苯-氯苯浮阀板式连续精馏塔设计
目录
前言---------------------------------------------------------------1 设计任务书---------------------------------------------------------1 第一章设计方案简介-----------------------------------------------1第二章工艺条件的确定和说明
2.1操作压力的选择------------------------------------------2
2.2进料热状况的选择----------------------------------------2
2.3加热方式的选择 -----------------------------------------2
2.4冷却方式------------------------------------------------2 2.5装置流程说明--------------------------------------------2 第三章精馏塔的设计计算
3.1物料衡算----------------------------------------------- 3 3.2回流比的确定--------------------------------------------4 3.3塔板数的确定--------------------------------------------5 3.4物性数据的计算------------------------------------------8 3.5精馏塔工艺尺寸计算--------------------------------------11 3.6塔板流体力学的验算------------------------------------- 17 3.7塔板负荷性能------------------------------------------- 22 第四章精馏塔的结构设计
4.1塔顶空间----------------------------------------------- 24 4.2塔底空间----------------------------------------------- 24 4.3人孔--------------------------------------------------- 24 4.4塔总体高度设计----------------------------------------- 25 第五章附属设备设计
5.1接管计算------------------------------------------------25 5.2换热器计算--------------------------------------------- 27 第六章设计结果汇总----------------------------------------------30 设计评述和总结--------------------------------------------------- 32 参考文献--------------------------------------------------------- 32
前言：设计任务书
试设计一座苯－氯苯浮阀板式连续精馏塔 设计参数和操作条件
（1）设计规模：混合液处理量___13.8万吨每年_____ （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：见下表 （4）进料状况：自选 （5）回流比：自选 （6）分离要求：见下表
（7）建厂地区：大气压为760mmHg 、自来水年平均温度为15℃的某地
第一章 设计方案简介
精馏是分离液体混合物的典型单元操作，通过加热形成气液两相体系，利用体系中各组分挥发度不同的特性达到分离的目的。设计要求采用连续精馏，操作时，原料连续的加入精馏塔中，在精馏段和提馏段通过多次部分汽化和冷凝，实现分离。塔釜连续的从再沸器中取出部分液体作为塔底产品，塔顶蒸汽则进入冷凝器中被全部冷凝，部分作为回流液体，其余作为塔顶产品采出。板式塔中常见的有泡罩塔板，筛板和浮阀塔板，按要求采用浮阀塔板，这种形式的塔板生产能力大，操作弹性大，塔板效率高，造价低，但要注意不宜处理容易结焦或者粘度大的系统。
序号 塔板形式
处理量(kmol/h )
进料组成 (氯苯质量百分数)
塔顶馏出液中苯含量
釜液苯含量
塔顶操作压力MPa(表压)
塔釜加热蒸汽压力
单板压降不大于
2 浮阀 220 35 98 0.
3 4kPa 0.5MPa 0.7kPa
第二章工艺条件的确定和说明
2.1操作压力的选择
精馏过程按操作压力不同，分为常压精馏、减压精馏和加压精馏。本实验苯和氯苯体系采用的是常压精馏。
2.2进料热状况的选择
精馏操作有五种进料热状况，分别是冷液，泡点，气液混合物，饱和蒸汽，和过热蒸汽。进料热状况不同，影响塔内各层塔板的气、液相负荷。工业上多采用接近泡点液体进料和饱和液体（泡点）进料，这样塔的操作比较容易控制。本实验中采用泡点进料。q=1.
2.3加热方式的选择
精馏大多采用间接蒸汽加热，设置再沸器。有时也可采用直接蒸汽加热，例如精馏釜残液中的主要组分是水时，这样可以节省操作费用。本实验中采用间接蒸汽加热。
2.4冷却方式
塔顶的冷却方式通常水冷却，应尽量使用循环水以节省成本。
2.5装置流程说明
主要的设备为原料预热器，常压精馏塔，冷凝器和再沸器。原料液加热到泡点温度送入浮阀板式精馏塔中，采用连续精馏，塔釜液经再沸器得到重组分产品，塔顶气经冷凝器得到轻组分产品。冷凝器的作用是保证适合的液相回流和提供产品，而再沸器则是保证一定的上升蒸汽流，以保证精馏塔内的热量交换，从而实现轻重组分的分离正常进行。
第三章 精馏塔的设计计算
3.1全塔物料衡算
3.1.1全塔料液摩尔分数求取
查阅有关资料得知苯和氯苯的一些性质如下：
表1苯和氯苯的物理性质
项目 分子式 相对分子质量
沸点 临界温度/。
c 临界压力/kpa 苯 （A ） C 6H 6 78.11 80.1 288．5 6833．4 氯苯（B ）
C 6H 5 Cl
112.56
131.8
359.2
4520
原料液中苯的摩尔分数:
728.011
.78/65.056.112/35.011
.78/65.0=+=
F x
塔顶馏出液苯的摩尔分数：
986.011
.78/98.056.112/02.011
.78/98.0=+=
D x
塔釜液中苯的摩尔分数：0043
.011.78/3.056.112/7.9911
.78/3.0=+=
w x
3.1.2平均摩尔质量
kmol kg M F /48.8756.112*)728.01(11.78*728.0=-+= kmol kg M D /59.7856.112*)986.01(11.78*986.0=-+= kmol kg M W /41.11256.112*)0043.01(11.78*0043.0=-+= 3.1.3物料衡算
总物料衡算：F=D+W F=220kmol/h 苯物料衡算：F*0.728=D*0.986+W*0.0043 联立解得：W=57.82kom/h D=162.18kom/h
年处理量：
（220*0.728*78.11+220*（1-0.728）*112.56）*24*300=13.8万吨 3.2回流比的确定
查得苯－氯苯的气液相平衡数据
表2苯－氯苯的气液相平衡数据
沸点温度 t/℃ 苯的组成 沸点温度 t/℃ 苯的组成
液相A x 气相A y 液相A x 气相A y 80.02 1 1 120 0.129 0.378 90 0.69 0.916 130 0.0195 0.0723 100 0.447 0.785 131.8
0 0 110
0.267
0.61
表3苯－氯苯的组成饱和蒸气压
温度/℃
80 90 100 110 120 130 131.8 0i
p /mmhg(苯)
760 1025 1350 1760 2250 2840 2900 0i
