化工原理课程设计模板123

目录第一章前言 (1)1.1 精馏及精馏流 (1)1.2 精馏的分类 (2)1.3精馏操作的特点 (2)1.3.1沸点升高 (2)1.3.2物料的工艺特性 (2)1.3.3节约能源 (2)1.4 相关符号说明 (4)1.5相关物性参数 (6)1.5.1苯和甲苯的物理参数............................... .6 第二章设计任务书. (7)第三章设计内容 (8)3.1设计方案的确定及工艺流程的说明 (8)3.2全塔的物料衡算 (8)3.2.1原料液及塔顶底产品含苯的摩尔分率 (8)3.2.2原料液及塔顶底产品的平均摩尔质量 (8)3.2.3料液及塔顶底产品的摩尔流率 (9)3.3塔板数的确定 (9)3.3.1平衡曲线的绘制 (9)3.4塔的精馏段操作工艺条件及计算 (12)3.4.1平均压强pm (12)123.4.2平均温度tm.....................................M (13)3.4.3平均分子量m3.4.4 液体的平均粘度和液相平均表面张力 (14)3.5 精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (16)3.5.1塔径的计算 (16)3.5.2精馏塔有效高度的计算 (18)3.6塔板工艺结构尺寸的设计与计算 (18)3.6.1溢流装置计算 (18)3.6.2塔板布置 (19)3.6.3气象通过塔板压降的计算 (21)3.7塔板负荷性能图 ................................ ..233.7.1漏液线 (23)3.7.2 雾沫夹带线 (23)3.7.3 液相负荷下限线 (24)3.7.4 液相负荷上限线 (24)3.7.5液泛线 (25)第四章附属设备的选型及计算 (27)4.1接管——进料管 (27)4.2法兰 (27)4.3筒体与封头 (27)4.4 人孔 (28)4.5热量衡算 (28)参考文献 (31)课程设计心得 (32)第一章前言1.1 精馏及精馏流程精馏是多级分离过程，即同时进行多次部分汽化和部分冷凝的过程。

因此可是混合物得到几乎完全的分离。

精馏可视为由多次蒸馏演变而来的。

精馏操作广泛用于分离纯化各种混合物，是化工、医药、食品等工业中尤为常见的单元操作。

化工成产中，精馏主要用于以下几种目的:1．获得馏出液塔顶的产品；2．将溶液多级分离后，收集馏出液，用于获得甲苯，氯苯等；3．脱出杂质获得纯净的溶剂或半成品，如酒精提纯，进行精馏操作的设备叫做精馏塔。

精馏过程中采用连续精馏流程，原料液经预热器加热到指定温度后，送入精馏塔的进料板，在进料板上与自塔顶上部下降的回流液体汇合后，逐板溢流，最后流入塔底再沸器中。

在每层板上，回流液体与上升蒸汽互相接触，进行热和质的传递过程。

操作时，连续地从再沸器取出部分液体作为塔底产品，部分汽化，产生上升蒸汽，依次通过各层塔板。

塔顶蒸汽进入冷凝器中被全部冷凝，并将部分冷凝液用泵送回塔顶作为回流液体，其余部分经冷却器后被送出作为塔顶产品。

根据精馏原理可知，单有精馏塔还不能完成精馏操作，必须同时拥有塔底再沸器和塔顶冷凝器，有时还有配原料液，预热器、回流液泵等附属设备，才能实现整个操作。

1.2 精馏的分类按操作方式可分为:间歇式和连续式，工业上大多数精馏过程都是采用连续稳定的操作过程。

化工中的精馏操作大多数是分离多组分溶液。

多组分精馏的特点：1．能保证产品质量，满足工艺要求，生产能力大；2．流程短，设备投资费用少；3)耗能量低，收率高，操作费用低；3.操作管理方便。

1.3 精馏操作的特点从上述对精馏过程的简单介绍可知，常见的精馏塔的两端分别为汽化成分的冷凝和液体的沸腾的传热过程，精馏塔也就是一种换热器。

但和一般的传热过程相比，精馏操作又有如下特点：1.沸点升高精馏的溶液中含有沸点不同的溶剂，在相同的压力下溶液的蒸汽压较同温度下纯溶剂的汽化压低，使溶液的沸点高于醇溶液的沸点，这种现象称为沸点的升高。

