程设计(苯—甲苯分离板式精馏塔)
课程设计任务书
2009～2010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—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）：x D = 0.98，x W=0.02
2、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：≤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：8000h
3、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)
8、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;
4.课程设计说明书编写阶段：整理文字资料计算数据，用简洁的文字和适当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。
⒉课程设计题目描述和要求
本设计的题目是苯-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）Rmin
3．课程设计报告内容
3.1 流程示意图
冷凝器→塔顶产品冷却器→苯的储罐→苯
↑↓回流
原料→原料罐→原料预热器→精馏塔
↑回流↓
再沸器←→塔底产品冷却器→甲苯的储罐→甲苯
3.2 流程和方案的说明及论证
3.2.1 流程的说明
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。
3.2.2 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。
5．塔的造价较低，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，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：ol 78.11kg/km =A
M
；甲苯的摩尔质量：ol 92.14kg/km =B
M
25.0=F X ；98.0=D X ；02
.0W
=X
.
（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：kg/kmol 63.88)25.01(14.9225.011.78=-?+?=F M
kg/kmol 39.78)98.01(14.9298.011.78=-?+?=D
M
kg/kmol
86.91)02.01(14.9202.011.78=-?+?=W M
（3）物料衡算
原料处理量：1
7
2.2863
.88800010
2F -?=??=
h
kmol
总物料衡算：2.28=+W D
苯的物料衡算28.2×0.25＝0.98D ＋0.02W 联立解得：176.6-?=h kmol D ；144.21-?=h kmol W
4.1.2 相对挥发度的计算：
因此有：塔顶用t=80.10℃时，a
101.33kp
=A p ，a kp 0.04=B p .
54.2==
B
A D p p α.
塔底用t=101.63℃时，a kp 0.402=A p ，a kp 33.101=B p .
37.2==
B
A D p p α
平均相对挥发度46.2=?=W D ααα
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
y y
y
y
y
x 46.146.2)1()1(-=
--=
--=
αααα.
(2)q 线方程
进料状态由五种，即过冷液体进料（q>1),饱和液体进料（q ＝1），气液混合进料(0 25 .0==F p x x ；p p p y y x 46.146.2-= 由以上两式可得： 451 .0=p y ；632.2min =--= p p p D x y y x R 由于3)0.2~1.1(R min ==R (4)精馏段操作线方程 精馏段液相质量流量：120.28L R D kmol h -=?=? 精馏段气相质量流量：V=127.04V L D kmol h -=+=? 精馏段操作方程：0.750.24y x =+ 提馏段液相质量流程：120.2828.248.48L L q F km ol h -'=+?=+=? 提段气相质量流程：1(1)27.04V V q F km ol h -'=+-=? 27.04 1.2621.44 V R W ''= == 提馏段操作线方程：1 1.790.01W x R y x x R R '+= + =-' ' . 由以上精馏段操作方程和提馏段操作线方程可得：两操作线交点的横坐标为 0.24f x = (5)理论塔板数的确定 先交替使用相平衡方程和精馏段操作线方程计算如下： 110.980.9522D y x x ==???→=相平衡 ； 220.95410.8943y x =??→=； 330.91090.8057y x =??→=； 440.84430.6879y x =??→=； 550.75590.5573y x =??→=； 660.65800.4388y x =??→=； 770.56910.3493y x =??→=； 880.50200.2907y x =??→=； 990.45800.2557y x =??→=； 10100.44180.2434y x =??→=； 11110.42250.22930.24f y x x =??→=<=. 以下交替使用提馏线操作线方程语相平衡方程得： 12120.40040.2135y x =??→=； 13130.37210.1942y x =??→=； 14140.33750.1716y x =??→=； 15150.29710.1466y x =??→=； 16160.25250.1207y x =??→=； 17170.20610.0955y x =??→=； 18180.16090.0723y x =??→=； 19190.11940.0522y x =??→=； 20200.08350.0367y x =??→=； 21210.05390.01980.02W y x x =??→=<=. 故理论板为21块，精馏板为10块，第11块为进料板. 4.2.1.2逐板法求塔板数 由此算得于逐板法得一致. 4.2.2 精馏塔塔效率的计算 在t=95.4℃时，此时查得苯和甲苯黏度：0.268μ=苯，0.295μ=甲苯 则：0.2680.250.2950.750.2875L μ=?+?= (80.1110.6)/295.4 T =+=℃时,此时的相对挥发度为：158.66 2.64 64.37 A B p p α= = = 则：0.2875 2.640.759L αμ=?= 查奥康内尔精馏塔全塔板效率图得：00.525E =. 4.3 塔的工艺条件及物性数据计算 4.3.1 混合液的平均摩尔质量计算 进料板苯的摩尔分数 在塔板数计算中得进料板的苯的摩尔分数为（94℃）： y=0.649 x=0.428 VFm M =0.649*78+(1-0.649)*92=82.914kg/kmol LFm M =0.428*78+(1-0.428)*92=86.008kg/mol 塔底摩尔分数（110.63℃）： x=0.024 y=0.024 Kmol kg M VWm /664.9192*)024.01(78*024.0=-+= kmol kg M LWm /664.9192*)024.01(78*024.0=-+= 平均摩尔质量： Vm M =(82.914+91.664)/2=87.289kg/kmol Lm M =(86.008+91.664)/2=88.836kg/kmol 4.3.2平均密度计算 进料板平均密度： t=94℃时，ρ苯=7893kg/m 3, ρ甲苯=7893kg/m , ω苯=0.39 参考《化工原理》P 361某些有机液体的相对密度图（下同） LFm ρ= 798 61.0798 39.01+=7983kg/m 塔底平均密度： t=110.63℃, ρ苯=7803kg/m ,ρ甲苯=7753kg/m , ω苯=0.02 3 /1.775775 98.0780 02.01 m Kmol m m LW LW =+ = ρρ 故Lm ρ=(775.1+798)/2=786.55kg/m 3 m E =102.315 _ ρvm = m Vm m RT M P *= ) 15.273315.102(*314.8287.87*33.101+=2.83kg/m 3 4.3.3 液体的平均张力 t=110.63℃时, 苯σ=17.21mN m -?,甲苯σ=17.81mN m -? t=94℃时，苯σ=19.8甲苯σ，甲苯σ =19.91mN m -? ，由《化工原理》第三版P 379查得 t=101.63℃时，Lw σ=0.024*17.2+（1-0.024）*17.8=17.78591mN m -? t=94℃时，LF σ=0.428*19.8+（1-0.428）*19.9=19.85721mN m -? 