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1、课程设计任务书20092010学年第二学期学生姓名：_石华端专业班级：_07级应用化学_指导老师： 工作部门：一. 课程设计题目设计一台苯一甲苯分离板式精馏塔二. 设计要求1、设计一座苯-甲苯连续精馏塔，具体工艺参数如下：原料苯含量（m/m）:（ 25+0.5） %原料处理量：2万t/a产品要求（m/m） : xd = 0.98, xw=0.022、操作条件塔顶压力：常压进料热状况：泡点进料回流比：自选单板压降：w 0.7kPa加热方式：间接蒸气加热冷凝方式：全凝器，泡点回流年操作时数：8000h3、塔板类型浮阀塔板（F1重阀）三. 课程设计内容1、精馏塔的物料衡算及塔板数的确定2、精馏塔的工
2、艺条件及有关物性数据的计3、精馏塔的塔体及塔板工艺尺寸计算4、塔板的流体力学验算5、塔板的负荷性能图的绘制6、精馏塔接管尺寸计算7、绘制带控制点的生产工艺流程图（A3图纸）&绘制主体设备图（A2图纸）四. 进度安排1. 课程设计准备阶段：收集查阅资料，并借阅相关工程设计书；2. 设计分析讨论阶段：确定设计思路，正确选用设计参数，树立工程观点， 小组分工协作，较好完成设计任务；3. 计算设计阶段：物料衡算，热量衡算，主要设备工艺尺寸计算，塔盘工艺 尺寸计算及流体力学计算；用简洁的文字和适当课程设计说明书编写阶段：整理文字资料计算数据, 的图表表达自己的设计思想及设计成果。#1. 课程设计的目的化
3、工原理课程设计是一个综合性和实践性较强的教学环节，也是培养学生独 立工作的有益实践，更是理论联系实际的有效手段。通过课程设计达到如下目的：1 巩固化工原理课程学习的有关内容，并使它扩大化和系统化；2 培养学生计算技能及应用所学理论知识分析问题和解决问题的能力；3 .熟悉化工工艺设计的基本步骤和方法；4 .学习绘制简单的工艺流程图和主体设备工艺尺寸图；5 .训练查阅参考资料及使用图表、手册的能力；6 .通过对“适宜条件”的选择及对自己设计成果的评价，初步建立正确的 设计思想，培养从工程技术观点出发考虑和处理工程实际问题的能力；7.学会编写设计说明书。2. 课程设计题目描述和要求本设计的题目是苯-
4、甲苯浮阀式连续精馏塔的设计，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，板 空上安装浮阀，具体工艺参数如下：生产能力：2万吨/年（料液）原料组成：25%苯，60%甲苯（摩尔分数，下同）产品组成：馏出液98%苯，釜液2%苯操作压力：塔顶压强为常压进料温度：泡点进料状况：泡点加热方式：间接蒸汽加热回流比：R= （1.2 2） Rmin3. 课程设计报告内容3.1流程示意图冷凝器一塔顶产品冷却器一苯的储罐一苯T J回流原料f原料罐f原料预热器f精馏塔T回流J 再沸器- f 塔底产品冷却器f甲苯的储罐f甲苯3.2流程和方案的说明及论证3.2.1流程的说明
5、首先，苯和甲苯的原料混合物进入原料罐，在里面停留一定的时间之后，通 过泵进入原料预热器，在原料预热器中加热到泡点温度， 然后，原料从进料口进 入到精馏塔中。因为被加热到泡点，混合物中既有气相混合物，又有液相混合物， 这时候原料混合物就分开了，气相混合物在精馏塔中上升，而液相混合物在精馏 塔中下降。气相混合物上升到塔顶上方的冷凝器中，这些气相混合物被降温到泡 点，其中的液态部分进入到塔顶产品冷却器中， 停留一定的时间然后进入苯的储 罐，而其中的气态部分重新回到精馏塔中， 这个过程就叫做回流。液相混合物就 从塔底一部分进入到塔底产品冷却器中，一部分进入再沸器，在再沸器中被加热 到泡点温度重新回到精
6、馏塔。塔里的混合物不断重复前面所说的过程，而进料口 不断有新鲜原料的加入。最终，完成苯与氯苯的分离。322方案的说明和论证浮阀塔之所以广泛应用，是由于它具有下列特点：1 生产能力大，由于塔板上浮阀安排比较紧凑，其开孔面积大于泡罩塔板， 生产能力比泡罩塔板大20%- 40%与筛板塔接近。2 操作弹性大，由于阀片可以自由升降以适应气量的变化，因此维持正常操作而允许的负荷波动范围比筛板塔，泡罩塔都大。3.塔板效率高，由于上升气体从水平方向吹入液层， 故气液接触时间较长， 而雾沫夹带量小，塔板效率高。4 气体压降及液面落差小，因气液流过浮阀塔板时阻力较小，使气体压降 及液面落差比泡罩塔小。4. 塔的造
7、价较低，浮阀塔的造价是同等生产能力的泡罩塔的 50%80%但 是比筛板塔高20%30%浮阀塔盘的操作原理和发展：浮阀塔的塔板上，按一定中心距开阀孔，阀孔里装有可以升降的阀片，阀孔 的排列方式，应使绝大部分液体内有气泡透过， 并使相邻两阀容易吹开，鼓泡均 匀。为此常采用对液流方向成错排的三角形的排列方式。蒸汽自阀孔上升，顶开阀片，穿过环形缝隙，以水平方向吹入液层，形成泡沫，浮阀能随着气速的增减 在相当宽的气速范围内自由升降，以保持稳定的操作。但是，浮阀塔的抗腐蚀性 较高（防止浮阀锈死在塔板上），所以一般采用不锈钢作成，致使浮阀造价昂贵， 推广受到一定限制。随着科学技术的不断发展，各种新型填料，高
