【導讀】在常壓連續(xù)精餾塔中精餾分離含苯35%的苯-甲苯混合液，要求塔頂流出液中苯的回收率為97%，塔底釜殘液中含苯不高于2%。流程圖和精餾塔裝配圖，編寫設計說明書。塔體工藝尺寸的計算；塔板負荷性能圖。內經過多次部分汽化與多次部分冷凝，使各組分得以完全分離的過程。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。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。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。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。(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。由苯物料衡算×＝×＋Wx×

　　

【正文】 L m sl ???? ? ????? 據此可作出與氣體流量無關的垂直液相負荷下限線 3。 4. 液相負荷上限線 以θ＝ 4s 作為液體在降液管中停留時間的下限 3, m a x40 .4 0 .0 3 6 3 0 .0 0 3 6 34fTSSAHLL m s? ????? 據此可作出與氣體流量元關的垂直液相負荷上限線 4。 5. 液 泛線 令 由 聯(lián)立得 忽略 hσ，將 hOW與 Ls， hd與 Ls， hc 與 Vs 的關系式代人上式， 將有關的數據代入整理，得 2 2 2 / 30 .4 3 8 2 4 2 0 4 .6 5S s sV L L? ? ? 在操作范圍內，任取幾個 Ls 值，依上式計算出 Vs 值，計算結果列于 下表。 Ls /(m3/s) Vs /(m3/s) 22 由上表數據即可作出液泛線 5。 根據以上各線方程，可作出篩板塔的負荷性能圖，如圖所示。 提 餾段塔負荷性能圖 由此得出 , 3,min /sV m s? ， 3,max /sV m s? 故操作彈性為： ,m ax,m in0 .5 6 2 .6 70 .2 1ssVV ?? 23 八、 設計結果一覽表 所設計篩板的主要結果匯總于表。 項目 符號 單位 計算數據 精餾段 提留段 各段平均壓強 Pm kPa 各段平均溫度 tm ℃ 平均流量 氣相 VS m3/s 液相 LS m3/s 實際塔板數 N 塊 10 14 板間距 HT m 塔的有效高度 Z m 塔徑 D m 空塔氣速 u m/s 塔板液流形式 單流型 單流型 溢流管型式 弓形 弓形 堰長 lw m 堰高 hw m 溢流堰寬度 Wd m 管底與受業(yè)盤距離 ho m 板上清液層高度 hL m 孔徑 do mm 孔間距 t mm 孔數 n 個 1638 1638 開孔面積 m2 篩孔氣速 uo m/s 塔板壓降 hP kPa 液體在降液管中停留時間 τ s 堰上 清液層高度 h m 負荷上限 液泛 控制 液泛 控制 負荷下限 漏液控制 漏液控制 操作彈性 24 （四） 輔助設備的設定 1. 再沸器設計計算 1） 確定流體通入的空間 利用水蒸汽作為熱源，根據換熱器流體流經管程或殼程的選擇原則，水蒸汽走殼程，便于排出，甲苯走管程。 2） 流 體基本物性數據 甲苯的溫度為 ℃ ,γ 甲苯 =。 水蒸汽的絕壓為 ， 溫度為 ℃ ， γ 水 =2204kJ/kg。 平均溫度差為 mt ==℃ 3） 熱負荷及加熱劑用量 熱負荷為 39。 = 0 . 3 7 3 5 7 . 6 4 = 1 3 2 . 3 3 k J / smQV ???甲 苯 水蒸汽的用量 1 3 2 .3 3= = 0 .0 6 / s2204m Qq kg?? 水 4） 換熱器的面積及設備選型 查 表可知， 2( 58 0 ~ 11 50 ) W / ( m K)K ? ，選擇 2600 W / (m K)K ? 。 所以 3 21 3 2 . 3 3 1 0= = 4 0 . 1 m6 0 0 5 . 5mQA Kt ?? ? 選擇浮頭式換熱器， 其規(guī)格如下： 公稱直徑（ mm） 公稱面積（ m2） 管長（ m） 管程數 管數 500 2 124 2. 原料預熱器的選型 1） 確定流體通入的空間 利用水蒸汽作為熱源，根據換熱器流體流經管程或殼程的選擇原則，水蒸汽走殼程，便于排出，物料走管程。 