【正文】 .................................................................................................... 30 塔高 ..................................................................................................................... 30 ： .................................................................................... 30 參考文獻 ............................................................................................................................. 32 設(shè)計心得體會 .................................................................................................................... 32 成績評定 ： ......................................................................................................................... 33 4 化工原理課程設(shè)計任務(wù)書 一、設(shè)計題目 苯 甲苯板式精餾塔設(shè)計 二、設(shè)計任務(wù)及操作條件 生產(chǎn)能力（進料量） 100000 噸 /年 操作周期 7000 小時 /年 進料組成 56% （苯質(zhì)量分率，下同） 塔頂產(chǎn)品組成 ≥ % 塔底產(chǎn)品組成 ≤ % 操作壓力 4kPa 進料熱狀態(tài) 泡點進料 加熱蒸汽 低壓蒸汽 篩板塔 天津 三 、設(shè)計內(nèi)容 ⑴ .塔徑塔高及板結(jié)構(gòu)尺寸的確定 ⑵ .塔板的流體力學(xué)校核 ⑶ .塔板的負荷性能圖 ⑷ .總塔高總壓降及接管尺寸的確定 5 序言 化工原理課程設(shè)計是綜合運用《化工原理》課程和有關(guān)先修課程（《物理化學(xué)》，《化工制圖》等）所學(xué)知識，完成一個單元設(shè)備設(shè)計為主的一次性實踐教學(xué)，是理論聯(lián)系實踐的橋梁，在整個教學(xué)中起著培養(yǎng)學(xué)生能力的重要作用。精餾過程在能量劑驅(qū)動下（有時加 質(zhì)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)度的不通，使易揮發(fā)組分由液相向氣相轉(zhuǎn)移難揮發(fā)組分由氣相向液相轉(zhuǎn)移，實現(xiàn)原料混合液中各組分的分離。 本設(shè)計采用立式熱虹吸式再沸器，它是一垂直放置的管殼式換熱器。流程如下： 原料（丙稀和丙烷的混合液體）經(jīng)進料管由精餾塔中的某一位 置（進料板處）流入塔內(nèi)，開始精餾操作；當釜中的料液建立起適當液位時，再沸器進行加熱，使之部分汽化返回塔內(nèi)?；亓饕簭乃斞厮飨?，在下降過程中與來自塔底的上升蒸氣多次逆向接觸和分離。設(shè)計中采用泡點進料，將原料液通過預(yù)熱 器加熱至泡點后送入精餾塔內(nèi)。 圖 1 篩板精餾塔操作流程圖 7 塔的工藝計算 原料及塔頂塔底產(chǎn)品的摩爾分率 苯的摩爾質(zhì)量： kg km olAM ??? 甲苯的摩爾質(zhì)量： kg km olBM ??? 0 . 5 6 / 7 8 . 1 1x = = 0 . 6 0 00 . 5 6 / 7 8 . 1 1 0 . 4 4 / 9 2 . 1 3F ? 0 .9 8 5 / 7 8 .1 1x 0 .9 8 70 .9 8 5 / 7 8 .1 1 0 .0 1 5 / 9 2 .1 3D ??? 