【正文】 課程設計 化工原理課程設計 —— 板式精餾塔的設計 院系： 化工學院 班級： 高材 11202 老師： 石東坡 序號： 20 姓名： 劉 洋 課程設計 序言 化工原理課程設計是綜合運用《化工原理》課程和有關先修課程（《物理化學》，《化工制圖》等）所學知識，完成一個單元設備設計為主的一次性實踐教學，是 理論聯(lián)系實際的橋梁，在整個教學中起著培養(yǎng)學生能力的重要作用。通過課程設計，要求更加熟悉工程設計的基本內(nèi)容，掌握化工單元操作設計的主要程序及方法，鍛煉和提高學生綜合運用理論知識和技能的能力，問題分析能力，思考問題能力，計算能力等。 精餾是分離液體混合物（含可液化的氣體混合物）最常用的一種單元操作，在化工，煉油，石油化工等工業(yè)中得到廣泛應用。精餾過程在能量劑驅動下（有時加質量劑），使氣液兩相多次直接接觸和分離，利用液相混合物中各組分的揮發(fā)度的不同，使易揮發(fā)組分由液相向氣相轉移，難揮發(fā)組分由氣相向液相轉移，實現(xiàn)原 料混合液中各組分的分離。根據(jù)生產(chǎn)上的不同要求，精餾操作可以是連續(xù)的或間歇的，按操作壓力還可分為常壓、加壓和減壓蒸餾，有些特殊的物系還可采用衡沸精餾或萃取精餾等特殊方法進行分離。本設計的題目是苯 甲苯連續(xù)精餾篩板塔的設計，即需設計一個精餾塔用來分離易揮發(fā)的苯和不易揮發(fā)的甲苯，采用連續(xù)操作方式，需設計一板式塔將其分離。 課程設計 目錄 一、板式精餾塔課程設計任務書 ………………………………………………… … .4 (一 )、設計題目： ......................................................................................................... 4 (二 )、設計參數(shù) ............................................................................................................. 4 (三 )、設計內(nèi)容 ............................................................................................................. 4 二、設計計算 ................................................................................................................ 5 設計方案的選定及基礎數(shù)據(jù)的搜集 .......................................................................... 5 精餾塔的物料衡算 ................................................................................................... 7 塔板數(shù)的確定 .......................................................................................................... 8 精餾塔的工藝條件及相關物性數(shù)據(jù)的計算 ................................................................ 9 氣液負荷計算 ........................................................................................................ 13 精餾塔的塔體工藝尺寸計算 (一 ) 塔徑 的計算 ...................................................... 13 篩板的流體力學驗算 ............................................................................................. 18 塔板負荷性能圖 .................................................................................................... 21 三、設計結果匯總一覽表 ......................................................................................... 28 四、精餾塔的附屬設備與接管尺寸的計算（略 ） ................................................. 29 五、設計心得體會 ..................................................................................................... 29 七、參考書目 .............................................................................................................. 