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1、沈阳工学院课程设计说明书课程设计说明书课程设计说明书课程名称：课程名称： 化工原理课程设计化工原理课程设计 专专 业：业： 环境工程环境工程班班 级：级： 1460050114600501 学学 生生 姓姓 名名 ： 刘姮希刘姮希 指导教师姓名：指导教师姓名： 王王 琪琪 能源与水利学院能源与水利学院沈阳工学院课程设计说明书摘 要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。本设计的题目是苯-甲苯连续精馏筛板塔的设计，本设计按照设计方案的确定，全塔物料衡算，塔板数的确定，精馏塔工艺条件和工艺尺寸的计算，塔板主要工艺尺寸的计算，得到
2、理论塔板数为 13 块，回流比为 2.5，实际塔板数是 26 块，进料位置为第 11 块，通过筛板流体力学的验算等步骤，证明各指标数据均符合标准。在此设计中，对全塔进行了物料衡算，本次设计过程正常，操作合适。关键词：筛板塔;苯-甲苯;精馏塔设计沈阳工学院课程设计说明书AbstractDistillation is the separation of liquid mixture (contain liquefied gas mixture) one of the most common unit operation, in the chemical industry, oil refining
3、, is widely used inpetrochemical industry. This design according to the determination of design scheme, thematerial balance, the determination of plate number column process conditions and the size of the calculation, the plate of main technological size calculation, get the theoretical plate number
4、 is 13 pieces, reflux ratio is 2.5, the actual plate number is 26 pieces, feeding position for 11 pieces, through the sieve plate of steps, such as fluid mechanics calculation prove that the index data are up to the standard. In this design, has carried on the material balance of the whole tower, th
5、e design process is normal, operation right. Keywords: Sieve plate tower; Benzene-toluene; Rectification tower design沈阳工学院课程设计说明书目 录 摘 要 IAbstract.II1 设计方案的确定11.1 设计原始数据.11.2 设计方案的确定.12 精馏塔的物料衡算52.1 原料液及塔顶，塔底产品的摩尔分数.52.2 原料液及塔顶，塔底产品的平均摩尔质量.52.3 物料衡算.53 塔板数的确定63.1 最小回流比的确定.6minR3.2 理论板层 NT的求取63.3 实际板
6、层数的求取.84.1 操作压力计算.94.2 操作温度计算.94.3 平均摩尔质量计算.94.4 平均密度计算.104.5 液体平均表面张力计算.104.6 液体平均黏度计算.115 精馏塔的塔体工艺尺寸计算125.1 塔径的计算.125.2 精馏塔有效高度计算.136 塔板主要工艺尺寸的计算156.1 溢流装置计算.156.2 塔板布置.166.3 开空区面积计算.176.4 筛孔计算及其排列.177 筛板的流体力学验算18沈阳工学院课程设计说明书7.1 塔板压降.187.2 液面落差.197.3 雾沫夹带量.197.4 漏液.207.5 液泛.208 塔板负荷性能图228.1 漏液线.22
7、8.2 液沫夹带线.228.3 液相负荷下限线.238.4 液相负荷上限线.248.5 液泛线.249. 总结.28致谢30参考文献31沈阳工学院课程设计说明书1 设计方案的确定1.1 设计原始数据1. 处理量：3800kg/h2. 料液组成（质量分数）：0.383. 塔顶组成（质量分数）：0.964. 塔底组成（质量组成）：0.025. 操作压力（kPa）：46. 进料热状况：自选7. 回流比：自选8. 单板压降：0.7kPa9. 全塔效率 ET（）：501.2 设计方案的确定本设计任务为分离苯甲苯混合物。对于二元混合物的分离，应采用连续精馏过程。设计采用泡点进料，将原料液通过预热器加热至泡
8、点后送入精馏塔内。塔顶上升蒸汽采用全凝气冷凝，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。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品冷却后送至储罐。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