p
/mmhg(氯苯)
148
205
293
400
543
719
760
由表中数据得： 相对挥发度
α=(760/148+1025/205+1350/293+1760/400+2250/543+2840/719+2900/760)/7 =4.436
由汽液平衡关系式：x
x
x x y 436.31436.4)1(1+=
-+=
αα 原料是泡点进料，q=1,在x-y 图上，如下
728.0==F q x x ，986.0=D x 解得y=0.925 有公式：
236.0728
.0986.0925.0986.01min min
=--=--=+e D e D x x y x R R
min R =0.31 操作回流比在最小回流比的1-2倍都是合适的，取
min 4.1R R ==0.434
3.3塔板数的确定 3.3.1理论板数的确定 可得精馏段操作线方程为：
1
434.0986
.01434.0434.0111+++=+++=
+n D n n x R x x R R y 即：69.03.01+=+n n x y
R=L/D, L=0.434*126.18=70.386koml/h
V=L+D=70.386+126.18=196.566kom/h 对于提馏段，有：
L ’=L+qF=L+F=70.386+220=290.386koml/h V ’=V+(q-1)F=V=196.556koml/h
∴提馏段的操作线方程为：
0043.0*82
.57386.29082
.57'82.57386.290386.290'''''1---=---=
+m w m m x x W L W x W L L y 即：0011.0'25.1'1-=+m m x y
相平衡状态方程为：n
n
n n n n y y x x x y 436.3436.4436.31436.4-=
?+=
理论板的计算方法：可采用逐板计算法，图解法，本次实验设计采用逐板计算法。 用逐板计算法计算理论板数如下： 泡点进料，q=1,728.0==F q x x
第一块塔板上升的气相组成：986.01==D x y 从第一块塔板下降的液体组成，由相平衡方程求取：
941.0986
.0436.3436.4986.0436.3436.4111=?-=-=
y y x
由第二块板上升的气相组成用精馏段操作线方程求取：
69.03.01+=+n n x y
9723.069.0941.03.069.03.012=+?=+=x y
第二块板下降的液体组成：
888.09723
.0436.3436.49723
.0436.3436.4222=?-=-=
y y x
第三块板上升的气相组成：
9564.069.0888.03.03=+?=y 第三块板下降的液体组成：
832.09564
.0436.3436.49564
.0436.3436.4333=?-=-=
y y x
如此反复计算可得：
9396.04=y 778.04=x
9234.05=y 731.05=x 9093.06=y 693.06=x
因为q x x <6，所以第七块上升的气相组成由提馏段方程计算:
865.00011.0693.025.10011.025.157=-?=-=x y
第七块板下降的液体组成：
591.0865
.0436.3436.4865
.07=?-=
x
同理有：
7377.08=y 388.08=x 4839.09=y 174.09=x 216.010=y 058.010=x 0714.011=y 017.011=x 02.012=y 0046.012=x
0046.013=y 001.013=x
w x x <13 ，∴所需总理论板为13块（含再沸器），第6块板加料，精馏段需5
块。
3.3.2实际塔板数的确定
板效率可用奥康奈尔公式0.2450.49()T L E αμ-=??计算。 式中 α——塔顶和塔底平均温度下的相对挥发度 L μ——塔顶和塔底平均温度下的液相粘度 mPa s ? 已知436.4=α
表4苯－氯苯液体粘度μL
温度(℃) 60 80 100 120 140 苯（MP a .S ） 0.381 0.308 0.255 0.215 0.184 氯苯（MP a .S ）
0.515
0.428
0.363
0.313
0.274
塔的平均温度为(80+131.8)／2＝106℃(取塔顶、底的算术平均值)，在此平均温度下，分别拟合温度和粘度关系曲线，求得
Y1=-0.002435x+0.4985,代入x=106,求得 s mPa 24.0A ?=μ，
Y2=-0.002985x+0.6615.代入x=106,求得 s mPa 345.0B ?=μ
进料液的平均粘度s mPa 2686.0)1(F B F A L ?=-+=x x μμμ
462.0)2686.0436.4(49.0245.0=??=∴-T E 所以精馏段的实际塔板数11462
.05
≈=精p N 块 全塔实际板数26462
.01
13≈-=
p N 块（不包括再沸器） 加料位置处于第12块板。
3.4精馏塔工艺条件及有关物性数据计算 3.
4.1平均压强m p
取每层塔板压降为0.7kPa 计算。 塔顶：kPa 3.10543.101D =+=p 加料板：kPa 7.113127.03.105F =?+=p 塔釜：kPa 5.123267.03.105w =?+=p
精馏段平均压强p1=(105.3+113.7)/2=109.5kpa 提馏段平均压强p2=(113.7+123.5)/2=118.6kpa 3.4.2平均温度m t
查苯-氯苯温度组成图t-x-y ，塔顶986.0=D x ，塔釜0043.0=w x ， 进料板728.0=F x ，查得苯与氯苯的安托尼方程如下： 苯：)79.220/(033.121103055.6log 0
+-=t P A 氯苯：)55.217/(05.14311030.6log 0+-=t P B
00
00B A B A
P P P P x --= A A
A x P
P y 00
= 00B A P P a = 由平衡数据线性插值得： 进料温度：
F t --=--100728
.0447.09010069.0447.0 ∴43.88=F t ℃
塔顶温度：
90
8069
.0180986.01--=--D t ∴D t =80.45℃
塔底温度：
110
130267
.00195.01300043.00195.0--=
--W t ∴W t =131.23℃ ∴精馏段的平均温度：-
1t =
44.842
45
.8043.882=+=+D F t t ℃ 提馏段的平均温度：-
2t =
83.1092
23
.13143.882=+=+W F t t ℃ 3.4.3平均分子量m M
塔顶： 986.0D 1==x y ，941.01=x
kg/kmol
14.8056.112)941.01(11.78941.0kg/kmol
59.7856.112)986.01(11.78986.0m LD,m VD,=?-+?==?-+?=M M
加料板：922.0F =y ，728.0F =x
kg/kmol
46.8756.112)728.01(11.78728.0kg/kmol 8.8056.112)922.01(11.78922.0m
LF,m VF,=?-+?==?-+?=M M
塔底，有0043.0=w x ，求得0188.0w =y
kg/kmol
9.11156.112)0188.01(11.780188.0kg/kmol
4.11256.112)0043.01(11.780043.0m LW,m VW,=?-+?==?-+?=M M
精馏段平均摩尔质量：kg/kmol 7.792/)8.8059.78(m V ,=+=M
kg/kmol 8.832/)46.8714.80(m L,=+=M 提馏段平均摩尔质量：kg/kmol 6.962/)8.804.112('m V ,=+=M kg/kmol 68.992/)9.11146.87('m L,=+=M 3.4.4密度
表5苯－氯苯的液相密度ρ
表1.