在加热汽化温度一定的情况下，汽化溶液时的传热温差必定小于加热纯溶剂的纯温差，而且溶液的浓度越高，这种影响也越显著。

2.物料的工艺特性精馏溶液本身具有某些特性，如某些物料在加入到溶液中时可与溶液中的某一组分或几组分形成恒沸液等。

如何利用物料的特性和工艺要求，选择适宜的精流流程和设备是精馏操作彼此需要知道和必须考虑的问题。

3.节约能源精馏汽化的溶剂量较大，需要消耗较大的加热蒸汽。

如何充分利用热量提高加热蒸汽的利用率是精馏操作需要考虑的另一个问题。

1.4 相关符号说明英文字母A a — 塔板开孔区面积,m 2；A f — 降液管截面积,m 2；A 0 — 筛孔总面积,m 2；A T —塔截面积,m 2；c 0 —流量系数,无因次；C —— 计算u max 时的负荷系数,m/s ； C S —气相负荷因子,m/s ； d —— 填料直径,m ； d 0——筛孔直径,m ；D —— 塔径,m ；e v — 液体夹带量,kg （液）/kg （气）； E —— 液流收缩系数,无因次； E T — 总板效率,无因次；F — 气相动能因子,kg 1/2/(s ·m 1/2）；F 0— 筛孔气相动能因子，kg 1/2/(s ·m 1/2) ；g ——重力加速度,9.81m/ s 2； h ——填料层分段高度,m ；h 1— 进口堰与降液管间的水平距离,m ； h c — 与干板压降相当的液柱高度,m 液柱； h d — 与液体流过降液管的压降相当的液柱 h f — 塔板上鼓泡层高度,m ；h 1 —与板上液层阻力相当的液柱高度,m ； h L — 板上清液层高度,m ； h 0— 降液管的底隙高度,m ； h OW —堰上液层高度,m ； h W — 出口堰高度,m ； h ,W —进口堰高度,m ；h б——与阻力表面张力的压降相当的液柱高度,m 液柱；H ——板式塔高度,m ；H d ——降液管内清液层高度,m ； H D ——塔顶空间高度,m ；H F ——进料板处塔板间距,m ； H P ——人孔处塔板间距,m ； H T ——塔板间距,m ；K —— 稳定系数,无因次； L W —堰长,m ；L h —液体体积流量,m 3/h ；V V q , —润湿速率,m 3/(m ·s)；m —— 相平衡系数,无因次； n — —筛孔数目； N T ——理论板层数； P —— 操作压力,Pa ； △P —压力降,Pa ；△P P 气体通过每层筛板的降压,Pa ； t ——筛孔的中心距,m ； u ——空塔气速,m/s ； u F — 泛点气速,m/s ；u 0—气体通过筛孔的速度,m/s ； u 0, min —漏液点气速,m/s ；u ′0—液体通过降液管底隙的速度,m/s ；V h ——气体体积流量,m 3/h ；V s ——气体体积流量,m 3/s ； w L ——液体质量流量,kg/s ； w V —气体质量流量,kg/s ； W c ——边缘无效区宽度,m ； W d ——弓形降液管宽度,m ； W s ——泡沫区宽度,m ； x — 液相摩尔分数； X ——液相摩尔比； y ——气相摩尔分数； Y ——气相摩尔分比；Z ——板式塔的有效高度,m ；填料层高度,m 。