提馏段平均张力：_ σ= 2 7856 .178572.19+=18.821mN m -? 4.3.4 提馏段气液相的体积流量 L h = Lm Lm M L ρ' = 55.786886 .88*382.230=26.02m 3/h V h = Vm Vm M V ρ' =83 .2289 .87*548.163=5044.5m 3/h 4.4 塔体工艺尺寸计算 4.4.1 精馏段塔径计算 由F LV 及（H T -h l ）查Smith 图（《化工单元过程及课程设计》P 161） 气流动参数 F LV = V L VV VL H h q q ρρ= 83 .255.7865 .504402.26=0.086 取塔盘清夜层高度 h L =0.07m H T =0.45m 液滴沉降高度 H T -h L =0.45m-0.07m=0.38m 当σ=18.82时的负荷因子C 20等于0.028 由工艺条件得：C=C 20（20 σ )0.2=0.081 液乏气速 u f =c V V L ρρρ-=0.081*83 .283 .255.786-=1.35m/s 取泛点率为0.75，故空塔气速u=0.75f u =0.75*1.35=1.013m/s 气相通过的塔截面积 A=013 .1*36005.5044= u q s VV =1.38m 2 取7.0/=D l w π/])( 1)( [sin 2 1 D l D l D l A A w w w T d -- =-=0.0877 由T d A A 计算D ： 2 513.10877 .0138.11m A A A A T d T =-= - = D=m A T 388.14=π 故取 D=1.4m 2 254.14 m D A T == π 2 405.1)1(m A A A A T d T =- = s m A q u s VV 997.0405 .1*36005.5044/== = 设计点的泛点率=739 .035 .1997 .0==f u u 4.4.2 精馏塔高度计算 (1)精馏段有效高度计算： Z 精=(N 精-1)*HT=10*0.35=3.5m (2)提馏段有效高度计算： Z 提=(N 提-1)*HT=(17-1)*0.45=7.2m 如进料板上面开一人孔，其高度为0.6m (3)精馏塔的有效高度为： Z 有=Z 精+Z 提+0.8=3.5+7.2+0.6=11.3m .(4) 精馏塔的实际高度为： 塔两端空间，上封头留1.5m. 下封头留1.5m. Z 实= Z 有+1.5*2=11.3+3=14.3m 4.4.3 溢流装置的计算 由《化工单元过程及设备课程设计》P 166流液收缩图： 降管液的尺寸：2135.0405.154.1m A A A T d =-=-= 降液管宽度： m D l D bd w 2001.02/)](1[=-= 选取h b =0.04m 溢流堰尺寸： m D l D l w w 98.07.0*4.1)( === 堰上液头高how, 取E=1 m l q E how w VLh 025.03 2)( 10*84.23==- 堰高： m how h h l w 045.0025.007.0=-=-= 溢流强度：)]*/([55.2698 .002 .263 h m m l q u w VLh L === 降液管底隙流体速度：s m h l q u b w VLs b /184.004 .0*98.0*360002.26== = 4.5 塔板负荷性能 4.5.1 浮阀计算及其排列 （1）浮阀数 选取F 1型浮阀，阀孔直径d 0=0.039m 根据表5—4选择单流型 初取F 0=11 , 则 s m V F u /54.683 .211/00===ρ 浮阀数： 180 54 .6*039.0*36004*5.50444 2 20 == = ππ u d q n VVs （2）排列方式 取塔板上液体进，出口安定区宽度m bs bs 075.0'== 取边缘区宽度bc=0.05m m bd bs D x 425.0)2001.0075.0(2 4.1)(2=+-= +-= m bc D r 65.005.02/4.12 =-=-= 2122202.1)](sin [2m r x r x r X A a =+-=- 2 0022 0)(907.060sin 4t d t d n A A a == π m d A A t a 0809.0*)/( 907.000 == 根据估算提供孔心距进行布孔，按t=75mm 进行布孔，实排阀数n=163 阀孔气速 s m d n q u VVs /2.7) 4 (2 0== π 动能因子 11.1283.2*2.70==F 塔板开孔率 126 .054.1/4 * 163/2 00===d A A T π ψ 4.6 塔板的流体性能的校核 4.6.1泡沫夹带量校核 为控制液沫夹带量e V 过大，应使泛点F 1≤0.8~0.82 浮阀塔板泛点率计算如下： b F L VLs V V Ws A KC Z q L q F 36.11+-= ρρρ 由塔板上气相密度3/83.2m kg V =ρ及板间距H T =0.45m 查图5—26（泛点荷 因数）得系数G F =0.128,根据表5—11（物性系数）所提供的数据，取k=1 塔板液流道长Z L =D-2bd=1.4-2*2*0.2=1.0(m) 液流面积 )(27.1135.0*254.122m A A A d T b =-=-= 故得：8.0578.027 .1*128.00 .1*3600 02.26* 36.183.255.78683.2) 3600/5.5044(_ <=+-= H 故不会产生过量的液沫夹带 4.6.2塔板阻力计算 由《化工单元过程及设备课程设计》P 171泛点负荷因数图： （1）干板阻力0h 临界孔速 20 .795.5) 73( 0825 .110=<==u u V c ρ 阀孔0u 大于其临界孔阀气速0c u ,故应在浮阀全开状态计算干板阻力。 ) (051.081 .9*220 .7* 55 .78683.2* 34.5234 .52 2 0m g u h L V ===ρρ （2）塔板清液层阻力1h 035.007.0*5.05.0===L l h h (m) (3)克服表面张力所造成阻力 σh ) (10 *46.2039 .0*81.9*55.78682 .18*10 *410 *44 3 3 m gd h L ---== = ρσ σ 由以上三阻力之和求得塔板阻力f h : )(0862.0000246.0035.0051.00m h h h h l f =++=++=σ 4.6.3降液管液面校对 流体流过降液管底隙的阻力： )(0052.0)( 10*18.12 8m h l q h b w VLh d ==- 浮阀塔板上液面落差?较小可以忽略，则降液管内清液层高度： )(1614.00052.00862.0025.0045.0m h h how h H d f w d =+++=+++= 取降液管中泡沫层相对密度6.0=φ，则可求降液管中泡沫层高度： 269 .0'==φ d d H H 而'495.0045.045.0d w T H h H >=+=+，故不会发生降液管液泛。 