5
纯组分在任何温度下的密度可由下式计算： 苯t A 187.1912-=ρ
氯苯t B 111
.11127-=ρ 温度℃ 80 90 100 110 120 130 ρ苯3/m kg
817 805 793 782 770 757 ρ氯苯3
/m kg 1039
1028
1018
1008
997
985
其中：t ——温度，℃
已知：混合液密度：
1
A
B
L
A
B
a a ρρρ=
+
（α为质量分率，M 为平均相对分子量）
混合气密度：00
22.4V T P M
T P ρ??=
??
塔顶：以80℃下为准计算，苯和氯苯的密度分别为817.0kg ／m 3和1039kg ／m 3。
3m LD,B
LD,B
A
LD,A
m
LD,kg/m 67.8191039
02
.081798.01
=?+
=
+
=
ρρρρa a
进料板，当-
1t =88.43℃，由内插法得：
81779380
10081700.8043.88--=
--苯ρ ∴苯ρ=806.883/m kg 1039
101880
10010398043.88--=--氯苯ρ ∴3/14.1030m kg =氯苯ρ
3m LF,B
LF,B
A LF,A
m LF,kg/m 36.87314
.103035
.088.80665.01
=?+=
+=ρρρρa a 塔釜，W t =131.23℃，由内插法得：
793
770100
12079310023.131--=--苯ρ ∴苯ρ=757.13/m kg
1018
997100
120101810023.131--=
--氯苯ρ ∴3/2.985m kg =氯苯ρ 3m LW,B
LW,B
A LW,A
m LW,kg/m 4.9802
.985997
.01.757003.01
=?+=
+=ρρρρa a 精馏段液相的平均密度：3/52.8462/)36.87367.819(m kg Lm =+=ρ 提馏段液相的平均密度:3/88.9262/)36.8734.980('m kg Lm =+=ρ
汽相平均密度m V ρ,
由理想气体状态方程计算，即
精馏段：31
m V,m V,kg/m 937.2)
44.84273(314.87
.795.1091=+??=
=
RT M p ρ
提馏段：32
m V,m V,kg/m 6.3)
83.109273(314.86
.966.118'2'=+??=
=
RT M p ρ
3.4.5组分的表面张力
表6苯-氯苯液体表面张力σ
温度/℃
80 85 110 115 120 131 σ
dyn/cm
苯 21.2 20.6 17.3 16.8 16.3 15.3 氯苯
26.1
25.7
22.7
22.2
21.6
20.4
液相平均表面张力依下式计算：∑=
i
i
Lm x σ
σ
塔顶，由℃45.80=D t ，查表1.6，用线性插值法查的该温度下组分表面张力为：mN/m 14.21,=A D σ；mN/m 05.26,=B D σ 21.2mN/m
26.050.01421.140.986,=?+?=m L D σ 进料板，由C 88.43o
=F t ，查表1.6得：mN/m 1.20,=A F σ；mN/m 14.25,=B F σ
21.86mN/m 25.140.3520.10.65,=?+?=m LF σ
塔底，由C 131.23o =W t ，
查表1.6得：mN/m 54.14,=A W σ；mN/m 29.20,=B W σ 20.27mN/m
20.290.995714.540.0043,=?+?=m LW σ 精馏段液体平均张力为：mN/m 53.212/)86.212.21(1,=+=Lm σ 提馏段液体平均张力为：mN/m 07.212/)86.2127.20(2,=+=Lm σ
3.5精馏塔工艺尺寸计算 3.5.1精馏塔物料性质基础数据 精馏段气相体积流量
/s m 48.1937
.236007
.79566.19636003m
V,m V,s =??=
=
ρVM V
液相体积流量/s m 0019.052
.84636008
.83386.7036003m
L,m L,s =??=
=
ρLM L
提馏段气相体积流量
/s m 47.16
.336006
.96566.196'3600'
''3m V,m V,s =??==
ρM V V
液相体积流量/s m 0087.088
.926360068
.99386.290'
3600'''3m L,m L,s =??=
=
ρM L L
塔径依据流量公式计算
u
V D s
??=
π4 式中 D ——塔径，m
V s ——气体体积流量，m 3/s u ——空塔气速，m/s 。
max u=()u ?安全系数 ，安全系数＝（0.6~0.8）
。安全系数的选取与分离物系的发泡程度密切相关。对于不发泡的物系，可取较高的安全系数。
max L V
V
u C ρρρ-=?
， 式中C 可由史密斯关联图查出。 按Smith 法求取允许的空塔气速max u (即泛点气速F u )
精馏段横坐标022.0937.252.84648.10019.05
.05
.0V L s s =??
? ????? ??=?
??
?
?????? ??ρρV L
提馏段横坐标095.06.388.92647.10087.0''''5
.05
.0V L s s =?
?
? ????? ??=?
??
?
?????? ??ρρV L
取板间距H T =0.45m,取板上液层高度h L =0.05m,则图中参数值为H T -h L =0.4m,根据以上数值，查得 对于精馏段有C 20=0.085，
负荷系数086.02053.21085.0202
.02
.020=?
?
?
??=??
? ??=σC C
s m C
u V V L /46.1937
.2937
.252.846086.0max =-?=-=∴ρρρ 取s m u u /88.046.16.06.0max =?==
m u V D S 46.188
.014.348.144=??==
∴π 按标准塔径圆整得m D 6.11= 截塔面积：22201.26.14
14
.34
m D A T =?=
=
π
实际空塔气速：s m u /736.001.2/48.1== 对于提馏段C 20=0.08，
负荷系数081.02007.2108.0202
.02
.020=?
