【正文】 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)用理論知識和技能的能力，問題分析能力，思考問題能力，計(jì)算能力等。 班級：應(yīng)化 101 姓名：董煌杰 《化工原理課程設(shè)計(jì)》報(bào)告 年 處理 萬 噸 苯 甲苯 精餾裝置設(shè)計(jì) 學(xué) 院： 化學(xué)化工學(xué)院 班 級： 應(yīng)用化學(xué) 101 班 姓 名： 董煌杰 學(xué) 號： 10114308（ 14） 指導(dǎo)教師： 陳建輝 完成日期： 2021 年 1 月 17 日 班級：應(yīng)化 101 姓名：董煌杰 序言 化工原理課程設(shè)計(jì)是 化學(xué)工程與工藝類相關(guān)專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)化工原理課程必修的三大環(huán)節(jié)之一，起著培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用綜合 基礎(chǔ)知識解決工程問題和獨(dú)立工作能力的重要作用。 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，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。 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。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，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。 班級：應(yīng)化 101 姓名：董煌杰 I 目錄 一、 化工原理課程設(shè)計(jì) 任書………………………………………… … … 1 二、設(shè)計(jì)計(jì)算 ………………………………………………… ……… …… 3 1）設(shè)計(jì)方案的選定及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的搜集 …… … ……… …… ……………… 3 2) 精餾塔的物料衡算 ……… ………………… ………………… ……… 7 3) 塔板數(shù)的確定 ………………………………… ……………………… 9 4) 精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算 ………… ………… … … 15 5) 精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算 ……………………………… ………… 21 6) 塔板主要工藝尺寸的計(jì)算 ……………………………………… … … 23 7) 塔板負(fù)荷性能圖 ………………………………………… ……… … 27 三、個(gè)人總結(jié) ……………………………………………… ………… … 36 四 、 參考書目 …… … …………………………………………………… 37 班級：應(yīng)化 101 姓名：董煌杰 1 一、 化工原理課程 設(shè)計(jì)任務(wù)書 1） 板式精餾塔設(shè)計(jì)任務(wù)書 設(shè)計(jì)題目： 設(shè)計(jì)分離 苯―甲苯 連續(xù)精餾篩板塔 2） 設(shè)計(jì)任務(wù)及操作條件 設(shè)計(jì)任務(wù)： 物料處理量： 萬 噸／ 年 進(jìn)料組成 ： 35％ 苯，苯 甲苯常溫混合溶液 （質(zhì)量分率，下同） 分離要求： 塔頂產(chǎn)品組成 苯 ≥ 95％ 塔底產(chǎn)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(shí)： 300天 /年 24小 時(shí) 運(yùn) 行 3） 設(shè)計(jì)方法和步驟 設(shè)計(jì)方案簡介 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。 主要設(shè)備工藝尺寸設(shè)計(jì) 計(jì)算 （ 1）收集基礎(chǔ)數(shù)據(jù) （ 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(shù)與實(shí)際板數(shù) （ 7）塔徑計(jì)算及板間距確定 （ 8）堰及降液管的設(shè)計(jì) （ 9）塔板布置及篩板塔的主要結(jié)構(gòu)參數(shù) 班級：應(yīng)化 101 姓名：董煌杰 2 （ 10）塔板的負(fù)荷性能圖 （ 12）塔盤結(jié)構(gòu) （ 13）塔高 設(shè)計(jì)結(jié)果匯總 設(shè)計(jì)評述 4） 參考資料 ⑴ 《 化工原理課程設(shè)計(jì) 》 ，賈紹義，柴誠敬主編，天津大學(xué)出版社， ⑵ 《化工原理》下冊 ， 天津大學(xué)華工學(xué)院柴誠敬主編，高等教育出版社， ⑶ 《化工原理 課程設(shè)計(jì) 