【正文】 與降液管的面積 fA 由 ? 查弓型降液管圖 得 ? ， TAA ? 故 8 8 6 mdWD? ? ? ? 20. 08 5 0. 08 5 3. 14 2 0. 26 7 mfTAA? ? ? ? 計算液體在降液管中停留時間 13600 3 6 0 0 0 . 2 6 7 0 . 4 1 6 . 1 8 5 s0 . 0 0 6 6 3 6 0 0fThAH sL? ??? ? ? ??， 故降液管設計合理。1 8 9 .9 C2DFm ttt ??? 提餾段平均溫度： 176。 因此取 10個溫度點： 81℃、 82℃、 85℃、 87℃、89℃、 90℃、 92℃、 93℃、 95℃、 100℃ 由于純組分的飽和蒸氣壓與溫度的關系通常可表示成如下的經驗式 lo g A CBp t?? ?。 ? 精餾塔物料衡算 有設計要求數(shù)據： 加料量 185F Kmol h? 苯的摩爾質量 AM = Kg/Kmol 甲苯的摩爾質量 BM = Kg/Kmol 進料組成摩爾分數(shù)： FX = 餾出液組成摩爾分數(shù)： DX = 釜液組成摩爾分數(shù)： WX = ? 原料液及塔頂、塔底的平均摩爾質量 苯的摩爾質量 K g K mol? 甲苯的摩爾質量 K g K mol? 進料組成摩爾分數(shù)： ? 餾出液組成摩爾分數(shù)： ? 釜液組成摩爾分數(shù)： ? 平均摩爾質量： 5 78. 11 ( 1 5 ) 92. 13 85. 82 / 8 78. 11 ( 1 8 ) 92. 13 78. 39 / 3 78. 11 ( 1 3 ) 92. 13 91. 71 /DWM k g k m olM k g k m olM k g k m ol? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?F 吉林化工學院化工原理課程設計 8 原料的處理量： 185F Kmol h? 總物料衡算： WDF ?? 即 185DW?? 易揮發(fā)組分的物料衡算： FwD FxWxDx ?? 即 8 3 18 5 5DW? ? ? ? ? 由上述二式解得： Kmol h? Kmol h? ? 溫度計算 1．溫度的計算 由苯 —— 甲苯的氣液平衡關系表可知：（ ） 溫度 t/℃ 苯的摩爾分數(shù) 溫度 t/℃ 苯的摩爾分數(shù) 液相 x/％ 氣相 y/％ 液相 x/％ 氣相 y/％ 利用表中數(shù)據用插值法可求的 tF， tD， tW。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。設計中采用過泡點進料，將原料通過預熱器加熱至泡點溫度后送入精餾塔內。 吉林化工學院化工原理課程設計 7 第三 章 精餾塔的設計計算 本設計任務為分離苯 — 甲苯二元物系。 六 加熱器 選用管殼式換熱器。 四 回流方式 本設計采用泵泡點回流 。 三 冷凝方式 選全凝器，塔頂出來的氣體溫度不高。 二 進料狀態(tài) 進料方式一般有冷液進料、泡點進料、氣液混合進料、露點進料、加熱蒸汽進料等。高位槽加料時通過控制液位高度，可以得到穩(wěn)定流量，但要求搭建塔臺，增加基礎建設費用；泵加料屬于強制進料方式，泵加料易受溫度影響，流量不穩(wěn)定。 ? 小孔篩板容易堵塞。 篩板塔的缺點是： ? 塔板安裝的水平度要求較高，否則氣液接觸不勻。 吉林化工學院化工原理課程設計 6 ? 塔板效率高，比泡罩塔高 15％左右 。 篩板塔也是傳質過程常用的塔設備，它的主要優(yōu)點有： ? 