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1、 化工原理课程设计题 目正己烷-正庚烷分筛板塔的设计系 （院）化学与化工系专 业化学工程与工艺班 级学生学 号指导教师职 称 / 课程设计任务书一、课题名称正己烷正庚烷分离筛板塔精馏塔设计二、 设计参数（1）设计规模：苯甲苯混合液处理量_3_t/a（2）生产制度：年开工300天，每天三班8小时连续生产（3）原料组成：正己烷含量为40-50%（质量百分率，下同）（4）分离要求：塔顶苯含量不低于_99_%，塔底苯含量不大于_0.2_（5）建厂地区：大气压为760mmHg、自来水年平均温度为20的某地三、设计容（包括设计、计算、论述、实验、应绘图纸等根据目录列出大标题即可）1 、设计方案的选定2、精
2、馏塔的物料衡算3、塔板数的确定4、精馏塔的工艺条件与有关物性数据的计算（加热物料进出口温度、密度、粘度、比热、导热系数）5、精馏塔塔体工艺尺寸的计算 6、塔板主要工艺尺寸的计算7、塔板的流体力学验算8、塔板负荷性能图（精馏段）9、换热器设计10、馏塔接管尺寸计算11、制生产工艺流程图（带控制点、机绘，A2图纸）12、绘制板式精馏塔的总装置图（包括部分构件）（手绘，A1图纸）13、撰写课程设计说明书一份（设计说明书的基本容：课程设计任务书；课程设计成绩评定表；中英文摘要；目录；设计计算与说明；设计结果汇总；小结；参考文献） 14、 有关物性数据可查相关手册15、 注意事项l 写出详细计算步骤，并
3、注明选用数据的来源l 每项设计结束后列出计算结果明细表l 设计最终需装订成册上交四、进度计划（列出完成项目设计容、绘图等具体起始日期）1.设计动员，下达设计任务书 0.5天2.收集资料，阅读教材，拟定设计进度 1-2天3.初步确定设计方案与设计计算容 5-6天4.绘制总装置图 2-3天5.整理设计资料，撰写设计说明书 2天6.设计小结与答辩 1天前言1第一章 概述21.1精馏操作对塔设备的要求21.2板式塔的类型与性能评价21.3筛板塔的介绍2第二章主塔设备设计计算32.1精馏塔的物料衡算32.1.1原料液与塔顶、塔底产品的摩尔分数32.1.2原料液与塔顶、塔底产品含正己烷摩尔分数和平均摩尔质
4、量42.1.3物料衡算52.2理论板数的计算52.2.1常压下正己烷-正庚烷气液平衡组成与温度的关系52.2.2 求q值与q线方程72.2.3 全塔效率ET92.2.4 实际板层数求解102.3精馏塔正己烷-正庚烷物性参数的计算102.3.1 操作温度102.3.2 平均摩尔质量102.3.3液相平均表面力计算112.3.5 操作压力计算122.3.6 液相平均密度计算123.1塔体主要尺寸计算143.1.1 塔径的计算143.1.2 精馏塔有效高度的计算173.2 塔板主要工艺尺寸计算173.2.1 溢流装置计算173.2.2 堰长183.2.3溢流堰高度183.2.4弓形降液管宽度和截面积
5、193.2.5 降液管底隙高度193.3塔板布置203.3.1 塔板的分块203.3.2边缘区宽度确定203.3.3开孔区面积计算203.3.4 筛孔计算与其排列213.4筛板的流体力学验算213.4.1塔板压降213.4.2气体通过液层的阻力计算223.4.3液体表面力的阻力计算233.4.4 液沫夹带243.4.5 漏液243.4.6 液泛253.5 塔板负荷性能图263.5.1 漏液线263.5.2 液沫夹带线263.5.3 液相负荷下限线273.5.4液相负荷上限线283.5.5 液泛线28第五章 热量衡算325.1焓值衡算325.2回流液的焓335.3塔顶馏出液的焓345.4冷凝器消
6、耗的焓345.5进料口的焓345.6塔底残液的焓345.7再沸器35第六章 附属设备设计356.1 冷凝器的选择356.2 再沸器的选择366.3 泵的选择376.3.1进料泵376.3.2回流泵376.4接管的设计386.4.1 进料管（313.15K）386.4.2 回流管386.4.3塔顶蒸气出料管396.4.5 法兰406.5筒体与封头406.6裙座406.7人孔与手孔416.8塔总体高度的设计416.8.1.塔的顶部空间高度416.8.2塔底空间高度416.8.3塔体空间高度41设计感想42参考文献42附录43前言设计是工程建设的工程，对工程建设起着主导和决定性的作用，决定着工业现代
7、化对的水平。在化工设计中，化工单元设备的设计是整个化工过程和装置设计的核心和基础。并贯穿于设计过程的始终。课程设计是本课程教学中综合性和实践性较强的教学环节，是理论联系实际的桥梁，是使学生体察实际工问题复杂性、学习化工知识的初次尝试。通过成设计，要求学生能综合运用本课程和前修课程的基本知识，进行融会贯通的独立思考，在规定时间完成的化工设计任务，从而得到化工工程设计的初步训练。我们应在以下几个方面进行训练：查阅资料、选用公式和收集数据的能力 综合分析任务要求、确定化工工艺流程、进行设备选型，并提出保证正常通过、安全运行所需要的检测和计量参数，同事还要考虑劳动条件和环境保护的有效措施正确、迅速的进
