【正文】 .................................................................................. 39 化工原理課程設(shè)計(jì) 6 摘 要 化工生產(chǎn)常需進(jìn)行液體混合物的分離以達(dá)到提純或回收有用組分的目的，精餾 是利用液體混合物中各組分揮發(fā)度的不同并借助于多次部分汽化和部分冷凝達(dá)到輕重組分分離的方法。 課程設(shè)計(jì)的 內(nèi)容： 設(shè)計(jì)一個(gè)常壓 塔板 精餾塔，分離含 苯 （以下皆為質(zhì)量分率）的 苯 —— 甲苯 混合液 ，進(jìn)料溫度為 35 攝氏度，要求獲得 的塔頂產(chǎn)品和 的塔釜產(chǎn)品 ,年生產(chǎn)量為 45000噸， 再沸器用 2atm的水蒸汽作為加熱介質(zhì) ,塔頂全凝器采用冷水為冷凝介質(zhì) .通過翻閱大量的資料進(jìn)行 工藝計(jì)算、 物性數(shù)據(jù)處理、塔 體塔板尺寸 計(jì)算、流體力學(xué)計(jì)算、畫負(fù)荷性能圖等 對(duì) 篩板 塔展開了全方面的設(shè)計(jì)。化工原理課程設(shè)計(jì) 1 鹽 城 師 范 學(xué) 院 化工原理課程設(shè)計(jì) 2020 － 2020 學(xué)年度 化學(xué)化工學(xué)院 學(xué)院 應(yīng)用化學(xué) 專業(yè) 班級(jí) ***** 學(xué)號(hào) **** 題目名稱 苯 甲苯混合液篩板精餾塔的設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 * * * 指導(dǎo)教師 %%%% 設(shè)計(jì)時(shí)間： 2020 年 12 月 6 日～ 2020 年 12 月 19 日 化工原理課程設(shè)計(jì) 2 鹽城師范學(xué)院 化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 化學(xué)化工 學(xué)院 應(yīng)用化學(xué) 專業(yè) 班級(jí) 姓名 學(xué)號(hào) 設(shè)計(jì)題目： 苯 —— 甲苯餾塔設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì)的目的與意義： （ 1） 初步掌握化工單元操作設(shè)計(jì)的基本方法和程序； （ 2） 訓(xùn)練我們的基本技能，如計(jì)算、繪圖、運(yùn)用設(shè)計(jì)資料（手冊(cè)、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范）、使用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)估算和處理數(shù)據(jù)等； （ 3） 提高運(yùn)用工程語言（簡(jiǎn)潔的文字、清晰的圖表、正確的計(jì)算）表達(dá)設(shè)計(jì)思想的能力。 （ 4） 培養(yǎng)我們理論聯(lián)系實(shí)際的正確設(shè)計(jì)思想，訓(xùn)練綜合運(yùn)用已學(xué)過的理論和實(shí)際知識(shí)去分析和解決工程問題的能力。 工藝操作條件： 精餾塔的塔頂壓力 4kPa 進(jìn)料狀態(tài) 泡點(diǎn)進(jìn)料 回 流比 R= 加熱蒸汽壓力 100kPa（表壓） 單板壓降 不大于 （表壓） 設(shè)備型式 篩板塔 化工原理課程設(shè)計(jì) 3 課題 設(shè)計(jì)任務(wù)： （ 1） 完成主題設(shè)備的工藝設(shè)計(jì)與計(jì)算； （ 2） 有關(guān)附屬設(shè)備的設(shè)計(jì)和選型； （ 3） 繪制帶控制點(diǎn)的工藝流程簡(jiǎn)圖和主體設(shè)備的工藝條件圖； （ 4） 編寫設(shè)計(jì)說明書。精餾操作在化工、石油化工、輕工等工業(yè)生產(chǎn)中中占有重要的地位。 塔設(shè)備是化工、煉油生產(chǎn)中最重要的設(shè)備類型之一。此設(shè)計(jì)苯 甲苯物系的精餾問題進(jìn)行分析、選取、計(jì)算、核算、繪圖等，是較完整的精餾設(shè)計(jì)過程，該設(shè)計(jì)方法被工程技術(shù)人員廣泛的采用。通過對(duì)精餾塔的運(yùn)算，可以得出精餾塔的 各種設(shè)計(jì)如塔的工藝流程、生產(chǎn)操作條件及物性參數(shù)是合理的，換熱器和泵及各種接管尺寸是合理的，以保證精餾過程的順利進(jìn)行并使效率盡可能的提高。 板式塔內(nèi)設(shè)置一定數(shù)量的塔板，氣體以鼓泡或噴射的方式穿過板上的液層，進(jìn)行傳質(zhì)于傳熱。 填料塔內(nèi)裝有一定高度的填料層，液體自塔頂沿填料表面下流，氣體逆流向上 (有時(shí)也采用并流向下 )流動(dòng)，氣體兩相密切接觸進(jìn)行傳熱與傳質(zhì)。 塔設(shè)備在化工生產(chǎn)中的作用和地位 精餾過程的實(shí)質(zhì)是利用混合物中各組分具有不同的揮發(fā)度。因此精餾塔操作彈性的好壞直接關(guān)系到石油化工企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。 設(shè)計(jì)條件 進(jìn)料量每小時(shí) 160 千摩爾，原料中含苯 55%（摩爾分率），以沸點(diǎn)狀態(tài)送入塔內(nèi)。 問題研究 本設(shè)計(jì)是針對(duì)苯 — 甲苯的分離而專門設(shè)計(jì)的塔設(shè)備。之后，計(jì)算塔板數(shù)、塔徑等。計(jì)算和設(shè)計(jì)這些之后進(jìn)行了有關(guān)的力學(xué)性能計(jì)算和一系列的校核。 