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1、课程设计说明书 题目: 分离正戊烷-正己烷用筛板精馏塔设计院 系： 机械工程学院 专业班级： 过控11-1班 学 号： 2011301920 学生姓名： 蔡洋 指导教师： 年 月 日 安徽理工大学课程设计（论文）任务书 机械工程学院 过控 教研室学 号2011301920学生姓名蔡洋专业（班级）过控11-1设计题目分离正戊烷-正己烷用筛板精馏塔设计设计技术参数料液种类：正戊烷-正己烷混合液年处理量： 40000 吨料液浓度： 55% （轻组分质量分数）塔顶产品浓度：96%（轻组组分质量分数）塔底釜液浓度：96%（重相组分质量分数）每年实际生产天数：330天（一年中有一个月检修）精馏塔塔顶压强：
2、4kPa（表压）设备形式：筛板精馏塔厂址：淮南地区设计要求完成精馏塔工艺设计、精馏设备设计、配管设计，绘制塔板结构简图，编制设计说明书。工作量 说明书总页数不少于25页工作计划 第一天：省定题目，第二天：借书查资料，第三天：开始计算，第四天：把不会计算的到图书馆找书查，第五天：计算，查资料，第六天：计算，校核，第七天：计算，校核，第八天：总结，从头复查一遍，第九天：排版，打印参考资料1 化工原理课程设计中国石化出版社 2 化工原理（下册）化学工业出版社 3化工原理第四版化学工业出版社 ) 指导教师签字教研室主任签字 2013年12月16日 安徽理工大学课程设计（论文）成绩评定表 学生姓名： 蔡
3、洋 学号： 2011301920 专业班级：过控11-1课程设计题目： 分离正戊烷-正己烷用筛板精馏塔设计 指导教师评语： 成绩： 指导教师： 年 月 日42一、概述51.1设计依据61.2技术来源61.3设计任务及要求61.4操作压力7二、流程的确定和说明82.1加料方式82.2进料状态82.3冷凝方式82.4加热方式9三、设计计算93.1最小回流比及操作回流比的确定9原料液的摩尔组成：9=0.59393.2进料液量、釜残液量及加热蒸汽量的计算123.3理论塔板层数的确定123.4全塔效率的估算133.5实际塔板数15四、工艺计算154.1 操作压力154.2 平均摩尔质量164.3 平均密
4、度164.5液相表面平均张力的计算194.5物性数据总汇22五、塔体工艺尺寸计算225.1塔径的计算225.2精馏塔有效高度计算255.3溢流装置计算265.4塔板布置及筛孔数目与排列28六、 塔板流体力学验算306.1 气相通过筛板塔板的压降306.2 液泛316.3 物沫夹带326.4 漏液32七、塔板负荷性能图337.1漏液线337.2液沫夹带线347.3液相负荷下限线347.4液相负荷上限线357.5 液泛线35八、设计一览表38一、概述筛板精馏塔是化学工业中常用的传质设备之一。它具有结构简单、造价低；板上液面落差小，气体压降低，生产能力较大；气体分散均匀，传质效率高的优点。板式塔内设
5、置一定数量的塔板，气体以鼓泡或喷射形式穿过板上的液层，进行传质与传热。在正常操作状况下，气相为分散相，液相为连续相，气相组成呈阶梯变化，属逐级接触逆流操作过程。气体在压差推动下，经均布在塔板上的开孔由下而上穿过各层塔板后由塔顶排出，在每块塔板上皆贮有一定的液体，气体穿过板上液层时两相接触进行传质。在生成的气相中，混合物的组成将发生改变，相对挥发度大的轻相在气相中得到富集，而相对挥发度小的重相则在液相中富集，从而达到分离提纯的目的。整个过程熵增为负，需外界提供能量。在化工、炼油和石油化学工业生产中,塔设备作为分离过程工艺设备,在蒸馏、精馏、萃取、吸收和解吸等传质单元操作中有着重要的地位。据统计,
6、在整个化工工艺设备总投资中塔设备所占的比重,在化肥厂中约为21%,石油炼厂中约为20一25%,石油化工厂中约占10。若就单元装置而论,塔设备所占比重往往更大,例如在成套苯蒸馏装置中,塔设备所占比重竟高达75.7%。此外,蒸馏用塔的能量耗费巨大,也是众所周知的。故塔设备对产品产量、质量、成本乃至能源消耗都有着至关重要的影响。因而强化塔设备来强化生产操作是生产、设计人员十分关心的课题。1.1设计依据本设计依据于教科书的设计实例，对所提出的题目进行分析并做出理论计算。1.2技术来源目前，精馏塔的设计方法以严格计算为主，也有一些简化的模型，但是严格计算法对于连续精馏塔是最常采用的，我们此次所做的计算也