8、行工程计算掌握化工设计的基本程序和方法精馏是分离液体混合物最常用的一种单元操作，在化工、炼油、石油化工等工业得到广泛应用。精馏过程在能量驱动下，使气、液两相多次接触和分离，利用各组分挥发度的不同，使挥发组分由液相向气相转移，实现原料混合物中各组分分离，该过程是同时进行传热传质过程。本次设计任务为设计一定处理量的分离乙酸乙酯-乙酸丁酯混合物的精馏塔。板式精馏塔也是很早出现的一种板式塔，20世纪50年代起对板式精馏塔进行了大量工业规模的研究，逐步掌握了筛板塔的性能，并形成了较完善的设计方法。与泡罩塔相比，板式精馏塔具有下列优点：生产能力（20%40%）塔板效率（10%50%）而且结构简单，塔盘造价
9、减少40%左右，安装，维修都较容易。而在板式精馏塔中，筛板塔有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，处理能力大等优点，综合考虑更符合本设计的要求。所以说化工原理课程设计是化工原理教学的一个重要环节，完成以单元操作为主的一次设计实践。通过课程设计使学生掌握化工设计的基本程序和方法，并在查阅技术资料、选用公式和数据、用简洁文字和图表表达设计结果、制图以与计算机辅助计算等能力方面得到一次基本训练，在设计过程中还应培养学生树立正确的设计思想和实事、严肃负责的工作作风。第一章 概述精馏过程是现代化工生产中应用极为广泛的传质过程，其目的是利用混合液中各组分挥发度的不同将各
10、组进行分离，并达到规定要求。塔设备是化工、石油化工、生物化工、制药等生产过程广泛采用的起、液传输设备根据塔气、液接触构件的结构形式，可分为板式塔和填料塔两大类。1.1精馏操作对塔设备的要求 精馏过程是气(汽)、液两相间的传质单元操作过程，而作为传质所用的塔设备，必须要能使气(汽)、液两相在塔板处得到充分的接触。评价塔设备性能指标有以下几点： （1）生产能力：气(汽)、液处理量大，即生产能力大时，仍不致发生大量的雾沫夹带、拦液或液泛等破坏操作的现象。 （2）操作弹性：操作稳定，弹性大，即当塔设备的气(汽)、液负荷有较大围的变动时，仍能在较高的传质效率下进行稳定的操作并应保证长期连续操作所必须具有
11、的可靠性。 （3）压降：流体流动的阻力小，即流体流经塔设备的压力降小，这将大大节省动力消耗，从而降低操作费用。对于减压精馏操作，过大的压力降还将使整个系统无法维持必要的真空度，最终破坏物系的操作。 （4） 结构简单，材料耗用量小，制造和安装容易。 （5）耐腐蚀和不易堵塞，方便操作、调节和检修。（6） 塔的滞留量要小。1.2板式塔的类型与性能评价按照塔气液流动的方式，可将塔板分为错流式与逆流式。错流式塔板上带有降液管，在每层塔板上保持一定的液层厚度，气体垂直穿过液层，但对整个塔板来说，两相为逆流流动。错流式塔板广泛应用于精馏、吸收等传质操作中。 逆流塔板也称穿流板，板上不设降液管，气液两一样时由
12、板上孔道逆向穿流而过。栅板、淋降筛板等都属于逆流塔板。这种塔板的结构虽简单，板面利用率也高，但需要更高的气速才能维持板上液层，操作围较小，分离效率也很低，工业上应用也很少。塔板板式塔的主要构件，在几种主要类型错流塔板中，应用最早的是泡罩塔，目前使用最广的是筛板塔和浮阀塔。1.3筛板塔的介绍 筛板塔板简称筛板，筛板上开有许多均匀分布的小孔，根具孔径大小，分为小孔径（孔径为3-8mm）筛板和大孔径（孔径为10-25mm）筛板两类。筛孔在塔板上通常做正三角形排列。在正常的操作气速下，通过筛板上升的气流，应能阻止液体经筛孔向下泄露。筛孔塔板的优点是：结构简单，造价低廉，气体压降小，板上液面落差也较小，
13、生产能力与板效率均较泡罩塔高。其主要缺点：操作弹性小，筛孔小时容易堵塞。采用大孔径筛板可能避免堵塞，而且由于气速的提高，生产能力增大。 到20世纪50年代初，对筛板塔的结构、性能做了较充分的研究，价值设计和控制水平的提高，故近年来筛板塔的应用日趋广泛。第二章主塔设备设计计算2.1精馏塔的物料衡算2.1.1原料液与塔顶、塔底产品的摩尔分数正己烷的摩尔质量 正庚烷的摩尔质量 原料处理量为： 2.1.2原料液与塔顶、塔底产品含正己烷摩尔分数和平均摩尔质量2.1.3物料衡算 总物料衡算 正己烷物料衡算 联立解得 = 1805kg/h，=2361.67 kg/h，4166.67kg/h 回收率式中：F原
14、料液流量，Kmol/h D流出液流量，Kmol/h W釜残液流量，Kmol/h XF原料液中易挥发组分的摩尔分数 XD馏出液中易挥发组分的摩尔分数 XW釜残液中易挥发组分的摩尔分数2.2理论板数的计算 Antoine常数值组分ABCPS正己烷5.996941168.337223.9891（KPa）正庚烷6.902401268.115216.900(mmHg)2.2.1常压下正己烷-正庚烷气液平衡组成与温度的关系 表一：气液平衡数据PA/KPaPB/KPa液相中正己烷的摩尔分率x气相中正庚烷的摩尔分率y温度t/101.17201738.638235191.0020466221.0007806368.7104.388890140.041457710.9519966850.98102544269.7107.68519
