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1、 . . 化工原理课程设计002- -日期：38 / 38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 学生淑云 黄 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 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102.2全塔物料衡算和热量衡算10一、物料衡算10二、热量衡算112.3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、全塔效率的估算17三、实际塔板数
2、17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、液相平均密度与液相体积流量的计算17二、气相平均密度与气相体积流量的计算18三、液相平均表面力的计算183.2塔径的计算193.3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20第四章 塔盘的设计和计算4.1塔板布置224.2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与校核235.2塔板性能负荷图255.3筛板设计计算的主要结果27第六章 塔附属设备的选型与计算28一、换热器的选型与计算28二、原料预热器30三、塔底再沸器316.1相关管路管径的确定336.2泵的选型与计
3、算346.3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.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：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、设计容（1）单元操作流程设计单元操作方案选择
4、与论证。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。物料与热量衡算计算。要求对过程中涉与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）；编制物料与热量平衡计算书；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；物
5、料流程图（PFD）一，要求对管道进行标注；主体设备装配图一，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）。.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动原理实现分离，而化学工业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
6、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
7、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
8、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。本课程设计的主要容是过程的物料衡算、热量衡算，工艺计算，结构设计和校核。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：塔底压力：（2） 计算塔顶温度：根据塔顶压力与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。设由 得由 得设由由设由 得由 得 假设正确，为所求塔顶温度。（3） 计算塔底温度根据塔底压力与塔底残液组成用试差法计算塔底温度。其中甲苯、二甲苯的饱和蒸汽压由安托因方程计算。设由由设由由设由由 假设正确，为所求塔底温
9、度。饱和蒸汽压数据：式中t：温度，：饱和蒸汽压，毫米工作汞柱：同组分种类有关的常数表21甲苯和对二甲苯饱和蒸汽压数据：组分名称AiBiCi甲苯6.9531344219.4对二甲苯7.0001463214.7二、 相对挥发度的计算和最小回流比和操作回流比的确定：（1） 相对挥发度的计算：根据安托因方程可得（2） 最小回流比与操作回流比的确定：由于要求泡点进料，所以 且一般操作回流比取最小回流比的1.12倍，本设计取1.5倍即2.2全塔物料衡算和热量衡算一、 物料衡算1. 摩尔衡算甲苯的摩尔质量：对二甲苯的摩尔质量：原料液摩尔分率：塔顶产品摩尔分率：塔底产品摩尔分率：年处理量为100000吨/年，
10、按300天生产时间计算，则：原料液的平均摩尔质量：同理可求得：物料衡算原料处理量：总物料衡算：解得： 2. 质量衡算由解得： 物料衡算表 基准 1h进料出料项目kmolkg项目kmolkg进料133.4613888.89馏出液19.061984.13釜残液114.4011904.76总计133.4613888.89133.4613888.89二、 热量衡算1. 塔顶冷凝器的热量衡算 目的：对塔顶冷凝器进行热量衡算以确定冷却水的用量。以便于塔顶冷凝器的相关设计。（1） 热量衡算式如图所示，根据热量衡算式，有：QVQWQLQD式中 塔顶蒸气带入系统的热量；回流液带出系统的热量；馏出液带出系统的热量；冷凝水带出系统的热量。（2） 各股物流的温度与压力由塔顶蒸汽组成 ，通过气液平衡数据表，经插值可知塔顶蒸汽温度为111.12
