【正文】 ..................... 48 第八章 設(shè)計(jì)評(píng)述 ................................................................................................ 52 第九章 設(shè)計(jì)感想 ................................................................................................ 53 第 十章 參考文獻(xiàn) ................................................................................................ 54 第 一 章 概述 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。最后進(jìn)行輔助設(shè)備及 塔高 計(jì)算 。 我們對(duì)此塔進(jìn)行了工藝設(shè)計(jì)， 按照梯級(jí)圖解法算求得理論板數(shù) 為 15，實(shí)際板數(shù)為 27， ,加料位置在第 13 塊板。 摘 要 篩板塔是化工生產(chǎn)中主要的氣液傳質(zhì)設(shè)備。 為完成苯 甲苯二元物系的精餾進(jìn)行 了相關(guān)塔設(shè)備的設(shè)計(jì)， 本次設(shè)計(jì) 的任務(wù)為分離 進(jìn)料量 50000 噸 /年，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 40%的苯 甲苯溶液，使塔頂產(chǎn)品苯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到 96%，塔底釜液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 2%。進(jìn)行了塔板結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，塔徑 ，精餾段板間距 ，提餾段板間距為 ,對(duì)塔板進(jìn)行了校核，均在安全操作范圍內(nèi)，確定了操作點(diǎn)，精餾段彈性操作為 ，提餾段彈性操 作為 ， 符合操作要求。本次設(shè)計(jì)包括設(shè)備 分析、選取、計(jì)算、核算、繪圖等，是較完整的精餾設(shè)計(jì)過(guò)程 ，其設(shè)計(jì)結(jié)果滿足設(shè)計(jì)任務(wù)要求，結(jié)構(gòu)合理，是一次較理想的設(shè)計(jì)。通過(guò)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(wèn)題分析能力，思考問(wèn)題能力，計(jì)算能力等。精餾過(guò)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(lái)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。苯有高的毒性，也是一種致癌物質(zhì)。苯也是石油化工的基本原料，苯的產(chǎn)量和生產(chǎn)的技術(shù)水平是一個(gè)國(guó)家石油化工發(fā)展水平的標(biāo)志之一。苯比水密度低，密度為 ，但其分子質(zhì)量比 水輕。 苯能與水生成恒沸物，沸點(diǎn)為 ℃，含苯 %。 化學(xué)性質(zhì) 苯參加的化學(xué)反應(yīng)大致有 3種：一種是其他基團(tuán)和苯環(huán)上的氫原子之間發(fā)生的取代反應(yīng)；一種是發(fā)生在苯環(huán)上的加成反應(yīng)（注：苯環(huán)無(wú)碳碳雙鍵，而是一 種介于單鍵與雙鍵的獨(dú)特的鍵）；一種是普遍的燃燒（氧化反應(yīng)）（不能使酸性 高錳酸鉀褪色）。測(cè)定礦物折射指數(shù)。光學(xué)純?nèi)軇└邏阂合嗌V溶劑、用作合成染料、醫(yī)藥、農(nóng)藥、照相膠片、以及石油化工制品的原料、清漆、硝基纖維素漆的稀釋劑、脫漆劑、潤(rùn)滑油、油脂、蠟、賽璐珞、樹脂、人造革等溶劑。 