化工原理课程设计说明书

课程设计任务书设计题目苯-甲苯连续精馏筛板塔设计学生姓名万飞所在学院化学与环境工程学院专业、年级、班应用化学11-1设计要求：1.设计一座苯-甲苯板式精馏塔，已知原料液的处理量为3.8t/h，原料中含苯38%，要求塔顶馏出液的组成为0.96，塔底釜液的组成为0.01（以上均为质量分数）2操作条件：塔顶压力：4KPa进料状况：饱和液体q=1.4回流比：R=1.4Rmin全塔效率：ET=52%单板压降：≤0.7KPa每年按300天计，每天24小时运行学生应完成的任务：1精馏塔的物料衡算2.塔板数的确定3.精馏塔的工艺计算及有关参数的计算4塔体工艺尺寸的计算5塔板流体力学验算6有关接管尺寸计算7.完成工艺计算说明书和1号设备图纸参考文献：[1]林大钧，于传浩，杨静.化工制图.北京：高等教育出版社，2007[2]贾绍义，柴诚敬.化工原理课程设计[M].大连：天津大学出版社，2005[3]赵俊廷.化工原理.郑州：河南科学技术出版社，2011.9[4]刁玉玮，王立业，喻健良.化工设备机械基础.大连理工大学出版社，2010[5]姚玉英.化工原理.天津科学技术出版社，2005工作计划：11.16-11.17资料搜集、设计准备11.18-11.24设计计算11.25-11.26设计说明书完成11.27-11.29制图(1#一张)任务下达日期：2013年11月5日任务结束日期：2013年11月29日指导教师（签名）：学生（签名）：目录课程设计任务书.....................................1序言.................................................51．设计背景.............................................62．设计方案简介..........................................83.工艺流程及说明.........................................94．设计计算............................................104.1.精馏塔的物料衡算....................................104.11.原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数...................104.12.原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量...............104.13.物料衡算产品产量...................................104.2.塔板数的确定........................................104.21.理论板层数TN的求取................................104.22.实际板层数的求取...................................124.3.精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算................124.31.操作压力计算.......................................124.32.操作温度计算.......................................134.33.平均摩尔质量计算...................................144.34.平均密度计算.......................................154.35.液相平均表面张力计算...............................164.36.液相平均粘度计算...................................174.4.精馏塔的塔体工艺尺寸计算............................184.41.精馏段塔径的计算...................................184.42.精馏塔的高度的计算.................................204.5.塔板主要工艺尺寸的计算..............................204.51溢流装置计算.......................................204.52.塔板布置...........................................214.6.筛板的流体力学验算..................................234.61.塔板压降...........................................234.62.液面落差...........................................244.63.液沫夹带...........................................244.64.漏液...............................................244.65.液泛...............................................254.7.塔板负荷性能图......................................254.71漏液线.............................................254.72.液沫夹带线.........................................264.73.液相负荷下限线.....................................274.74.