4.6.4液体在降液管内停留时间校核 应保证液体在降液管内的停留时间大于3S ～5S ，才能保证液体所夹带的气 体的释放。 )(5)(4.802.26/45.0*135.0*3600/s s q H A VLs T d >===τ 故所夹带气体可以释出 4.6.5严重漏液校核 当阀孔的动能因子F 0=5的相应孔流气速： ) /(97.283 .255 '0s m V u == = ρ 稳定系数 0 .2~5.142.297 .220.7' 0>== = u u K 故不会发生严重漏液 4.6.6塔板负荷性能图 由《化工单元过程及设备课程设计》P 187塔板负荷性能图： （1）过量液沫夹带线关系式 根据前面液沫夹带的校核选择F 1=0.8 则有 )1*128.0*27.1/()36.183 .255.78683.2(8.0VLs Ws q q +-= h m q h m q h m q q VVh LVh VVh LVh /5.6678/50/2/7803 3 3 ====时，当时，当 由此两点作过量液夹带线（a) (2)液相下限线关系式 对于平直堰，其堰上液头高度how 必须大于0.006m 。 取how=0.006m ，即可以确定液相流量的下限线 006 .0) ( 10*84.23 /23==-w VLh l q E how 取E=1.0，代人l w =0.98 )/(00.398.0*07.307.33h m l q w VLh === 该线为垂直VLh q 轴的直线，记为（b) (3)严重漏液线关系式： 因动能因子F 0<5时，会发生严重漏液，故取F 0=5,计算相应气体流 量VVh q ： 97 .2/5/ 36000000====V V VVh F u u A q ρρ )/(87.2080)/ 5*4(3600)4 (36003 2 002 0h m d n u d n q V VVh ===ρπ π 该线为平行VLh q 轴的直线，为漏液线，也称为气相下限线，记（c) (4)液相上限线关系式： s 5=τ降液的最大流量为： h m H A H A q T d T d VLh /74.4345.0*135.0*7207205/36003==== 该线为平行VVh q 轴的直线，记为（d) (5)降液管液泛关系式： 根据降液管液泛的条件，得以下将液管液泛工况下的关系： 285.0)025.045.0(*06.0)(=+=+=how H H T d φ 或)(how H h h how h T d f w +=+++φ 即2 5 3 2 3 27)(10 *17.1)(10*32.4)(10*53.52295.0VLh VLh VVh q q q ---++= )/(3 h m q VLh 10 20 30 40 50 60 ) /(3h m q VVh 6133.7 590.75 566.2 538.3 506.06 468.1 操作弹性 56.387.2080/7410)/()(min max ==VVh VVh q q 适宜裕度=h h h VV VV VV q q q /])[(min -=46.9% 4.7换热器的计算 4.7.1原料预热器： 1 1 .1 1 .65.175.1----??=??=K kg kJ C K kg kJ C h p h p 甲苯苯 44.0=F x h kg Q h m /10417)24*320/(1000*80000.= 1.694.165.1*56.075.1*44.0-??=+=K kg kJ C c p 设加热原料温度由10℃加热到104℃ 则 h kJ t C Q c p h m /10*66.194*694.1*104176..==???=φ 4.7.2塔顶冷凝器： R 苯=390kJ/kg s kJ r q mh /93.14439390*3600 548 .163*815==?=苯φ 4.7.3塔底再沸器： kg kJ r /360=甲苯 s kJ r q mb /6.12676360*3600 548 .163*1.775== ?=φ 4.7.4贮罐的体积计算： 由《化工单元过程及设备课程设计》查得在0.11MP a 下，塔顶采量 D=7394kmol/h 3/810m kg =ρ 故h kg D r q VVh /22182)1(=+= 3/810m kg L =ρ 设冷凝液停留20min ，补充系数7.0=φ 则313)7.0*810*60/(20*22182)/(m q V L VLh ==?=φρτ 贮罐容积估算结果表 4.7.5进料罐线管径 选择原液流速： u=0.5m/s 管线直径： m u V d L 0961.05.0*14.3*798*360010417 *44== =ρπ 选取6*133φ管材，其内径为0.121m 其实际流速为： u=10471/(3600*798*0.785*0.09162)=0.5m/s 位号 名称 停留时间 容积/m 3 V-101 原料中间罐 20min 13 V-102 回流罐 10min 7 V-103 塔顶产品罐 24h 937 V-104 塔底产品罐 24h 937 5.设计结果汇总表表一设备一览表 表二提留段塔板设计结果汇总表 6.课程设计心得体会 本次课程设计通过给定的生产操作工艺条件自行设计一套苯－甲苯物系的分离的浮阀式连续精馏塔设备。通过两周的努力，反复计算和优化，小组成员终于设计出一套较为完善的浮阀式连续精馏塔设备。其各项操作性能指标均能符合工艺生产技术要求，而且操作弹性大，生产能力强，达到了预期的目的。 课程设计需要我们把平时所学的理论知识运用到实践中，使我们对书本上所学理论知识有了进一步的理解，更让我们体会到了理论知识对实践工作的重要的指导意义。课程设计要求我们完全依靠自己的能力去学习和设计，而不是像以往课程那样一切都由教材和老师安排。因此，课程设计给我们提供了更大的发挥空间，让我们发挥主观能动性独立地去通过书籍、网络等各种途径查阅资料、查找数据，确定设计方案。通过这次课程设计提高了我们的认识问题、分析问题、解决问题的能力。更重要的是，该课程设计需要我们充分发挥团队合作精神，组员之间必须紧密合作，相互配合，才可能在有限的时间内设计出最优的设计方案。总之，这次课程设计既是对我们课程知识的考核，又是对我们思考问题、解决问题能力的考核，课程设计让我们学到了很多东西。 在这次课程设计中，给我们印象最深的是，这期间由于我们对设计的流程和具体要求理解地不够深入，在设计的初期，我们曾因为没有清晰的设计思路，而无法开始，后来在计算的过程中，由于组员的疏忽，计算上出现了错误，特别是第二次，设计已完成过半，发现前面的基础数据出现了问题，看着几天的劳动成果就这样被自己否定，我们没有气馁，没有相互抱怨，而是在一起冷静分析思考错误，认真总结经验教训，重新制定了设计方案，在接下来的设计中，我们采用了两组同时进行计算的办法，发现问题之后，可以马上解决，避免了同样错误的再次出现。本次课程设计中，大家相互配合，齐心协力，克服重重困难，坚持不懈的工作，终于完成了本次课程设计! 7.主要参考文献 [1].王志魁 .化工原理[M]. 第三版.北京：化学工业出版社，2004 课程设计说明书 设计题目：分离苯—甲苯筛板式精馏塔的设计 学号： 0812024057 学生姓名：郭博元杨逍孙娟 专业班级：生工 082 指导教师： 2010 年 11月 15 日 课程设计任务书 一、课题名称 分离苯—甲苯筛板式精馏塔的设计 二、课题条件（原始数据） 一、设计方案的选定原料：苯、甲苯 年处理量： 100000t(十万吨)/年——进料量 原料组成（甲苯的质量分率）：、0.65——0.4 料液初温： 30℃ 操作压力、回流比、单板压降：自选 进料状态：饱和液体进料 塔顶产品浓度： 98.5%——98% 塔底釜液含甲苯量不低于97%——99%（质量分率）塔顶采用全凝器，泡点回流 塔釜：饱和蒸汽间接/直接加热 塔板形式：筛板 生产时间：330天/年，每天24h运行 冷却水温度：20℃～35℃ 设备形式：筛板塔 厂址：沿海某城市（大气压：760mmHg） 三、设计内容（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概述 2设计方案的选择及流程说明 3塔板数的计算（板式塔）或填料曾的高度计算（填料塔） 4主要设备工艺尺寸设计 1）塔径及提留段塔板结构尺寸的确定 2）总塔高总、压降 5附属设备选型 6设计结果汇总 7工艺流程图及精馏塔装配图 8设计评述 四图纸要求 1 工艺流程图（在说明书上画草图） 2 精馏塔装配图 目录 摘要 (1) Abstract .......................... 