下标max —最大的； min —最小的； L —— 液相的；V — —气相的θ——液体在降液管内停留时间,s ；μ——粘度,mPa·s ；Φ—开孔率或孔流系数，无因次； σ——表面张力,N/m ；ρ——密度,kg/m 3； L V q , —液体体积流量,m 3/s ；希腊字母δ——筛板厚度,m ；1.5 相关物性参数苯和甲苯的物理参数分子式相对分子质量沸点℃临界温度℃临界压力MPa 苯（A）C6H678.11g/mol 80.1 288.95 4,898 甲苯（B）C7H892.14g/mol 110.6 318.57 4.109饱和蒸汽压A B C苯 6.9419 2769.42 -53.26甲苯7.0580 3076.65 -54.65苯、甲苯的相对密度温度（℃）80 90 100 110 120 苯815 803.9 792.5 780.3 768.9甲苯810 800.2 790.3 780.3 770.3液体表面张力温度（℃）80 90 100 110 120 苯21.27 20.06 18.85 17.66 16.49 甲苯21.69 20.59 19.94 18.41 17.31苯甲苯液体粘度mPa 80 90 100 110 120苯0.308 0.279 0.255 0.233 0.215甲苯0.311 0.286 0.264 0.254 0.228第二章设计任务书一、技术参数：在一常压操作的连续精馏塔内分离苯-甲苯混合物。

已知原料液的处理量为60000吨/年、组成为0.78（苯的质量分率，下同），要求塔顶馏出液的组成为0.98，残液中苯含量不高于0.085设计条件如下：操作压力 4kPa(塔顶表压) 进料热状况 20-50℃回流比单板压降≤0.7 kPa全塔效率计算确定二、设计主要内容：（一）编写设计计算说明书1.设计方案的确定2.塔的工艺计算3.塔和塔板主要工艺尺寸的设计（1）塔高、塔径及塔板结构尺寸的确定（2）塔板的流体力学验算（3）塔板的负荷性能图。

（二）绘制精馏装置工艺流程图及浮阀塔设备结构简图第三章设计内容3.1 设计方案的确定及工艺流程的说明本设计任务为分离苯-甲苯混合物。

对于该二元混合物的分离，应采用连续精馏过程。

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。

3.2 全塔的物料衡算3.2.1原料液及塔顶底产品含苯的摩尔分率苯和甲苯的相对摩尔质量分别为78 kg/kmol 和92kg/kmol ，原料含苯的质量百分率为42%，塔顶苯含量不低于98%，塔底苯含量不大于1.2%，则：原料液含苯的摩尔分率：46.092/58.078/42.078/42.0=+=F x塔顶含苯的摩尔分率：983.092/005.078/98.078/98.0=+=D x 塔底含苯的摩尔分率：012.092/99.078/01.078/01.0=+=W x 3.2.2原料液及塔顶底产品的平均摩尔质量由3.1.1知产品中甲苯的摩尔分率，故可计算出产品的平均摩尔质量：原料液的平均摩尔质量：M F ＝78×0.46＋(1－0.46)×92＝89.24kg/kmol塔顶液的平均摩尔质量：M D ＝78×0.983＋(1－0.983)×92＝41.36kg/kmol塔底液的平均摩尔质量：M W ＝78×0.012＋(1－0.012)×92＝48.29kg/kmol3.2.3料液及塔顶底产品的摩尔流率依题给条件：原料液的处理量为8333kg/h ，得：F ,＝8333kg/h ，全塔物料衡算：进料液： F=8333（kg/h ）/89.24（kg/kmol ）=92.95kmol/h 总物料恒算： F=D+W苯物料恒算： F×0.46=D×0.983+0.012×12.091 联立解得： W ＝48.6kmol/hD ＝43.35kmol/h3.3 塔板数的确定理论塔板数T N 的求取苯-甲苯物系属理想物系，可用梯级图解法（M·T）,求取N T ，步骤如下：3.3.1平衡曲线的绘制根据苯-甲苯的相平衡数据，利用泡点方程和露点方程求取。