【正文】 化工原理課程設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名：XXX 學(xué) 號(hào)：XXXXXXXXX 年 級(jí)：XX級(jí)X班 專 業(yè)：化學(xué)工程與工藝 設(shè)計(jì)題目：甲苯乙苯的精餾工藝 2009 年 12 月 20 日目錄第一部分 設(shè)計(jì)任務(wù)書 一、設(shè)計(jì)題目…………………………………………………4二、設(shè)計(jì)任務(wù)…………………………………………………4三、設(shè)計(jì)條件…………………………………………………4四、設(shè)計(jì)內(nèi)容…………………………………………………4 第二部分 精餾塔的設(shè)計(jì)一、精餾塔的物料衡算………………………………………6 （一）、原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分率…………………6 （二）、原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量………………6 （三）、物料衡算 ………………………………………………6二、塔板數(shù)的確定……………………………………………6 （一）、理論板層數(shù)的求取……………………………………7 （二）、實(shí)際塔板數(shù)的求取……………………………………10三、塔的操作工藝條件及相關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算 ………………10 （一）、操作壓力計(jì)算 ……………………………………… 10 （二）、操作溫度計(jì)算 ……………………………………… 10 （三）、平均摩爾質(zhì)量計(jì)算…………………………………… 11 （四）、平均密度計(jì)算…………………………………………12 （五）、液體平均表面張力計(jì)算…………………………………14（六） 、液體平均粘度計(jì)算 …………………………………16四、精餾塔的氣、液相負(fù)荷計(jì)算………………………………18 （一）、精餾段氣、液相負(fù)荷計(jì)算………………………………18（二） 、提餾段氣、液相負(fù)荷計(jì)算……………………………18五、精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算………………………………19 （一）、塔徑的計(jì)算…………………………………………… 19 (二）、精餾塔有效高度的計(jì)算…………………………………20六、塔板主要工藝尺寸的計(jì)算…………………………………20 （一）、溢流裝置計(jì)算…………………………………………20 （二）、塔板布置………………………………………………23七、篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算………………………………………25 (一) 、塔板壓降 ……………………………………………25 (二) 、液面落差…………………………………………… 27 (三) 、液沫夾帶…………………………………………… 27 (四) 、漏液………………………………………………… 28 (五) 、液泛………………………………………………… 28八、塔板負(fù)荷性能圖………………………………………… 29 （一）、精餾段塔板負(fù)荷性能圖…………………………………29 （二）、提餾段塔板負(fù)荷性能圖…………………………………32九、精餾塔的設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果匯總一覽表………………………37 第三部分 冷凝器的設(shè)計(jì)一、確定設(shè)計(jì)方案 ……………………………………………39二、確定物性數(shù)據(jù)…………………………………………… 39三、計(jì)算熱負(fù)荷……………………………………………… 40 殼程液流量…………………………………………………40 殼程流體的汽化潛熱……………………………………… 40 熱負(fù)荷………………………………………………………41四、逆流平均溫差…………………………………………… 41五、冷卻水用量 ………………………………………………41六、估算傳熱面積 ……………………………………………42七、換熱器的工藝結(jié)構(gòu)尺寸……………………………………42八、換熱器核算 ………………………………………………43九、換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果…………………………47 第四部分 再沸器的設(shè)計(jì)一、有關(guān)物性的確定………………………………………… 48二、估算傳熱面積、初選換熱器型號(hào)…………………………51三、傳熱能力核算 ……………………………………………52四、循環(huán)流量的校核 …………………………………………58 計(jì)算循環(huán)推動(dòng)力…………………………………………58 循環(huán)阻力 ………………………………………………59 循環(huán)推動(dòng)力與循環(huán)阻力的比值 ………………………60五、再熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果…………………………61 第五部分 其它設(shè)計(jì)附圖………………………………………………………62設(shè)計(jì)評(píng)估………………………………………………………67參考資料………………………………………………………68第一部分設(shè)計(jì)任務(wù)書一、設(shè)計(jì)題目：篩板式精餾塔的設(shè)計(jì) 二、設(shè)計(jì)任務(wù)：完成精餾塔的工藝設(shè)計(jì)；精餾塔設(shè)備設(shè)計(jì)；有關(guān)附 屬設(shè)備的設(shè)計(jì)和選用；繪制工藝流程圖；塔板結(jié)構(gòu) 簡圖和塔板負(fù)荷性能圖；編制設(shè)計(jì)說明書。 