?
? ??=?
?
?
??=σC C
s m C
u V V L /30.16
.36.388.926081.0''''max =-?=-=∴ρρρ 取s m u u /78.030.16.06.0'max =?==
m u V D S 55.178
.014.347.14''4'=??==
∴π 按标准塔径圆整得m D 6.12= 截塔面积：22201.26.14
14
.34
m D A T =?=
=
π
实际空塔气速：s m u /731.001.2/47.1==
3.5.2溢流装置的计算 液流及降液管的型式
降液管有圆形与弓形两类，本次设计选用弓形降液管。常用的降液管布置方式有U 型流、单溢流、双溢流及阶梯式双溢流。参考书本得本次设计选取单溢流，不设进口堰。 堰长lw
对于单溢流 lw=0.66D=0.66*1.6=1.056m 溢流堰高度
本设计采用平直堰，计算堰上液高度公式为：3/2w h ow )/(00284.0L L E h = 精馏段：取E=1.0
m h ow 00987.0)056
.136000019.0(
0.100284.03
/2=???=
m h h h ow l w 04.000987.005.0=-=-= 提馏段：取E=1.0
m h ow 0272.0)056
.136000087.0(
0.100284.03
/2=???=
m h h h ow l w 0222.00272.005.0'=-=-= 弓形降液管的宽度和横截面积
根据单溢流型的塔板结构参数系列化标准
当m D 6.1=，m H T 45.0=，66.0/=D l w 时，根据书本弓形降液管的宽度与面积表格关系图查得，
07.0=T
f A A ，
125.0=D
W d
降液管宽度m D W d 2.06.1125.0125.0=?==
降液管的横截面积2141.001.207.007.0m A A T f =?== 验算降液管内液体停留时间 精馏段：s L H A S
T
f 39.330019
.045
.0141.0=?=
?=
θ
提馏段：s L H A S T f 29.70087
.045
.0141.0'
=?=
?=
θ
停留时间 θ>5s ，故降液管可用 降液管底隙高度 0h
据经验，一般取s m u /25.0~07.0'
0=。
精馏段：取s m u /07.00= m u l L h w S 0257.007
.0056.10019
.000=?=?=
提馏段：取s m u /25.0'
0= m u l L h w S 033.025
.0056.10087
.0''
0'0
=?=?= 因为025.00>h ，025.0'0>h ，且均006.00-≤w h h 可以液封，故符合要求。 3.5.3塔板布置及浮阀数目与排列
塔径m D 6.1=，考虑到塔的直径比较大，必须采用分块式塔板。 精馏段浮阀的数目及孔间距：
对于1F 型浮阀（重阀），当板上浮阀刚刚全开时，动能因数0F 在12~9之间，故在此范围取得合适的100=F 则孔速 s m F u V /835.5937
.210
1
0==
=
ρ 每层塔板上的浮阀数目为：
213835
.5039.04
48
.14
2
2
0=??=
=
π
π
u d V N S 取边缘区域宽度W C =0.06m,破沫区宽度
W S =0.1m,对于单溢流塔板鼓泡区面积为： 2222(arcsin
)180
a x A x R x R R
π
=??-+
?? 其中：m W D R C 74.006.026.12=-=-=
m W W D x S d 5.0)1.02.0(2
6
.1)(2=+-=
+-= 222236.1)74
.05
.0arcsin 74.018014.35.074.05.0(2m A a =??+-??=
浮阀采用等腰三角形叉排，取同一横排的孔心距t=75mm=0.75m,则可按照下方法估算排间距t ’,故
t ’=Aa/Nt=1.36/(225*0.075)=0.08m
考虑到塔的直径比较大，各分快板的支撑与衔接也要占去一部分鼓泡区的面积，因此排间距不宜采用80mm,应小于此值，故去t ’=65mm.按照t=75mm,t ’=65mm,以等腰三角形叉排形式作图，排得阀数为228个。参考化工原 理书本例题的排列方式，如下。
按照N=213重新核算孔速和阀动能因素；
s m N
d V u S /819.5213
039.04
48
.14
2
2
001=??=
=
π
π
s m u F V /1097.2819.51010=?==ρ,符合要求。 塔板开孔率=
%6.12%10082
.5736
.001
=?=
u u 提馏段浮阀的数目及孔间距： 取浮阀孔动能因子9'
0=F 则孔速 s m F u V /74.46
.39
'
'
'0==
=
ρ 每层塔板上的浮阀数目为：
26074
.4039.04
47
.1'
4
'22
0=??=
=
π
π
u d V N S 取边缘区域宽度W C =0.06m,破沫区宽度
W S =0.1m,对于单溢流塔板鼓泡区面积为： 2222(arcsin
)180
a x A x R x R R
π
=??-+
?? 其中：m W D R C 74.006.026.12=-=-=
m W W D x S d 5.0)1.02.0(2
6
.1)(2=+-=
+-= 222236.1)74
.05
.0arcsin 74.018014.35.074.05.0(2m A a =??+-??= 浮阀采用等腰三角形叉排，取同一横排的孔心距t=75mm=0.75m,则可按照下方法估算排间距t ’,故
t ’=Aa/Nt=1.36/(225*0.075)=0.08m
考虑到塔的直径比较大，各分快板的支撑与衔接也要占去一部分鼓泡区的面积，因此排间距不宜采用80mm,应小于此值，故去t ’=70mm.按照t=75mm,t ’=70mm,以等腰三角形叉排形式作图，排得阀数直到符合要求。 按照N=260重新核算孔速和阀动能因素；
s m N
d V u S /74.4260
039.04
47
.14
'22
01=??=
=
π
π
s m u F V /96.374.4'''11=?==ρ,符合要求。 塔板开孔率=
%4.15%10074
.4731
.00
=?=
u u 3.6塔板流体力学的验算
3.6.1气体通过浮阀塔板压降的计算 （1）精馏段：
1.干板阻力： s m u V c /8
2.5)937.21.73()1.73(825
.11
825.11110===ρ 因为 010u u c ≥，故
m u h L
c 032.052
.846819.59.199.19175
.0175.001
=?=?
