【正文】 專業(yè)班級： 學生姓名： 指導教師： 完成日期： 新疆工程學院 課程設計評定意見 設計題目： 分離苯 甲 苯混合液的浮閥精餾塔設計 學生姓名 ： 評定意見： 評定成績： 指導教師（簽名）： 年 月 日 新疆工程學院 課程設計任務書 1112 學年 第二 學期 2020 年 7 月 5 日 專業(yè) 班級 課程名稱 設計題目 分離苯 甲苯混合液的浮閥精餾塔 指導教師 起止時間 周數(shù) 設計地點 設計目的：培養(yǎng)學生 綜合運用化工原理及先修課程的基本知識進行化工工藝設計的能 力， 及先修課程的基本知識進行化工工藝設計的能力，使學生掌握化工設計的基本程序和方法，學生掌握化工設計的基本程序和方法，得到一次化工設計的基本訓練，設計的基本訓練，并應著重培養(yǎng)學生以下幾方面的能力選用公式和搜集數(shù)據(jù)的能力。查閱技術資料選用公式和搜集數(shù)據(jù)的能力。 設計任務或主要技術指標：在一常壓操作的連續(xù)精餾塔內(nèi)分離苯 甲苯混合液。 設計條件： 操作壓力 進料熱狀況 回流比 單板壓降 全塔效率 建廠地址 4kPa（塔頂常壓） 自選 自選 ET=52% 天津地區(qū) 設計進度與要求：： 1— 2 天：了解板式精餾塔的基本性能及設計精餾塔的參數(shù) 3— 8 天：查找資料，處理數(shù)據(jù)，初步確定板式塔類型 9— 10 天：電子文檔處理進行打印，裝訂 主要參考書及參考資料： [1] 陳敏恒，叢德濨， 方圖南，齊鳴齋編 .化工原理（上、下冊） [M].第三版 .化學工業(yè)出版社， 2020. [2] 賈紹義，柴誠敬主編 .化工原理課程設計 [M].天津：天津大學出版， 2020. [3] 李功祥，陳蘭英，崔英德主編 .常用化工單元設備設計 [M].廣州：華南理工大學出版，2020. [4] 阮奇，葉長，黃詩煌 .化工原理優(yōu)化設計與解題指南 [M].北京：化學工業(yè)出版社， 2020. [5] 申近華，郝曉剛主編 .化工原理課程設計 [M].北京：化學工業(yè)出版社， 2020. [6] 陸美娟，張浩勤（主編）朱士亮（主審）《化工原理》北京 ，化學工業(yè)出版社， 2020. 教研室主任（簽名） 系（部）主任（簽名） 年 月 日 摘 要 本設計任務為精餾塔分離苯 甲苯混合物。設計中采用泡點進料，將原料液通過預熱器加熱至泡點后送人精餾塔內(nèi)。該物系屬易分離物系，最小回流比較小，所以在設計中把操作回流比取最小回流比的 倍。 關鍵詞 ： 分離 苯 甲苯 篩板精餾塔 設計計算 目錄 1 綜述 .............................................................. 1 苯 甲苯物性 .................................................. 1 塔設備概述 .................................................. 1 設計方案的原則 ............................................... 2 精餾塔設計任務 ............................................... 3 精餾塔設計方案的選定 ......................................... 3 2 精餾塔設計計算 ................................................... 4 精餾塔的物料衡算 ............................................ 4 塔板數(shù)的確定 ................................................ 4 精餾塔的工藝條件及有關物性數(shù)據(jù)的計算 ........................ 7 精餾塔的塔體工藝尺寸計算 ................................... 11 塔板主要工藝尺寸的計算 ..................................... 14 3 塔的流體力學校驗 ................................................. 16 校核 ....................................................... 16 負荷性能圖計算 ............................................. 20 4 精餾塔工藝設計 結果 ............................................... 28 篩板塔板工藝設計結果 ....................................... 28 表 41 設計計算結果匯總表 ....................................... 28 設計小結 ........................................................... 30 參考文獻 ........................................................... 31 致謝 ............................................................... 32 化工系課程設計 1 1 綜述 苯 甲苯物性 苯的沸點為 ℃ ，熔點為 ℃ ，在常溫下是一種無色、味甜、有芳香氣味的透明液體，易揮發(fā)。苯難溶于水；但 苯是一種良好的有機溶劑，溶解有機分子和一些非極性的無機分子的能力很強。在空氣中，甲苯只能不完全燃燒，火焰呈黃色。甲苯帶有一種特殊的芳香味，在常溫常壓下是一種無色透明，清澈如水的液體，密度為 克 /厘米 3，對光有很強的折射作用 。板式精餾塔、浮法塔都是常用的塔類型，可以根據(jù)不同塔各自特點選擇所需要的塔。根據(jù)塔內(nèi)氣液接觸部件的結構型式，可分為板式塔和填料塔。此外，還要求不易堵塞、耐腐蝕等。工業(yè)應用較多的是有降液管的 塔板，如浮閥、篩板、泡罩塔板等。