【正文】 班級：應化 101 姓名：董煌杰 《化工原理課程設計》報告 年 處理 萬 噸 苯 甲苯 精餾裝置設計 學 院： 化學化工學院 班 級： 應用化學 101 班 姓 名： 董煌杰 學 號： 10114308（ 14） 指導教師： 陳建輝 完成日期： 2021 年 1 月 17 日 班級：應化 101 姓名：董煌杰 序言 化工原理課程設計是 化學工程與工藝類相關專業(yè)學生學習化工原理課程必修的三大環(huán)節(jié)之一，起著培養(yǎng)學生運用綜合 基礎知識解決工程問題和獨立工作能力的重要作用。 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，實現原料混合液中各組分的分離。根據生產上的不同要求，精餾操作可以是連續(xù)的或間歇的，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。 班級：應化 101 姓名：董煌杰 I 目錄 一、 化工原理課程設計 任書………………………………………… … … 1 二、設計計算 ………………………………………………… ……… …… 3 1）設計方案的選定及基礎數據的搜集 …… … ……… …… ……………… 3 2) 精餾塔的物料衡算 ……… ………………… ………………… ……… 7 3) 塔板數的確定 ………………………………… ……………………… 9 4) 精餾塔的工藝條件及有關物性數據的計算 ………… ………… … … 15 5) 精餾塔的塔體工藝尺寸計算 ……………………………… ………… 21 6) 塔板主要工藝尺寸的計算 ……………………………………… … … 23 7) 塔板負荷性能圖 ………………………………………… ……… … 27 三、個人總結 ……………………………………………… ………… … 36 四 、 參考書目 …… … …………………………………………………… 37 班級：應化 101 姓名：董煌杰 1 一、 化工原理課程 設計任務書 1） 板式精餾塔設計任務書 設計題目： 設計分離 苯―甲苯 連續(xù)精餾篩板塔 2） 設計任務及操作條件 設計任務： 物料處理量： 萬 噸／ 年 進料組成 ： 35％ 苯，苯 甲苯常溫混合溶液 （質量分率，下同） 分離要求： 塔頂產品組成 苯 ≥ 95％ 塔底產品組成 苯 ≤ 6% 操作條件 平均 操作壓力 ： kPa 平均操作溫度： ℃ 回流比： 單板壓降 ： kPa 工時： 300天 /年 24小 時 運 行 3） 設計方法和步驟 設計方案簡介 根據設計任務書所提供的條件和要求，通過對現有資料的分析對比，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。 主要設備工藝尺寸設計 計算 （ 1）收集基礎數據 （ 2）工藝流程的選擇 （ 3）做全塔的物料衡算 （ 4）確定操作條件 （ 5）確定回流比 （ 6）理論板數與實際板數 （ 7）塔徑計算及板間距確定 （ 8）堰及降液管的設計 （ 9）塔板布置及篩板塔的主要結構參數 班級：應化 101 姓名：董煌杰 2 （ 10）塔板的負荷性能圖 （ 12）塔盤結構 （ 13）塔高 設計結果匯總 設計評述 4） 參考資料 ⑴ 《 化工原理課程設計 》 ，賈紹義，柴誠敬主編，天津大學出版社， ⑵ 《化工原理》下冊 ， 天津大學華工學院柴誠敬主編，高等教育出版社， ⑶ 《化工原理 課程設計 》，大連理工大學 化工原理教研室編，大連理 工大學 出版社， ⑷ 《 化工 原理》 第二版下冊 ， 天津大學化工學院柴誠敬主編，高等教育出版社， ⑸ 《化工 單元過程及設備課程設計 》 ，匡國柱，史啟才主編，化學工業(yè)出版社， ⑹ 《 傳遞過程與單元操作 》 下冊，陳維杻主編，浙江大學出版社， ⑺ 《 化工原理課程設計指導 》 ，任曉光主編，化學工業(yè)出版社， 班級：應化 101 姓名：董煌杰 3 二、 設計計算 1） 設計方案的選定 及基礎數據的搜集 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。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，其余部分經產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，塔底產品經冷卻后送至儲罐。 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。 班級：應化 101 姓名：董煌杰 4 下圖是板式塔的簡略圖 21 ： 班級：應化 101 姓名：董煌杰 5 表 21 苯和甲苯的物理 性質 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 C6H5— CH3 表 22 苯和甲苯的飽和蒸汽壓 溫度 C0 85 90 95 100 105 0AP ,kPa 0BP ， kPa 表 23 常溫下苯 — 甲苯氣液平衡數據 溫度 C0 85 90 95 100 105 液相中苯的摩爾分率 汽相中苯的摩爾分率 0 0 表 24 純組分的表面張力 溫度 80 90 100 110 120 苯， mN/m 甲苯， Mn/m 20 表 25 組分的液相密度 溫度 (℃ ) 80 90 100 110 120 苯 ,kg/ 3m 甲苯 ,kg/ 3m 814 809 805 801 791 791 778 780 763 768 表 26 液體粘度 181。L 溫度 (℃ ) 80 90 100 110 120 苯（ mPa .s） 甲苯（ mPa .s） 班級：應化 101 姓名：董煌杰 6 表 27 常壓下苯 —— 甲苯的氣液平衡數據 溫度 t ℃ 液相中苯的摩爾分率 x 氣相中苯的摩爾分率 y 班級：應化 101 姓名：董煌杰 7 2) 精餾塔的物料衡算 （ 1） 原料液及塔頂、塔底產品的摩爾分率 進料液苯的質量分數 =35%F? 塔頂液苯的質量分數 =95%D? 塔底液苯的質量分數 =6%W? 苯的摩爾質量 = 78 .1 1 /M kg mol苯 甲苯的摩爾質量 = /M kg mol甲 苯 ? ?? ?FFF// 1 /F Mx MM???? ? 苯苯 甲 苯 ? ?? ?0 . 3 5 / 7 8 . 1 1 0 . 3 8 80 . 3 5 / 7 8 . 1 1 1 0 . 3 5 / 9 2 . 1 3Fx ??? ? ?? ?// 1 /DD DDMx MM???? ? 苯苯 甲 苯 ? ?? ?0 . 9 5 / 7 8 . 1 1 0 . 9 5 70 . 9 5 / 7 8 . 1 1 1 0 . 9 5 / 9 2 . 1 3Dx ??? ? ?? ?// 1 /WW WWMx MM???? ? 苯苯 甲 苯 ? ?? ?0 . 0 6 / 7 8 . 1 1 0 . 0 7 00 . 0 6 / 7 8 . 1 1 1 0 . 0 6 / 9 2 . 1 3Wx ??? （ 2）原料液及塔頂、塔底產品的平均摩爾質量 (1 )F F FM x M x M? ? ? ? ?苯 甲 苯 88 78. 11 ( 1 88 ) 92. 13 86. 68FM k g k m ol? ? ? ? ? ? (1 )D D DM x M x M? ? ? ? ?苯 甲 苯 0 .9 5 7 7 8 .1 1 ( 1 0 .9 5 7 ) 9 2 .1 3 7 8 .7 1DM k g k m o l? ? ? ? ? ? (1 )W W WM x M x M? ? ? ? ?苯 甲 苯 0 .0 7 0 7 8 .1 1 ( 1 0 .0 7 0 ) 9 2 .1 3 9 1 .1 5WM k g k m o l? ? ? ? ? ? （ 3）物料衡算 年處理量： 萬噸 原料處理量, 54000000 8 6 .5 28 6 .6 8 7 2 0 0nFq k m o l h??? 總物料衡算 , , ,n F n D n Wq