=ρ
2.板上充气液层阻力，取5.00=ε，m h h L l 025.005.05.00=?==ε
3.表面张力造成的阻力可以忽略，故 0=σh 所以 m h h h h l c p 057.00025.0032.0=++=++=σ 则气体通过浮阀塔板的压降
Pa g h p L p 35.47381.952.846057.01=??=??=?ρ （2） 提馏段
1.干板阻力： s m u Vm c /21.5)6.31.73()'1.73('825
.11
825.1120===ρ 因为 s m u u c /74.4''120=≥
所以干板压降应按浮阀全开前情况计算
m u h L
c 028.088
.92674.49.19'9.19175
.0175
.01=?=?
=ρ
2.板上充气液层阻力，取5.00=ε，m h h L l 025.005.05.0'0=?==ε
3.表面张力造成的阻力可以忽略，故 0'=σh 所以 m h h h h l c p 053.00025.0028.0''''=++=++=σ 则气体通过浮阀塔板的压降
Pa g h p L p 9.48181.988.926053.0''2=??=??=?ρ
a KP p 67.01
3.6.2液泛校核
为了防止出现液泛，要求控制降液管中清液高度
()d p L d T w H h h h H h ?=++≤?+
其中液体流过降液管及其底隙的阻力：2
0.153()S d w L h l h =??
（1） 精馏段
1.单层气体通过塔板压降所相当的液柱高度 m h p 057.0=
2.液体通过降液管的压头损失：
m h l L h w s d 00075.0)0257
.0056.10019
.0(153.0)(
153.0220=??=??= 3.板上液层高度，h L =0.05m,
m h h h H d L p d 108.000075.005.0057.01=++=++= 取 0.5?= ， m H T 45.0= m h w 04.0= m h H w T 245.0)04.045.0(5.0)(=+?=+?? 因为0.108<0.245 ,不会产生液泛。 （2） 提馏段
1. 单层气体通过塔板压降所相当的液柱高度 m h p 053.0'=
2.液体通过降液管的压头损失
m h l L h w s d 0095.0)033
.0056.10087.0(153.0)''(
153.02202=??=??= 3.板上液层高度 h L =0.05m,
m h h h H d L p d 1125.00095.005.0053.0'22=++=++=
取 5.0=?，m H T 45.0= m h w 0222
.0'= m h H w T 236.0)0222.045.0(5.0)'(=+?=+?? 不会产生液泛。 3.6.3雾沫夹带的校核
对本设计，为控制雾沫夹带量不过大，应使泛点率10.8~0.82F ≤。1F 按下两式计算并取其中较大值。
%10036.111
11
11????+-?=
b
F L
S V L V S A C K Z L V F ρρρ 或
苯-甲苯精馏塔课程设计报告书
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 设计任务书 设计题目： 苯－甲苯连续精馏浮阀塔设计 设计条件： 常压： 1p atm = 处理量： 100Kmol h 进料组成： 0.45f x = 馏出液组成： 98.0=d x 釜液组成： 02.0=w x （以上均为摩尔分率） 塔顶全凝器： 泡点回流 回流比： min (1.1 2.0)R R =- 加料状态： 0.96q = 单板压降： 0.7a kp ≤ 设 计 要 求 ： (1) 完成该精馏塔的工艺设计（包括物料衡算、热量衡算、筛板塔的设计算）。 (2) 画出带控制点的工艺流程图、塔板负荷性能图、精馏塔工艺条件图。 (3) 写出该精馏塔的设计说明书，包括设计结果汇总和设计评价。 目录 摘要 (1) 绪论 (2) 设计方案的选择和论证 (3) 第一章塔板的工艺计算 (4) 1.1基础物性数据 (4) 1.2精馏塔全塔物料衡算 (4) 1.2.1已知条件 (4) 1.2.2物料衡算 (5) 1.2.3平衡线方程的确定 (5) 1.2.4求精馏塔的气液相负荷 (6) 1.2.5操作线方程 (6) 1.2.6用逐板法算理论板数 (6) 1.2.7实际板数的求取 (7) 1.3精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (8) 1.3.1进料温度的计算 (8) 1.3.2操作压力的计算 (8) 1.3.3平均摩尔质量的计算 (8) 1.3.4平均密度计算 (9) 1.3.5液体平均表面张力计算 (10) 1.3.6液体平均粘度计算 (10) 1.4 精馏塔工艺尺寸的计算 (10) 1.4.1塔径的计算 (10) 1.4.2精馏塔有效高度的计算 (11) 1.5 塔板主要工艺尺寸的计算 (12) 1.5.1溢流装置计算 (12) 1.6浮阀数目、浮阀排列及塔板布置 (13) 1.7塔板流体力学验算 (14) 1.7.1计算气相通过浮阀塔板的静压头降h f (14) 1.7.2计算降液管中清夜层高度Hd (15) 1.7.3计算雾沫夹带量e V (15) 1.8塔板负荷性能图 (16) 1.8.1雾沫夹带线 (16) 1.8.2液泛线 (17) 1.8.3 液相负荷上限线 (18) 1.8.4漏液线 (18) 1.8.5液相负荷下限线 (18) 1.9小结 (19) 第二章热量衡算 (20) 2.1相关介质的选择 (20) 2.1.1加热介质的选择 (20) 2.1.2冷凝剂 (20) 2.2热量衡算 (20) 第三章辅助设备 (23) 苯氯苯板式精馏塔工艺设计说明书 1 2020年5月29日 苯-氯苯板式精馏塔工艺设计设计说明书 苯-氯苯分离过程板式精馏塔设计 一、设计题目 试设计一座苯—氯苯连续精馏塔,要求年产纯度为99.8%的氯苯60000吨,塔顶馏出液中含氯苯不高于2%。原料液中含氯苯为38%(以上均为质量%)。 二、操作条件 1.塔顶压强4kPa(表压); 2.进料热状况,泡点进料; 3.回流比,2R min; 4.塔釜加热蒸汽压力0.5MPa(表压); 5.单板压降不大于0.7kPa; 6.年工作日300天,每天24小时连续运行。 三、设计内容 1.设计方案的确定及工艺流程的说明; 2.塔的工艺计算; 3.塔和塔板主要工艺结构的设计计算; 4.塔内流体力学性能的设计计算; 5.塔板负荷性能图的绘制; 6.塔的工艺计算结果汇总一览表; 7.生产工艺流程图及精馏塔工艺条件图的绘制; 8.对本设计的评述或对有关问题的分析与讨论。 四、基础数据 文档仅供参考 1 2020年5月29日 1.