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1、1 前 言1.1课程设计的目的化工原理课程设计是一个综合性和实践性较强的教学环节，也是理论联系实际的有效手段。通过化工原理课程设计，要求学生能综合运用本课程和前修课程的基本知识，进行融汇贯通的独立思考，在规定的时间内完成指定的化工设计任务，从而得到化工工程设计的初步训练。 课程设计不同于平时的作业，在设计中需要学生自己做出决策，即自己确定方案，选择流程，查取资料，进行过程和设备计算，并要对自己的选择做出论证和核算，经过反复的分析比较，择优选定最理想的方案和合理的设计。所以，课程设计是培养学生独立工作能力的有益实践。通过课程设计,学生应该注重以下几个能力的训练和培养： 1. 查阅资料，选用公式和
2、搜集数据(包括从已发表的文献中和从生产现场中搜集)的能力； 2. 树立既考虑技术上的先进性与可行性，又考虑经济上的合理性，并注意到操作时的劳动条件和环境保护的正确设计思想，在这种设计思想的指导下去分析和解决实际问题的能力； 3. 迅速准确的进行工程计算的能力；4. 用简洁的文字，清晰的图表来表达自己设计思想的能力。1.2课程设计题目描述和要求：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，使易挥发组分由液相向气相转移，难挥发
3、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。本设计的题目是乙醛-甲苯连续精馏的设计，即需设计一个精馏塔用来分离苯和甲苯，采用连续操作方式，需设计一筛板塔，具体工艺参数如下：料液处理量: 2000kg/h 进料组成: 40%(mol)塔顶流出液组成: XD0.96 塔底釜液组成: XW0.03操作压力：塔顶压强为常压进料状况：泡点进料回流比： R=2Rmin 单板压降：1.3课程设计内容简述：1.3.1流程示意图 1.3.2流程过程 首先，乙醛和甲苯的原料混合物进入原料罐，在里
4、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
5、的加入。最终，完成苯与甲苯的分离。精馏设备所用的设备及其相互联系，总称为精馏装置，其核心为精馏塔。常用的精馏塔有板式塔和填料塔两类，通称塔设备，和其他传质过程一样，精馏塔对塔设备的要求大致如下： 生产能力大：即单位塔截面大的气液相流率，不会产生液泛等不正常流动。效率高：气液两相在塔内保持充分的密切接触，具有较高的塔板效率或传质效率。流体阻力小：流体通过塔设备时阻力降小，可以节省动力费用，在减压操作是时，易于达到所要求的真空度。 有一定的操作弹性：当气液相流率有一定波动时，两相均能维持正常的流动，而且不会使效率发生较大的变化。 结构简单，造价低，安装检修方便。 能满足某些工艺的特性：腐蚀性，热敏
6、性，起泡性等。2 具体计算过程2.1设计方案的确定本设计任务为分离乙醛甲苯混合物。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入精馏塔内。塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝，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，取操作回流比为最小回流比的2倍。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。2.2精馏塔的物料衡算2.2.1原料业及塔顶、塔底产品的摩尔分率乙醛的摩尔质量 MA=44.05kg/mol甲苯的摩尔质量 MB =92.13kg/mol XF =0.40XD =0.96 XW=0.03
7、2.2.2原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量MF=0.444.05(1-0.4)92.1372.90kg/molMD=0.9644.05(10.96)92.13=45.97kg/mol MW=0.0344.05(10.03)92.1390.69kg/mol2.2.3物料衡算 原料液处理 F2000kg/h=27.43kmol/h总物料衡算 27.43DW苯物料衡算 27.430. 40.96D0.03W联立解得 D10.91kmol/h W=16.52kmol/h2.3塔板数的确定2.3.1.理论塔板数NT的求取乙醛甲苯属理想物系，可采用图解法求理论塔板数。由手册查得乙醛系的气液平衡数据，绘
8、出 xy 图，见图1.求最小回流比及操作回流比。采用作图法求最小回流比。在图1 中,在x轴上定出x= XD, XF, XW，并通过这三点依次按垂线定出对角线上的点a,f,b.过f点作垂线交平衡曲线于e点，e点坐标为e(0.400,0.889)。连接e点交Y轴于m点，则这条线为最小回流比下的精馏段操作线。故最小回流比为Rmin=（XdYe）/(YeXe)=(0.960.889) /(0.8890.40)=0.145操作回流比为R=2Rmin=20.145=0.290求精馏塔的气、液相负荷L=RD=0.29010.91=3.164kmol/hV=(R1)D=(10.290) 10.9114.074kmol/hVL+F