由苯 甲苯物系的氣液平衡數(shù)據(jù)繪出 xyt 圖，見附表 31 表一 苯和甲苯的汽液平衡數(shù)據(jù) 溫度 x/%苯 y/%苯 0 0 108 6 106 104 102 21 100 98 96 2 3 1 8 ?????DM ?????FMhk m olq Fn / 100035000, ??? ??WnDn qq , 0 2 3 ???hk m olq Dn /, ?化工原理課程設(shè)計(jì) 9 2 ?????? xR xxR Ry D94 92 90 88 66 86 84 82 81 100 100 附圖 1 氣液平衡曲線 采用圖解法求理論塔板層數(shù)，如附表 1 表示。 求最小回流比及操作回流比 。在附表 1 中對(duì)角線上，自 e(,)，作垂線即為 q 線，該線與平衡線的焦點(diǎn)坐標(biāo)為 ?qy 3 , ?qx 故最小回流比為 取操作回流比為 4 6 4 ???? RR 操作方程 精餾段操作方程為 因?yàn)槭桥蔹c(diǎn)進(jìn)料所以提留段線經(jīng)過（ ,） ,(,) i n ??????? qq qD xy yxR化工原理課程設(shè)計(jì) 10 39。 ?? xy提餾段操作線方程為 平均相對(duì)揮發(fā)度的計(jì)算 1— 汽相 2— 液相 附圖 2 苯 甲苯的等壓曲線 （數(shù)據(jù)見表一） 根據(jù) 附表 3可確定它定、塔釜和進(jìn)料溫度分別為： CtCtCt fwD 000 , 0 9, ??? 由于沸點(diǎn)進(jìn)料（ q=1） 飽 和蒸汽壓 ?p 可由 Antoine 方程計(jì)算： Ct BAp ????lg 所以塔頂苯的飽和蒸汽壓為： 1 * ??????? tC BAp A ??? Ap 3 440 7 95 * ??????? tC BAp B ??? Bp 0 2 ????? BAD pp? 化工原理課程設(shè)計(jì) 11 2 * ??????? tC BAp A ??? Ap 3 440 7 95 * ??????? tC BAp B ??? Bp 2 9 ????? BAW pp? ???? DW ??? 平均 全塔效率 采用“奧康奈爾的精餾塔效率關(guān)聯(lián)圖”來估算全塔效率。其值從手冊(cè)中查的。 ???? 提留段平均壓降 操作溫度 T 由表三， 苯 甲苯的等壓曲線 可以讀出： 塔頂溫度 CtD ? 塔底溫度 進(jìn)料板溫度 精餾段平均溫度 提餾段平均溫度： Cmt 0 22/) 0 9(39。 )/( k m o lkgM VFm ????? )/( k m o lkgM L F m ????? 精餾段氣，液混合平均摩爾質(zhì)量： )/()( k m o lkgM Vm ??? CtF ?Ctm )( ???)( k P appp D ????? 表當(dāng)?shù)豮Pap ??)( 0 k P ap F ????)() 0 396( k P apm ???)()(39。 k m o lkgM V w m ????? )/( 7 6 2 3 39。 k m o lkgM Vm ??? )/()(39。 39。39。 )/(L D m ???? 塔底液相平均密度：由 Ctw ? ，查手冊(cè)得： 33 /755,/748 mkgmkg BA ?? ?? )/(39。 進(jìn)料板液相質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 3 783 ???? ??A? 化工原理課程設(shè)計(jì) 14 ? ?3/784784/???? 精餾段液相平均密度為 ? ?3/)( mkgLm ???? .氣體的平均密度 由理想氣體狀態(tài)方程計(jì)算，即 )/()( 3mkgRTMp mVmmVm ??? ???? 提餾段相平均密度為 ? ?3/)(39。 39。39。 3 mNL Dm ???????? 進(jìn)料板液相平均表 面張力：由 CtF ? ，查手冊(cè)得 )/10( 3 mNL F m ???????? 精餾段液相平均表面張力： )/10()( 3 mNLm ?????? 提餾段液相平均表面張力： )/10()(39。, ????? FnLnLn qqq,39。? 進(jìn)料板液相平均黏度：由 ，查手冊(cè)得 計(jì)算得： 精餾段液相平均黏度為 )()( sm P aLm ????? 提餾段液相平均黏度為 )()(39。 339。 339。39。39。 ? ，板上液層高度 mhL 39。39。20 ???????????????? ?CC )/( 39。39。 m a x smCu V VL ????? ? ?? )/(7 6 39。 m a x smuu ???? 塔徑 D （ 1）精餾段 )(9 5 7 8 9 5 6 , muqD VV ????? ?? 按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后為 塔截面積為 )( 222 mDAT ???? ?? 實(shí)際空塔氣速為 )/(7 7 5 , smAT VqVu ??? （ 2） 提餾段 )(9 8 7 6 5 8 39。439。439。39。 , smAqu T VV ??? .精餾塔有效高度的計(jì)算 精餾塔有效高度為 提餾段有效高度為 在進(jìn)料板處及提餾段各開 1 個(gè)人孔，其高度均為 ，故精餾塔的有效高度為 ）（提精 mZZZ )( ????????? mD ?)()113(1N mHZ T ????? ）（ 精精）（）（）（ 提提 mHNZ T ?????39。 ???? LL hHmD 39。)2( ＝ 21*+3*+++7 ＝ 12m 式中 H 塔高，ｍ HD 塔頂高度，ｍ HB 塔底空間，ｍ HT 塔板間距，ｍ HT＇ 開有人孔的塔板間距，