液相负荷上限线.....................................274.75.液泛线.............................................284.8.各接管尺寸的确定....................................304.81.进料管.............................................304.82.釜残液出料管.......................................304.83.回流液管...........................................304.84.塔顶上升蒸汽管.....................................314.85.塔底上升蒸汽管.....................................315.设计一览表............................................326.个人心得体会及改进意见...............................347.收获与致谢...........................................358.参考文献.............................................369.附件..................................................375序言设计是“化工原理”的一个总结性教学环节，是培养学生综合运用本门课程及有关先修课程的基本知识来解决某一设计任务的一次训练，在整个教学计划中它起着培养学生独立工作能力的重要作用。精馏是分离液体混合物（含可液化的气体混合物）最常用的一种单元操作，精馏过程在能量剂驱动下，使气液两相多次直接接触和分离，利用液相混合物中各组分的挥发度的不同，使易挥发组分由液相向气相转移，难挥发组分由气相向液相转移，实现原料混合液中各组分的分离。根据生产上的不同要求，精馏操作可以是连续的或间歇的，有些特殊的物系还可采用衡沸精馏或萃取精馏等特殊方法进行分离。双组分混合液的分离是最简单的精馏操作。典型的精馏设备，包括精馏塔、再沸器、冷凝器等。精馏塔供汽液两相接触进行相际传质，位于塔顶的冷凝器使蒸气得到部分冷凝,部分凝液作为回流液返回塔顶,其余馏出液是塔顶产品。位于塔底的再沸器使液体部分汽化，蒸气沿塔上升，余下的液体作为塔底产品。进料加在塔的中部,进料中的液体和上塔段来的液体一起沿塔下降,进料中的蒸气和下塔段来的蒸气一起沿塔上升。在整个精馏塔中，汽液两相逆流接触，进行相际传质。液相中的易挥发组分进入汽相，汽相中的难挥发组分转入液相。对不形成恒沸物的物系，只要设计和操作得当，馏出液将是高纯度的易挥发组分，塔底产物将是高纯度的难挥发组分。本设计的题目是苯-甲苯连续精馏筛板塔的设计，即需设计一个精馏塔用来分离易挥发的苯和不易挥发的甲苯，采用连续操作方式，需设计一板式塔将其分离。分离苯和甲苯，可以利用二者沸点的不同，采用塔式设备改变其温度，使其分离并分别进行回收和储存。61．设计背景课程设计是本课程教学中综合性和实践性较强的教学环节，是理论联系实际的桥梁，是使学生体察工程实际问题复杂性、学习化工设计基本知识的初次尝试。通过课程设计，要求学生能综合利用本课程和前修课程的基本知识，进行融会贯通的独立思考，在规定的时间内完成指定的化工设计任务，从而得到化工工程设计的初步训练。通过课程设计，要求学生了解工程设计的基本内容，掌握化工设计的程序和方法，培养学生分析和解决工程实际问题的能力。同时，通过课程设计，还可以使学生树立正确的设计思想，培养实事求是、严肃认真、高度责任感的工作作风。课程设计是增强工程观念，培养提高学生独立工作能力的有益实践。本设计采用连续精馏分离苯-甲苯二元混合物的方法。连续精馏塔在常压下操作，被分离的苯-甲苯二元混合物由连续精馏塔中部进入塔内，以一定得回流比由连续精馏塔的塔顶采出含量合格的苯，由塔底采出甲苯。甲苯纯度不低于96%，塔顶产品苯纯度不低于99%（质量分数）。高径比很大的设备称为塔器。塔设备是化工、炼油生产中最重要的设备之一。它可使气（或汽）液或液液两相之间进行紧密接触，达到相际传质及传热的目的。常见的、可在塔设备中完成的单元操作有：精馏、吸收、解吸和萃取等。此外，工业气体的冷却与回收，气体的湿法净制和干燥，以及兼有气液两相传质和传热的增湿、减湿等。在化工或炼油厂中，塔设备的性能对于整个装置的产品产量质量生产能力和消耗定额，以及三废处理和环境保护等各个方面都有重大的影响。据有关资料报道，塔设备的投资费用占整个工艺设备投资费用的较大比例。因此，塔设备的设计和研究，受到化工炼油等行业的极大重视。作为主要用于传质过程的塔设备，首先必须使气（汽）液两相充分接触，以获得较高的传质效率。此外，为了满足工业生产的需要，塔设备还得考虑下列各项传质效率。此外，为了满足工业生产的需要，塔设备还得考虑下列各项要求：（1）生产能力大．在较大的气（汽）液流速下，仍不致发生大量的雾沫夹7带、拦液或液泛等破坏正常操作的现象。（2）操作稳定、弹性大。当塔设备的气（汽）液负荷量有较大的波动时，仍能在较高的传质效率下进行稳定的操作。并且塔设备应保证能长期连续操（3）流体流动的阻力小。即流体通过塔设备的压力降小。这将大大节省生产中的动力消耗，以及降低经常操作费用。对于减压蒸馏操作，较大的压力降还使系统无法维持必要的真空度。（4）结构简单、材料耗用量小、制造和安装容易。这可以减少基建过程中的投资费用。（5）耐腐蚀和不易堵塞，方便操作、调节和检修。事实上，对于现有的任何一种塔型，都不可能完全满足上述所有要求，仅是在某些方面具有独到之处。根据设计任务书，此设计的塔型为筛板塔。筛板塔是很早出现的一种板式塔。五十年代起对筛板塔进行了大量工业规模的研究，逐步掌握了筛板塔的性能，并形成了较完善的设计方法。与泡罩塔相比，筛板塔具有下列优点：生产能力大20－40%，塔板效率高10－15%，压力