2022年化工原理课程设计方案苯甲苯.docx

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1、精品学习资源化工原理课程设计- 苯-甲苯连续精馏筛板塔的设计专业年级： 08 级化学工程与工艺姓名 ：孙可0804040118）指导老师：陈明燕2021 年 7 月欢迎下载精品学习资源目录一 序 言 3二 板式精馏塔设计任务书五 4三 设计运算 51.1 设计方案的选定及基础数据的搜集51.2 精馏塔的物料衡算 71.3 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的运算121.4 精馏塔的塔体工艺尺寸运算 161.5 塔板主要工艺尺寸的运算 181.6 筛板的流体力学验算 201.7 塔板负荷性能图 23四 设计结果一览表 29五 板式塔得结构与附属设备 305.1 附件的运算 305.1.1 接管 30

2、5.1.2 冷凝器 325.1.3 再沸器 325.2 板式塔结构 33六 参考书目 3.5.七 设计心得体会 35八 附录 36一序言化工原理课程设计是综合运用化工原理课程和有关先修课程物理化学，化工制图等）所学学问，完成一个单元设备设计为主的一次性实践欢迎下载精品学习资源教案，是理论联系实际的桥梁，在整个教案中起着培育同学才能的重要作用；通过课程设计，要求更加熟识工程设计的基本内容，把握化工单元操作设计的主要程序及方法，锤炼和提高同学综合运用理论学问和技能的才能，问题分析才能，摸索问题才能，运算才能等；精馏是分别液体混合物 含可液化的气体混合物）最常用的一种单元操作，在化工，炼油，石油化工

3、等工业中得到广泛应用；精馏过程在能量剂驱动下 原料液中苯含量：质量分率 75 质量，其余为甲苯；2 塔顶产品中苯含量不得低于 98 质量；3 残液中苯含量不得高于 8.5 质量；4 生产才能： 90000 t/y苯产品，年开工 310 天；三、操作条件1 精馏塔顶压强： 4.0kPa 表压2进料热状态：自选3 回流比：自选；4单板压降压： 0.7kPa四、设计内容及要求欢迎下载精品学习资源1 设计方案的确定及流程说明2 塔的工艺运算3 塔和塔板主要工艺尺寸的设计塔高、塔径以及塔板结构尺寸的确定；塔板的流体力学验算；塔板的负荷性能图；4 编制设计结果概要或设计一览表5 帮助设备选型与运算6 绘制

4、塔设备结构图：采纳绘图纸徒手绘制五、时间及地点支配1 时间： 2021.6.20 2021.7.3 第 18 周第 19 周2 地点：明德楼 A318下册.北京：化学工业出版社， 19982 何潮洪, 冯霄.化工原理 .北京：科学出版社， 20013 柴诚敬, 刘国维.化工原理课程设计 .天津：天津科学技术出版社， 19944 贾绍义, 柴敬诚.化工原理课程设计 .天津：天津高校出版社， 2002三设计运算1.1 设计方案的选定及基础数据的搜集本设计任务为分别苯一甲苯混合物；由于对物料没有特别的要求，可以在常压下操作；对于二元混合物的分别，应采纳连续精馏流程；设计中采纳泡点进 料，将原料液通过

5、预热器加热至泡点后送人精馏塔内；塔顶上升蒸气采纳全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，其余部分经产品冷却器冷却后送至储罐；该物系属易分别物系，最小回流比较小，故操作回流比取最小回流比的 1.8倍；塔底设置再沸器采纳间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐；其中由于蒸馏过程的原理是多次进行部分汽化和冷凝，热效率比较低，但塔顶冷凝器放出的热量很多，但其能量品位较低，不能直接用于塔釜的热源，在本次设计中设计把其热量作为低温热源产生低压蒸汽作为原料预热器的热源之欢迎下载精品学习资源一，充分利用了能量；塔板的类型为筛板塔精馏，筛板塔塔板上开有很多均布的筛孔，孔径一般为 3 8mm，筛孔在塔板上作正三

