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1、化工原理课程设计 - I - 大连理工大学化工原理本科课程设计 苯甲苯连续精馏系统管路设计苯甲苯连续精馏系统管路设计 姓名学号： 完成时间： 2014.11.18 大连理工大学 Technology of University Dali 化工原理课程设计 - II - 前言前言 化工原理课程是化学工程与化工工艺类及相关专业学生学习化工原理课程必修的（化工原理理论课、化工原理实验课以及化工原理课程设计）三大环节之一。其主要任务是研究化工过程的单元操作基本原理，典型过程设备的结构，进行过程工艺设计计算和设 备选型及单元过程的操作分析。 而本次课程设计作为化工原理教学的一个关键环节，要求学生能综合运
2、用化工原理的知识，完成管路设计为主的化工设计。 通过这一环节，有助于我们进一步理解和掌握书本上学到的化工原理知识，是理论知识和化工设计实践之间联结的纽带，在培养将来从事化工科学研究和工程技术人才过程中发挥着重要的作用。 本设计说明书包括概述、管路设计、辅助设备等。对于辅助设备和管路的设计做了正确的说明。 鉴于设计者经验有限，本设计中还存在许多错误，希望各位老师给予指正。 感谢老师的指导和参阅！ 设计者 2014 年 11 月 18 日 目目 录录 化工原理课程设计 - III - 第 1 章 化工原理课程设计任务书 1 1.1 设计任务书 . 1 1.2 苯-甲苯简介 . 1 1.2.1 苯
3、. 1 1.2.2 甲苯 . 1 第章 设计计算 2 2.1 物料衡算 . 2 2.1.1 原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 . 2 2.1.2 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 . 2 2.1.3 总物料衡算 . 2 2.2 物理常数计算 3 2.2.1 温度说明 . 3 2.2.2 液相平均粘度计算 . 3 2.2.3 液相密度计算 . 4 2.3 管路计算与选型 5 2.3.1 进料管尺寸计算 . 5 2.3.2 塔顶回流管管径计算 . 5 2.3.3 塔顶蒸气出口管径计算 . 6 2.3.4 塔釜出料管径计算 . 6 2.4 泵的计算及选型 7 2.4.1 回流泵的选型 . 7 2
4、.4.2 加料泵的选择 . 错误错误! !未定义书签。未定义书签。 2.4.4 釜液泵的选择 . 9 2.5 辅助容器设计 10 2.5.1 原料罐 10 2.5.2 回流罐 10 2.5.3 塔底产品罐 11 2.5.4 塔顶产品罐 11 第章 设计结果表 . 11 3.1 管路设计结果表 11 3.2 泵设备及主要参数 12 3.2 储罐设备 12 第章 设计评述 . 12 参考文献 . 13 化工原理课程设计 - 1 - 第第 1 1 章章 化工原理课程设计任务书化工原理课程设计任务书 1.11.1 设计任务书设计任务书 1.21.2 苯苯- -甲苯简介甲苯简介 1.21.2.1.1 苯
5、苯 苯（Benzene, 66HC）在常温下为一种无色、有甜味的透明液体，并具有强烈的芳香气味。苯可燃，有毒，也是一种致癌物质。苯是一种碳氢化合物也是最简单的芳烃。它难溶于水，易溶于有机溶剂，本身也可作为有机溶剂。苯是一种石油化工基本原料。苯的产量和生产的技术水平是一个国家石油化工发展水平的标志之一。苯具有的环系叫苯环，是最简单的芳环。 1.21.2.2.2 甲苯甲苯 甲苯（分子式：87HC） ，是一种无色，带特殊芳香味的易挥发液体。甲苯是芳香族碳氢化合物的一员，它的很多性质与苯很相像，在现今实际应用中常常替代有相当毒性的苯作为有机溶剂使用，还是一种常用的化工原料，可用于制造炸药、农药、苯甲酸
6、、染料、合成树脂及涤纶等。同时它也是汽油的一个组成成分。 化工原理课程设计 - 2 - 第第章章 设计设计计算计算 2.12.1 物料衡算物料衡算 2.1.12.1.1 原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 原料液：%34Fx 塔顶馏出液：%98Dx 塔底产品：%2Wx 2.1.22.1.2 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 molgF/36.8713.92）%34-1（11.78%34M molgD/39.7813.92）%98-1（11.78%98M molgW/85.9113.92）%2-1（11.78%2M 2.1.3
7、2.1.3 总物料衡算总物料衡算 原料处理量 hkmolF/08.8136.8724300100051000 总物料衡算 WD08.81 苯物料衡算 W02.0D98.034.008.81 联立解得 kmol/h027.27D kmol/h053.54W 若以塔顶苯为主要产品，回收率：%100wD WxDx 化工原理课程设计 - 3 - 则回收率：%08.96%10002.008.8198.0027.27 式中 F-原料液流量 D-塔顶产品量 W-塔底产品量 2.2 物理常数计算物理常数计算 2.2.1 温度说明温度说明 设计书中已知：TD = 80.6 TF = 100.8 TW = 119
