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化工原理课程设计第1页广州大学生命科学学院《化工原理》课程设计精馏塔设计设计项目：甲醇—水混合溶液精馏塔设计姓名：班级：学号：指导教师：邹汉波设计日期：2017年1月9日-1月20日化工原理课程设计第2页目录化工原课程设计任务书…………………………………………………5前言………………………………………………………………………7第一部分工艺流程的选择及示意图……………………………………81.1工艺概述…………………………………………………………81.2基本原理………………………………………………………………81.3设计方案原则…………………………………………………………81.4设计步骤………………………………………………………………91.5设计方案的内容………………………………………………………91.6操作压力………………………………………………………………91.7加热方式……………………………………………………………101.8进料状态………………………………………………………………101.9回流比…………………………………………………………………111.10热能利用……………………………………………………………111.11工艺流程示意图……………………………………………………12第二部分精馏塔全塔物料衡算……………………………………………142.1原料液及塔顶、塔底产品的摩尔质量………………………………142.2.原料液、塔顶、塔底产品的平均摩尔质量………………………142.3塔板数的确定…………………………………………………………152.4热量衡算………………………………………………………………22第三部分精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算……………………243.1操作压力的计算………………………………………………………243.2操作温度的计算………………………………………………………253.3平均摩尔质量计算……………………………………………………253.4平均密度计算…………………………………………………………263.5液体平均张力计算……………………………………………………273.6液体平均粘度计算……………………………………………………283.7气液相负荷的计算…………………………………………28化工原理课程设计第3页第四部分精馏塔的塔体工艺尺寸计算………………………………………294.1板间距的选定……………………………………………………293.6塔径的确定……………………………………………………29第五部分溢流装置的计算……………………………………………………325.1溢流堰…………………………………………………………………345.2受液盘…………………………………………………………………345.3弓形降液管的宽度和横截面积………………………………………345.4降液管底隙高度h0…………………………………………………355.5塔板布置及浮阀数目与排列…………………………………………36第六部分塔板的流体力学计算……………………………………………436.1气体通过浮阀塔板的压降……………………………………………436.2液泛……………………………………………………………………466.3雾沫夹带………………………………………………………………476.4漏液校核………………………………………………………………516.5塔的负荷性能图………………………………………………………51第七部分精馏塔的结构设计………………………………………………587.1筒体与封头…………………………………………………………587.2裙座……………………………………………………………………587.3人孔……………………………………………………………………597.4吊柱……………………………………………………………………607.5除沫器…………………………………………………………………617.6接管……………………………………………………………………627.7法兰的选择……………………………………………………………647.8塔总体高度的设计……………………………………………………667.9塔的附属设备……………………………………………………………687.9.1冷凝器……………………………………………………………707.9.2再沸器………………………………………………………………70第八部分设计结果总结……………………………………………70化工原理课程设计第4页参考文献………………………………………………………72化工原理课程设计说明书以及个人总结…………………………………………………73化工原理课程设计第5页化工原理课程设计任务书班级生物工程141班姓名李世民学号1414200085设计题目：甲醇—水连续精馏塔的设计一、设计任务：试设计一连续浮阀精馏塔以分离苯-甲苯混合物。具体工艺参数如下：1、原料处理量：年处理20000吨甲醇—水混合液体。2、原料液中苯含量：30%（质量）。3、产品要求：馏出液中的甲醇的含量为99.5%（质量）。塔顶易挥发组分的回收率99.9%设备的年实际生产时间为7200h。二、设计条件：1、加热方式：间接蒸汽加热，蒸汽压力为1.0~2.5kg/cm2。2、操作压力：常压。3、进料状况：饱和液体进料。4、冷却水进口温度：30℃，出口温度自定。5、塔板形式：浮阀塔板。三、应完成的工作量：1、确定全套精馏装置的流程，绘制工艺流程示意图。2、精馏塔的工艺设计，塔的结构尺寸设计。3、有关附属设备的设计和选型，编写设计说明书一份。4、绘制精馏塔的装配图一张（一号图纸）。5、对设计过程的评述和有关问题的讨论。