6、角形排列；筛板塔也是传质过程常用的塔设备，它的主要优点有： 结构比浮阀塔更简洁，易于加工，造价约为泡罩塔的 60，为浮阀塔的80左右； 处理才能大，比同塔径的泡罩塔可增加 1015； 塔板效率高，比泡罩塔高 15左右； 压降较低，每板压力比泡罩塔约低30左右；筛板塔的缺点是： 塔板安装的水平度要求较高，否就气液接触不匀； 操作弹性较小 约 23； 小孔筛板简洁堵塞；下图是板式塔的简略图：欢迎下载精品学习资源表 1苯和甲苯的物理性质工程分子式分子量 M沸点 ）临界温度临界压强t C）PCkPa）苯 AC6H678.1180.1288.56833.4甲苯 BC6H5 CH392.13110.631

7、8.574107.7表2苯和甲苯的饱和蒸汽压温度80.1859095100105110.6,kPa101.33116.9135.5155.7179.2204.2， kPa40.046.054.063.374.3240.086.0表 3常温下苯甲苯气液平稳数据温度8090100110120苯， mN/m21.22018.817.516.2甲苯， Mn/m21.720.619.518.417.3欢迎下载精品学习资源表 5组分的液相密度1：附录图8温度 8090100110120苯,kg/814805791778763甲苯,kg/809801791780768表6液体粘度 8090100110120

8、苯mP .s ）0.3080.2790.2550.2330.215苯 原 料 液 及 塔 顶 、 塔 底 产 品 的 摩 尔 分 率苯的摩尔质量甲苯的摩尔质量欢迎下载精品学习资源2） 原 料 液 及 塔 顶 、 塔 底 产 品 的 平 均 摩 尔 质 量3）物料衡算原料处理量总物料衡算苯物料衡算联立解得式中 F-原料液流量D-塔顶产品量W-塔底产品量3塔板数的确定求操作线方程精馏段操作线方程为提馏段操作线方程为2）逐板法求理论板又依据可解得=2.47相平稳方程解得变形得用精馏段操作线和相平稳方程进行逐板运算= 0.983，=0.959，欢迎下载精品学习资源，由于,故精馏段理论板 n=5 ，用提

9、留段操作线和相平稳方程连续逐板运算，由于，所以提留段理论板 n=5 不包括塔釜）欢迎下载精品学习资源（ 3）全塔效率的运算欢迎下载精品学习资源查温度组成图得到，塔顶温度TD=80.94，塔釜温度 TW=105 Tm =92.97；分别查得苯、甲苯在平均温度下的粘度，平均粘度由公式，得全塔效率 ET（ 4）求实际板数精馏段实际板层数提馏段实际板层数进料板在第 11 块板；1.3 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的运算1）操作压力运算塔顶操作压力 P4+101.3 kPa，全塔平均温度欢迎下载精品学习资源每层塔板压降P0.7 kPa进料板压力 105.3+0.7 10 112.2 kPa塔底操作压力

10、=119.3 kPa精馏段平均压力 P m1 105.3+112.3 ） 2108.8 kPa提馏段平均压力 P m2 =112.3+119.3 ）/2 =115.8 kPa2）操作温度运算依据操作压力，由泡点方程通过试差法运算出泡点温度，其中苯、甲苯的饱和蒸气压由安托尼方程运算，运算过程略；运算结果如下： 塔顶温度进料板温度85.53 塔底温度=105.0 精馏段平均温度= 80.9.+85.53）/2 = 83.24提馏段平均温度=85.53+105.0）/2 =95.27 液体平均表面张力计算液相平均表面张力依下式计算，即塔顶液相平均表面张力的计算由t D80.94，查手册得进料板液相平

11、均表面张力的计算由t F85.53，查手册得塔底液相平均表面张力的计算由t W105.0，查手册得精馏段液相平均表面张力为提馏段液相平均表面张力为6液体平均粘度计算液相平均粘度依下式计算，即Lm=xii塔顶液相平均粘度的计算由t D80.94，查手册得进料板液相平均粘度的计算由t F85.53，查手册得塔底液相平均粘度的计算由tw105.0，查手册得欢迎下载精品学习资源精馏段液相平均粘度为提馏段液相平均粘度为塔径的运算塔板间距 HT 的选定很重要，它与塔高、塔径、物系性质、分别效率、塔的操作弹性，以及塔的安装、检修等都有关；可参照下表所示体会关系选取；表 7板间距与塔径关系塔径 DT， m0.