错误!未定义书签。第一章文献综述. (1) 第二章设计方案的确定 (3) 2.1 操作条件的确定 (3) 2.2 确定设计方案的原则 (4) 第三章塔体计算 (6) 3.1 设计方案的确定 (6) 3.2 精馏塔的物料衡算 (6) 第四章塔板计算 (8) 4.1 塔板数的确定 (8) 4.2 精馏段的计算 (12) 4.3提留段的计算 (28) 第五章塔附件设计 (44) 5.1附件的计算 (44) 5.2 附属设备设计 (48) 设计小结 (51) 附录 (52) 课程设计任务书 一、课题名称 苯——甲苯混合体系分离过程设计 二、课题条件（原始数据） 1、设计方案的选定 原料：苯、甲苯 年处理量：108000t 原料组成（甲苯的质量分率）：0.5 塔顶产品组成：%99>D x 塔底产品组成：%2 设计容 摘要：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﹑石油化工等工业中得到广泛的应用。本设计的题目是苯—甲苯二元物系板式精馏塔的设计。在确定的工艺要求下，确定设计方案，设计容包括精馏塔工艺设计计算，塔辅助设备设计计算，精馏工艺过程流程图，精馏塔设备结构图，设计说明书。关键词：板式塔；苯--甲苯；工艺计算；结构图 一、简介 塔设备是炼油、化工、石油化工等生产中广泛应用的气液传质设备。根据塔气液接触部件的结构型式，可分为板式塔和填料塔。板式塔设置一定数目的塔板，气体以鼓泡或喷射形式穿过板上液层进行质热传递，气液相组成呈阶梯变化，属逐级接触逆流操作过程。填料塔装有一定高度的填料层，液体自塔顶沿填料表面下流，气体逆流向上（也有并流向下者）与液相接触进行质热传递，气液相组成沿塔高连续变化，属微分接触操作过程。 工业上对塔设备的主要要：（1）生产能力大；（2）传热、传质效率高；（3）气流的摩擦阻力小；（4）操作稳定，适应性强，操作弹性大；（5）结构简单，材料耗用量少；（6）制造安装容易，操作维修方便。此外，还要求不易堵塞、耐腐蚀等。 板式塔大致可分为两类：（1）有降液管的塔板，如泡罩、浮阀、筛板、导向筛板、新型垂直筛板、蛇形、S型、多降液管塔板；（2）无降液管的塔板，如穿流式筛板（栅板）、穿流式波纹板等。工业应用较多的是有降液管的塔板，如浮阀、筛板、泡罩塔板等。 苯的沸点为80.1℃，熔点为5.5℃，在常温下是一种无色、味甜、有芳香气味的透明液体，易挥发。苯比水密度低，密度为0.88g/ml，但其分子质量比水重。苯难溶于水，1升水中最多溶解1.7g苯；但苯是一种良好的有机溶剂，溶解有机分子和一些非极性的无机分子的能力很强。 甲苯是最简单，最重要的芳烃化合物之一。在空气中，甲苯只能不完全燃烧，火焰呈黄色。甲苯的熔点为-95 ℃，沸点为111 ℃。甲苯带有一种特殊的芳香味（与苯的气味类似），在常温常压下是一种无色透明，清澈如水的液体，密度为0．866克／厘米3，对光有很强的折射作用（折射率：1,4961）。甲苯 化工原理课程设计 设计题目:苯-甲苯体系板式精馏塔设计 化工原理课程设计任务书 ?设计任务 分离含苯35% ，甲苯65%的二元均相混合液，要求所得单体溶液的浓度不低于97% 。（以上均为质量分率） 物料处理量：20000吨/年。（按300天/年计） 物料温度为常温（可按20℃计）。 ?设计内容 设计一常压下连续操作的板式精镏塔，设计内容应包含： 方案选择和流程设计； 工艺计算（物料、热量衡算，操作方式和条件确定等），主要设备的工艺尺寸计算（塔高、塔径）； 主体设备设计，塔板选型和布置，流体力学性能校核，操作负荷性能图，附属设备选型； 绘制工艺流程示意图、塔体结构示意图、塔板布置图； （设计图纸可手工绘制或CAD绘图） ?计算机辅助计算要求 物性计算 ①编制计算二元理想混合物在任意温度下热容的通用程序； ②编制计算二元理想混合物在沸腾时的汽化潜热的通用程序。 气液相平衡计算 ①编制计算二元理想混合物在任意温度下泡点、露点的通用程序； ②编制计算二元理想混合物在给定温度、任意组成下气液分率及组成的通用程序。 精馏塔计算 ①编制计算分离二元理想混合液最小回流比的通用程序； ②编制分离二元理想混合液精馏塔理论塔板逐板计算的通用程序。 采用上述程序对设计题目进行计算 ?报告要求 设计结束，每人需提交设计说明书（报告）一份，说明书格式应符合毕业论文撰写规范，其内容应包括：设计任务书、前言、章节内容，对所编程序应提供计算模型、程序框图、计算示例以及文字说明，必要时可附程序清单；说明书中各种表格一律采用三线表，若需图线一律采用坐标纸（或计算机）绘制；引用数据和计算公式须注明出处（加引文号），并附参考文献表。说明书前后应有目录、符号表；说明书可作封面设计，版本一律为十六开(或 A4幅面)。 摘要 化工生产和现在生活密切相关，人类的生活离不开各色各样的化工产品。设计化工单元操作，一方面综合了化学，物理，化工原理等相关理论知识，根据课程任务设计优化流程和工艺，另一方面也要结合计算机等辅助设备和机械制图等软件对数据和图形进行处理。 本次设计旨在分离苯和甲苯混合物，苯和甲苯化学性质相同，可按理想物系处理。通过所学的化工原理理论知识，根据物系物理化学特性及热力学参数，对精馏装置进行选型和优化，对于设备的直径，高度，操作条件（温度、压力、流量、组成等）对其生产效果，如产量、质量、消耗、操作费用 气相色谱法分离苯和甲苯 姓名：曲连发学号：2011302110074 院系：动科动医学院 一．实验内容 1.熟悉气相色谱仪的构造； 2.了解HP-6890N型气相色谱仪的使用方法； 3.进行苯和甲苯的气相色谱分析，并通过保留时间对组分定性。 二．实验目的 1.通过实验熟悉气相色谱仪的主要构造，掌握基本使用方法，了解氢火焰例子化监测器的工作原理和应用范围，掌握利用保留时间对物质定性的方法； 2.掌握归一化法的原理以及定量分析方法； 3.掌握外标法和外标工作曲线法在气相色谱定量分析中的应用。 三．实验原理 ◆气相色谱仪的一般流程： 1.气路系统 由载气源、载气压力盒流速控制装置、载气压力盒流速显示三部分组成。 ?黑色外表的高压钢瓶内装氮气，作为载气； ?绿色外表的高压钢瓶内装氢气、氧气，作为燃气。 ?转子流量计显示的是柱前流速，不能反映色谱柱内真实的流速。 2.进样系统 ?进样器：分为手动进样针和自动进样器。 ?气化室：“20℃法”即其内温度要高于样品沸点的20℃。 3.分离系统 ?分为填充柱和毛细管柱，现在多用弹性石英的毛细管柱，其渗透性大，速度快，柱效高。 4.检测系统 ?热导池检测器：通用型、浓度型； ?氢火焰离子化检测器：通用型、质量型； ?氮-磷检测器：选择型、质量型； ?电子俘获检测器：选择型、质量型、 5.记录和数据处理 6.温度控制系统 ◆气相色谱分离原理： 试样中的各组分在色谱分离柱中的两相（固定相和流动相）间反复进行分配，由于各组分在性质和结构上的差异，使其被固定相保留的时间不同，随着流动相的移动，各组分按一定次序流出色谱柱。 四．