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1、化工原理课程设计苯年苯连续精馏板式塔的设计专业年级:11级化工本2* *指导老师：代宏哲2014年7月目录一序言3二板式精馏塔设计任务书4三设计计算51.1设计方案的选定及基础数据的搜集51.2精馏塔的物料衡算81.3精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算121.4精馏塔的塔体工艺尺寸计算161.5塔板主要工艺尺寸的计算181.6筛板的流体力学验算201.7塔板负荷性能图23四设计结果一览表29五板式塔得结构与附属设备305.1附件的计算305.1.1 接管305.1.2冷凝器325.1.3再沸器325.2 板式塔结构 33六参考书目35七设计心得体会35八附录错误!未定义书签。化工原理课程设计
2、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
3、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。二板式精馅塔设计任务书五一、设计题目苯-甲苯连续精馏筛板塔的设计。二、设计任务(1) xf: 0.35，xD: 0.98，XW： 0.05。(2) 处理量：300kg/h苯产品。三、操作条件(1) 精馏塔顶压强：常压(2)进料热状态：q=1.0，泡点进料(3) 回流比：R=
4、(1.1-2.0) Rmin(4)单板压降压：汁0.7kPa(5)加热状态：塔釜饱和蒸汽直接加热四、设计内容及要求(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设计塔高、塔径以及塔板结构尺寸的确定；塔板的流体力学验算；塔板的负荷性能图。(4) 编制设计结果概要或设计一览表(5) 辅助设备选型与计算(6) 绘制塔设备结构图：采用绘图纸徒手绘制五、时间及地点安排(1) 时间：6月23日至7月4日(2)地点：榆林学院六、参考书目1化工原理上、下册2化工原理课程设计3化工原理设计手册三设计计算1.1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
5、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1.1倍。 塔釜饱和蒸汽直接加热，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
6、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) 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：讲料Ln降液管V mt如热水蒸汽L5 m-1再沸器g t9回流罐T
7、塔顶产品 或冷凝为通出液） t_1 ,J1- ： _. ., 渣.一X1.、a TI-.拎凝水塔底产品? 1或残液）图1板式精t留塔表1苯和甲苯的物理性质项目分子式分子量M沸点（C）临界温度tc（c）临界压强Pc （kPa）苯ACH78.1180.1288.56833.4甲苯BC6H5CH392.13110.6318.574107.7表2苯和甲苯的饱和蒸汽压温度。C80.1859095100105110.6P 0,kPa 4101.33116.9135.5155.7179.2204.2240.0PB0, kPa40.046.054.063.374.386.0表3常温下苯一甲苯气液平衡数据（：八
8、例1附表2）温度o C80.1859095100105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4纯组分的表面张力（1： %附录图7）温度8090100110120苯，mN/m21.22018.817.516.2甲苯，Mn/m21.720.619.518.417.3表5组分的液相密度（1： P382附录图8）温度（C）8090100110120苯,kg/ m 3814805791778763甲苯,kg/ m 3809801791780768表6液体粘度L（1： P温度（C）809
9、0100110120苯（mP .s）0.3080.2790.2550.2330.215甲苯（mP .s）0.3110.2860.2640.2540.228表7常压下苯一一甲苯的气液平衡数据温度tC液相中苯的摩尔分率x气相中苯的摩尔分率 y110.560.000.00109.911.002.50108.793.007.11107.615.0011.2105.0510.020.8102.7915.029.4100.7520.037.298.8425.044.297.1330.050.795.5835.056.694.0940.061.992.6945.066.791.4050.071.390.11
10、55.075.580.8060.079.187.6365.082.586.5270.085.785.4475.088.584.4080.091.283.3385.093.682.2590.095.981.1195.098.080.6697.098.880.2199.099.6180.01100.0100.01.2精馏塔的物料衡算(1)原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量Mf = 0.780 x 78.11 + (1 - 0.780) x 92.13 = 81.20(kg / kmol)MD = 0.983 x 78.11 + (1 - 0.983) x 92.13 = 78.40(kg / k
11、mol)M = 0.099 x 78.11 + (1 - 0.099) x 92.13 = 90.73(kg / kmol)(2) 物料衡算原料处理旦90000000F = 1.49 x 102(kmol / h)81.20 x 310 x 24总物料衡算D + W = 1.49 x102苯物料衡算 0.780F = 0.983D + 0.099W联立解得D = 1.19 x102kmol/hW = 0.30 x 102 kmol/h式中F原料液流量D塔顶产品量W塔底产品量3塔板数的确定（1）理论板层数NT的求取苯一甲苯属理想物系，可采逐板计算求理论板层数。 求最小回流比及操作回流比。采用恩特
12、伍德方程求最小回流比。I *2m=R +1 a -0 mI 圣=1-qI a -0i解得，最小回流比R = 0.73取操作回流比为R = 1.8 R = 1.31 求精馏塔的气、液相负荷L = RD = 1.31x119 = 155.89(kmol/h)V = (R +1) D = (1.31 +1) x119 = 274.89(kmol/h)V = (R +1)D - (1 - q)F = 2.31x119 = 274.89(kmol /h)(泡点进料:q=1)L = RD + qF = 1.31 x 119 + 1x149 = 304.89( kmol / h) 求操作线方程精馏段操作线方
13、程为R xy =x + = 0.567x + 0.426n+1 R +1 n R +1 n提馏段操作线方程为y = L x + = 1.109x - 0.011n+1 V nVn（3）逐板法求理论板又根据R =上% W 可解得 a =2.47min a-1 x 1 - x相平衡方程2.475 x1 + (a- 1)x 1 +解得75 x2.47 xy =1 +1.47 x变形得x=y_2.47 -1.47 y用精馏段操作线和相平衡方程进行逐板计算yy1 = xD = 0.983=0.959一 1y + a(1- y )亍 + 2.475(1- y )1111y2=0.567x + 0.426 = 0.970i*2 - 2.47 -1.47 y - 959y3=0.567x2+ 0.4260.953y4=0.567x3+ 0.4260.931y5=0.567x4+ 0.4260.905y6=0.567x5+ 0.4260.877因为,x6 = 0.742 xF = 0.780x = 0.89132.4