9、要优点有：() 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。沈阳工学院课程设计说明书() 压降较低，每板压力比泡罩塔约低 30左右。筛板塔的缺点是：() 塔板安装的水平度要求较高，否则气液接触不匀。() 操作弹性较小(约 23)。() 小孔筛板容易堵塞。下图是苯-甲苯筛板塔的简略图：图 1.1 苯-甲苯筛板塔示意图表 1.1 苯和甲苯的物理性质沈阳工学院课程设计说明书项目分子式分子量 M沸点（）C0临界温度 tC（）C0临界压强PC（kPa）苯 AC6H678.1180.1
10、288.56833.4甲苯 BC7H892.13110.6318.574107.7表 1.2 苯和甲苯的饱和蒸汽压温度C080.1859095100105110.6,kPa0 AP101.33116.9135.5155.7179.2204.2240.0，kPa0 BP40.046.054.063.374.386.0240.0表 1.3 常温下苯甲苯气液平衡数据温度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 1.4 纯组分的表面张力温度C0809
11、0100110120苯，mN/m甲苯，Mn/m21.221.72020.618.819.517.518.416.217.3表 1.5 组分的液相密度温度()C08090100110120苯,kg/3m814805791778763甲苯,kg/3m809801791780768表 1.6 液体粘度 沈阳工学院课程设计说明书温度()C08090100110120苯（）smPa0.3080.2790.2550.2330.215甲苯（）smPa0.3110.2860.2640.2540.228沈阳工学院课程设计说明书2 精馏塔的物料衡算2.1 原料液及塔顶，塔底产品的摩尔分数苯的摩尔质量 MA=78.
12、11kg/kmol甲苯的摩尔质量 MB=92.13kg/kmol0.4790.56/92.130.44/78.110.44/78.11xF0.960.05/92.130.95/78.110.95/78.11xD0.0120.99/92.130.01/78.110.01/78.11xW2.2 原料液及塔顶，塔底产品的平均摩尔质量MF=0.47978.11+（10.479）92.13=85.415kg/kmolMD=0.9678.11+（10.96）92.13=78.67kg/kmolMW=0.01278.11+（10.012）92.13=91.96kg/kmol2.3 物料衡算 原料处理量 F=
13、45.44kmol/h85.4154000总物料衡算 F=D+W即 45.44=D+W苯物料衡算 wDFxWxDxF即 45.440.479=0.96D+0.012W联立求得 D=22.38kmol/hW=23.06kmol/h沈阳工学院课程设计说明书3 塔板数的确定3.1 最小回流比的确定minR已知=0.479，=0.96，=0.012，q=1，=2.47FxDxwx当 q=1 时，Fexx 0.6940.4791)-(2.4710.4792.47 1)x-(1xyFF e苯-甲苯为理想溶液，在最小回流比时，精馏段操作线的斜率为1RR xxyxminmineDeD 最小回流比1.2370.
14、4790.6940.6940.96 xxyxReDeD min苯-甲苯属易分离物系，最小回流比较小，故在本设计中操作回流比取最小回流比的 1.8 倍。 2.231.2371.81.8RRmin3.2 理论板层 NT的求取相平衡方程 nn n1)x-(1xy或 nnnn n1.47y2.47y y1yx精馏段操作线0.2610.738x12.230.96x12.232.23 1RxX1RRynnD n1n提镏段操作线 1)q(x1)D(RDFx1)D(RFRDyn1nw=wnx1R1F/Dx1RF/DR 沈阳工学院课程设计说明书式中 2.030.0120.4790.0120.96 xxxxDFW
15、FWD 代入可得 0.00481.404x0.01212.2312.03x12.232.032.23ynn1n泡点进料 q=1, 0.479xxFq第一块塔板上升的蒸气组成96. 0xD1y从第一块板下降的液体组成由相平衡方程求取0.90670.961.472.470.96 1.47y2.471y x11由第二块板上升的气相组成用精馏段操作线方程求取=0.2610.738xy120.93010.2610.90670.738第二块板下降的液体组成0.84350.93011.472.470.9301x2由此反复计算 0.88350.2610.84350.738y30.75430.88351.472.470.8836x3同理求得0.8177y40.6449 x40.7369y50.5314x50.6532y60.4326 x60.4790.4326x6因，第 6 块板上升的气相组成是由提馏段操作线方程计算，q6xx =7y0.43780.00481.404x6沈阳工学院课程设计说明
