长沙学院课程设计说明书
题目苯—甲苯填料精馏塔设计系(部) 生物工程与环境科学系
专业(班级) 营养1班
姓名王敏
学号2011032137
指导教师李晋波
起止日期2013/5/20—2013/5/31
目录
第1章设计流程的确定和说明 (4)
1.1 设计任务 (4)
1.2 设计流程 (5)
1.2.1 装置流程的确定 (5)
1.2.2 操作压力的选择 (6)
1.2.3 加料的方式 (7)
1.2.4 进料的方式 (7)
1.2.5 塔顶冷凝方式 (7)
1.2.6 回流比的选择 (7)
1.2.7 加热方式 (7)
第2章精馏塔的物料衡算 (9)
2.1 原料的摩尔分率、平均摩尔质量及处理量 (9)
2.2 产品的摩尔分率、平均摩尔质量及处理量 (9)
第3章精馏塔的热量衡算 (11)
3.1加热介质和冷却剂的选择 (11)
3.2 冷凝器的热负荷的计算 (11)
3.3 冷却介质消耗量的计算 (12)
3.4 加热器的热负荷及全塔热量衡算 (12)
第4章精馏塔的理论板数和物性参数的计算 (16)
4.1 塔顶、塔底、塔釜温度的求算 (16)
4.2 理论板数的求取 (16)
4.3 塔顶条件下的流量及物性参数 (17)
4.4 塔底条件下的流量及物性参数 (18)
4.5 进料条件下的流量及物性参数 (18)
4.6 精馏段的流量及物性参数 (19)
4.7 提馏段的流量及物性参数 (19)
第5章精馏塔的塔体尺寸的计算 (21)
5.1 填料的选择 (21)
5.2 塔径的计算 (21)
5.2.1 精馏段塔径的计算 (21)
5.2.2 提馏段塔径的计算 (22)
5.3 填料层高度的计算 (22)
第6章精馏塔附件的选型及计算 (24)
6.1 塔接管的计算及选择 (24)
6.1.1 进料管 (24)
6.1.2 回流管 (24)
6.1.3 塔顶蒸汽接管 (24)
6.1.4 塔釜出料 (24)
6.2 液体分布器的选型 (24)
6.2.1 回流也分布器的计算 (24)
6.2.2 进料液分布器的计算 (25)
6.2.3 液体再分布器 (25)
6.3 填料支撑板的选择 (25)
6.4 填料压紧装置 (26)
6.5 塔釜设计 (26)
6.6除沫器 (26)
第7章精馏塔附属设备选型及计算 (27)
7.1 冷凝器 (27)
7.1.1 冷凝器的选型 (27)
7.1.2 传热面积的计算 (27)
7.2 加热器 (27)
7.2.1 加热器的选型 (27)
7.2.2 传热面积的计算 (27)
7.3 手孔 (28)
7.4 裙座 (28)
7.5空间高度 (28)
第8章结语 (29)
致谢 (30)
符号说明 (31)
参考文献 (33)
附录 (34)
第1章设计流程的确定和说明
1.1 设计任务
化工原理课程设计任务书
系主任张建社指导老师李晋波学生王敏
一、设计题目：苯-甲苯填料精馏塔设计
二、设计条件
1.处理量：5800吨/年；
2.料液组成（质量分数）：苯含量为66%的常温液体；
3.塔顶产品组成(质量分数)：塔顶丙酮含量不低于（不高于）97%；
4..塔底产品组成(质量分数)：塔底丙酮含量不高于3%
5.年工作生产时间：300天
三、设计内容
1、设计方案的确定：（1）进料状态，自选（2）加热方式，自选（3）热能的
利用
2、工艺计算: (1)物料衡算；（2）热量衡算；（3）回流比的确定；（4）理论塔
板数的确定。
3、填料精馏塔设备设计：填料的选择、填料层压降的计算、液体分布器简要
设计、填料层高度的计算、精馏塔接管尺寸的计算、填料支承板的选择、除沫器等
4、流体力学的计算及有关水力性质的校核。
5、填料精馏塔的辅助设备的选型
6、手工绘制主要设备的设计条件图（A2图纸）
7、编写设计说明书。
10Pa）
四、厂址：长沙地区（1.01×5
五、设计任务
完成精馏塔的工艺设计，有关附属设备的设计和选型，绘制精馏塔设备的设计条件图，编写设计说明书。
六、设计时间安排
2013.5.10-----2013.5.31
1.2 设计流程