2） 確定流體的定性溫度及平均溫度差 熱源采用低壓飽和水蒸汽，表壓為 kPa，在絕壓 P= ，水蒸汽的溫度為 t?℃ 。 物料進口溫度為 t=20℃ ，出口溫度達到泡點溫度，即 tF??????℃ 。 1 2 2 . 5 3 2 0 1 2 2 . 5 3 9 8 . 8 5 8 6 . 1 21 2 2 . 5 3 2 0ln1 2 2 . 5 3 9 8 . 8 5t ? ? ???????????℃， ??3） 熱負荷及加熱劑用量 11( t t ) = 0 .6 7 5 1 .8 5 ( 9 8 .8 5 2 0 ) = 9 8 .4 9 k J/sPFQ F c? ? ? ? 水蒸汽的汽化熱為 ??????kJ/kg 25 水蒸汽的用量為 = = =2204m Qq ? 4） 換熱器的面積及設備選型 查 表知， 2( 58 0 ~ 11 50 ) W / ( m K)K ? ，在這里，選擇 2600 W / (m K)K ? 。 所以 3 29 8 . 4 9 1 0= = 1 . 9 1 m6 0 0 8 6 . 1 2mQA Kt ?? ? 選擇 固定管板式 換熱器，其規(guī)格如下： 公稱直徑（ mm） 公稱面積（ m2） 管長（ m） 管程數 管數 159 3 1 11 （五） 設計評述心得 經過兩周的學習、設計和計算，我完成了這次的課程設計任務。從中我學到了很多，收獲很多。 本次課程設計要求設計苯 甲苯分離塔設計，我通過查閱資料，學習課程設計范本，獨立完成了本次設計任務。經過 熱力學驗算，其各項操作性能指標均能符合工藝生產技術要求， 達到預期的目的。 設計過程包括物料衡算，計算理論塔 板數，計算物料不同溫度、不同操作段的物性參數，由此進一步設計塔的參數，確定塔徑、塔高，以及塔板各項參數。最后進行篩板流體力學驗算、塔板負荷性能圖計算 等設計工作 ， 對塔的附屬設備（再沸器和預熱器）進行設計，從而完成了整個設計任務。 這次歷時近兩周的的課程設計使我將平時所學的理論知識運用到實踐中，使我對書本上所學理論知識有了進一步的理解，也使我自主學習了新的知識并在設計中加以應用 。 此次課程設計也 促使 我獨立地去通過書籍、網絡等各種途徑查閱資料、查找數據和標準，確定設計方案。 較為突出的是我運用 EXCEL處理數 據能力有所提高，如運用 EXCEL計算理論塔板數、溫度計算等，都鍛煉了我的數據處理能力。 通過這次課程設計提高了我的認識問題、分析問題、解決問題的能力?？傊?，這次課程設計不僅鍛煉了我應用所學知識來分析解決問題的能力，也提高了自學、檢索資料的技能。 （六） 參考書目 及附表 26 1. 姚玉英等 .化工原理（下冊），天津：天津大學出版社， 1999 2. 侯麗新 . 板式精餾塔，北京：化學工業(yè)出版社， 2020 3. 柴誠敬，劉國維，李阿娜 . 化工原理課程設計，天津：天津科學技術出版社，1998 4. 化學工程編寫組 . 化學工程手冊 . 北京：化學工業(yè)出版社 5. 國家醫(yī)藥管理局上海醫(yī)藥設計院 . 化工工藝設計手冊，北京：化學工業(yè)出版社 附表 表 1 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 2 苯和甲苯的飽和蒸汽壓 溫度 C0 85 90 95 100 105 0AP ,kPa 0BP ， kPa 表 3 常溫下苯 — 甲苯氣液平衡數據（ [2]： 8P 例 1— 1 附表 2） 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 0 0 1 7 2 0 8 6 0 2 0 0 表 4 純組分的表面張力 ([1]： 378P 附錄圖 7) 溫度 80 90 100 110 120 苯， mN/m 甲苯，Mn/m 20 表 5 組分的液相密度 ([1]： 382P 附錄圖 8) 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 6 液體粘度 181。L （ [1]： 365P ） 溫度 (℃ ) 80 90 100 110 120 27 苯（ mPa .s） 甲苯（ mPa .s） 表 7 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