组分的饱和蒸汽压οi p (mmHg) 2.组分的液相密度ρ(kg/m 3) 纯组分在任何温度下的密度可由下式计算 苯 t A 187.1912-=ρ 推荐:t A 1886.113.912-=ρ 氯苯 t B 111.11127-=ρ 推荐:t B 0657.14. 1124-=ρ 式中的t 为温度,℃。 3.组分的表面张力σ(mN/m) 双组分混合液体的表面张力m σ可按下式计算: A B B A B A m x x σσσσσ+= (B A x x 、为A 、B 组分的摩尔分率) 4.氯苯的汽化潜热 常压沸点下的汽化潜热为35.3×103kJ/kmol 。纯组分的汽化潜热与温度的关系可用下式表示: 38 .01238.01 2??? ? ??--=t t t t r r c c (氯苯的临界温度:C ?=2.359c t ) 5.其它物性数据可查化工原理附录。 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 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 精馏塔设计 苯-甲苯连续精馏浮阀塔设计 1．课程设计的目的 课程设计是“化工原理”课程的一个总结性教学环节，是培养学生综合运用本门课程及有关先修课程的基本知识去解决某一设计任务的一次训练，在整个教学计划中它也起着培养学生独立工作能力的重要作用，通过课程设计就以下几个方面要求学生加强训练 1．查阅资料选用公式和搜集数据的能力 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（包括电算）的能力。 4．用简洁文字清晰表达自己设计思想的能力。 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-甲苯连续精馏浮阀塔的设计，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： 原料苯含量：质量分率= (30+0.5*学号)% 原料处理量：质量流量=（10-0.1*学号）t/h [单号] （10+0.1*学号）t/h [双号] 产品要求：质量分率：xd=98%，xw=2% [单号] xd=96%，xw=1% [双号] 2 工艺操作条件如下： 常压精馏，塔顶全凝，塔底间接加热，泡点进料，泡点回流，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 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) 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，完成苯与甲苯的分离。 3.2.2 方案的说明和论证 本方案主要是采用浮阀塔。 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： 一：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。 二：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。 三：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。 四：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。 五：结构简单，造价低，安装检修方便。 六：能满足某些工艺的特性：腐蚀性，热敏性，起泡性等。而浮阀塔的优点正是： 而浮阀塔的优点正是： 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。 化工原理课程设计——苯-氯苯板式精馏塔的工艺设计 工艺计算书 目录 苯-氯苯板式精馏塔的工艺设计 苯-氯苯分离过程板式精馏塔设计任务 一．设计题目 设计一座苯-氯苯连续精馏塔，要求年产纯度为99.8%的氯苯50000t，塔顶馏出液中含氯苯不高于2%。原料液中含氯苯为38%<以上均为质量%）。 二．操作条件 1.塔顶压强4kPa<表压）； 2.进料热状况，自选； 3.回流比，自选； 4.塔底加热蒸汽压力0.5MPa(表压>； 5.单板压降不大于0.7kPa； 三．塔板类型 筛板或浮阀塔板 四．工作日 每年300天，每天24小时连续运行。 五．厂址 厂址为天津地区。 六．设计内容 1.精馏塔的物料衡算； 2.塔板数的确定； 3.精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算； 4.精馏塔的塔体工艺尺寸计算； 5.塔板主要工艺尺寸的计算； 6.塔板的流体力学验算； 7.塔板负荷性能图； 8.精馏塔接管尺寸计算； 9.绘制生产工艺流程图； 10.绘制精馏塔设计条件图； 11.绘制塔板施工图<可根据实际情况选作）； 12.对设计过程的评述和有关问题的讨论。 七．设计基础数据 苯-氯苯纯组分的饱和蒸气压数据 × 符号说明： a ——填料的有效比表面积，㎡/m3——填料的总比表面积，㎡/m3 a t ——填料的润湿比表面积，㎡/m3 a w ——塔板开孔区面积，m2 A a ——降液管截面积，m2 A f ——筛孔总面积，m2 A ——塔截面积，m2 A t ——流量系数，无因次 c C——计算umax时的负荷系数，m/s d ——填料直径，m d ——筛孔直径，m 0 D ——塔径，m D ——液体扩散系数，m2/s L D ——气体扩散系数，m2/s V e ——液沫夹带量，kg(液>/kg(气> v E——液流收缩系数，无因次 ——总板效率，无因次 E T F——气相动能因子，kg1/2/(s.m1/2> ——筛孔气相动能因子， F g——重力加速度，9.81m/s2 h——填料层分段高度，m HETP关联式常数 ——进口堰与降液管间的水平距离，m h 1 h ——与干板压降相当的液柱高度，m液柱 c h ——与液体流过降液管的压降相当的液柱高度，m d h ——塔板上鼓泡层高度，m f ——与板上液层阻力相当的液柱高度，m液柱 h l h ——板上清液层高度，m L ——允许的最大填料层高度，m h max h ——降液管的低隙高度，m ——堰上液层高度，m h OW h ——出口堰高度，m W ——进口堰高度，m h’ W h δ——与克服表面张力的压降相当的液柱高度，m液柱 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) 第一节原料预热器 (33) 第二节塔顶冷凝器 (34) - 专业课程设计——苯-氯苯板式精馏塔的工艺设计 ： 学号： 指导老师： 时间： 目录 设计任务书 (2) 一．