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课程设计说明书武汉工程大学-1-化工与制药学院课程设计说明书课题名称：2万吨/年苯-甲苯精馏塔设计专业班级：10级生物技术01班学生学号：1006070135学生姓名：周迪学生成绩：指导教师：杜治平课题工作时间：2012年12月31日-2012年1月14日-2-武汉工程大学化工与制药学院课程设计任务书专业生物技术班级10生技1学生姓名周迪发题时间：2012年12月28日一、课题名称2万吨苯－甲苯板式精馏塔设计二、课题条件（文献资料、仪器设备、指导力量）1.课程设计参考书：(1)陈敏恒，丛德兹，方图南，齐鸣斋.化工原理(上、下册)(第二版).北京：化学工业出版社，2000(2)化学工程手册编辑委会.化学工程手册，第1篇化工基础数据；第13篇气液传质设备.北京：化学工业出版社，1986(3)柴诚敬，刘国维，李阿娜.化工原理课程设计.天津：天津科学技术出版社，19952.计算用计算机及绘图化工CAD软件三、设计任务（包括设计、计算、论述、实验、应绘图纸等，只需简明列出大项目）1.撰写课程设计说明书一份2.带控制点的工艺流程图一张3.塔设备的总装图（包括部分构件）一张四、设计所需技术参数原料：苯、甲苯原料温度：泡点进料94℃处理量：2万吨/年原料组成：苯的摩尔分率为0.40，甲苯的摩尔分率为0.60产品要求：塔顶苯的摩尔分率为0.93，塔底苯的摩尔分率为0.03生产时间：300天/年冷却水进口温度：25℃加热剂：0.9MPa饱和水蒸汽-3-单板压降:≤0.7kpa生产方式：连续操作，泡点回流五、设计说明书内容(指设计说明书正文中包括的主要设计内容，根据目录列出大标题即可)1．设计方案的确定2．带控制点的工艺流程图的确定3．操作条件的选择（包括操作压强、进料状态、加热剂、冷却剂、回流比）4．塔的工艺计算(1)全塔物料衡算(2)最佳回流比的确定(3)理论板及实际板的确定(4)塔径的计算(5)降液管及溢流堰尺寸的确定(6)浮阀数及排列方式（筛板孔径及排列方式）的确定(7)塔板流动性能的校核（液沫夹带校核，塔板阻力校核，降液管液泛校核，液体在降液管内停留时间校核，严重漏液校核）(8)塔板负荷性能图的绘制(9)塔板设计结果汇总表5．辅助设备工艺计算（1）换热器的面积计算及选型（2）各种接管管径的计算及选型（3）泵的扬程计算及选型6．塔设备的结构设计：（包括塔盘、裙座、进出口料管）六、进度计划（列出完成项目设计内容、绘图等具体起始日期）2012年12月31～2013年01月2：查找资料，初步确定设计方案及设计容2013年01月03～2013年01月5：根据设计要求进行设计，确定设计说明书初稿2013年01月06～2013年01月08：撰写设计说明书2013年01月09～2013年01月11：绘制工艺流程图及总装图-4-2013年01月12～2013年01月13：答辩指导教师（签名）：杜治平2012年12月30日学科部主任（签名）：吴广文2012年12月31日-5-《课程设计》综合成绩评定表学生姓名学生班级设计题目指导教师评语指导教师签字：年月日答辩记录答辩组成员签字：记录人：年月日成绩综合评定栏设计情况答辩情况项目权重分值项目权重分值1、计算和绘图能力351、回答问题能力202、综合运用专业知识能力102、表述能力（逻辑性、条理性）103、运用计算机能力和外语能力104、查阅资料、运用工具书的能力55、独立完成设计能力56、书写情况（文字能力、整洁度）5综合成绩指导教师签名：学科部主任签名：年月日年月日-6-摘要精馏是分离液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。本设计的题目是苯—甲苯二元物系板式精馏塔的设计。在确定的工艺要求下，确定设计方案，设计内容包括精馏塔工艺设计计算，塔辅助设备设计计算，精馏工艺过程流程图，精馏塔设备结构图，设计说明书。关键词：板式塔；苯--甲苯；工艺计算；结构图AbstractDistillationseparationisthemostcommonlyusedliquidmixtureofaunitoperationinchemical,petrochemicalandotherindustriesrefining,widelyapplied.Thisdesignisthesubjectofbenzenemorpholine-toluenebinarysystem-atypeofdistillationprocessofdesign,indeterminingtherequest,designscheme.Designcontentincludesdistillation,distillationprocessflowcharts,distillationequipmentstructureanddesignspecification.Keyword:Series-platetower;Benzene-methylbenzene;Distillationprocess；distillationequipmentstructure目录第一章文献综述.................................................-0-第二章设计方案的确定...........................................-0-2.1操作条件的确定............................................-0-2.2确定设计方案的原则........................................-1-第三章塔体计算.................................................-2-3.1设计方案的确定............................................