結構比浮閥塔更簡單，易于加工，造價約為泡罩塔的 60％，為浮閥塔的 80％左右。目前從國內外實際使用情況看，主要的塔板類型為浮閥塔、篩板塔及泡罩塔。目前從國內外實際使用情況看，主要的塔板類型為浮閥塔、篩板塔及泡罩塔，而前兩者使用尤為廣泛。精餾操作既可采用板式塔，也可采用填料塔，板式塔為逐級接觸型氣－液傳質設備，其種類繁多，根據塔板上氣－液接觸 元件的不同，可分為泡罩塔、浮閥塔、篩板塔 、 穿流多孔板塔、舌形塔、浮動舌形塔和浮動噴射塔等多種。有些特殊的物系，還可以采用恒沸精餾或萃取精餾等特殊方法進行分離。它通過氣，液兩相多次直接接觸和分離，利用各組分揮發(fā)度的不同，使揮發(fā)組分由液相向氣相傳遞，難揮發(fā)組分由氣相向液相傳遞，是汽液相之間的傳質傳熱的過程。 關鍵詞： 苯 — 甲苯、篩板精餾、物料衡算、熱量衡算、流體力學驗算，實際板數(shù)，塔高。本次設計選取回流比 R 為 2Rmin， Drickamer 和 bradford 的精餾塔全塔效率關聯(lián)圖得到全塔效率 TE 為 54%，設定每塊板壓降△ P 為 ，板間距 TH? ， 確定了塔的主要工藝尺寸。 吉林化工學院化工原理課程設計 2 目 錄 課程設計任務計劃書 （ 1） 摘要 （ 4） 第一章 緒論 （ 5） 第二章 流程的設計及說明 （ 6） 第三 章 精餾塔的設計計算 （ 7） 精餾塔物料衡算 （ 7） 原料液及塔頂、塔底的平均摩爾質量 （ 7） 溫度計算 （ 8） 相對揮發(fā)度的求取 （ 8） 黏度的求取 （ 9） 塔板數(shù)的確定 （ 9） 理論塔層數(shù) NT的求取 （ 9） 實際塔層數(shù)的求取 （ 11） 第 四 章 精餾塔 的工藝條件及有關物性數(shù)據的計算 （ 11） 操作壓強 P的計算 （ 11） 操作溫度 （ 11） 物性數(shù)據計算 （ 12） 平均摩爾質量計算 （ 12） 平均密度的計算 （ 12） 液體平均表面張力計算 （ 13） 精餾塔體工藝尺寸的計算 （ 14） 塔徑的計算 （ 14） 精餾段塔和塔板主要工藝尺寸計算 （ 16） 精餾段有效高度的計算 （ 16） 溢流裝置計算 （ 16） 塔板布置 （ 17） 篩板的流體力學驗算 （ 17） 塔板的壓降 （ 17） 泡沫夾帶量計算 （ 18） 漏液計算 （ 18） 液泛計算 （ 19） 塔板負荷性能圖 （ 19） 漏液線 （ 19） 液沫夾帶線 （ 20） 液相負荷下限線 （ 20） 吉林化工學院化工原理課程設計 3 液相負荷上限線 （ 21） 液泛線 （ 21） 板式塔的結構 （ 22） 塔體的結構 （ 22） 塔板結構 （ 23） 第五章 熱量衡算 （ 23） 熱量衡算 （ 23） 塔頂熱量 （ 23） 塔底熱量 （ 24） 第六章 附屬設備設計 （ 25） 接管尺寸 與結構 （ 25） 進料管 （ 25） 塔釜出料管 （ 26） 進氣管 （ 26） 再沸器 （ 27） 冷凝器 （ 27） 計算結果總匯 （ 28） 致 謝 （ 29） 參考文獻 （ 30） 主要符號說明 （ 31） 主要符號說明 （ 32） 附錄 （ 34） 吉林化工學院化工原理課程設計 4 摘 要 根據化工原理課程設計任務書的要求對苯 甲苯二元精餾塔的主要工藝流程進行設計，并畫出了 精餾塔的工藝流程圖和設備條件圖，此設計針對二元物系的精餾問題進行分析、選取、計算、核算、繪圖等，是較完整的精餾設計過程。