指导老师：邹汉波2017年1月3日化工原理课程设计第6页前言课程设计是化工原理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的初次尝试。通过化工原理课程设计，学生能综合运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，掌握化工设计的主要程序和方法，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，还可以是学生树立正确的设计思想，培养实事求是、严肃认真、高度负责的科学作风。在课程设计中，熟练查阅文献资料、搜集有关数据、正确选用公式，在兼顾技术上先进性、可行性，经济上合理性的前提下，综合分析设计任务要求，严格按照常用数据算图，化工设备常用材料性能以及画工图例国标规定进行设计，确定化工工艺流程，进行设备选型，并提出保证过程正常、安全运行所需要的检测和计量参数，同时还要考虑改善劳动条件和环境保护的有效措施。化工生产常需进行二元液相混合物的分离以达到提纯或回收有利用价值组分的目的，精馏是利用液体混合物中各组分挥发度的不同并借助于多次部分液化或多次部分冷凝达到轻重组分分离目的的方法。精馏操作在化工、石油化工或轻工等工业生产中占有重要的地位。为此，掌握气液相平衡关系，熟悉各种塔形的操作特性，对选择、设计和分析分离中的各种参数是非常重要的。塔设备是化工、炼油生产中最重要的设备类型之一。本设计是针对工业生产中的苯—甲苯溶液这一二元物质中进行苯的提纯精馏方案，根据给出的原料性质及组成、产品性质及组成，对精馏塔进行设计和物料衡算。通过设计核算及试差等计算初步确定精馏塔的进料、塔顶、塔底操作条件及物料组成。同时对精馏的基本结构包括塔的主要尺寸进行了计算和选型，对塔顶冷凝器。塔底再沸器。相关管道尺寸及储罐等进行了计算和选型。在计算设计过程中参考了有关《化工原理》、《化学工程手册》、《冷换设备工艺计算手册》等方面的资料。为精馏塔的设计计算提供了技术支持和保证。通过对精馏塔进行设计和物料衡算等方面的计算，进一步加深了对化工原理、石油加工单元过程原理等的理解深度，开阔了视野，提高了计算、绘图、计算机的使用等方面的知识和能力。化工原理课程设计第7页第一部分工艺流程的选择及示意图1.1工艺概述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，在化工、炼油、石油化工等工业中得到广泛的应用。精馏过程在能量剂驱动下（有时加质量剂），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。本设计任务为分离苯一甲苯混合物，由于对物料没有特殊的要求，可以在常压下操作。对于二元混合物的分离，应采用连续精馏流程。设计中采用泡点进料，将原料液通过预热器加热至泡点后送人精馏塔内。塔顶上升蒸气采用全凝器冷凝，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。塔底设置再沸器采用间接蒸汽加热，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一，充分利用了能量。1.2基本原理在化工、轻工、石油等生产过程中，混合物的分离是生产过程中的重要过程。原料和中间产品有许多是由几个组分液相组成的均相混合物，为了对某些组分进行提纯或回收其中的有用组分以达到生产的目的，通常需要对混合物进行分离，蒸馏是分离液体混合物的典型单元操作，它通过加热造成气、液两相物系，利用物系的各组分挥发度不同的特性以实现分离的目的。当混合物中各组分的挥发度相差不大，而又有较高的分离要求时，宜采用精馏。由于苯比甲苯在同样的条件下更容易挥发，所以本设计采用精馏，其中苯为易挥发组分，甲苯为难挥发组分。1.3确定设计方案原则总的原则是尽可能多地采用先进的技术，使生产达到技术先进、经济合理的要求，符合优质、高产、安全、低能耗的原则，具体考虑以下几点：化工原理课程设计第8页(1)满足工艺和操作的要求所设计出来的流程和设备能保证得到质量稳定的产品。由于工业上原料的浓度、温度经常有变化，因此设计的流程与设备需要一定的操作弹性，可方便地进行流量和传热量的调节。设置必需的仪表并安装在适宜部位，以便能通过这些仪表来观测和控制生产过程。(2)满足经济上的要求要节省热能和电能的消耗，减少设备与基建的费用，如合理利用塔顶和塔底的废热，既可节省蒸汽和冷却介质的消耗，也能节省电的消耗。回流比对操作费用和设备费用均有很大的影响，因此必须选择合适的回流比。冷却水的节省也对操作费用和设备费用有影响，减少冷却水用量，操作费用下降，但所需传热设备面积增加，设备费用增加。因此，设计时应全面考虑，力求总费用尽可能低一些。(3)保证生产安全生产中应防止物料的泄露，生产和使用易燃物料车间的电器均应为防爆产品。塔体大都安装在室外，为能抵抗大自然的破坏，塔设备应具有一定刚度和强度。1.4设计步骤板式精馏塔的设计大体按以下步骤进行：(1)确定设计方案；(2)平衡级计算和理论塔板的确定；(3)塔板的选择；(4)实际板数的确定；(5)塔体流体力学计算；(6)管路及附属设备的计算与选型；(7)撰写设计说明书和绘图。1.5设计方案的内容设计方案包括精馏流程、设备的结构类型和操作参数等的确定。例如组分的分离顺序（多组分体系）、塔设备的形式、操作压力、进料热状态、塔顶蒸气的冷凝方式、余热利用的方案、安全、调节机构和测量控制仪表的设置等。限于篇幅，仅对其中一些内容作些阐述，其他内容可见参考文献。1.6操作压力化工原理课程设计第9页塔内操作压力的选择不仅牵涉到分离问题，而且与塔顶和塔底温度的选取有关。根据所处理的物料性质，兼顾技术上的可行性和经济上的合理性来综合考虑，一般有下列原则：(1)压力增加可提高塔的处理能力，但会增加塔身的壁厚，导致设备费用增加；压力增加，组分间的相对挥发度降低，回流比或