8、.9 假定： 料液流入换热器温度为 30 塔顶液体经塔顶冷凝器温度变为 40，回流罐中液体为 40，塔顶产品罐中液体温度为 20 塔底液体经换热器温度变为 40，塔底产品罐中液体温度为 40 所以： TD=(80.6+40)/2=60.3,T F=(100.8+30)/2=65.,T W=(119.9+40)/2=79.95 2.2.2 液相平均粘度计算液相平均粘度计算 表 2.1 苯和甲苯的液体粘度1 t/ 80 90 100 110 120 smPa苯 0.308 0.279 0.255 0.233 0.215 smPa甲苯 0.311 0.286 0.264 0.254 0.228 查上
9、表 2.4 由内插法得： 当 tD = 80.946时，smPa086.smPa053.3030甲苯苯 当 tF = 99.69时，smPa647.smPa557.2020甲苯苯 当 tW = 109.48时，smPa545.smPa341.2020甲苯苯 根据液相平均黏度公式：iimLxlglg 化工原理课程设计 - 4 - 塔顶：tD = 80.946时，3086. 0lg)95728. 01 (3053. 0lg95728. 0lgmLD 得 smPamLD3054. 0 塔底：tW = 109.48时，2545. 0lg)01764. 01 (2341. 0lg01764. 0lgmL
10、W 得 smPamLW2541. 0 则液相平均黏度为： smPaLWmLFmLDm Lm2741. 032541. 02626. 03054. 0 3 2.2.3 液相密度计算液相密度计算 表 2.2 苯和甲苯的液相密度2 t/ 20 40 60 80 90 100 110 120 3-mkg苯 877 857 837 814 805 791 778 763 3-mkg甲苯 867 848 829 809 801 791 780 768 进料液密度 t=20，估算： 3甲苯苯kg870867）34.0-1（87734.01 )-1（1mxxDD 回流液体及塔顶产品密度 t=40 %98X苯
11、按照纯苯估计 3814mkg 塔顶液相平均密度 由 TD =60.3，查上表 2.5 由内插法得： 3 苯66.836mkg 3 甲苯7.828mkg 估算 3甲苯苯mkg50.8367.828）8.90-1（66.8368.901 )-1（1mxxDDLD 塔底产品密度 t=40 %98X甲苯 按照纯甲苯估计3857mkg 进料板液相平均密度 化工原理课程设计 - 5 - 由 TF=65.，查上表 2.5 由内插法得： 3 苯25.831mkg 3 甲苯824mkg 3甲苯苯苯苯mkg45.826824）.660-1（25.831.3401 )a-1（1maLD 6 塔底液相平均密度 由 T
12、W=79.95，查上表 2.5 由内插法得： 3 苯06.814mkg 3 甲苯05.809mkg 3甲苯苯苯苯m809.15kg809.05）02.0-1（814.0602.01 )a-1（1maLD 2.3 管路管路计算与选型计算与选型 2.32.3.1.1 进料管尺寸计算进料管尺寸计算 料液质量流速 1968.13600136.8708.81skgMFGFF体积流速 1331038.245.826968.1smGVLFF FL取管内流速为 16 . 1smuF 所以，进料管管径为 mmuVDFFL F5.436.11038.2443 由上，原料进口管管径选取为5.260 的标准管13。
13、2.32.3.2.2 塔顶回流管管径计算塔顶回流管管径计算 同上，取管内流速为16 . 1smuD 回流液质量流速 化工原理课程设计 - 6 - 1589.03600139.7803.27skgMDGDD体积流速 1341004.750.836589.0smGVLDD DL所以，回流管管径 mmuVDFDL D7.236.11004.7444 由上，塔顶回流管选5.240 的标准管。 2.32.3.3.3 塔顶蒸气出口管径计算塔顶蒸气出口管径计算 蒸气出口管的允许气速VU应不产生过大的压降，其值可下表 表 2.3 蒸气出口管中允许气速参照表 操作压力（绝压） 常压 14006000Pa 600
14、0Pa 蒸汽速度，1sm 1220 3050 5070 因kPaP325.1010，故取出口气速118smuD 故：108.080.15360039.7803.27*）19.1（ 3600VMVD VVMqmmuqDDV4.8718108.044由上，塔顶蒸气出口管选0.6150 的标准管。 2.32.3.4.4 塔釜出料管径计算塔釜出料管径计算 取18 . 1smuW， 出料液质量流速 1379.13600185.9105.54skgMWGWW体积流速 13310704.115.809379.1smGVLWW WL化工原理课程设计 - 7 - 所以，塔釜出料管管径 mmuVDWWL W7.348.110704.1443 由上，塔釜出料管选5.250 的标准管。 2.4 泵的泵的计算及计算及选型选型 2.4.1 回流泵的选型回流泵的选型 首先计算回流罐的尺寸，冷凝液在回流罐内停留时间为 15mim，回流罐储存的冷凝液的体积为: 3655.6601550.83691.7803.2719.160151mMDRLDLD则回流管体积可选为 8m3 。 回流管内的液体可看作是纯的苯，温度为 40，则其流动雷诺常数可下式算： 50001004. 1103054. 050.8366 . 1035. 05 3duRe 故回流管绝对粗糙度=0.3m
