【正文】 ................................................ 13 精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算 (一 ) 塔徑 的計(jì)算 ...................................................... 13 篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算 ............................................................................................. 18 塔板負(fù)荷性能圖 .................................................................................................... 21 三、設(shè)計(jì)結(jié)果匯總一覽表 ......................................................................................... 28 四、精餾塔的附屬設(shè)備與接管尺寸的計(jì)算（略 ） ................................................. 29 五、設(shè)計(jì)心得體會(huì) ..................................................................................................... 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(shè)計(jì) 一、板式精餾塔課程 設(shè)計(jì)任務(wù)書 (一 )、設(shè)計(jì)題目： 苯 甲苯連續(xù)精餾篩板塔的設(shè)計(jì)。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(jìn)行分離。 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(yīng)用。課程設(shè)計(jì) 化工原理課程設(shè)計(jì) —— 板式精餾塔的設(shè)計(jì) 院系： 化工學(xué)院 班級： 高材 11202 老師： 石東坡 序號(hào)： 20 姓名： 劉 洋 課程設(shè)計(jì) 序言 化工原理課程設(shè)計(jì)是綜合運(yùn)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(shí)，完成一個(gè)單元設(shè)備設(shè)計(jì)為主的一次性實(shí)踐教學(xué)，是 理論聯(lián)系實(shí)際的橋梁，在整個(gè)教學(xué)中起著培養(yǎng)學(xué)生能力的重要作用。通過課程設(shè)計(jì)，要求更加熟悉工程設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容，掌握化工單元操作設(shè)計(jì)的主要程序及方法，鍛煉和提高學(xué)生綜合運(yùn)用理論知識(shí)和技能的能力，問題分析能力，思考問題能力，計(jì)算能力等。精餾過程在能量劑驅(qū)動(dòng)下（有時(shí)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)度的不同，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(shí)現(xiàn)原 料混合液中各組分的分離。本設(shè)計(jì)的題目是苯 甲苯連續(xù)精餾篩板塔的設(shè)計(jì)，即需設(shè)計(jì)一個(gè)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(shè)計(jì)一板式塔將其分離。 (二 )、設(shè)計(jì)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(zhì)量分率，下同） 塔頂產(chǎn)品組成苯 ≥ 98％ 塔底釜液組成苯 ≤ 2% 年實(shí)際生產(chǎn)天數(shù)： 330 天 精餾塔塔頂壓力： 4kpa （表壓） 冷卻水進(jìn)口溫度： 30℃ 飽和水蒸氣壓力： /kgf cm （間接水蒸氣加熱） 設(shè)備型式： 篩板精餾塔 廠 址： 長江大學(xué) 地區(qū) (三 )、設(shè)計(jì)內(nèi)容 設(shè)計(jì)方案的確定 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)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(shè)備類型，初步確定工藝流程。 精餾過程的工藝計(jì)算 塔和塔板主要工藝結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算 塔內(nèi)流體力學(xué)性能的計(jì)算與校核 塔板結(jié)構(gòu)簡圖和塔板性能圖的繪制 塔的工藝計(jì)算結(jié)果匯總一覽表 典型輔助設(shè)備選型與計(jì)算（略） 帶控制點(diǎn)的生產(chǎn)工藝流程圖及精餾塔設(shè)計(jì)工藝條件圖的繪制 對本設(shè)計(jì)的評述或?qū)τ嘘P(guān)問題的分析與討論 編制課程設(shè)計(jì)說明書 1參考文獻(xiàn) 課程設(shè)計(jì) 二、設(shè)計(jì)計(jì)算 設(shè)計(jì)方案的選定及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的搜集 本設(shè)計(jì)任務(wù)為分離苯一甲苯混合物。對于二元混合物的分離，應(yīng)采用連續(xù)精餾流程。塔頂上升蒸氣采用全凝器冷凝，冷凝液在泡點(diǎn)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(chǔ)罐。塔底設(shè)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(chǔ)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。 (２ ) 處理能力大，比同塔徑的泡罩塔可增加 10～ 15％。 (４ ) 壓降較低，每板壓力比泡罩塔約低 30％左右。 (２ ) 操作彈性較小 (約 2～ 3)。 下圖是板式塔的簡略圖： 課程設(shè)計(jì) 表 苯和甲苯的物理性質(zhì) ([1]:P289) 項(xiàng)目 分子式 分子量 M 沸點(diǎn)（℃） 臨界溫度 tC（℃） 臨界壓強(qiáng) 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(shè)計(jì) 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(guān)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(guān)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(zhì)量 甲苯的摩爾質(zhì)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 . 1 3Wx ??? （ 2）原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量 5 78. 11 ( 1 5 ) 92. 13 85. 82FM k g k m ol? ? ? ? ? ? 0 .9 8 3 7 8 .1 1 ( 1 0 .9 8 3 ) 9 2 .1 3 7 8 .3 5DM k g k m o l? ? ? ? ? ? 課程設(shè)計(jì) 0 .0 2 4 7 8 .1 1 ( 1 0 .0 2 4 ) 9 2 .1 3 9 1 .8 0WM k g k m o l? ? ? ? ? ? （ 3）物料衡算 原料處理量0 25000000 3 1 5 6 . 5 73 3 0 2 4F k g h??? 總物料衡算 o o oF D W?? 苯物料衡算 o oF D W?? 聯(lián)立解得 31 56 .5 7 / 31 56 .5 7 / 85 .8 2 36 .7 8 /14 13 .8 8 / 14 13 .8 8 / 78 .3 5 18 .0 5 /17 42 .6 9 / 17 42 .6 9 / 91 .8 0 18 .7 3 /oooF k g h F k m ol hD k g h D k m ol hW k g h W k m ol h? ? ?????? ? ???? ? ??? 式中 F原料液流量 D塔頂產(chǎn)品量 W塔底產(chǎn)品量 3 、 塔板數(shù)的確定 （ 1） 理論塔板數(shù) TN 的求取 苯一甲苯屬理想物系，可采用圖解法求理論板層數(shù)，步驟如下 。 采用作圖法求最小回流比。 圖解得 TN =151=14塊（不含塔釜）。 （ 2）實(shí)際塔板數(shù) PN 全塔效率的計(jì)算（在 95℃下， 查表得各組分黏度 A? =， B? =） 課程設(shè)計(jì) 12( 1 ) 0 .4 9 1 0 .2 4 2 ( 1 0 .4 9 1 ) 0 .2 8 0 0 .2 6 1m F Fxx? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? 7 16 lgTmE ?? ? ? lg 53%?? 精餾段實(shí)際板層數(shù) 1PN? 6/=，取 1PN? 11塊 精餾段 塔高 11( 1 ) (1 2 1 ) 0 .4 4 .4PTZ N H m? ? ? ? ? ? 提餾段實(shí)際板層數(shù) 2PN ? 9/=，取 2PN ? 18快 提餾段 塔高 11( 1 ) (1 7 1 ) 0 .4 6 .4PTZ N H m? ? ? ? ? ? 總塔板數(shù) PN =29塊， 進(jìn)料板在第 13塊板。3, 1 2 3 . 8 8 0 . 0 9 3 . 3 08 . 3 1 4 ( 2 7 3 . 1 5 8 8 . 3 )m v mvmmPM k g mRT? ?? ? ??? ②液相平均密度計(jì)算 塔頂 : 3, 91 0. 4 1. 17 80 .5 81 6. 2 /LD A k g m? ? ? ? ? 3, 89 7. 2 1. 07 80 .5 81 1. 1 /LD B k g m? ? ? ?? 3,