0 .0 1 5 / 7 8 .1 1x 0 .0 1 80 .0 1 5 / 7 8 .1 1 0 .9 8 5 / 9 2 .1 3W ? 3. 2 原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量 10 .6 0 0 7 8 .1 1 ( 1 0 .6 0 0 ) 9 2 .1 3 8 3 .7 2 k g k m o lFM ?? ? ? ? ? ? ? 10 .9 8 7 7 8 .1 1 ( 1 0 .9 8 7 ) 9 2 .1 2 7 8 .2 9 k g k m o lDM ?? ? ? ? ? ? ? 10 .0 1 8 7 8 .1 1 ( 1 0 .0 1 8 ) 9 2 .1 3 9 1 .8 8 k g k m o lWM ?? ? ? ? ? ? ? 3. 3 物料衡算 原料液處理： 11 4 2 8 5 . 7 1= = 1 7 0 . 6 4 k m o l h8 3 . 7 2F ?? 總物料衡算： DW?? 苯物料衡算： 17 4 87 18DW? ? ? 聯(lián)立解得： 110 2. 49 km ol hD ??? ol hW ??? 4 精餾塔 塔板數(shù)的確定 理論塔板數(shù) TN 苯 甲苯屬理想物系，可采用圖解法求理論塔板數(shù)。 氣相平均摩爾質(zhì)量為 1= k g k m o l??（ + ） / 2 7 9 . 8 2 液相平均摩爾質(zhì)量為 1= k g k m o l??（ + ） / 2 8 0 . 8 4 提餾段： 1m = kg km olVM ?? ? 1m = km olLM ?? ? 平均密度 氣相平均密度 由理想氣體狀態(tài)方程計算，即 3mmm m 1 0 8 . 9 7 9 . 8 2= = = 2 . 9 2 k g m8 . 3 1 4 8 4 . 8 6 2 7 3 . 1 5VV PMRT? ?? ???（ ） 3mmm m= = 3 .2 6 k g mVV PMRT? ???? ?? 液相平均密度 液相平均密度依下式計算，即 m1 / = / /L A L A B L Baa? ? ?? 塔頂液相密度的計算 由 t C? ,內(nèi)插法得 3 814 .0 kg mA? ??? 3 809 .1 kg mB? ??? 12 3mm1 0 . 9 8 5 0 . 0 1 5= 8 1 3 . 9 k g m8 1 4 . 0 8 0 9 . 1LDLD ?? ?? ? ? ? 進料板液相平均密度計算 由 t F C?,得 3 805 .1 kg mA? ??? 3 801 .3 kg mB? ??? 進料板液相的質(zhì)量分率 0 . 5 7 5= = 0 . 5 4 00 . 5 7 5 7 8 . 1 1Aa ? ? ?（ ） 3mm1 0 . 5 4 0 . 4 6= 8 0 3 . 3 k g m8 0 5 . 1 8 0 1 . 3LDLD ?? ?? ? ? ? 精餾段液相平均密度為 3m 8 1 3 .9 8 0 3 .3= = 8 0 8 .6 k g m2L? ?? ? 同理 提餾段液相平均密度為 39。 3 m s??? 空塔氣速 空塔氣速是指在沒有塔板和液體的空塔中的流動速度，可定性反映氣流在穿越塔板數(shù)及液層時的速度。11 .6 9 0 0 .8 4 12 .0 1 0u m s ?? ? ? 精餾塔有效高度 精餾段有效高度 Z = (10 1 ) 0. 4 3. 6 mT ? ? ? ?精 精（ N 1 ） H 提餾段有效高度 Z = ( 12 1 ) 0. 4 4. 4 mT ? ? ? ?提 提（ N 1 ） H 在進料板上方開一入口，其高度為 故精餾塔的有效高度為： Z = Z Z 0. 7 = 8. 7 m??提精 板主要工藝尺寸的設(shè)計 溢流裝置 為提高傳熱和傳質(zhì)的效果，降低液面落差，減少傾向性的可能行，液體在塔 板上常采用不同的溢流方式。 ? 取板上清液層高度： h 60L m mm?? 故 ： h m? ? ? 17 同理得： 39。 5ss? ?? 故降液管設(shè)計合理。0 /u m s? 則 ：0 0 . 0 0 4 3 3 6 0 0 0 . 