12、3 0.50.5 0.80.8 1.61.6 2.42.4 4.0欢迎下载精品学习资源板间距HT，mm对精馏段：200300250 350300450350600400600欢迎下载精品学习资源初选板间距，取板上液层高度， 故；欢迎下载精品学习资源查史密斯关联图 得 C20=0.070 ；依式校正物系表面张力为时0.0707可取安全系数为 0.7 ，就 溢流堰长 ： 单溢流去 l W=出口堰高：故c降液管的宽度与降液管的面积：由查运算液体在降液管中停留时间以检验降液管面积， 即降液管底隙高度：取液体通过降液管底隙的流速 ：符 合欢迎下载精品学习资源受液盘采纳平行形受液盘，不设进堰口，深度为60

13、mm同理可以算出提溜段相关数据如下：a 溢流 堰长： 单 溢流 去 l W=出口堰高： 由查知 E=1.04, 依式可得故c降液管的宽度与降液管的面积： 由查图得， 故运算液体在降液管中停留时间以检验降液管面积， 即15.16降液管底隙高度：取液体通过降液管底隙的流速0.1m/s0.07-0.25）0.036m）符合 塔板布置精馏段塔板的分块欢迎下载精品学习资源因 D800mm，故塔板采纳分块式；塔极分为4 块；对精馏段：a 取边缘区宽度安定区宽度b运算开空区面积，解得，c筛孔数 与开孔率：取筛空的孔径为，正三角形排列，一般碳的板厚为, 取3.5 ，故孔中心距55=17.5mm筛孔数就每层板上

14、的开孔面积为气体通过筛孔的气速为1.6 筛板的流体力学验算塔板的流体力学运算，目的在于验算预选的塔板参数是否能维护塔的正常操作，以便打算对有关塔板参数进行必要的调整，最终仍要作出塔板负荷性能图；欢迎下载精品学习资源1气体通过筛板压强相当的液柱高度运算精馏段：（ 5）干板压降相当的液柱高度：依，查干筛孔的流量系数图得， C0 =0.84 由式b气体穿过板上液层压降相当的液柱高度：、，=与关联图查得板上液层充气系数=0.66 ，依式c克服液体表面张力压降相当的液柱高度： 依式，故就单板压强：2液面落差对于筛板塔，液面落差很小，且本例的塔径和液流量均不大，故可忽视液面落差的影响；3雾沫夹带故在设计负

15、荷下不会发生过量雾沫夹带；4漏液由式筛板的稳固性系数，故在设计负荷下不会产生过欢迎下载精品学习资源量漏液；液泛为防止降液管液泛的发生，应使降液管中清液层高度依式， 而取，就故在设计负荷下不会发生液泛；依据以上塔板的各项液体力学验算，可认为精馏段塔径及各项工艺尺寸是适合的；同精馏段公式运算，提溜段各参数运算如下：1气体通过筛板压强相当的液柱高度运算a 干板压降相当的液柱高度：b气体穿过板上液层压降相当的液柱高度：，由与关 联 图 查 得 板 上 液 层 充 气 系 数=0.65 ， 依 式c克服液体表面张力压降相当的液柱高度：，故就单板压降：液沫夹带故在设计负荷下不会发生过量雾沫夹带；4漏液查得

16、：筛板的稳固性系数，故在设计负荷下不会产生过量漏液；5 液泛为防止降液管液泛的发生，应使降液管中清液层高度依式， 而取，就故在设计负荷下不会发生液泛；依据以上塔板的各项液体力学验算，可认为提馏段塔径及各项工艺尺寸是适合的；欢迎下载精品学习资源1.7 塔板负荷性能图精馏段：1雾沫夹带线雾沫夹带量取，前面求得，代入，整理得：在操作范畴内，任取几个 Ls 值，依上式运算出 Vs 值，运算结果列于表 3-19 ； 表 8Ls /m 3/s0.0030.0040.0050.006Vs /m 3/s4.5064.3784.2614.151由上表数据即可作出雾沫夹带线；2液泛线由 E=1.04,l W=1.