甲苯 甲苯是一種無(wú)色，帶特殊芳香味的易揮發(fā)液體。同時(shí)它也是汽油的一個(gè)組成成分。 熔點(diǎn) (℃ )： 相對(duì)密度（水 =1）： 沸點(diǎn) (℃ )： 相對(duì)蒸氣密度（空氣 =1）： 分子式： C7H8 分子量： 飽和蒸氣 壓 (kPa)： (30℃ ) 燃燒熱 (kJ/mol)： 臨界溫度 (℃ )： 臨界壓力 (MPa)： 辛醇 /水分配系數(shù)的對(duì)數(shù)值： 閃點(diǎn) (℃ )： 4 爆炸上限 %(V/V)： 引燃溫度 (℃ )： 535 爆炸下限 %(V/V)： 溶解性：不溶于水，可混溶于苯、醇、醚等多數(shù)有機(jī)溶劑?？蛇M(jìn)行氧化、磺化、硝化和歧化反應(yīng)，以及側(cè)鏈氯化反應(yīng)。 基本用途 甲苯大量用作溶劑和高辛烷值汽油添加劑，也是有機(jī)化 工的重要原料，但與同時(shí)從煤和石油得到的苯和二甲苯相比，目前的產(chǎn)量相對(duì)過(guò)剩，因此相當(dāng)數(shù)量的甲苯用于脫烷基制苯或岐化制二甲苯。甲苯進(jìn)行側(cè)鏈氯化得到的一氯芐；二氯芐和三氯芐，包括它們的衍生物苯甲醇；苯甲醛和苯甲酰氯（一般也從苯甲酸光氣化得到），在醫(yī)藥；農(nóng)藥；染料，特別是香料合成中應(yīng)用廣泛。甲苯氧化得到苯甲酸，是重要的食品防腐劑（主要使用其鈉鹽），也用作有機(jī)合成的中 間體。甲苯硝化制得大量的中間體。 第 二 章 確定設(shè)計(jì)方案 本設(shè)計(jì)任務(wù)為分離苯一甲苯混合物。對(duì)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)。 圖 1板式塔的簡(jiǎn)略圖 第 三 章 工藝計(jì)算 物料衡算 原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分率 苯的摩爾質(zhì)量 甲苯的摩爾質(zhì)量 4 /BM kg mol? 78 .11= = 4 78 .11 + 92 .14 6 78 .11 7 6 78 .11 4 92 .14 2 78 .11 24 2 78 .11 8 92 .14WX FX DX?????? 全塔物料衡算 原料處理量： 36 .9 4 1 0 / 8 0 .2 1 /8 6 .5 2 8F k m o l h k m o l h??? 總物料 F = D + W 易揮發(fā)組分 Fχ F = Dχ D + Wχ W 式中 F、 D、 W—— 分別為原料液、餾出液和釜?dú)堃毫髁浚?kmol/h； χ F、χ D、χ W—— 分別為原料液、餾出液和釜?dú)堃褐幸讚]發(fā)組分的摩爾分率。 K）） 甲苯的比熱容（ KJ/（ kmol1 qF 1 . 4 1 0 . 0 1( 1 ) ( 1 ) ( 1 ) ( 1 )n n W nR D F DY X X XR D q F R D q F? ??? ? ? ?? ? ? ? ? ? 塔板數(shù)的確定 提餾段 方程 39。 s） 甲苯的粘度（ mPa3V 110 .79 2 4 /360 0 VmsVmMV m s???? ?? ? ??? 69 .8 8 1. 07 80 .2 1 15 5. 70 /L L qF k m ol h? ? ? ? ? ? ? 39。 4 .8 7 1 0 7 8 9 .3 0( ) ( ) ( ) ( ) 0 .0 9 339。 4 0 . 8 1 4 1 . 1 2 33 . 1 4 0 . 8 2 2sVDmu? ?? ? ?? ? 按標(biāo)準(zhǔn)，塔徑圓整后為 D= 空塔氣速為 0 . 8 1 4 0 . 7 6 5 /1 . 1 3 0 4 0 . 0 6 6sa TfVu m sAA?? ? ? ??? 校驗(yàn)： ＜m ax 65 27aUU ??? ＜ 故合理 溢流裝置設(shè)計(jì) a)精餾段 因塔徑 D= 可選用單溢流弓形降液管 ，采用凹形受液板 ○ 1 堰長(zhǎng) wl = 0. 6 D = 0. 6 1. 2 = 0. 72 m? ○ 2 溢流堰高度 w L owh =h h? Lh = 2s 3ow = E ( )1000 l 近似取 E=1 圖 5 液流收縮系數(shù) E 則精餾段 22 3s 33ow wL2 .8 4 2 .8 4 1 . 