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1、化工原理课程设计 苯-甲苯连续精馏筛板塔的设计目录一 序 言 3二 板式精馏塔设计任务书五 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 71.3 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 3.5.七 设计心得体会 35八 附录 36 一
2、序言化工原理课程设计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 教案，是理论联系实际的桥梁，在整个教案中起着培养学生能力的重要作用。 通过课程设计，要求更加熟悉项目设计的基本内容，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
3、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。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。二板式精馏塔设计任务书一、设计题目 苯-甲苯连续精馏筛板塔的设计。二、设计任务（1原料液中苯含量：质量分率=75% （质量，其余为甲苯。（2塔顶产品中苯含量不得低于 98（ 质量。（3残液中苯含量不得高于 8.5%（质量。(4生产能力： 90000 t/y 苯产
4、品，年开工 310 天。三、操作条件(1精馏塔顶压强： 4.0kPa( 表压 (2 进料热状态：自选(3回流比：自选。(4单板压降压：0.7kPa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：2018620 2018.7.3(第 18 周第 19周(2地点：明德楼A3181)教室六、参考书目1 谭天恩?化工原理 (第二版下册?北京：化学工业出版社，
5、19982 何潮洪, 冯霄?化工原理 ?北京：科学出版社， 20013 柴诚敬, 刘国维?化工原理课程设计 ?天津：天津科学技术出版社， 19944 贾绍义, 柴敬诚?化工原理课程设计 ?天津：天津大学出版社， 2002三设计计算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。因为对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
6、最小回流比 的 1.8 倍。塔底设置再沸器采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。 其中因为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%
7、。(3 塔板效率咼，比泡罩塔咼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咼，否则气液接触不匀。(2 操作弹性较小 (约 2 3。(3 小孔筛板容易堵塞。下图是板式塔的简略图：Vn-1冷凝器Vn塔顶产品(或冷凝为谓出液)冷凝水回涼蜒进料t FTT3Elmt ty up Z- t tt- 勺u二盘去匸竺加热水蒸汽再沸器 aL，m迥7t冷凝水塔底产品 或残液)板式精谓塔表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tcC)临界压强PckPa)苯AC6Ho78.1180.1288.56833.4甲苯BC6H5 CH92.1311
8、0.6318.574107.7表2 苯和甲苯的饱和蒸汽压温度回80.1859095100105110.6列,kPa101.33116.9135.5155.7179.2204.2240.0IdkPa40.046.054.063.374.386.0表3常温下苯一甲苯气液平衡数据温度8090100110120苯，mN/m21.22018.817.516.2甲苯，Mn/m21.720.619.518.417.3温度（C 8090100110120苯,kg/凶814805791778763甲苯,kg/到809801791780768表6液体粘度卩8090100110120苯 mP .s )0.3080.
9、2790.2550.2330.215甲苯 原料苯的液及塔顶、塔底产品的摩尔分率摩尔质量 = 78JUg/WLJ甲苯的摩尔质量_-_1底 产 品平均摩尔质3原料处理量联立解得式中f原料液流量D塔顶产品量W-塔底产品量NT3 塔板数的确定 1) 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 采用恩特伍德方程求最小回流比。解得，最小回流比取操作回流比为 求 精 馏 塔 的 气求操作线方程精馏段操作线方程为提馏段操作线方程为2）逐板法求理论板相平衡方程可解得=2.47变形得用精馏段操作线和相平衡方程进行逐板计算=0.983因为，故精馏段理论板n=5 ,用提留段操作线和
10、相平衡方程继续逐板计算因为,所以提留段理论板n=5不包括塔釜)【提留段的操作线方程错误】(3)全塔效率的计算查温度组成图得到，塔顶温度 TD=80.94C，塔釜温度TW=10&，全塔平均温度Tm =92.97 C。分别查得苯、甲苯在平均温度下的粘度平均粘度由公式，得全塔效率Et(4)求实际板数精馏段实际板层数提馏段实际板层数进料板在第11块板。1.3精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算V1)操作压力计算塔顶操作压力P= 4+101.3 kPa每层塔板压降 P= 0.7 kPa进料板压力 也=105.3+0.7 X 10= 112.2 kPa塔底操作压力=119.3 kPa精馏段平均压力 P m1 = 105.3+112.3 )/2= 108.8 kPa提馏段平均压力 P m2 =112.3+119.3) /2 =115.8 kPa2)操作温度计算依据操作压力，由泡点方程通过试差法计算出泡点温度，其中苯、甲苯的饱和 蒸气压由安托尼方程计算，计算过程略。计算结果如下：塔顶温度 C进料板温度=85.53 C塔底温度=105.0 C精馏段平均温度= 80.9.+85.53 ) /2 = 83.24 C提馏段平均温度=85.53+105.0) /2 =95.27C 3)平均摩尔质量计算塔顶平均摩尔质量计