17、2 得：欢迎下载精品学习资源已算出，代入，整理得：在操作范畴内，任取几个Ls 值，依上式运算出 Vs 值，运算结果列于表 3-20 ；表 10Ls /m 3/s0.0030.0040.0050.006Vs /m 3/s4.0673.9843.9023.821由上表数据即可作出液泛线 2；3液相负荷上限线以4s 作为液体在降液管中停留时间的下限，3据此可作出与气体流量无关的垂直液相负荷上限线0.0163漏液线由和，代入得：欢迎下载精品学习资源整理得：在操作范畴内，任取几个Ls 值，依上式运算出 Vs 值，运算结果列于表 3-21 ；表 11Ls /m 3/s0.0030.0040.0050.00

18、6Vs /m 3/s1.1921.2111.2291.245由上表数据即可作出液泛线 4；5液相负荷下限线对于平直堰，取堰上液层高度hOW0.006m 作为最小液体负荷标准； E=1.04据此可作出与气体流量无关的垂直液相负荷下限线5；依据以上各线方程，可作出筛板塔的负荷性能图，如下列图；图 1 精馏段筛板负荷性能图欢迎下载精品学习资源在负荷性能图上，作出操作点 P，连接 OP，即作出操作线；由图可看出，该筛板的操作上限为液泛掌握，下限为漏液掌握；同精馏段，得出提馏段的各曲线为：(1) 雾沫夹带线整理得：(2) 液泛线已知 E=1.06 lw=1.2，同理精馏段得：由此可作出精馏段液泛线 2；

19、3 漏液线整理得：据此可作出漏液线 3；4液相负荷上限线以5s 作为液体在降液管中停留时间的下限，欢迎下载精品学习资源据此可作出与气体流量元关的垂直液相负荷上限线0.013 ；5液相负荷下限线以 how 5s 作为液体在降液管中停留时间的下限，整理得：由此可作出液相负荷下限线5；依据以上各线方程，可作出筛板塔的负荷性能图，如下列图；四设计结果一览表工程符号单位精馏段运算数据提留段各段平均压强PmkPa108.8115.8各段平均温度t m83.2495.27气相VS3m/s2.082.02平均流量液相LS3m/s0.00430.0092实际塔板数N块1010板间距HTm0.400.40塔的有效

20、高度Zm3.63.6塔径Dm22欢迎下载精品学习资源空塔气速塔板液流形式溢流管型式um/s0.66单流型弓形0.643单流型弓形堰长l wm1.21.2堰高hwm0.0440.044溢流堰宽度Wdm0.20.2管底与受业盘hom0.0360.0767距离板上清液层高度hLm0.060.06孔径domm5.05.0孔间距tmm17.517.5孔数n个96609660开孔面积2m0.1850.185筛孔气速uom/s11.2610.92塔板压降hPkPa0.5910.591液体在降液管中停留时间s7.097.09降液管内清液层高度Hdm0.1210.121雾沫夹带eVkg 液/kg气0.00732

21、0.00657负荷上限雾沫夹带掌握雾沫夹带控制负荷下限漏液掌握漏液掌握3气相最大负荷VS maxm/s3.6气相最小负荷3VS minm/s1.2操作弹性3.1五 板式塔得结构与附属设备5.1 附件的运算5.1.1 接管1进料管进料管的结构类型很多，有直管进料管、弯管进料管、T 形进料管；本设计采纳直管进料管； F=149Kg/h ,=807.9Kg/就体积流量欢迎下载精品学习资源管内流速就管径取进料管规格 952.5就管内径 d=90mm进料管实际流速2回流管采纳直管回流管，回流管的回流量塔顶液相平均摩尔质量, 平均密度就液体流量取管内流速就回流管直径可取回流管规格 652.5就管内直径 d

22、=60mm回流管内实际流速3塔顶蒸汽接管就整齐体积流量取管内蒸汽流速就欢迎下载精品学习资源可取回流管规格 43012 就实际管径 d=416mm塔顶蒸汽接管实际流速4釜液排出管塔底 w=30kmol/h平均密度平均摩尔质量体积流量： 取管内流速就可取回流管规格 542.5 就实际管径 d=49mm塔顶蒸汽接管实际流速5 塔顶产品出口管径D=119koml/h相平均摩尔质量溜出产品密度就塔顶液体体积流量： 取管内蒸汽流速就可取回流管规格 582.5 就实际管径 d=53mm塔顶蒸汽接管实际流速5.1.2 冷凝器塔顶温度 tD=80.94 冷凝水 t1=20t2=30欢迎下载精品学习资源就3由 t