-2-3.2精馏塔的物料衡算.........................................-2-第四章塔板计算.................................................-3-4.1塔板数的确定..............................................-3-4.2精馏段的计算..............................................-6-4.3提留段的计算..................................错误!未定义书签。第五章塔附件设计..............................................-19-5.1附件的计算...............................................-19-5.2附属设备设计.............................................-21-设计小结.......................................................-23-附录................................................错误!未定义书签。第一章文献综述塔设备是炼油、化工、石油化工等生产中广泛应用的气液传质设备。根据塔内气液接触部件的结构型式，可分为板式塔和填料塔。板式塔内设置一定数目的塔板，气体以鼓泡或喷射形式穿过板上液层进行质热传递，气液相组成呈阶梯变化，属逐级接触逆流操作过程。填料塔内装有一定高度的填料层，液体自塔顶沿填料表面下流，气体逆流向上（也有并流向下者）与液相接触进行质热传递，气液相组成沿塔高连续变化，属微分接触操作过程。工业上对塔设备的主要要求是：（1）生产能力大；（2）传热、传质效率高；（3）气流的摩擦阻力小；（4）操作稳定，适应性强，操作弹性大；（5）结构简单，材料耗用量少；（6）制造安装容易，操作维修方便。此外，还要求不易堵塞、耐腐蚀等。板式塔大致可分为两类：（1）有降液管的塔板，如泡罩、浮阀、筛板、导向筛板、新型垂直筛板、蛇形、S型、多降液管塔板；（2）无降液管的塔板，如穿流式筛板（栅板）、穿流式波纹板等。工业应用较多的是有降液管的塔板，如浮阀、筛板、泡罩塔板等。苯的沸点为80.1℃，熔点为5.5℃，在常温下是一种无色、味甜、有芳香气味的透明液体，易挥发。苯比水密度低，密度为0.88g/ml，但其分子质量比水重。苯难溶于水，1升水中最多溶解1.7g苯；但苯是一种良好的有机溶剂，溶解有机分子和一些非极性的无机分子的能力很强。甲苯是最简单，最重要的芳烃化合物之一。在空气中，甲苯只能不完全燃烧，火焰呈黄色。甲苯的熔点为-95℃，沸点为111℃。甲苯带有一种特殊的芳香味（与苯的气味类似），在常温常压下是一种无色透明，清澈如水的液体，密度为0．866克／厘米3，对光有很强的折射作用（折射率：1,4961）。甲苯几乎不溶于水(0,52g/l)，但可以和二硫化碳，酒精，乙醚以任意比例混溶，在氯仿，丙酮和大多数其他常用有机溶剂中也有很好的溶解性。甲苯的粘性为0,6mPas，也就是说它的粘稠性弱于水。甲苯的热值为40.940kJ/kg，闪点为4℃，燃点为535℃。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-1-其分离并分别进行回收和储存。板式精馏塔、浮法塔都是常用的塔类型，可以根据不同塔各自特点选择所需要的塔。筛板是在塔板上钻有均布的筛孔，呈正三角形排列。上升气流经筛孔分散、鼓泡通过板上液层，形成气液密切接触的泡沫层（或喷射的液滴群）。筛板塔是1932年提出的，当时主要用于酿造，其优点是结构简单，制造维修方便，造价低，气体压降小，板上液面落差较小，相同条件下生产能力高于浮阀塔，塔板效率接近浮阀塔。其缺点是稳定操作范围窄，小孔径筛板易堵塞，不适宜处理粘性大的、脏的和带固体粒子的料液。但设计良好的筛板塔仍具有足够的操作弹性，对易引起堵塞的物系可采用大孔径筛板，故近年我国对筛板的应用日益增多，所以在本设计中设计该种塔型。第二章设计方案的确定2.1操作条件的确定确定设计方案是指确定整个精馏装置的流程、各种设备的结构型式和某些操作指标。例如组分的分离顺序、塔设备的型式、操作压力、进料热状态、塔顶蒸汽的冷凝方式等。下面结合课程设计的需要，对某些问题作些阐述。2.1.1操作压力蒸馏操作通常可在常压、加压和减压下进行。确定操作压力时，必须根据所处理物料的性质，兼顾技术上的可行性和经济上的合理性进行考虑。例如，采用减压操作有利于分离相对挥发度较大组分及热敏性的物料，但压力降低将导致塔径增加，同时还需要使用抽真空的设备。对于沸点低、在常压下为气态的物料，则应在加压下进行蒸馏。当物性无特殊要求时，一般是在稍高于大气压下操作。但在塔径相同的情况下，适当地提高操作压力可以提高塔的处理能力。有时应用加压蒸馏的原因，则在于提高平衡温度后，便于利用蒸汽冷凝时的热量，或可用较低品位的冷却剂使蒸汽冷凝，从而减少蒸馏的能量消耗。2.1.2进料状态进料状态与塔板数、塔径、回流量及塔的热负荷都有密切的联系。在实际的生产中进料状态有多种，但一般都将料液预热到泡点或接近泡点才送入塔中，这主要是由于此时塔的操作比较容易控制，不致受季节气温的影响。此外，在泡点进料时，精馏段与提馏段的塔径相同，为设计和制造上提供了方便。2.1.3加热方式蒸馏釜的加热方式通常采用间接蒸汽加热，设置再沸器。有时也可采用直接蒸汽加热。然而，直接蒸汽加热，由于蒸汽的不断通入，对塔底溶液起了稀释作用，在塔底易挥发物损失量相同的情况下，塔底残液中易挥发组分的浓度应较低，因而塔板数稍有增加。采用直接蒸汽加热时，加热蒸汽的压力要高于釜中的压力，以便克服蒸汽喷出小孔的阻力及釜中液柱静压力。对于苯-甲苯溶液，一般采用1.1~2.0KPa（表压）。-1-2.2确定设计方案的原则确定设计方案总的原则是在可能的条件下，尽量采用科学