32 八、附錄 ...................................................................................................................... 32 【 1】苯 —— 甲苯連續(xù)精餾過程板式精餾塔示意圖 ....................................................... 32 【 2】苯 —— 甲苯精餾控制工藝流程圖 ........................................................................ 32 【 3】苯 —— 甲苯溫度組成 (TX(Y))圖 ........................................................................... 33 課程設計 一、板式精餾塔課程 設計任務書 (一 )、設計題目： 苯 甲苯連續(xù)精餾篩板塔的設計。 (二 )、設計參數(shù) 年處理量： 25000 噸 料液初溫 : 35℃ 料液組成 ： 45％ 苯，苯 甲苯常溫混合溶液 （質量分率，下同） 塔頂產(chǎn)品組成苯 ≥ 98％ 塔底釜液組成苯 ≤ 2% 年實際生產(chǎn)天數(shù)： 330 天 精餾塔塔頂壓力： 4kpa （表壓） 冷卻水進口溫度： 30℃ 飽和水蒸氣壓力： /kgf cm （間接水蒸氣加熱） 設備型式： 篩板精餾塔 廠 址： 長江大學 地區(qū) (三 )、設計內(nèi)容 設計方案的確定 根據(jù)設計任務書所提供的條件和要求，通過對現(xiàn)有資料的分析對比，選定適宜的流程方案和設備類型，初步確定工藝流程。對選定的工藝流程，主要設備的形式進行簡要的論述。 精餾過程的工藝計算 塔和塔板主要工藝結構尺寸計算 塔內(nèi)流體力學性能的計算與校核 塔板結構簡圖和塔板性能圖的繪制 塔的工藝計算結果匯總一覽表 典型輔助設備選型與計算（略） 帶控制點的生產(chǎn)工藝流程圖及精餾塔設計工藝條件圖的繪制 對本設計的評述或對有關問題的分析與討論 編制課程設計說明書 1參考文獻 課程設計 二、設計計算 設計方案的選定及基礎數(shù)據(jù)的搜集 本設計任務為分離苯一甲苯混合物。由于對物料沒有特殊的要求，可以在常壓下操作。對于二元混合物的分離，應采用連續(xù)精餾流程。設計中采用泡點進料，將原料液通過預熱器加熱至泡點后送人精餾 塔內(nèi)。塔頂上升蒸氣采用全凝器冷凝，冷凝液在泡點下一部分回流至塔內(nèi)，其余部分經(jīng)產(chǎn)品冷卻器冷卻后送至儲罐。該物系屬易分離物系，最小回流比較小，故操作回流比取最小回流比的 2倍。塔底設置再沸器采用間接蒸汽加熱，塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送至儲罐。其中由于蒸餾過程的原理是多次進行部分汽化和冷凝，熱效率比較低，但塔頂冷凝器放出的熱量很多，但其能量品位較低，不能直接用于塔釜的熱源，在本次設計中設計把其熱量作為低溫熱源產(chǎn)生低壓蒸汽作為原料預熱器的熱源之一，充分利用了能量。 塔板的類型為篩板塔精餾，篩板塔塔板上開有許多均布的篩孔，孔徑 一般為 3～ 8mm，篩孔在塔板上作正三角形排列。 篩板塔也是傳質過程常用的塔設備，它的主要優(yōu)點有： (１ ) 結構比浮閥塔更簡單，易于加工，造價約為泡罩塔的 60％，為浮閥塔的 80％左右。 (２ ) 處理能力大，比同塔徑的泡罩塔可增加 10～ 15％。 (３ ) 塔板效率高，比泡罩塔高 15％左右。 (４ ) 壓降較低，每板壓力比泡罩塔約低 30％左右。 篩板塔的缺點是： (１ ) 塔板安裝的水平度要求較高，否則氣液接觸不勻。 (２ ) 操作彈性較小 (約 2～ 3)。 (３ ) 小孔 篩板容易堵塞。 下圖是板式塔的簡略圖： 課程設計 表 苯和甲苯的物理性質 ([1]:P289) 項目 分子式 分子量 M 沸點（℃） 臨界溫度 tC（℃） 臨界壓強 PC（ kPa） 苯 A 甲苯 B C6H6 C7H8 表 苯 甲苯的飽和蒸汽壓 ([2]:P73 表 101) t/C0 84 88 92 96 100 104 108 0AP /kPa 0BP /kPa 表 常溫下苯 — 甲苯氣液平衡數(shù)據(jù)（ [2]： P73 表 102） t/℃ 84 88 92 96 100 104 108 x 1 0 課程設計 y 1 0 表 純組分的表面張力 ([6]： 378P 附錄圖 7) t/ 80 90 100 110 120 σ /(mN/ 3m ) 苯 20 甲苯 上表的數(shù)據(jù)關聯(lián)成下式： 苯： A? = 甲苯： B? = 表 組分的液相密度 ([6]： 382P 附錄圖 8) t/℃ 80 90 100 110 120 ρ /（ kg/ 3m ） 苯 817 805 793 782 770 甲苯 811 801 791 780 768 上 表的數(shù)據(jù)關聯(lián)成下式： 苯： A? = 甲苯： B? = 精餾塔的物料衡算 (1) 原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品中苯的摩爾分率 苯的摩爾質量 甲苯的摩爾質量 / 1 / 1 / 3Fx ??? 0 . 9 8 7 8 . 1 1 0 . 9 8 30 . 9 8 7 8 . 1 1 0 . 0 2 9 2 . 1 3Dx ??? 0 . 0 2 7 8 . 1 1 0 . 0 2 40 . 0 2 7 8 . 1 1 0 . 9 2 9 2