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1、 化工原理课程设计题 目： F1型浮阀精馏塔的设计 教 学 院： 化学与化工学院 专 业：化学工程与工艺（精细化工方向）学 号： 01 02 14 44 学生姓名：指导教师： 2015年 5 月 25 日化工原理课程设计任务书学生姓名： 专业班级： 化学工程与工艺(精细化工)2012（1） 指导教师： 工作部门： 化工教研室 一、课程设计题目：F1型浮阀精馏塔的设计二、课程设计内容（含技术指标）1. 工艺条件与数据在一常压操作的连续精馏塔内分离苯甲苯混合物。要求年处理量为8万吨，组成为苯0.40（质量分率，下同），馏出液组成为0.99，塔釜液组成为0.02。2. 操作条件操作压力：4kPa（表
2、压）；进料状况：自选；回流比：自选；单板压降：0.7kPa；全塔效率：ET523. 设计内容精馏塔的物料衡算；塔板数的确定；精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算；精馏塔的塔体工艺尺寸计算；塔板主要工艺尺寸的计算；塔板的流体力学验算；塔板负荷性能图；精馏塔接管尺寸计算；绘制生产工艺流程图；绘制塔体及内件尺寸图及对设计过程的评述和有关问题的讨论。工作时间：每年300天，每天24小时连续运行。三、进度安排15月18日：分配任务；25月19日-5月24日：查询资料、初步设计；35月25日-5月29日：设计计算，完成报告。四、基本要求1. 设计计算书1份：设计说明书是将本设计进行综合介绍和说明。设计说明
3、书应根据设计指导思想阐明设计特点，列出设计主要技术数据，对有关工艺流程和设备选型作出技术上和经济上的论证和评价。应按设计程序列出计算公式和计算结果，对所选用的物性数据和使用的经验公式、图表应注明来历。设计说明书应附有带控制点的工艺流程图。设计说明书具体包括以下内容：封面；目录；绪论；工艺流程、设备及操作条件；塔工艺和设备设计计算；塔机械结构和塔体附件及附属设备选型和计算；设计结果概览；附录；参考文献等。2. 图纸1套：工艺流程图(2号图纸) 指导老师签名：年 月 日目录1 基础数据的搜集42 详细数据计算72.1 精馏塔的物料计算72.2 塔板数的确定72.3 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的
4、计算102.4 精馏塔的塔体工艺尺寸计算142.5 塔板主要工艺尺寸的计算152.6 塔板的流体力学验算172.7 塔板负荷性能图192.8 精馏塔接管尺寸计算223 参考文献241 基础数据的搜集表1-1 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A甲苯BC6H6C6H5CH378.1192.1480.1110.6288.5318.576833.44107.7表1-2 苯和甲苯的饱和蒸汽压温度80.1848892961001081106,kPa101.31141128414411613180022242377，kPa39.04455085786567
5、429401013表1-3 常温下苯甲苯气液平衡数据温度80.1849296100104110.6液相中苯的摩尔分率汽相中苯的摩尔分率1.0001.0000.8160.9190.5040.7170.3730.5940.2560.4550.1520.30000表1-4 纯组分的表面张力温度8090100110120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()8090100110120苯,kg/甲苯,kg/814809805801791791778780763768表1-6 液体粘度 温度()80901001
6、10120苯（mP.s）甲苯（mP.s）0.3080.3110.2790.2860.2550.2640.2330.2540.2150.228表1-7常压下苯甲苯的气液平衡数据温度t液相中苯的摩尔分率x气相中苯的摩尔分率y110.560.000.00109.911.002.50108.793.007.11107.615.0011.2105.0510.020.8102.7915.029.4100.7520.037.298.8425.044.297.1330.050.795.5835.056.694.0940.061.992.6945.066.791.4050.071.390.1155.075.58
7、7.6365.082.586.5270.085.785.4475.088.584.4080.091.283.3385.093.682.2590.095.981.1195.098.080.6697.098.880.2199.099.6180.01100.0100.0图1-1 常压下苯甲苯的气液平衡数据图2 详细数据计算2.1 精馏塔的物料计算1.原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数 苯的摩尔质量 MA=78.11 kgkmol-1 甲苯的摩尔质量 MB =92.14 kgkmol-1=0.440=0.984=0.0232.原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量=0.44078.11+(1-0.440)
8、92.14=85.97 kgkmol-1=0.98478.11+(1-0.984)92.14=78.33 kgkmol-1=0.02378.11+(1-0.023)92.14=91.82 kgkmol-13.物料衡算产品产量kmolh-1总物料衡算 F=D+W苯物料衡算 F0.440=0.984D+0.023W联立解得 F=293.76Kmolh-1，W=166.67Kmolh-12.2 塔板数的确定 1.理论板层数的求取 由手册查得苯-甲苯物系的气液平衡数据，绘出x-y图表 2-1 物系的气液平衡数据x00.0580.1550.2560.3760.5080.6590.831y00.1280.
9、3040.4530.5960.720.830.9431图 2-1 物系的气液平衡x-y图 相对挥发度 =2.46由公式， 计算出苯和甲苯的t-x-y数据如下表 2-2 苯和甲苯的t-x-y数据t/80.184889296100104108110.6x10.8160.6510.5040.3730.2560.1520.0570y10.9190.8250.7170.5940.4550.3000.1250绘制出t-x-y图图 2-2 t-x-y关系图用作图法求取 并选取R本设计的进料状态选取的是泡点进料，即q=1，q线方程为 ,作图得=0.660 相平衡方程 故最小回流比为：= 回流比为：R=2Rmi
10、n=21.47=2.94求精馏塔的气、液相负荷 Kmolh-1 Kmolh-1 Kmolh-1 Kmolh-1求操作线方程精馏段操作线方程提馏段操作线方程 用逐板法求理论板层数，详细数据见下一页。表 2-3每层塔板的X-Y数据塔板数XY10.976 0.990 20.950 0.979 30.908 0.960 40.840 0.929 50.745 0.878 60.629 0.807 70.511 0.721 80.411 0.632 90.338 0.558 100.259 0.463 110.181 0.353 120.116 0.244 130.068 0.153 140.037 0
11、.087 150.018 0.044 总理论板层数N=15（包括再沸器），进料板位第9块板，精馏段为8块，提馏段为7块。2. 实际板层数的求取全板效率ET=0.52 精馏段实际板层数：，取16 提馏段实际板层数：，取142.3 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 1.操作压力计算塔顶操作压力 kPa每层塔板压降 kPa进料板压力 kPa 塔釜压力 kPa kPa精馏段平均压力 kPa提馏段平均压力 2.操作温度计算读图知：塔顶温度TD=80.40进料板温度TF=97.33塔釜温度TF=111.52精馏段平均温度提馏段平均温度 3.平均摩尔质量计算 塔顶摩尔质量计算：由 查平衡线得 kgkmo
12、l-1 kgkmol-1 进料板平均摩尔质量计算 由图解理论板，得 查平衡曲线，得 kgkmol-1 kgkmol-1 （3）塔釜摩尔质量计算 kgkmol-1kgkmol-1 （3）精馏段平均摩尔质量 kgkmol-1 kgkmol-1（4）提馏段平均摩尔质量kgkmol-1 kgkmol-1 4.平均密度计算气相平均密度计算 由理想气体状态方程计算，即 精馏段 kgm-3 提馏段 kgm-3液相平均密度计算 液相平均密度依下式计算： 塔顶液相平均密度计算： 由，查手册得 A1=805.1kgm3，B1=801.08kgm-3kgm-3 进料板液相平均密度计算 由，查手册得 A2=795.6kgm3
