符号说明英文字母英文字母K 稳定系数,无因次 Aa 塔板开孔区面积,m2LW堰长,m Af 降液管截面积,m2Lh 液体体积流量,m3/h A0 筛孔总面积,m2m 相平衡系数,无因次 c0 流量系数,无因次n 筛孔数目 C 计算 umax时的负荷系数,m/sNT理论板层数；P 操作压力,Pa CS 气相负荷因子,m/sP压力降,Pa d
7、填料直径,mPP气体通过每层筛板的降压,Pa d0筛孔直径,mt筛孔的中心距,m D 塔径,mu空塔气速,m/s ev 液体夹带量,kg（液）/kg（气）u0气体通过筛孔的速度,m/s E 液流收缩系数,无因次Vh气体体积流量,m3/h ET 总板效率,无因次Vs气体体积流量,m3/s F 气相动能因子,kg1/2/(sm1/2）wL液体质量流量,kg/ F0 筛孔气相动能因子， kg1/2/(sm1/2) wV气体质量流量,kg/sg重力加速度,9.81m/ s2Wc边缘无效区宽度,m h填料层分段高度,mWd弓形降液管宽度,m h1 进口堰与降液管间的水平距离,mWs泡沫区宽度,m hc
8、与干板压降相当的液柱高度,m 液 柱x 液相摩尔分数hd 与液体流过降液管的压降相当的液 柱X液相摩尔比hf 塔板上鼓泡层高度,my气相摩尔分数 h1 与板上液层阻力相当的液柱高度,mY气相摩尔分比 hL 板上清液层高度,mZ板式塔的有效高度,m h0 降液管的底隙高度,m润湿速率,m3/(ms)VVq,hOW堰上液层高度,m下标下标 hW 出口堰高度,mmax最大的 h,W进口堰高度,mmin最小的 h与阻力表面张力的压降相当的液 柱高度,m 液柱L 液相的H板式塔高度,mV 气相的 Hd降液管内清液层高度,m液体在降液管内停留时间,s HD塔顶空间高度,m粘度,mPas HF进料板处塔板间
9、距,m开孔率或孔流系数，无因次 HP人孔处塔板间距,m表面张力,N/m HT塔板间距,m密度,kg/m3苯甲苯连续精馏塔的设计- 3 -四四 设计设计内容内容1.11.1 设计方案的选定及基础数据的搜集设计方案的选定及基础数据的搜集本设计任务为分离苯一甲苯混合物。由于对物料没有特殊的要求，可以在常压下操作。对于二元混合物的分离，应采用连续精馏流程。设计中采用泡点进料，将原料液通过预热器加热至泡点后送人精馏塔内。塔顶上升蒸气采用全凝器冷凝，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 1.8 倍。塔底设置再沸器
10、采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。其中由于蒸馏过程的原理是多次进行部分汽化和冷凝，热效率比较低，但塔顶冷凝器放出的热量很多，但其能量品位较低，不能直接用于塔釜的热源，在本次设计中设计把其热量作为低温热源产生低压蒸汽作为原料预热器的热源之一，充分利用了能量。塔板的类型为筛板塔精馏，筛板塔塔板上开有许多均布的筛孔，孔径一般为 38mm，筛孔在塔板上作正三角形排列。筛板塔也是传质过程常用的塔设备，它的主要优点有：（1）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。（2）处理能力大，比同塔径的泡罩塔可增加 1015。（3）塔板效率高，比泡罩塔高 15左右。（4）
11、压降较低，每板压力比泡罩塔约低 30左右。筛板塔的缺点是：（1）塔板安装的水平度要求较高，否则气液接触不匀。（2）操作弹性较小(约 23)。（3）小孔筛板容易堵塞。下图是板式塔的简略图：苯甲苯连续精馏塔的设计- 4 -表表 1 1 苯和甲苯的物理性质苯和甲苯的物理性质项目分子式分子量 M沸点（）临界温度 tC（）临界压强PC（kPa）苯 AC6H678.1180.1288.56833.4甲苯 BC6H5CH392.13110.6318.574107.7表表 2 2 苯和甲苯的饱和蒸汽压苯和甲苯的饱和蒸汽压温度C080.1859095100105110.6,kPa0 AP101.33116.91
12、35.5155.7179.2204.2 240.0，kPa0 BP40.046.054.063.374.386.0101.33 表表 3 3 常温下苯常温下苯甲苯气液平衡数据（甲苯气液平衡数据（22：例例 1 11 1 附表附表 2 2）8P温度C080.1859095100105液相中苯的摩尔分率1.0000.7800.5810.4120.2580.130汽相中苯的摩尔分率1.0000.9000.7770.6300.4560.262 表表 4 4 纯组分的表面张力纯组分的表面张力(1(1：附录图附录图 7)7)378P温度8090100110120苯，mN/m甲苯，Mn/m21.221.72020.618.819.517.518.416.217.3苯甲苯连续精馏塔的设计- 5 -表表 5 5 组分的液相密度组