色谱条件 仪器型号：Agilent 6890 N型气相色谱仪； 色谱柱：HP-5弹性石英毛细管柱(30mx0.32mmx0.5μm)； 检测器：FID(氢火焰离子化检测器)； 检测器温度：250℃； 化工原理课程设计------------苯-甲苯连续精馏筛板塔的设计 专业年级： 08级化学工程与工艺姓名：孙可（0804040118）指导老师：陈明燕 2011年7 月 目录 一序言 (3) 二板式精馏塔设计任务书五 (4) 三设计计算 (5) 1.1 设计方案的选定及基础数据的搜集 (5) 1.2 精馏塔的物料衡算 (7) 1.3 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (12) 1.4 精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (16) 1.5 塔板主要工艺尺寸的计算 (18) 1.6 筛板的流体力学验算 (20) 1.7 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 (30) 5.1附件的计算 (30) 5.1.1接管 (30) 5.1.2冷凝器 (32) 5.1.3 再沸器 (32) 5.2 板式塔结构 (33) 六参考书目 (35) 七设计心得体会 (35) 八附录 (37) 一序言 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学，是理论联系实际的桥梁，在整个教学中起着培养学生能力的重要作用。通过课程设计，要求更加熟悉工程设计的基本内容，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。 BeiJing JiaoTong University HaiBin College 化工原理课程设计 说明书 题目：年处理量18万吨苯—甲苯混合液的连续 精馏塔的设计 院（系、部）：化学工程系 姓名： 班级： 学号： 指导教师签名： 2015 年4 月12 日 摘要 目前用于气液分离的传质设备主要采用板式塔，对于二元混合物的分离，应采用连续精馏过程。浮阀塔在操作弹性、塔板效率、压降、生产能力以及设备造价等方面都比较优越。其主要特点是在塔板的开孔上装有可浮动的浮阀，气流从浮阀周边以稳定的速度水平进入塔板上液层进行两相接触，浮阀可根据气体流量的大小上下浮动，自行调节。其中精馏塔的工艺设计计算包括塔高、塔径、塔板各部分尺寸的设计计算，塔板的布置，塔板流体力学性能的校核及绘出塔板的性能负荷图。 关键词：气液传质分离；精馏；浮阀塔 ABSTRACT Currently，the main transferring equipment that used for gas-liquid separation is tray column. For the separation of binary, we should use a continuous process. The advantages of the float value tower lie in the flexibility of operation, efficiency of the operation, pressure drop, producing capacity, and equipment costs. Its main feature is that there is a floating valve on the hole of the plate, then the air can come into the tray plate at a steady rate and make contract with the level of liquid, so that the flow valve can fluctuate and control itself according to the size of the air. The calculations of the distillation designing include the calculation of the tower height, the tower diameter, the size of various parts of the tray and the arrangement of the tray, and the check of the hydrodynamics performance of the tray. And then draw the dray load map. Key words：gas-liquid mass transfer；rectification；valve tower 目录 板式精馏塔设计任务书 (3) 设计题目： (3) 二、设计任务及操作条件 (3) 三、设计内容： (3) 一．概述 (5) 1.1 精馏塔简介 (5) 1.2 苯-甲苯混合物简介 (5) 1.3 设计依据 (5) 1.4 技术来源 (6) 1.5 设计任务和要求 (6) 二．设计方案选择 (6) 2.1 塔形的选择 (6) 2.2 操作条件的选择 (6) 2．2.1 操作压力 (6) 2.2.2 进料状态 (6) 2.2.3 加热方式的选择 (7) 三．计算过程 (7) 3.1 相关工艺的计算 (7) 3.1.1 原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 (7) 3.1.2 物料衡算 (8) 3.1.3 最小回流比及操作回流比的确定 (8) 3.1.4精馏塔的气、液相负荷和操作线方程 (9) 3.1.5逐板法求理论塔板数 (10) 3.1.6 全塔效率的估算 (11) 3.1.7 实际板数的求取 (13) 3.2 精馏塔的主题尺寸的计算 (13) 3.2.1 精馏塔的物性计算 (13) 3.2.2 塔径的计算 (15) 3.2.3 精馏塔高度的计算 (17) 3.3 塔板结构尺寸的计算 (18) 3.3.1 溢流装置计算 (18) 3.3.2塔板布置 (19) 3.4 筛板的流体力学验算 (21) 3.4.1 塔板压降 (21) 3.4.2液面落差 (22) 3.4.3液沫夹带 (22) 3.4.4漏液 (22) 3.4.5 液泛 (23) 3.5 塔板负荷性能图 (23) 3.5.1漏夜线 (23) 3.5.2 液泛夹带线 (24) 3.5.3 液相负荷下限线 (25) 3.5.4 液相负荷上限线 (25) 3.5.5 液泛线 (26) 3.6 各接管尺寸的确定 (29) 3.6.1 进料管 (29) 3.6.2 釜残液出料管 (29) 3.6.3 回流液管 (30) 3.6.4塔顶上升蒸汽管 (30) 四．符号说明 (30) 五．总结和设计评述 (31) 化工原理课程设计 院系：化学化工学院 专业：化学工程与工艺 班级：11级化工2班 姓名：李钊 学号：2011321216 指导教师：武芸 2013年12月15日——2014年01月3日 课程设计任务书 一、设计题目 苯-甲苯分离过程浮阀板精馏塔设计 二、设计任务 1.原料名称:苯-甲苯二元均相混合物； 2.原料组成：含苯42%（质量百分比）； 3.产品要求：塔顶产品中苯含量不低于97%，塔釜中苯含量小于1.0%； 4.生产能力：年产量5万吨/年； 5.设备形式：浮阀塔； 6.生产时间：300天/年，每天24h运行； 7.进料状况：泡点进料； 8.操作压力：常压； 9.加热蒸汽压力：270kPa 10.冷却水温度：进口20℃，出口45℃； 三、设计内容 1.设计方案的选定及流程说明 2.精馏塔的物料衡算 3.精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算（加热物料进出口温度、密度、粘度） 4.塔板数的确定 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 9.换热器设计 10.馏塔接管尺寸计算 11.绘制生产工艺流程图（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，A1图纸） 13.撰写课程设计说明书一份 四、设计要求 1.工艺设计说明书一份 2.工艺流程图一张，主要设备总装配图一张（采用AutoCAD绘制） 五、设计完成时间 2013年12月16日～2014年01月01日 目录 概述 (6) 第一章塔板的工艺设计 (7) 第一节精馏塔全塔物料衡算 (7) 第二节基本数据 (8) 第三节实际塔板数计算 (15) 第四节塔径的初步计算 (16) 第五节溢流装置 (17) 第六节塔板布置及浮阀数目与排列 (19) 第二章塔板的流体力学计算 (21) 第一节气体通过浮阀塔的压降 (21) 第二节液泛 (21) 第三节雾沫夹带 (22) 第四节塔的负荷性能图 (23) 第三章塔附件设计 (28) 第一节接管 (28) 第二节筒体与封头 (30) 第三节塔的总体高度 (31) 第四章附属设备设计 (33) 西北师大学 化工原理课程设计 学院: 化学化工学院 专业: 化学工程与工艺年级:2011 题目: 苯—甲苯精馏塔设计 前言 课程设计是化工原理课程的一个重要的实践教学容，是在学习过基础课程和化工原理理论与实践后，进一步学习化工设计的基础知识、培养化工设计能力的重要环节。