设计题目 (2) 二．操作条件 (2) 三．塔板类型 (2) 四．工作日 (3) 五．厂址 (3) 六．设计容 (3) 七．设计基础数据 (3) 符号说明 (4) 设计方案 (8) 一．设计方案的确定 (8) 二．设计方案的特点 (9) 三．工艺流程 (9) 工艺计算书 (12) 一．设计方案的确定及工艺流程的说明 (12) 二．全塔的物料衡算 (12) 三．塔板数的确定 (13) 四．塔的精馏段操作工艺条件及相关物性数据的计算 (16) 五．精馏段的汽液负荷计算 (19) 六．塔和塔板主要工艺结构尺寸的计算 (20) 七．塔板负荷性能图 (25) 八．附属设备的的计算及选型 (28) 筛板塔设计计算结果 (38) 设计评述 (41) 一．设计原则的确定 (41) 二．操作条件的确定 (41) 参考文献 (44) 苯-氯苯板式精馏塔的工艺设计 设计任务书 一．设计题目 设计一座苯-氯苯连续精馏塔，要求年产纯度为99.8%的氯苯10000t，塔顶馏出液中含氯苯不高于2%，原料液中含氯苯为35%（以上均为质量分数）。二．操作条件 1.塔顶压强4kPa（表压）； 2.进料热状况，自选； 3.回流比，自选； 4.塔底加热蒸汽压力：0.506MPa(表压)； 5.单板压降：≤0.7kPa； 三．塔板类型 筛板或浮阀塔板（F1型）。 四．工作日 每年330天，每天24小时连续运行。 五．厂址 地区。 六．设计容 1.精馏塔的物料衡算； 2.塔板数的确定； 3.精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算； 4.精馏塔的塔体工艺尺寸计算； 5.塔板主要工艺尺寸的计算； 6.塔板的流体力学验算； 7.塔板负荷性能图； 8.精馏塔接管尺寸计算； 9.绘制生产工艺流程图； 10.绘制精馏塔设计条件图； 11.绘制塔板施工图（可根据实际情况选作）； 12.对设计过程的评述和有关问题的讨论。七．设计基础数据 苯-氯苯纯组分的饱和蒸气压数据 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 《化工原理课程设计》报告 年处理5.4万吨苯-甲苯精馏装置设计 学院：化学化工学院 班级：应用化学101班 姓名：董煌杰 学号：10114308（14） 指导教师：陈建辉 完成日期：2013年1月17日 序言 化工原理课程设计是化学工程与工艺类相关专业学生学习化工原理课程必 修的三大环节之一，起着培养学生运用综合基础知识解决工程问题和独立工作能力的重要作用。 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。 目录 一、化工原理课程设计任书 (1) 二、设计计算 (3) 1）设计方案的选定及基础数据的搜集 (3) 2) 精馏塔的物料衡算 (7) 3) 塔板数的确定 (9) 4) 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (15) 5) 精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (21) 6) 塔板主要工艺尺寸的计算 (23) 7) 塔板负荷性能图 (27) 三、个人总结 (36) 四、参考书目 (37) 化工原理课程设计 设计题目：苯-甲苯连续精馏塔浮阀塔的设计设计人： 班级： 学号： 指导老师： 设计时间： 目录 设计任务书 (3) 前言 (4) 第一章工艺流程设计 (5) 第二章塔设备的工艺计算 (6) 第三章塔和塔板主要工艺尺寸计算 (15) 第四章塔板的流体力学验算 (18) 第五章塔板负荷性能图 (21) 第六章换热器的设计计算与选型 (25) 第七章主要工艺管道的计算与选择 (28) 结束语 (30) 参考文献 (32) 附录 (33) 化工原理课程设计任务书 设计题目：苯—甲苯连续精馏塔（浮阀塔）的设计 一、工艺设计部分 （一）任务及操作条件 1. 基本条件：含苯25％(质量分数，下同)的原料液以泡点状态进入塔内，回流比为最小回流比的 1.25倍。 2. 分离要求：塔顶产品中苯含量不低于95％，塔底甲苯中苯含量不高于2％。 3. 生产能力：每小时处理9.4吨。 4. 操作条件：顶压强为4 KPa (表压)，单板压降≯0.7KPa，采用表压0.6 MPa的饱和蒸汽加热。（二）塔设备类型浮阀塔。 （三）厂址：湘潭地区（年平均气温为17.4℃） （四）设计内容 1. 设计方案的确定、流程选择及说明。 2. 塔及塔板的工艺计算塔高（含裙座）、塔径及塔板结构尺寸；塔板流体力学验算；塔板的负荷性能图；设计结果概要或设计一览表。 3. 辅助设备计算及选型（注意：结果要汇总）。 4. 自控系统设计（针对关键参数）。 5. 图纸：工艺管道及控制流程图；塔板布置图；精馏塔的工艺条件图。 6. 对本设计的评述或有关问题的分析讨论。 二、按要求编制相应的设计说明书 设计说明书的装订顺序及要求如下： 1. 封面（设计题目，设计人的姓名、班级及学号等） 2. 目录 3. 设计任务书 4. 前言（课程设计的目的及意义） 5. 工艺流程设计 6. 塔设备的工艺计算（计算完成后应该有计算结果汇总表） 7. 换热器的设计计算与选型（完成后应该有结果汇总表） 8. 主要工艺管道的计算与选择（完成后应该有结果汇总表） 8. 结束语（主要是对自己设计结果的简单评价） 9. 参考文献（按在设计说明书中出现的先后顺序编排，且序号在设计说明书引用时要求标注） 10. 设计图纸 三、主要参考资料 [1] 化工原理；[2] 化工设备机械基础；[3] 化工原理课程设计；[4] 化工工艺设计手册 四、指导教师安排杨明平；胡忠于；陈东初；黄念东 五、时间安排第17周～第18周 苯-氯苯板式精馏塔的工艺设计工艺计算书（精馏段部分） 化学与环境工程学院 化工与材料系 2004年5月27日 课程设计题目一——苯-氯苯板式精馏塔的工艺设计 一、设计题目 设计一座苯-氯苯连续精馏塔，要求年产纯度为99.8%的氯苯50000t/a，塔顶馏出液中含氯苯不高于2%。原料液中含氯苯为35%（以上均为质量%）。 二、操作条件 1.塔顶压强4kPa（表压）； 2.进料热状况，自选； 3.回流比，自选； 4.塔釜加热蒸汽压力506kPa； 5.单板压降不大于0.7kPa； 6.年工作日330天，每天24小时连续运行。 三、设计内容 1.设计方案的确定及工艺流程的说明； 2.塔的工艺计算； 3.塔和塔板主要工艺结构的设计计算； 4.塔内流体力学性能的设计计算； 5.塔板负荷性能图的绘制； 6.塔的工艺计算结果汇总一览表； 7.辅助设备的选型与计算； 8.生产工艺流程图及精馏塔工艺条件图的绘制； 9.对本设计的评述或对有关问题的分析与讨论。 四、基础数据 p（mmHg） 1.组分的饱和蒸汽压ο i 2.