精餾原理是將液體混合物部分氣化 ,利用其中各組份 揮發(fā)度不同的特性，實現(xiàn)分離目的的單元操作。 化工系課程設計 2 精餾所進行的是氣、液兩相之間的傳質(zhì)，為了滿足工業(yè)生產(chǎn)和需要，塔設備還得具備下列各種基本要求： (1) 氣 (汽 )、液處理量大，即生產(chǎn)能力大時，仍不致發(fā)生大量的霧沫夾帶、攔液或液泛等破壞操作的現(xiàn)象。 (3) 流體流動的阻力小，即流體流經(jīng)塔設備的壓力降小，這將大大節(jié)省動力消耗，從而降低操作費用。 (5) 耐腐蝕和不易堵塞，方便操作、調(diào)節(jié)和檢修。 不同的塔型各有某些獨特的優(yōu)點，設計時應根據(jù)物系性質(zhì)和具體要求，抓住主要矛盾，進行選型。在設計過程中不僅要考慮理論上的可行性，還要考慮生產(chǎn)上的安全性、經(jīng)濟合理性。為此，必須具體考慮如下幾點： (1) 滿足工藝和操作的要求 所設計出來的流程和設備，首先必須保 證產(chǎn)品達到任務規(guī)定的要求，其次所定的設計方案需要有一定的操作彈性，各處流量應能在一定范圍內(nèi)進行調(diào)節(jié)，必要時傳熱量也可進行調(diào)整 ， 再其次，要考慮必需裝置的儀表 (如溫度計、壓強計，流量計等 )及其裝置的位置，以便能通過這些儀表來觀測生產(chǎn)過程是否正常，從化工系課程設計 3 而幫助找出不正常的原因，以便采取相應措施。適當?shù)乩盟?、塔底的廢熱，就能節(jié)約很多生蒸汽和冷卻水，也能減少電能消耗。 (3) 保證安全生產(chǎn) 塔 是指定在常壓下操作的，塔內(nèi)壓力過大或塔驟冷而產(chǎn)生真空，都會使塔受到破壞，因而需要安全裝置。 精餾塔設計任務 在一常壓操作的連續(xù)精餾塔內(nèi)分離苯 甲苯混合液。 設計條件如下： 操作壓力 進料熱狀態(tài) 回流比 單板壓降 全塔效率 建廠地址 塔頂常壓 4kPa 自選 自選 ET=52% 天津 地區(qū) 試根據(jù)上述工藝條件作出篩板塔的設計 精餾塔設計方案的選定 本設計任務為分離苯 甲苯混合物。設計中采用泡點進料，將原料液通過預熱器加熱至泡點后送人精餾塔內(nèi)。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 倍。4 2 精餾塔設計計算 精餾塔的物料衡算 原料液及塔 頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分數(shù) 苯的摩爾質(zhì)量 AM =78 kg/kmol 甲苯的摩爾質(zhì)量 BM =92 kg/kmol F 0 .3 8 / 7 8x = = 0 .4 2 00 .3 8 / 7 8 + 0 .6 2 / 9 2 D 0. 95 / 78x = = 0. 95 70. 95 / 78 + 0. 05 / 92 W 0 .0 1 / 7 8x = = 0 .0 1 20 .0 1 / 7 8 + 0 .9 9 / 9 2 原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量 FDWM = 0. 42 0 78 + ( 1 0. 42 0) 92 = 86 .1 20 kg / km olM = 0. 95 7 78 + ( 1 0. 95 7) 92 = 78 .6 02 kg /km olM = 0. 01 2 78 + ( 1 0. 01 2) 92 = 91 .8 32 kg / km ol?????? 物料衡算 原料處理量 4500F = = 5 3 .6 5 7 ( k m o l / h ) 8 6 .1 2 0 總物料衡算 D + W = 苯物料衡算 0 .9 5 7 D + 0 .0 1 2 W = 0 .4 2 0 5 3 .6 5 7? 聯(lián)立解得 D = 3 0 .4 9 1 k m o l / hW = 2 3 .1 6 6 k m o l / h 塔板數(shù)的確定 理論板層數(shù) TN 的求取 苯 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。 全塔效率的計算 0 .2 4 510 .4 9 ( )TmE ? ?? ? ? 查《化學工程手冊》常用物質(zhì)的物性和熱力學數(shù)據(jù)得 苯的沸點： ，甲苯沸點： 化工系課程設計 7 塔的平均溫度 35 3. 3 38 3. 8 36 8. 55 02mtK??? 苯的粘度系數(shù)： ? ? 甲苯的粘度系數(shù)： ? ? 粘度計算公式：1lg AATB? ?? 1 = .2?苯 0 66 1 =?甲 苯 平均粘度為： 0 .4 2 0 0 .2 6 6 + 0 .5 8 0 0 .2 7 4 = 0 .2 7 1?? 總板效率： 0 . 2 4 5 0 . 2 4 510 . 4 9 ( ) 0 . 4 9 ( 2 . 5 6 0 . 2 7 1 ) 5 3 . 6 %TEm ? ??? ? ? ? ? ? ? 實際板層數(shù) N 的求取 精餾段實際板層數(shù)： T,N = 7 / = 13精 提餾段實際板層數(shù)： T,N = 6 / = 12提 精餾塔的工藝條件及有關物性數(shù)據(jù)的計算 操作壓力計算 塔頂操作壓力 DP = kPa 每層塔板壓降 ΔP= 進料板壓力 FP = 1 0 1 . 3 2 5 + 0 . 5 1 3 = 1 0 7 . 8 2 5 k P a?? 精餾段平均壓力 m 1 0 1 .3 2 5 + 1 0 7 .8 2 5P = = 1 0 4 .5 7 5 k Pa2 塔釜壓力 w P 1 0 1 . 3 2 5 2 5 0 . 5 1 1 3 . 8 2 5 k P a? ? ? ? 提餾段平均壓力 107. 825 113. 82539。 [4] 依據(jù)操作壓力，由泡點方程通過試差法計算出泡點溫度，利用安托尼方程計算，計算結果如下： 塔頂溫度 Dt = C? 進料板溫度 Ft = C? 塔釜溫度 Cwt ?? 化工系課程設計 8 精餾段平均溫度 m 8 0 .3 9 9 2 .8 3t = = =