通过该设计可初步掌握化工单元操作设计的基本程序和方法、得到化工设计能力的基本锻炼，更能从实践中培养工程意识、健全合理的知识结构。 此次化工原理设计是精馏塔的设计。精馏塔是化工生产中十分重要的设备，它是利用两组分挥发度的差异实现连续的高纯度分离。在精馏塔中，料液自塔的中部某适当位置连续的加入塔，塔顶设有冷凝器将塔顶蒸汽冷凝为液体。冷凝液的一部分（称回流液）回入塔顶，其余作为塔顶产品（称馏出液）连续排出。塔釜产生的蒸汽沿塔板上升，来自塔顶冷凝器的回流液从塔顶逐渐下降，气液两相在塔实现多次接触，进行传质传热过程，使混合物达到一定程度的分离。精馏塔的分离程度不仅与精馏塔的塔板数及其设备的结构形式有关，还与物料的性质、操作条件、气液流动情况等有关。该过程是同时进行传热、传质的过程。为实现精馏过程，必须为该过程提供物流的贮存、输送、传热、分离、控制等的设备、仪表。由这些设备、仪表等构成精馏过程的生产系统，即本次所设计的精馏装置。 课程设计是让同学们理论联系实践的重要教学环节，是对我们进行的一次综合性设计训练。通过课程设计能使我们进一步巩固和加强所学的专业理论知识，还能培养我们独立分析和解决实际问题的能力。更能培养我们的创新意识、严谨认真的学习态度。当代大学生应具有较高的综合能力，特别是作为一名工科学生，还应当具备解决实际生产问题的能力。课程设计是一次让我们接触实际生产的良好机会，我们应充分利用这样的时机认真去对待每一项任务，为毕业论文等奠定基础。更为将来打下一个稳固的基础。 虽然为此付出了很多，但在平常的化工原理课程学习中总是只针对局部进行计算，而对参数之间的相互关联缺乏认识，所以难免有不妥之处，望垂阅者提出意见，在此表示深切的意。 作者 2013年12月 课程设计任务书 课程名称综合课程设计1 课程代码80s06210 设计时间指导教师 专业班级 一、课程设计任务（题目）及要求 （一）设计任务：筛板塔设计 在一常压操作的连续精馏塔内分离苯、甲苯混合物，原料液处理量为5500kg/h、组成为0.5(苯的质量分数，下同)，要求塔顶馏出液的组成为0.96，塔底釜液的组成为0.01。 设计条件如下： 操作压力4kPa(塔顶表压) 进料热状况自选 回流比自选 单板压降≤0.7kPa 全塔效率E T=52% 气候条件忽略 试根据上述工艺条件作出筛板塔的设计计算。设计基本资料见主要参考资料。 （二）设计要求 1、学生应在老师指导下独立完成，题目不可更换。 2、查阅相关资料，自学具体课题中涉及到的新知识。 3、最后提交的课程设计成果包括： a) 课程设计说明书纸质文件。 b) 课程设计说明书电子文件。 c) 课程设计计算电子表格文件。 二、对课程设计成果的要求（包括课程设计说明书、图纸、图表、实物等软硬件要求） 1、分析课程设计题目的要求； 2、写出详细设计说明； 3、写出详细计算过程、经验值的取舍依据； 4、设计完成后提交课程设计说明书； 5、设计说明书应内容充实、写作规范、项目填写正确完整、书面整洁、版面编排符合要求。 6、计算过程使用的符号符合参考资料中的要求，设计内容按参考资料[2]121页设计示例执行。理论塔板数的求取用逐板计算法。A f和W d的求取按自己推导的公式进行。 三、主要参考资料 [1] 贾绍义，柴诚敬.化工原理课程设计.天津大学出版社,2002年6月. [2] 陈敏恒，潘鹤林.化工原理（少学时）.华东理工大学出版社，2008年8月. 指导教师（签名）：教研室主任（签名）： 中南民族大学化学工程与工艺专业 化工原理课程设计 苯—甲苯分离装置设计 设计者: 田源 学号: 10081220 班级: 10级3班 指导老师: 刘冰 设计时间:2013.11.18—2013.12.22 课程设计任务书 指导教师（签名）：教研室主任（签名）： 目录 1概述 (5) 1.1 与物性有关的因素 ............................................................................................................ 5 1.2 与操作条件有关的因素 .................................................................................................... 5 2流程的确定及说明 (5) 2.1塔板形式 ........................................................................................................................... 5 2.2精馏方式 ........................................................................................................................... 5 2.3进料状态 ........................................................................................................................... 6 2.4冷凝方式 ........................................................................................................................... 6 2.5加热方式 ........................................................................................................................... 6 2.6加热器 ............................................................................................................................... 6 2.7操作压力 ........................................................................................................................... 7 2.8 回流方式 ........................................................................................................................... 7 3精馏塔的设计计算 ................................................................................................................ 7 3.1基础数据 ........................................................................................................................... 