吉林化工學院化工原理課程設計 吉林化工學院 化 工 原 理 課 程 設 計 題目 苯 甲苯二元物系篩板精餾塔設計 教 學 院 化工與材料工程學院 專業(yè)班級 材化 1102 學生姓名 奚旺 學生學號 11105234 指導教師 劉保雷 2021年 6 月 5 日吉林化工學院化工原理課程設計 1 課程設計任務書 設計題目：苯 甲苯二元物系篩板式精餾塔的設計 設計條件：常壓 atmP 1? （絕壓） 處理量： 185kmol/h 進料組成 餾出液組成 釜液組成 （以上均為摩爾分率） 加料熱狀況 q= 塔頂全凝器 泡點回流 回流比 m in)( RR ?? 單板壓降 ≤ 設計任務： 1． 精餾塔的工藝設計，包括物料 衡算、熱量衡算、篩板塔的 設計計算。 2． 繪制帶控制點的工藝流程圖、精餾塔設備條件圖 ， 撰寫精 餾塔的設計說明書 。 本設計首先確定設計方案， 再進行主要設備的工藝設計計算 —— 物料衡算、熱量衡算、工藝參數(shù)的選定、設備的結構設計和工藝尺寸的設計計算，輔助設備的選型，工藝流程圖，主要設備的工藝條件圖等內容，然后通過篩板的流體力學驗算檢驗本設計的合理性。 通過本次設計使自己掌握化工設計的基本程序和方法，并且知道化工設計的格式，在設計過程中掌握了圖表表達設計，論文排版，電腦制圖等能力。 吉林化工學院化工原理課程設計 5 第一章 緒論 精餾是分離液體混合物最 常用的一種單元操作，在化工，煉油，石油化工等工業(yè)得到廣泛應用。 根據生產上的不同要求，精餾操作可以是連續(xù)或間歇的 。 精餾過程其核心為精餾塔， 板式塔類型：氣－液傳質設備主要分為板式塔和填料塔兩大類。板式塔在工業(yè)上最早使用的是泡罩塔 (1813年 )、篩板塔 (1832 年 )，其后，特別是在本世紀五十年代以后，隨著石油、化學工業(yè)生產的迅速發(fā)展，相繼出現(xiàn)了大批新型塔板，如 S 型板、浮閥塔板 、 多降液管篩板、舌形塔板、穿流式波紋塔板、浮動噴射塔板及角鋼塔板等。 精餾操作既可采用板式塔，也可采用填料塔，板式塔為逐級接觸型氣－液傳質設備，其種類 繁多，根據塔板上氣－液接觸元件的不同，可分為泡罩塔、浮閥塔、篩板塔、穿流多孔板塔、舌形塔等。 本設計采用篩板精餾塔，進行苯 甲苯二元物系的分離，精餾塔，原料預熱器，蒸餾釜，再沸器及泵等附屬設備。 ? 處理能力大，比同塔徑的泡罩塔可增加 10～ 15％。 ? 壓降較低，每板壓力比泡罩塔約低 30％左右。 ? 操作彈性較小 (約 2～ 3)。 第二章 流程的設計及說明 一 加料方式 加料分兩種方式，泵的加料和高位槽加料。本實驗加料用泵加 料，泵和自動調節(jié)裝置配合控制進料。 由于泡點進料時塔的制造比較方便，而其他進料方式對設備的要求高，設計起來難度相對大，所以采用泡點進料。冷凝后回流液和產品溫度不高，無需再次冷凝，且本次分離苯和甲苯，制造設備較為簡單，為節(jié)省資金，選全凝器。 五 加熱方式 采用間接加熱，因為對 同一種進料組成，熱狀況及回流比得到相同的鎦出液組成及回收率時，間接加熱所需理論板數(shù)比直接加熱要少一些，本次分離苯和甲苯混合液，所以采用間接加熱。只用在工藝物料的特性或工藝條件特殊時才考慮其他型式。對于二元混合物的分離，應采用連續(xù)精餾流程。塔頂上升蒸氣采用全凝器冷凝，冷凝液在泡點下一部分回流至塔內，其余部 分經鏟平冷卻后送至儲罐。本課程設計的主要內容是過程的物料衡算，熱量衡算，工藝計算，結構設計和校核。 ① Ft : 9 8 . 6 1 0 2 . 2 1 0 2 . 23 0 . 0 2 0 . 0 4 5 . 0 2 0 . 0FF tt ???? 得 ? ℃ ② Dt : 8 0 .2 8 1 .2 8 1 .21