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化工原理课程设计设计题目：苯-甲苯连续精馏塔浮阀塔的设计设计人：班级：学号：指导老师：设计时间：目录设计任务书.............................................................................................................3前言.........................................................................................................................4第一章工艺流程设计.........................................................................................5第二章塔设备的工艺计算.................................................................................6第三章塔和塔板主要工艺尺寸计算...............................................................15第四章塔板的流体力学验算...........................................................................18第五章塔板负荷性能图...................................................................................21第六章换热器的设计计算与选型...................................................................25第七章主要工艺管道的计算与选择...............................................................28结束语...................................................................................................................30参考文献...............................................................................................................32附录.......................................................................................................................33化工原理课程设计任务书设计题目：苯—甲苯连续精馏塔（浮阀塔）的设计一、工艺设计部分（一）任务及操作条件1.基本条件：含苯25％(质量分数，下同)的原料液以泡点状态进入塔内，回流比为最小回流比的1.25倍。2.分离要求：塔顶产品中苯含量不低于95％，塔底甲苯中苯含量不高于2％。3.生产能力：每小时处理9.4吨。4.操作条件：顶压强为4KPa(表压)，单板压降≯0.7KPa，采用表压0.6MPa的饱和蒸汽加热。（二）塔设备类型浮阀塔。（三）厂址：湘潭地区（年平均气温为17.4℃）（四）设计内容1.设计方案的确定、流程选择及说明。2.塔及塔板的工艺计算塔高（含裙座）、塔径及塔板结构尺寸；塔板流体力学验算；塔板的负荷性能图；设计结果概要或设计一览表。3.辅助设备计算及选型（注意：结果要汇总）。4.自控系统设计（针对关键参数）。5.图纸：工艺管道及控制流程图；塔板布置图；精馏塔的工艺条件图。6.对本设计的评述或有关问题的分析讨论。二、按要求编制相应的设计说明书设计说明书的装订顺序及要求如下：1.封面（设计题目，设计人的姓名、班级及学号等）2.目录3.设计任务书4.前言（课程设计的目的及意义）5.工艺流程设计6.塔设备的工艺计算（计算完成后应该有计算结果汇总表）7.换热器的设计计算与选型（完成后应该有结果汇总表）8.主要工艺管道的计算与选择（完成后应该有结果汇总表）8.结束语（主要是对自己设计结果的简单评价）9.参考文献（按在设计说明书中出现的先后顺序编排，且序号在设计说明书引用时要求标注）10.设计图纸三、主要参考资料[1]化工原理；[2]化工设备机械基础；[3]化工原理课程设计；[4]化工工艺设计手册四、指导教师安排杨明平；胡忠于；陈东初；黄念东五、时间安排第17周～第18周前言化工原理课程设计是化工原理教学的一个重要环节，是综合应用本门课程和有关其他课程所学知识，完成以单元操作为主的一次设计实践。通过课程设计使学生掌握化工设计的基本程序和方法，并在查阅技术资料、选用公式和数据、用简洁文字和图表表达设计结果、制图以及计算机辅助计算等能力方面得到一次基本训练，在设计过程中还应培养学生树立正确的设计思想和实事求是、严肃负责的工作作风。通过课程设计，我们可以完全的掌握整个连续精馏过程的每一个细节，并且能够综合运用所学的知识处理工业生产中的实际问题。为不久的将来把知识转化为生产力打下了坚实的基础。本次课程设计主要是从以下四个方面进行的：工艺流程设计；塔设备的工艺计算；换热器的设计计算与选型；主要工艺管道的计算与选择。课程设计还会有各种设计图纸和参考文献等。特别感谢杨明平老师、胡忠于老师、陈东初老师、黄念东老师、周珊同学（生科院09微生物）。在他们的支持下我的课程设计才顺利完成。第一章工艺流程设计本设计任务为分离苯-甲苯混合物。对于该二元混合物的分离，应采用连续精馏过程。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入精馏塔内。塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝，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。该物系属易分离物系，最小回流比较小，故操作回流比取最小回流比的1.25倍。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。苯-甲苯连续精馏塔浮阀塔的流程的组成包括原料贮槽、原料泵、甲苯贮槽、甲苯泵、甲苯冷凝器、原料液预热器、再沸器、原料加热器、全凝器、苯冷却器、精馏塔、事故槽、蒸汽分配缸、回流罐、苯中间贮槽、苯贮槽、苯泵等附属设备。第二章塔设备的工艺计算2.1操作条件、基础数据及相关参数2.1.1操作条件塔顶压力4KPA进料热状态泡点进料回流比为最小回流比的1.25倍塔底加热蒸气压力0.6Mpa（表压）单板压降≯0.7kPa。2.1.2基础数据进料中苯含量（质量分数）25%塔顶苯含量（质量分数）95%塔釜苯含量（质量分数）2%生产能力（吨/小时）9.42.1.3相关物性参数苯和甲苯的物理参数见下表[1]：饱和蒸汽压：苯、甲苯的饱和蒸汽压可用Antoine方程计算[1]：苯、甲苯的相对密度见下表[1]：分子式相对分子质量沸点℃临界温度℃临界压力KPa苯（A）C6H678.11g/mol80.1288.56833.4甲苯（B）C7H892.13g/mol110.6318.574107.7ABC苯6.0231206.35220.34甲苯6.0781343.94219.58温度（℃）8090100110120苯815803.9792.5780.3768.9甲苯810800.2790.3780.3770.0液体表面张力见下表[1]：苯甲苯液体粘度见下表[1]：2.2精馏塔的物料衡算2.2.1原料液及塔顶、塔顶产品的摩尔分率苯的摩尔质量MA=78.11kg/kmol甲苯的摩尔质量MB=92.13kg/kmolxF=13.92/75.011.78/25.011.78/25.0=0.281xD=13.92/05.011.78/95.011.78/95.0=0.957xW=13.92/98.011.78/02.011.78/02.0=0.0242.2.2原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量MF=0.281×78.11+（1-0.281）×92.13=88.19kg/kmolMD=0.957×78.11+（1-0.957）×92.13=78.71kg/kmolMW=0.024×78.11+（1-0.024）×92.13=91.79kg/kmol2.2.3物料衡算生产能力9400kg/h塔顶产量D=71.789400=11.943kmol/h总物料衡算F=119.43+W苯物料衡算0.25F=0.95×11.943+0.02W温度（℃）8090100110120苯21.2720.0618.8517.6616.49甲苯21.6920.5919.9418.4117.31mPa8090100110120苯0.3080.2790.2550.2330.215甲苯0.3110.2860.2640.2540.228联立解得F=36.348kmol/hW=24.045kmol/h2.3全塔效率ET依据4-18[1]ET=0.17-0.616错误!未找到引用源。根据塔顶、塔底液相组成查4-23[1],求得塔平均温度为95.15℃，该温度下料液相平均粘度为：m=0.281苯+（1-0.281）甲苯=0.281×0.267+0.719×0.275=0.273mPa.s故ET=0.17-0.616错误!未找到引用源。=0.517≈52%2.4塔板数的确定2.4.1理论塔板层数NT的求取苯—甲苯属理想物系，可采用图解法求理论板层数。2.4.1.1.绘t-x-y图和x-y图由手册[1]查的苯-甲苯物系的气液平衡数据表一[苯（101.3KPa）/%（mol）]温度t℃液相中苯的摩尔分率x气相中苯的摩尔分率y110.560.000.00109.911.002.50108.793.007.11107.615.0011.2105.0510.0020.8102.7915.0029.4100.7520.037.298.8425.044.297.1330.050.795.5835.056.694.0940.061.992.6945.066.791.4050.071.390.1155.075.588.8060.079.187.6365.082.586.5270.085.785.4475.088.584.4080.091.283.3385.093.682.2590.095.981.1195.098.080.6697.098.880.2199.099.6180.01100.0100.0由上数据可绘出和t-x-y图和x-y图。图一图二2.4.1.2.最小回流比及操作回流比的确定采用作图法求最小回流比。因为是泡点进料，则xF=xq，在图二中对角线上，自点（0.281,0.281）作垂线即为进料线（q线），该线与平衡线的交点坐标为yq=0.486xq=0.281故最小回流比为Rmin=qqqDxyyx=281.0486.0486.0957.0=2.298则操作回流比为R=1.25Rmin=1.25×2.298=2.8732.4.1.3精馏塔气、液相负荷的确定L=RD=2.873×119.43=343.12kmol/hV=(R+1)D=（2.873+1）×119.43=462.55kmol/hL′=L+F=343.12+363.48=706.60kmol/hV′=V=462.55kmol/h2.4.1.4.求操作线方程精馏段操作线方程为0.95755.46243.11955.46212.343LxxVDxVyD0.742x+0.247提馏段操作线方程为024.055.46205.244'55.46260.706'''''xxVWxVLyw1.561x+0.0132.4.1.5.图解法求理论板层数采用图解法求理论板层数，如图二所示。求解结果为总理论塔板