7 3.2物料衡算 . (7) 3.3塔顶气相、液相，进料和塔底的温度分别为： VD t 、LD t 、F t 、 W t (8) 3.4平均相对挥发度α ................................................................................................... 9 3.5回流比的确定 ..................................................................................................................... 9 3.6热量衡算 .. (9) 3.6.1加热介质的选择 ...................................................................................................... 9 3.6.2冷却剂的选择 ........................................................................................................ 10 3.6.3热量衡算 ................................................................................................................ 10 3.7理论塔板数计算 (12) 3.7.1板数计算 ................................................................................................................ 12 3.7.2塔板效率 ................................................................................................................ 13 3.8精馏塔主要尺寸的设计计算 . (14) 3.8.1流量和物性参数的计算 ........................................................................................ 14 3.8.2塔径设计计算 .. (16) 4附属设备及主要附件的选型计算 (19) 4.1．冷凝器 ............................................................................................................................ 19 4.2再沸器 ............................................................................................................................... 20 4.3塔内其他构件 . (20) 4.3.1.塔顶蒸汽管 ............................................................................................................ 20 4.3.2.回流管 .................................................................................................................... 21 4.3.3.进料管 .................................................................................................................... 21 4.3.4.塔釜出料管 ............................................................................................................ 21 4.3.5除沫器 .................................................................................................................... 22 4.3.6液体分布器 ............................................................................................................ 22 4.3.7液体再分布器 ........................................................................................................ 23 4.3.8填料支撑板的选择 (24) 食品工程原理课程设计说明书 筛板式精馏塔设计 目录 第一部分概述 一、设计题目 (3) 二、设计任务 (3) 三、设计条件 (3) 四、工艺流程图 (3) 第二部分工艺设计计算 一、设计方案的确定 (4) 二、精馏塔的物料衡算 (4) 1.原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数 (4) 2.原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 (4) 3.物料衡算原料处理量 (4) 三、塔板数的确定 (4) N的求取 (4) 1.理论板层数 T 2.实际板层数的求取 (6) 四、精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (6) 1.操作压力计算 (6) 2.操作温度计算 (6) 3.平均摩尔质量计算 (6) ⑴塔顶摩尔质量计算 (6) ⑵进料板平均摩尔质量计算 (6) ⑶提馏段平均摩尔质量 (7) 4.平均密度计算 (7) ⑴气相平均密度计算 (7) ⑵液相平均密度计算 (7) 5.液相平均表面张力计算 (7) ⑴塔顶液相平均表面张力计算 (7) ⑵进料板液相平均表面张力计算 (7) 6.液相平均粘度计算 (8) ⑴塔顶液相平均粘度计算 (8) ⑵进料板液相平均粘度计算 (8) 五、精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (8) 1.塔径的计算 (8) 2.精馏塔有效高度计算 (9) 六、塔板主要工艺尺寸的计算 (9) 1.溢流装置计算 (9) l (9) ⑴堰长 W h (9) ⑵溢流堰高度 W ⑶弓形降液管宽度d W 和截面积f A ..........................9 2.塔板布置....................................................................................................9 ⑴塔板的分块.............................................9 ⑵边缘区宽度确定.........................................9 ⑶ 开孔区面积计算........................................9 ⑷筛孔计算及其排列 (10) 七、筛板的流体力学验算 (11) 1.塔板压降....................................................................................................11 ⑴干板阻力c h 计算........................................11 ⑵气体通过液层的阻力L h 计算..............................11 ⑶液体表面张力的阻力 h 计算..............................11 2.