目录
1 综述.............................................................. 1
1.1苯-甲苯物性.................................................. 1 1.2 塔设备概述 .................................................. 1 1.3设计方案的原则............................................... 2 1.4精馏塔设计任务............................................... 3 1.5精馏塔设计方案的选定......................................... 3 2 精馏塔设计计算................................................... 4
2.1 精馏塔的物料衡算 ............................................ 4 2.2 塔板数的确定 ................................................ 4 2.3 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 ........................ 7 2.4 精馏塔的塔体工艺尺寸计算 ................................... 11 2.5 塔板主要工艺尺寸的计算 ..................................... 14 3 塔的流体力学校验................................................. 16
3.1 校核 ....................................................... 16 3.2 负荷性能图计算 ............................................. 20 4精馏塔工艺设计结果 ............................................... 28
4.1 筛板塔板工艺设计结果 ....................................... 28 表4-1 设计计算结果汇总表....................................... 28 设计小结........................................................... 30 参考文献........................................................... 31 致谢............................................................... 32
化工系课程设计
1 综述
1.1苯-甲苯物性
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。苯难溶于水；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，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。
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。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。
1.2 塔设备概述
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。
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、蛇形、S型、多降液管塔板；（2）无降液管的塔板，如穿流式筛板、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。
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，石油化工等工业得到广泛应用。精馏原理是将液体混合物部分气化,利用其中各组份挥发度不同的特性，实现分离目的的单元操作。本次设计任务为设计一定处理量的分离苯和甲苯混合物精馏塔。
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精馏所进行的是气、液两相之间的传质，为了满足工业生产和需要，塔设备还得具备下列各种基本要求：
(1) 气(汽)、液处理量大，即生产能力大时，仍不致发生大量的雾沫夹带、拦液或液泛等破坏操作的现象。
(2) 操作稳定，弹性大，即当塔设备的气(汽)、液负荷有较大范围的变动时，仍能在较高的传质效率下进行稳定的操作并应保证长期连续操作所必须具有的可靠性。
(3) 流体流动的阻力小，即流体流经塔设备的压力降小，这将大大节省动力消耗，从而降低操作费用。
(4) 结构简单，材料耗用量小，制造和安装容易。 (5) 耐腐蚀和不易堵塞，方便操作、调节和检修。 (6) 塔内的滞留量要小。
不同的塔型各有某些独特的优点，设计时应根据物系性质和具体要求，抓住主要矛盾，进行选型。
化工原理课程设计是培养学生化工设计能力和计算机操作能力的重要教学环节，通过课程设计使我们初步掌握化工设计的基础知识、设计原则及方法，计算机绘图技术；学会通过手册查阅物质的物理性质、化学性质；掌握各种结果的校核，能画出工艺流程、塔板结构等图形。在设计过程中不仅要考虑理论上的可行性，还要考虑生产上的安全性、经济合理性。
1.3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，尽量采用科学技术上的最新成就，使生产达到技术上最先进、经济上最合理的要求，符合优质、高产、安全、低消耗的原则。为此，必须具体考虑如下几点：
(1) 满足工艺和操作的要求
所设计出来的流程和设备，首先必须保证产品达到任务规定的要求，其次所定的设计方案需要有一定的操作弹性，各处流量应能在一定范围内进行调节，必要时传热量也可进行调整，再其次，要考虑必需装置的仪表(如温度计、压强计，流量计等)及其装置的位置，以便能通过这些仪表来观测生产过程是否正常，从
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而帮助找出不正常的原因，以便采取相应措施。 (2) 满足经济上的要求
要节省热能和电能的消耗，减少设备及基建费用。适当地利用塔顶、塔底的废热，就能节约很多生蒸汽和冷却水，也能减少电能消耗。同样，回流比的大小对操作费和设备费也有很大影响。 (3) 保证安全生产
塔是指定在常压下操作的，塔内压力过大或塔骤冷而产生真空，都会使塔受到破坏，因而需要安全装置。
本课程设计的主要内容是设计过程的物料衡算，塔工艺计算，塔板结构设计以及校核。
1.4精馏塔设计任务
在一常压操作的连续精馏塔内分离苯-甲苯混合液。已知原料液的处理量为4500kg/h，原料组成为0.38(苯的质量分率,以下同)，要求塔顶馏出液的组成为0.95，塔底釜液的组成为0.01。
设计条件如下： 操作压力 塔顶常压4kPa
进料热状态 自选
回流比 自选
单板压降 0.8kPa
全塔效率 ET=52%
建厂地址 天津地区
试根据上述工艺条件作出筛板塔的设计
1.5精馏塔设计方案的选定
本设计任务为分离苯-甲苯混合物。对于二元混合物的分离，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，冷凝液在泡点温度下一部分回流至塔内，其余部分产品经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1.5倍。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。
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