组分的液相密度ρ（kg/m 3 ） 纯组分在任何温度下的密度可由下式计算 苯 t A 187.1912-=ρ 推荐：t A 1886.113.912-=ρ 氯苯 t B 111.11127-=ρ 推荐：t B 0657.14.1124-=ρ 式中的t 为温度，℃。 3.组分的表面张力σ（mN/m ） 双组分混合液体的表面张力m σ可按下式计算： A B B A B A m x x σσσσσ+= （B A x x 、为A 、B 组分的摩尔分率） 4.氯苯的汽化潜热 常压沸点下的汽化潜热为35.3×103 kJ/kmol 。纯组分的汽化潜热与温度的关系可用下式表示： 38 .01238.012??? ? ??--=t t t t r r c c （氯苯的临界温度：C ?=2.359c t ） 5.其他物性数据可查化工原理附录。 附参考答案：苯-氯苯板式精馏塔的工艺计算书（精馏段部分） 化工原理课程设计------------苯-甲苯连续精馏板式塔的设计专业年级：11级化工本2 姓名：申涛 指导老师：代宏哲 2014年7月 目录 一序言 (3) 二板式精馏塔设计任务书 (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 (8) 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 (17) 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 (21) 1.7 塔板负荷性能图 (24) 四设计结果一览表 (30) 五板式塔得结构与附属设备 (31) 5.1附件的计算 (31) 5.1.1接管 (31) 5.1.2冷凝器 (33) 5.1.3 再沸器 (33) 5.2 板式塔结构 (34) 六参考书目 (36) 七设计心得体会 (36) 八附录......................................................................................... 错误!未定义书签。 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。 资料 前言 化工原理课程设计是培养学生化工设计能力的重要教学环节，通过课程设计使我们初步掌握化工设计的基础知识、设计原则及方法；学会各种手册的使用方法及物理性质、化学性质的查找方法和技巧；掌握各种结果的校核，能画出工艺流程、塔板结构等图形。在设计过程中不仅要考虑理论上的可行性，还要考虑生产上的安全性、经济合理性。 化工生产常需进行液体混合物的分离以达到提纯或回收有用组分的目的，精馏是利用液体混合物中各组分挥发度的不同并借助于多次部分汽化和部分冷凝达到轻重组分分离的方法。塔设备一般分为阶跃接触式和连续接触式两大类。前者的代表是板式塔，后者的代表则为填料塔。 筛板塔和泡罩塔相比较具有下列特点：生产能力大于%，板效率提高产量15%左右；而压降可降低30%左右；另外筛板塔结构简单，消耗金属少，塔板的造价可减少40%左右；安装容易，也便于清理检修。本次课程设计为年处理含苯质量分数36%的苯-甲苯混合液4万吨的筛板精馏塔设计，塔设备是化工、炼油生产中最重要的设备之一。它可使气(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。 在设计过程中应考虑到设计的精馏塔具有较大的生产能力满足工艺要求，另外还要有一定的潜力。节省能源，综合利用余热。经济合理，冷却水进出口温度的高低，一方面影响到冷却水用量。另一方面影响到所需传热面积的大小。即对操作费用和设备费用均有影响，因此设计是否合理的利用热能R等直接关系到生产过程的经济问题。 | ' 目录 第一章绪论 (1) 精馏条件的确定 (1) 精馏的加热方式 (1) 精馏的进料状态 (1) 精馏的操作压力 (1) 确定设计方案 (1) 工艺和操作的要求 (2) 满足经济上的要求 (2) 保证安全生产 (2) 第二章设计计算 (3) 设计方案的确定 (3) 精馏塔的物料衡算 (3) 原料液进料量、塔顶、塔底摩尔分率 (3) 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 (3) 物料衡算 (3) 塔板计算 (4) 理论板数NT的求取 (4) 全塔效率的计算 (6) 求实际板数 (7) 有效塔高的计算 (7) 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (8) 操作压力的计算 (8) 操作温度的计算 (8) 平均摩尔质量的计算 (8) 平均密度的计算 (10) 液体平均表面张力的计算 (11) 液体平均黏度的计算 (12) 气液负荷计算 (13) 化工原理工程设计处理量为3000吨/年苯和氯苯体系精馏分离板式塔设计 学院： 专业： 班级： 姓名： 学号： 指导教师： 板式精馏塔设计任务书 一、设计题目： 苯-氯苯体系精馏分离板式塔设计 二、设计任务及操作条件 1、设计任务： 生产能力（进料量）30000吨／年操作周期7200 小时／年 进料成分：含氯苯35%（质量分率，下同） 塔顶产品组成氯苯含量为98%;塔底产品组成含氯苯不得高于1.7%. 2、操作条件 操作压力4000Pa（表压）进料热状态q=0.7 单板压降：<或=0.7kPa 3、设备型式筛板或浮阀塔板（F1型） 4、厂址新乡地区 三、设计内容： 1、设计方案的选择及流程说明 2、工艺计算 3、主要设备工艺尺寸设计 （1）塔径及蒸馏段塔板结构尺寸的确定 （2）塔板的流体力学校核 （3）塔板的负荷性能图 （4）总塔高、总压降及接管尺寸的确定 4、辅助设备选型与计算 5、设计结果汇总 6、工艺流程图及精馏塔工艺条件图 7、设计评述 目录 1.精馏塔的概述 (4) 2．设计内容...................................................................................................................... 错误!未定义书签。 2.1.精馏塔的物料衡算.......................................................................................... 错误!未定义书签。 2.2.塔板数的确定 (10) 2.3.精馏段的工艺条件及有关物性数据的计算 (13) 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月课程设计----苯-甲苯连续精馏浮阀塔设计.
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