8、效率塔板的不 断被研制出来，浮阀塔的推广并不是越来越广。近几十年来，人们对浮阀塔的研究越来越深入，生产经验越来越丰富，积累的设计数据比较完整，因此设计浮 阀塔比较合适。3.2.3设计方案的确定1. 操作压力精馏操作可在常压，加压，减压下进行。应该根据处理物料的性能和设计总 原则来确定操作压力。例如对于热敏感物料，可采用减压操作。本次设计苯和甲 苯为一般物料因此，采用常压操作。2. 进料状况进料状态有五种：过冷液，饱和液，气液混合物，饱和气，过热气。但在实 际操作中一般将物料预热到泡点或近泡点， 才送入塔内。这样塔的操作比较容易 控制。不受季节气温的影响，此外泡点进料精馏段与提馏段的塔径相同，
9、在设计 和制造上也叫方便。本次设计采用泡点进料，即 q=1。3. 加热方式精馏釜的加热方式一般采用间接加热方式， 若塔底产物基本上就是水，而且 在浓度极稀时溶液的相对挥发度较大。 便可以直接采用直接接加热。直接蒸汽加 热的优点是：可以利用压力较低的蒸汽加热，在釜内只需安装鼓泡管，不需安装 庞大的传热面，这样，操作费用和设备费用均可节省一些，然而，直接蒸汽加热， 由于蒸汽的不断涌入，对塔底溶液起了稀释作用，在塔底易挥发物损失量相同的 情况下。塔釜中易于挥发组分的浓度应较低， 因而塔板数稍微有增加。但对有些 物系。当残液中易挥发组分浓度低时，溶液的相对挥发度大，容易分离故所增加 的塔板数并不多，此
10、时采用间接蒸汽加热是合适的。4. 冷却方式塔顶的冷却方式通常水冷却，应尽量使用循环水。如果要求的冷却温度较低。 可考虑使用冷却盐水来冷却。5. 热能利用精馏过程的特性是重复进行气化和冷凝。 因此，热效率很低，可采用一些改 进措施来提高热效率。因此，根据上叙设计方案的讨论及设计任务书的要求， 本 设计采用常压操作，泡点进料，间接蒸汽加热以及水冷的冷却方式， 适当考虑热 能利用。4. 精馏塔的工艺计算4.1精馏塔的物料衡算4.1.1物料衡算：1）原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率苯的摩尔质量：Ma =78.11kg/kmol ；甲苯的摩尔质量：M b = 92.14kg/kmolX F = 0.25
11、 ； X D = 0.98 ； X W =0.02.（2）原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量原料液的平均摩尔质量：Mf =78.11 0.25 92.14 （1 -0.25） =88.63kg/kmolMD =78.11 0.98 92.14 (1 -0.98) = 78.39kg/kmolMw =78.11 0.02 92.14 (1 -0.02) = 91.86kg/kmol(3) 物料衡算原料处理量:F28.2kmol h48000 88.63总物料衡算：D * W = 28.2苯的物料衡算 28.2 X 0.25= 0.98D + 0.02W联立解得：D =6.76kmol h 4
12、; W =21.44kmol h 44.1.2相对挥发度的计算:气液相平衡数据t/ C80.1859095100105110.6PA/kPa101.33116.9135.5155.7179.2204.2240.0Pb /kpa40.046.054.063.374.386.0101.33x/摩尔分数1.0000.7800.5810.4120.2580.1300y/摩尔分数1.0000.9000.7770.6330.4560.2620虫=2.54.因此有：塔顶用 t=80.10 C时，Pa =101.33kpa, Pb = 40.0kpa.#Pb塔底用 t=101.63 C时，pa =240.0k
13、pa , p101.33kpa.Pa= 2.37Pb平均相对挥发度二 2.46进料沆釜2G. 2kmol/h进料组成0. 25mol/mol11P 14K/RuLni mohftd塔1吏产詁组嵐0. 98tnol/mol塔底产誥组成0. 02mol/mol相对荐扛度2. 4B儒入数粧胡认皓入数据退岀2,阴0. 55盘+ R3. 003. 64坷-0. 09-n-z-i吗I 12114计算结果理论板数旳商捷法%片幕4.2塔板数的确定4.2.1理论板层数的求算4.2.1.1逐板法求塔板数(1)平衡线方程的求算汽液相平衡方程式:y- _C - 1）yy2.46 -1.46y(2)q线方程进料状态由五种，即过冷液体进料(q1),饱和液体进料(q= 1),气液混合进料 (0q1)和过热蒸汽进料(q Xi =0.9522 ；y2 =0.9541 x