0 1 83 6 0 0 1 . 2 0 . 2 0hm????? 0 43 18 25 06wh h m? ? ? ? ? 同理得： 39。 選用凹形受溢盤，深度： 39。分塊式塔板即降液管區(qū)以外的部分是由若干塊鋼板組裝而成，裝焊與塔體內(nèi)壁的塔板支撐上，塔身為焊制整體圓筒，不分節(jié)。 ? 液柱 液體通過液層的阻力 1h 氣體通過液層的阻力 1h 由下式計算，即 1 Lhh?? 1sf1 . 7 3 9u = 0 . 9 0 9 m s2 . 0 1 0 0 . 0 9 6 3aTVAA ?? ? ??? 1 / 2 1 / 20 1u = 0 .9 0 9 2 .9 8 .5 7 ( s m )aV kgF ? ?? ? ?? 查手冊，得 ?? 。?= 39。 45 kP a kP a? ? ? （設(shè)計允許） 液面落差 對于 本 篩板 精餾 塔，液面落差小， 且 本 塔 的塔徑和液流量不大， 所以 可忽略液面落差的影響。10 ,m in 27u m s??? 39。39。 0 .0 8 3 0 .0 0 6 0 .0 0 6 0 .0 9 5 0 .1 8 2dHm? ? ? ? ? 液柱 故本設(shè)計中不會發(fā)生漏液現(xiàn)象。顯然，操作彈性越大，則塔的課調(diào)節(jié)范圍越寬，可操作性越 強。 提餾段： 39。 3 1,sV m s?? 由上表數(shù)據(jù)即可做出漏液線 39。 39。 液相負荷下限線 對于平直堰，取堰上液層高度 owh = 作為最小液負荷標準 得： 2 / 3 2 / 3ow 36002 . 8 4h = 1 0 . 5 9 0 . 0 0 61 0 0 0 1 . 2 s sL L? ? ? ?（ ） ?。?1E? ,則 故 ： 31, m i n 2 / 30 . 0 0 6 1 0 0 0 0 . 9 6 3( ) 0 . 0 0 1 0 32 . 8 4 3 6 0 0sL m s ??? ? ? 據(jù)此可作出與氣體流量無關(guān)的垂直液相負荷下限線 3。 39。 H ( 1)Twbh? ? ?? ? ? ? 39。 0 ( 6 1 ) 43 54b ? ? ? ? ? ? ? 39。 2 39。 3 1msVs?? 26 由上表數(shù)據(jù)即可作出液泛線 39。 3 1, m a x 20sV m s??? 39。 3 m s??? 取管內(nèi)流速為： 113u m s??? 39。除一般塔板按設(shè)計板間距安裝外，其他處根據(jù)需要決定其間距。 ① 塔底駐液空間依貯存液量停留 3~5min 或更長時間而定。60 5 6 0 0 . 0 0 8 5 1 . 7 2H 1 . 2 1 . 2 1 . 6 12 . 0 1ssB Ttl V mA?? ? ? ?? ? ? ? ? 人孔 一般每隔 6~8 層塔板設(shè)計一人孔。天津大學(xué)出版社， 2021 [2]馬江權(quán)，冷一欣 華東理工出版社， 2021 [4]劉光啟，馬連湘，劉杰 其各項操作性能指標均能符合工藝生產(chǎn)技術(shù)要求，而且操作彈性大，生產(chǎn)能力強，達到了預(yù)期的目的。通過查閱資料我們從對設(shè)計一無所知變得初曉門路，而進一步的學(xué)習(xí)和討論使我們使我們具備了完成設(shè)計的知識和方法，這使我們對設(shè)計有了極大的信心，我們確定了設(shè)計方案和具體流程及設(shè)計時間表，然后就進入了正是的設(shè)計工作當中。 接下來塔的工藝尺寸計算，篩板流體力學(xué)驗算，塔板負荷性能圖計算等一個接一個的被我們拿下，當然這一路下來并不是一帆風(fēng)順的。在重新取了一個稍大的孔心距后通過驗算漏液問題得到順利解決。 這次歷時近兩周的的課程設(shè)計使我們把平時所學(xué)的理論知識運用到實踐中，使我們對書本上所學(xué)理論知識有了進一步的理解，也使我們自主學(xué)習(xí)了新的知識并在設(shè)計中加以應(yīng)用。總之，這次課程設(shè)計不僅鍛煉了我們應(yīng)用所學(xué)知識來分析解決問題的能力，也提高了我們自學(xué)，檢索資料和協(xié)作的技能