9 9 1 0 3 6 0 0h = E ( ) = 1 ( ) 0 . 0 1 31 0 0 0 l 1 0 0 0 0 . 7 2 m??? ? ? 故 w L owh = h h 0 .0 6 0 .0 1 3 0 .0 4 7 m? ? ? ? ○ 3 降液管寬度 dW 與截面積 fA ?? 查圖得 圖 6 弓形降液管的寬度與面積 dW= fTA = 故 = 2 2 44dW D m? ? ? 20. 05 8 0. 05 8 1. 13 04 0. 06 6fTA A m? ? ? ? ○ 4 利用公式計(jì)算液體在降液 管中停留時(shí)間以檢驗(yàn)降液面積 30 . 0 6 6 0 . 3 5 1 1 . 6 1 5 s1 . 9 9 1 0fTsAH sL? ?? ? ?? ＞ 符合要求 ○ 5 降液管底隙高度 ho 取 /olu m s? 31 .9 9 1 0 0 .0 3 90 .7 2 0 .0 7so w o lLhmlu ?? ? ?? w0hh? = ＞ 符合要求 b)提餾段 ： D= ○ 1 堰長(zhǎng) wl = 0 . 6 6 D = 0 . 6 1 .2 = 0 .7 2 m? ? ○ 2 溢流堰高度 w L owh =h h? ? ?? ?? 22 3s 33owwL2 .8 4 2 .8 4 4 .8 7 1 0 3 6 0 0h = E( ) = 1 ( ) 0 .0 2 41 0 0 0 1 0 0 0 0 .7 2l m? ??? ? ? ?? 故 w L o wh = h h 0 .0 5 0 .0 2 4 0 .0 2 6 m? ? ?? ? ? ? ○ 3 降液管寬度 dW 與截面積 fA ? ?? dW= fTA = 2= 0 . 1 2 0 . 1 2 1 . 2 0 . 1 4 40 . 0 5 8 0 . 0 6 6dfTW D mA A m? ? ??? ○ 4 利用公式計(jì)算液體在降液管中停留時(shí)間以檢驗(yàn)降液面積 3 66 7 10fTsAH sL?? ?? ? ? ??? 符合要求 （大于 35 秒） ○ 5 降液管底隙高度 ho? 取 39。so w o lLhmlu? ?? ? ? ??? 符合要求 塔板布置 塔板的分塊 因?yàn)?D? 800mm，故塔板采用分塊式 ,塔板分為 3 塊 表 8 邊緣區(qū)寬度 取 cW= sW = 出口 m?? 開孔區(qū)面積計(jì)算 22 2 1aA = 2 ( s in )180Rxx R x R? ??? 0 . 6 0 . 0 5 0 . 5 52 cDR W m? ? ? ? ? d( W ) 0 . 7 ( 0 . 1 4 4 0 . 0 6 5 ) 0 . 3 9 12 sDx W m? ? ? ? ? ? ? 代入得 22 2 1 2a 3 . 1 4 0 . 5 5 0 . 3 9 1A 2 ( 0 . 3 9 1 0 . 5 5 0 . 3 9 1 s in ) 1 . 5 71 8 0 0 . 5 5 m??? ? ? ? ? 篩孔的尺寸及排列 篩孔數(shù) n 與開孔率 ? 取篩孔 孔徑 0 5d mm? ，正三角形排列， 3mm?? 碳鋼板 取空中心距 4 5 20t d m m? ? ? ?= 篩孔數(shù)221 . 1 5 5 1 . 1 5 5 1 . 5 7 4 5 3 3 ( )0 . 0 2aAn t ?? ? ? 塊 開孔率 220d 0 .0 0 5= 0 .9 0 7 ( ) 0 .9 0 7 0 .0 5 6 70 .0 2t? ????????＜ 10% 圖 7 篩板俯視圖 篩孔氣速 每層開孔面積 2aA 56 7 7 89oAm?? ? ? ? 氣體通過(guò)篩孔氣速度為 1 . 0 7 0 . 8 1 9 . 7 4 /0 . 0 8 9so oqVu m sA ?? ? ? 提餾段： 1 . 0 7 0 . 8 1 4 9 . 7 9 /0 . 0 8 9so oqVu m sA ? ?? ? ? ? 篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算 氣體通過(guò)篩板壓強(qiáng)降計(jì)算 ： ,pmh 液柱 p c lh h h h?? ? ? 精餾段： ○ 1 平板壓降 ch 0 5 =? ? 圖 8 查圖得 孔流系數(shù) 0C=