7、采用严格计算法。1.3设计任务及要求原料：正戊烷-正己烷正乙烷含量：料液含量0.593（摩尔分数） 设计要求：塔顶的正乙烷含量不小于0.966（摩尔分数）塔底的正乙烷含量不大于0.047（摩尔分数）回流比为最小回流比的2倍其中 （因为摩尔分数计算比较方便）质量分数转化为摩尔分数 液料转化：塔顶正乙烷转化： 塔底正乙烷转化正乙烷和正戊烷的基本数值如下图石油化工基础数据手册.pdf 1.4操作压力为降低塔的操作费用，操作压力选为常压其中塔顶压力为4kPa（表压）或104.3kPa（绝对压力） 塔底压力二、流程的确定和说明2.1加料方式加料分两种方式：泵加料和高位槽加料。高位槽加料通过控制液位高度，
8、可以得到稳定流量，但要求搭建塔台，增加基础建设费用：泵加料属于强制进料方式，本次加料可选泵加料。泵和自动调节装置配合控制进料。2.2进料状态进料方式一般有冷液进料，泡点进料、汽液混合物进料、露点进料、加热蒸汽进料等。泡点进料对塔操作方便，不受季节气温影响。泡点进料基于恒摩尔流，假定精馏段和提馏段上升蒸汽量相等，精馏段和提馏段塔径基本相等。由于泡点进料时，塔的制造比较方便，而其他进料方式对设备的要求高，设计起来难度相对加大，所以采用泡点进料。2.3冷凝方式选全凝器，塔顶出来的气体温度不高。冷凝后回流液和产品温度不高，无需再次冷凝，制造设备较为简单，为节省资金，选全凝器。2.4加热方式采用间接加热
9、，因为塔釜设了再沸器，故采用间接加热。三、设计计算3.1最小回流比及操作回流比的确定 原料液的摩尔组成：=0.5930.966（也可以略大于0.966），=0.047（也可以略小于0.047）查找个体系的汽液相平衡数据(化工原理第四版化学工业出版社 )如表3-1温度/pA/kpapB/kpa温度/pA/kpapB/kpa36.1101.3331.9855185.1864.4440115.6237.2660214.3576.3645136.0545.0265246.8989.9650159.1654.0468.7273.28101.33 表3-1 正戊烷-正己烷的饱和蒸汽压和温度的关系总压为p=
10、101.33kpat-x关系式为；t-y关系式为计算结果列于表3-2温度/xy温度/xy36.111550.310.57400.820.93600.180.38450.620.83650.070.17500.450.7168.700表3-2 正戊烷（A)-正己烷（B)溶液的t-y-x计算数据（101.33kpa）最小回流比及操作回流比 由于是泡点进料，所以q=1。q线为垂直线，则如图3-1，过点e（0.593，0.593）做直线0.593交平衡线于点，由点可读得=0.814，因此： 操作回流比为：R=(1.1-2.0)Rmin。取回流比为 R=2Rmin=1.366 3.2进料液量、釜残液量及
11、加热蒸汽量的计算塔顶产品产量：要求年产量4.0万顿，出去每年的设备维护及放假时间，每年按300天的工作日计算，连续操作，每天24小时，日产量为133.34顿所以塔顶的流量为：由全塔的物料衡算方程可写出：解得：F=128.666kmol/h W=52.026kmol/h V=181.33kmol/h3.3理论塔板层数的确定精馏段操作线方程：提馏段操作线方程：q线方程：x=0.593相对挥发度计算：相平衡公式：理论板的计算： 由计算知第4板为加料板。 总理论板为9（包括蒸馏釜），精馏段理论板数为3，第4板为进料板3.4全塔效率的估算由表1数据可得理想混合溶液的t-y-x图：由图2得：塔顶的温度tD
12、=38.16 进料口处的温度tF=45.73 塔釜温度tW=66.25 精馏段平均温度 提馏段平均温度因此全塔平均温度为： 查数据得：t=50时，A=0.184mPas，B=0.235 mPas t=60时，A=0.172mPas，B=0.217 mPas 因此tm=50.05时，A=0.184mPas，B=0.234 mPas 因为： 所以LF=0.1840.593+0.2340.593=0.248 mPas LD=0.1840.593+0.2340.045=0.120 mPas LW=0.1840.045+0.2340.965=0.234 mPas全塔液体的平均黏度： Lm =（LF+LD +LW）/3=（0.248+0.120+0.234）/3=0.201 mPas所以全塔效率为：3.5实际塔板数精馏段实际塔板数 N实=3/0.552=5.4356提馏段实际塔