液面落差...................................................................................................12 3.液沫夹带...................................................................................................12 4.漏液...........................................................................................................12 5.液泛.. (12) 八、塔板负荷性能图 (13) 1.漏液线.......................................................................................................13 2.液沫夹带线...............................................................................................13 3.液相负荷下限线.......................................................................................14 4.液相负荷上限线.......................................................................................14 5.液泛线.......................................................................................................14 九、设计一览表.. (16) 十、参考文献 (17) 西北师范大学 化工原理课程设计 学院: 化学化工学院 专业: 化学工程与工艺年级:2011 题目: 苯—甲苯精馏塔设计 学生姓名: 卢东升 学号: 201173020228 2014年1月3日 前言 课程设计是化工原理课程的一个重要的实践教学内容，是在学习过基础课程和化工原理理论与实践后，进一步学习化工设计的基础知识、培养化工设计能力的重要环节。通过该设计可初步掌握化工单元操作设计的基本程序和方法、得到化工设计能力的基本锻炼，更能从实践中培养工程意识、健全合理的知识结构。 此次化工原理设计是精馏塔的设计。精馏塔是化工生产中十分重要的设备，它是利用两组分挥发度的差异实现连续的高纯度分离。在精馏塔中，料液自塔的中部某适当位置连续的加入塔内，塔顶设有冷凝器将塔顶蒸汽冷凝为液体。冷凝液的一部分（称回流液）回入塔顶，其余作为塔顶产品（称馏出液）连续排出。塔釜产生的蒸汽沿塔板上升，来自塔顶冷凝器的回流液从塔顶逐渐下降，气液两相在塔内实现多次接触，进行传质传热过程，使混合物达到一定程度的分离。精馏塔的分离程度不仅与精馏塔的塔板数及其设备的结构形式有关，还与物料的性质、操作条件、气液流动情况等有关。该过程是同时进行传热、传质的过程。为实现精馏过程，必须为该过程提供物流的贮存、输送、传热、分离、控制等的设备、仪表。由这些设备、仪表等构成精馏过程的生产系统，即本次所设计的精馏装置。 课程设计是让同学们理论联系实践的重要教学环节，是对我们进行的一次综合性设计训练。通过课程设计能使我们进一步巩固和加强所学的专业理论知识，还能培养我们独立分析和解决实际问题的能力。更能培养我们的创新意识、严谨认真的学习态度。当代大学生应具有较高的综合能力，特别是作为一名工科学生，还应当具备解决实际生产问题的能力。课程设计是一次让我们接触实际生产的良好机会，我们应充分利用这样的时机认真去对待每一项任务，为毕业论文等奠定基础。更为将来打下一个稳固的基础。 虽然为此付出了很多，但在平常的化工原理课程学习中总是只针对局部进行计算，而对参数之间的相互关联缺乏认识，所以难免有不妥之处，望垂阅者提出意见，在此表示深切的谢意。 作者 2013年12月 化工原理苯和甲苯的分离项目设计方案 第1章绪论 精馏塔是进行精馏的一种塔式汽液接触装置，又称为蒸馏塔。有板式塔与填料塔两种主要类型。根据操作方式又可分为连续精馏塔与间歇精馏塔。蒸气由塔底进入，与下降液进行逆流接触，两相接触中，下降液中的易挥发(低沸点)组分不断地向蒸气中转移，蒸气中的难挥发(高沸点)组分不断地向下降液中转移，蒸气愈接近塔顶，其易挥发组分浓度愈高，而下降液愈接近塔底，其难挥发组分则愈富集，达到组分分离的目的。由塔顶上升的蒸气进入冷凝器，冷凝的液体的一部分作为回流液返回塔顶进入精馏塔中，其余的部分则作为馏出液取出。塔底流出的液体，其中的一部分送入再沸器，热蒸发后，蒸气返回塔中，另一部分液体作为釜残液取出。 1.1概述 高径比很大的设备称为塔器。塔设备是炼油、化工、石油化工等生产中广泛应用的气液传质设备,更是成为化工、炼油生产中最重要的设备之一。常见的可在塔设备中完成的单元操作有：精馏、吸收、解吸和萃取等。此外，工业气体的冷却与回收，气体的湿法净制和干燥，以及兼有气液两相传质和传热的增湿、减湿等。而工业上对塔设备的主要要： （1）生产能力大； （2）传热、传质效率高； （3）气流的摩擦阻力小； （4）操作稳定，适应性强，操作弹性大； （5）结构简单，材料耗用量少； （6）制造安装容易，操作维修方便。此外，还要求不易堵塞、耐腐蚀等。 根据塔气液接触部件的结构型式，可分为板式塔和填料塔。板式塔设置一定数目的塔板，气体以鼓泡或喷射形式穿过板上液层进行质热传递，气液相组成呈阶梯变化，属逐级接触逆流操作过程。填料塔装有一定高度的填料层，液体自塔顶沿填料表面下流，气体逆流向上（也有并流向下者）与液相接触进行质热传递，气液相组成沿塔高连续变化，属微分接触操作过程。它们都可使气（或汽）液或液液两相之间进行紧密接触，达到相际传质及传热的目的。而板式塔又大致可分为两类：（1）有降液管的塔板，如泡罩、浮阀、筛板、导向筛板、新型垂直筛板、蛇形、S型、多降液管塔板；（2）无降液管的塔板，如穿流式筛板（栅板）、穿流式波纹板等。工业应用较多的是有降液管的塔板，如浮阀、筛板、泡罩塔板等。 根据设计任务书，此设计的塔型为筛板塔。筛板塔是很早出现的一种板式塔。五十年代起对筛板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，筛板塔具有下列优点：生产能力大20-40%，塔板效率高10-15%，压力降低30-50%，而且结构简单，塔盘造价减少40%左右，安装、维修都较容易。从而一反长期的冷落状况，获得了广泛应用。近年来对筛板塔盘的研究还在发展，出现了大孔径筛板（孔径可达20-25mm），导向筛板等多种形式。筛板塔盘上分为筛孔区、无孔区、溢流堰及降液管等几部分。 工业塔常用的筛孔孔径为3-8mm，按正三角形排列。空间距与孔径的比为2.5-5。近年来有大孔径（10-25mm）筛板的，它具有制造容易，不易堵塞等优点，便。只是漏液点低，操作弹性小。筛板塔的特点如下：（1）结构简单、制造维修方便（2）生产能力大，比浮阀塔还高。（3）塔板压力降较低，适宜于真空蒸馏。（4）塔板效率较高，但比浮阀塔稍低。（5）合理设计的筛板塔可是具有较高的操作弹性，仅稍低与泡罩塔。（6）小孔径筛板易堵塞，故不宜处理脏的、粘性大的和带有固体粒子的料液。 1.2设计依据 1设计题目：分离苯-甲苯精馏塔设计 2设计任务及操作条件 （1）设计任务 生产能力（进料量）：20000吨/年 操作周期：300*24=7200小时/年 进料组成：＞45%（质量分率，下同） 塔顶产品组成：＞98%苯—甲苯分离过程板式精馏塔设计说明
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