》，大連理工大學(xué) 化工原理教研室編，大連理 工大學(xué) 出版社， ⑷ 《 化工 原理》 第二版下冊 ， 天津大學(xué)化工學(xué)院柴誠敬主編，高等教育出版社， ⑸ 《化工 單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì) 》 ，匡國柱，史啟才主編，化學(xué)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(xué)出版社， ⑺ 《 化工原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo) 》 ，任曉光主編，化學(xué)工業(yè)出版社， 班級：應(yīng)化 101 姓名：董煌杰 3 二、 設(shè)計(jì)計(jì)算 1） 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)冷卻后送至儲罐。 篩板塔也是傳質(zhì)過程常用的塔設(shè)備，它的主要優(yōu)點(diǎn)有： (１ ) 結(jié)構(gòu)比浮閥塔更簡單，易于加工，造價(jià)約為泡罩塔的 60％ ，為浮閥塔的 80％左右。 (３ ) 塔板效率高，比泡罩塔高 15％左右。 篩板塔的缺點(diǎn)是： (１ ) 塔板安裝的水平度要求較高，否則氣液接觸不勻。 (３ ) 小孔篩板容易堵塞。L 溫度 (℃ ) 80 90 100 110 120 苯（ mPa .s） 甲苯（ mPa .s） 班級：應(yīng)化 101 姓名：董煌杰 6 表 27 常壓下苯 —— 甲苯的氣液平衡數(shù)據(jù) 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(yīng)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(chǎn)品的摩爾分率 進(jìn)料液苯的質(zhì)量分?jǐn)?shù) =35%F? 塔頂液苯的質(zhì)量分?jǐn)?shù) =95%D? 塔底液苯的質(zhì)量分?jǐn)?shù) =6%W? 苯的摩爾質(zhì)量 = 78 .1 1 /M kg mol苯 甲苯的摩爾質(zhì)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(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)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 q q?? 班級：應(yīng)化 101 姓名：董煌杰 8 苯物料衡算, , ,n F F n D D n W Wq x q x q x? ? ? ? ? 聯(lián)立 （即采出率,/ ( ) / ( )n D n F F W D Wq q x x x x? ? ?） 解得 ： , /nDq kmol h? , 7 /nWq kmol h? 式中 ,nFq 原料液流量 ,nDq 塔頂產(chǎn)品量 ,nWq 塔底產(chǎn)品量 班級：應(yīng)化 101 姓名：董煌杰 9 3) 塔板數(shù)的確定 （ 1） 理論板層數(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)。 采用作圖法求最小回流比。 在 上 圖中對角線上，自點(diǎn) ,（ ） 作垂線 ， 即為進(jìn)料線 (q 線 )，該線與平衡線的交點(diǎn) 坐標(biāo)為 ? ? 故最小回流比為m i n 0 . 9 5 7 0 . 6 0 8 1 . 5 8 80 . 6 0 8 0 . 3 8 8qqDqxyRyx? ?? ? ??? 取操作回流比為 m i n2 2 1. 588 = 3. 175RR? ? ? ③求精餾塔的氣、液相負(fù)荷 班級：應(yīng)化 101 姓名：董煌杰 10 , 3 .1 7 5 3 1 .0 5 9 8 .5 9n L n Dq R q? ? ? ? ?kmol h ,( 1 ) ( 3. 17 5 1 ) 31 .0 5 12 9. 64n V n Dq R q k m ol h? ? ? ? ? ? ? , 39。 , , 3 .1 7 5 3 1 .0 5 1 8 6 .5 2 1 8 5 .1 1 /n L n D n Fq R q q q k m o l h? ? ? ? ? ? ? ? ? ④求操作線方程 精餾段操作線方程為 1 3 . 1 7 5 0 . 9 5 7 0 . 7 6 0 0 . 2 2 91 1 3 . 1 7 5 1 3 . 1 7 5 1Dn n n nxRy x x xRR? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? 提 餾段操作線方程為 , 39。 ,1 8 5 . 1 1 5 5 . 4 7 0 . 0 7 0 1 . 4 2 8 0 . 0 3 039。 （ 2） 逐板法求理論板 苯的沸點(diǎn)為 ℃，甲苯 的沸點(diǎn)為 ℃。假定整個(gè)蒸餾過程中不同溫度的飽和蒸汽壓與此溫度下的兩組分的飽和蒸汽壓相等，即假定整個(gè)蒸餾過程中兩