三、設(shè)計(jì)條件： 處理量： 27000 （噸/年）。 進(jìn)料組成：甲苯、乙苯的混合溶液，含甲苯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%。 進(jìn)料狀態(tài)： 泡點(diǎn)進(jìn)料 料液初溫 ： 35℃ 冷卻水的溫度： 30℃ 飽和蒸汽壓強(qiáng)：(1Kgf/cm2=)KPa 精餾塔塔頂壓強(qiáng): 4 KPa(表壓) 單板壓降不大于 kPa 總塔效率為 分離要求：塔頂?shù)募妆胶坎恍∮?9%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)),塔底的 甲苯含量不大于1%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。 1年開工時(shí)間： 7200 （小時(shí)） 1完成日期： 2009 年 12 月 12 日 1廠 址：湖北荊門地區(qū)（大氣壓為760mmHg） 四、設(shè)計(jì)內(nèi)容 （一）、工藝設(shè)計(jì) 選擇工藝流程和工藝條件（要求畫出工藝流程） ①加料方式； ②加料狀態(tài)； ③塔頂蒸汽冷凝方式； ④塔釜加熱方式； ⑤塔頂塔底的出料狀態(tài)； ⑥塔頂產(chǎn)品由塔頂產(chǎn)品冷卻器冷卻至常溫。 精餾工藝計(jì)算 ①物料衡算確定各物料流量和組成； ②經(jīng)濟(jì)核算確定適宜的回流比； ③精餾塔實(shí)際塔板數(shù)。 （二）、精餾塔設(shè)備設(shè)計(jì) 選擇塔型和板型。采用板式塔，板型為篩板塔， 塔和塔板主要工藝結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 塔內(nèi)流體力學(xué)性能的設(shè)計(jì)計(jì)算； 繪制塔板負(fù)荷性能圖。畫出精餾段和提餾段某塊的負(fù)荷性 能圖 有關(guān)具體機(jī)械結(jié)構(gòu)和塔體附件的選定。 接管規(guī)格、筒體與封頭、除沫器、裙座、吊柱、人孔、塔 的頂部空間、塔的底部空間。 接管規(guī)格：（1）進(jìn)料管（2）回流管（3）塔釜出料管（4）塔頂蒸汽出料管（5）塔釜進(jìn)氣管（6）法蘭 總塔高的計(jì)算：包括上、下封頭、裙座高度、塔主體的 高度、塔的頂部空間、塔的底部空間 （三）、附屬設(shè)備的設(shè)計(jì)與選型 換熱器選型。對(duì)原料預(yù)熱器、塔底再沸器、塔頂產(chǎn)品冷 卻器等進(jìn)行選型。 塔頂冷凝器設(shè)計(jì)選型。根據(jù)換熱量，回流管內(nèi)流速，冷 凝器高度，對(duì)塔頂進(jìn)行選型設(shè)計(jì)。 （四）、設(shè)計(jì)結(jié)果匯總 （五）、工藝流程圖及精餾塔工藝條件圖 （六）、對(duì)本設(shè)計(jì)的評(píng)述或?qū)τ嘘P(guān)問題的分析與討論 第二部分 精餾塔的設(shè)計(jì)一、精餾塔的物料衡算 (一)、原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分率 甲苯的摩爾質(zhì)量MA= kg/kmol 乙苯的摩爾質(zhì)量MB= kg/kmol （二）、原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量 MF=＋(1－)= ㎏/kmol MD=＋(1－)= kg/kmol MW=＋(1－)= kg/kmol（三）、物料衡算 對(duì)于甲苯乙苯雙組分的連續(xù)精餾塔，根據(jù)總物料衡算及甲苯的物料衡算可求得餾出液流率D及殘液流率W。 進(jìn)料流量F= 聯(lián)立解得D= kmol/h , W= kmol/h二、塔板數(shù)的確定 （一）、理論板層數(shù)NT的求取 表1Antoine方程常數(shù)?物質(zhì)ABC溫度范圍℃甲苯6～137乙苯26～163 表2t/℃113116119122 x y t/℃125128131134 x y 甲苯、乙苯的溫度組成 甲苯乙苯屬理想物系，可采用圖解法求理論板層數(shù)。 根據(jù)（A、B、C為Antoine方程常數(shù)由手冊(cè)已查得如表1）求得一系列溫度下甲苯和乙苯的蒸氣壓、。 再根據(jù)泡點(diǎn)方程和露點(diǎn)方程得到各組tx(y)數(shù)據(jù)（如表2），繪出甲苯、乙苯的溫度組成圖（如圖1）及平衡曲 線（如圖2）。 圖 1 確定操作的回流比R 因q=xe=xf=～y圖上查得ye=。故有： 而一般情況下R=(～2)Rm ,考慮到精餾段操作線離平衡線較近，故取實(shí)際操作的回流比為最小回流比的2倍。 即：R=2Rm=