23、D=80.49 查液体比汽化热共线图得又气体流量 Vh=2.134m /s塔顶被冷凝量冷凝的热量2取传热系数 K=600W/mk，就传热面积冷凝水流量5.1.3 再沸器塔底温度 tw=105.0 用 t0=135的蒸汽，釜液出口温度 t1=112就3由 tw=105.0 查液体比汽化热共线图得又气体流量 Vh=2.374m /h密度就2取传热系数 K=600W/mk，就传热面积加热蒸汽的质量流量欢迎下载精品学习资源5.2 板式塔结构板式塔内部装有塔板、降液管、各物流的进出口管及人孔手孔）、基座、除沫器等附属装置；除一般塔板按设计板间距安装外，其他处依据需要打算其间距；（1） ）塔顶空间塔顶空间

24、指塔内最上层塔板与塔顶的间距；为利于出塔气体夹带的液滴沉降，此段远高于板间距 甚至高出一倍以上），本塔塔顶空间取（2） ）塔底空间塔底空间指塔内最下层塔底间距；其值由如下两个因素打算；塔底驻液空间依贮存液量停留35min 或更长时间 易结焦物料可缩短停留时间）而定；塔底液面至最下层塔板之间要有12m 的间距，大塔可大于此值；本塔取（3） ）人孔一般每隔 68 层塔板设一人孔；设人孔处的板间距等于或大于600mm，人孔直径一般为 450500mm，其伸出塔体得筒体长为 200250mm，人孔中心距操作平台约 8001200mm；本塔设计每 7 块板设一个人孔，共两个，即（4） ）塔高故全塔高为

25、11.3m，另外由于使用的是虹吸式再沸器，可以在较低位置安置，所以裙板取了较小的1.5m；欢迎下载精品学习资源六参考书目1 张新战，化工单元过程及操作 .北京：化学工业出版社， 19982 何潮洪, 冯霄.化工原理 .北京：科学出版社， 20013 柴诚敬, 刘国维.化工原理课程设计 .天津：天津科学技术出版社， 19944 贾绍义, 柴敬诚.化工原理课程设计 .天津：天津高校出版社， 20025 陈均志，李雷 .化工原理试验及课程设计 .北京：化学工业出版社， 20216 马江权，冷一欣 .化工原理课程设计 .北京：中国石化出版社， 2021七设计心得体会本次课程设计通过给定的生产操作工艺条

26、件自行设计一套苯甲苯物系的分别的塔板式连续精馏塔设备；通过近两周的团队努力，反经过复杂的运算和优化， 我们三人组最终设计出一套较为完善的塔板式连续精馏塔设备；其各项操作性能指标均能符合工艺生产技术要求，而且操作弹性大，生产才能强，达到了预期的目 的 ；通过这次课程设计我经受并学到了很多学问，熟识了大量课程内容，懂得了很多做事方法，可谓是我从中受益匪浅，我想这或许就是这门课程的最初本意；从接到课题并完成分组的那一刻起我们就立志要尽最大努力把它做全做好；第一， 我们去图书馆借阅了大量有关书籍，并从设计书上明白熟识了设计的流程和方 法；通过查阅资料我们从对设计一无所知变得初晓门路，而进一步的学习和争

27、论使我们使我们具备了完成设计的学问和方法，这使我们对设计有了极大的信心， 我们确定了设计方案和详细流程及设计时间表，然后就进入了正是的设计工作当中；万事开头难，出了最小回流我们从最简洁的物料衡算开头，把设计题目中的操作条件转化为化工原理课程物料衡算相关的变量最终把物料衡算正确的运算出 来；然后是回流比的确定，我们应用分别工程中的运算式出了最小回流比，然后欢迎下载精品学习资源通过分析确定了放大倍数求出了实际回流比；同样理论塔板数的运算也是通过复杂但有序的运算得出；接下来塔的工艺尺寸运算，筛板流体力学验算，塔板负荷性能图运算等一个接一个的被我们拿下，当然这一路下来并不是一帆风顺的；在验算漏液时我们发觉得出的验算值小于规定值，这一下打乱了我们的行进步骤；通过争论分析，我们整理出可能几条导致这一问题缘由，在对这几个因素逐一分析后我们把目标转向了最大的“疑犯”筛板孔心距；原先是我们把孔心距取值取得偏小了，由于我们这个塔的生产才能比较大，太小的孔心距会导致板上液层压力大于板下气流产生的压力就会导致