在化工生产中，精馏是最常用的单元操作,，是分离均相液体混合物的最有效方法之一，在炼油、化工、石油化工等工业中得到广泛应用。塔设备一般分为级间接触式和连续接触式两大类。前者的代表是板式塔，后者的代表则为填料塔。随着石油化工的发展，填料塔日益受到人们的重视，填料塔技术有了长足的进步，涌现出不少高效填料与新型塔。苯和甲苯的分离对于工业生产具有重要的意义填料塔是塔设备的一种。塔内填充适当高度的填料，以增加两种流体间的接触表面。结构较简单，检修较方便。广泛应用于气体吸收、蒸馏、萃取等操作。据有关资料报道塔设备的资料费用占整个投资的费用的较大比例。因此，塔设备的设计和研究，受到化工和炼油行业的极大重视。根据设计任务书，此塔设计为填料精馏塔。
1.2.1 装置流程的确定
冷却器设备。蒸馏过程按操作方式的不同，分为连续蒸馏和间歇蒸馏两种流程。连续蒸馏具有生产能力大，产品质量稳定等优点，适合小规模，多品种或多组分物系的初步分离。蒸馏装置包括精馏塔, 原料预热塔, 蒸馏釜,冷凝器,釜液器,釜液冷却器和产品
蒸馏是通过物料在塔内的多次部分汽化和多次部分冷凝实现分离的，热量自塔釜输入，由冷凝器冷却器中的冷却介质将余人热带走。在此过程中，热能利用很低，为此，在确定装置流程时应考虑余热的利用。譬如，用原料做为塔顶产品冷却器的冷却介质，即可将原料预热，有可节余冷却介质。
另外，为保持塔的稳定性，流程中初用泵送入塔原料外也可采用高位槽入料，以
免受泵操作波动的影响。
塔顶冷凝装置可采用全凝器，分冷器—全冷器两种不同的设置。工业上以采用全凝器为主，以便于准却的控制回流比。塔顶分凝器对上升蒸气有一定的增浓作用，若后继装置使用气态物料，则应用分凝器。
总之，确定流程时要教全面合理的兼顾设备、操作费用、操作控制及安全等因素。
1.2.2 操作压力的选择
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：
一、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，回流比或塔高增加，导致操作费用或设备费用增
加。因此如果在常压下操作时，塔顶蒸气可以用普通冷却水进行冷却，一般不采用加压操作。操作压力大于1.6MPa才能使普通冷却水冷却塔顶蒸气时，应对低压、冷冻剂冷却和高压、冷却水冷却的方案进行比较后，确定适宜的操作方式。
二、考虑利用较高温度的蒸气冷凝热，或可利用较低品位的冷源使蒸气冷凝，且压力提高后不致引起操作上的其他问题和设备费用的增加，可以使用加压操作。
三、真空操作不仅需要增加真空设备的投资和操作费用，而且由于真空下气体体积增大，需要的塔径增加，因此塔设备费用增加。
1.2.3 加料的方式
加料方式有两种：高位槽加料和泵直接加料。采用高位槽加料，通过控制液位高度，可以得到稳定的流量和流速。通过重力加料，可以节约一笔动力费用，但由于多了高位槽，建设费用增加；采用泵加料，受泵的影响，流量不太稳定，流速也忽大忽小，从而影响了传质效率，但结构简单、安装方便；本次设计选用高位槽加料。
1.2.4 进料的方式
本设计任务为分离苯-甲苯溶液混合物，对于二元混合物的分离应选用连续精馏操作，本设计中的进料方式为泡点回流，也就是将原料液通过加热器加热到泡点后送入精馏塔内，塔顶上升蒸汽采用全冷凝器冷凝，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。
采用泡点进料，不仅对稳定塔操作较为方便，且不受春夏秋冬因为进料温度的变化而造成塔的不稳定。
1.2.5 塔顶冷凝方式
塔顶采用全冷凝器，用水冷凝，塔顶出来的气体温度不高，冷凝后回流液和产品温度不高，无需进一步冷却。此次分离选用全冷凝器。
1.2.6 回流比的选择
该物系属于易分离物系，最小回流比也比较小，故使操作回流比取最小回流比的2倍。最小回流比的选取关系着塔板数的个数，要想达到理想的分离效果，如果回流比越小，塔板数就会越大，从而减少操作成本，但是精馏塔制造的固定成本提高，相反，回流比越大，塔板数就越小，操作成本高但是制造成本低。
1.2.7 加热方式
加热方式分为直接蒸汽和间接蒸汽加热，本设计采用间接蒸汽加热，间接加热是通过加热器使釜液产生汽化，上升蒸汽与回流下来的冷液进行传质。
采用间接蒸汽加热可以使釜液部分汽化，维持原来的浓度，以此可以减少理论板数。缺点是增加加热装置。
第2章 精馏塔的物料衡算
2.1 原料的摩尔分率、平均摩尔质量及处理量
苯的摩尔质量 MA=78.11kg/kmol 甲苯的摩尔质量 MB=92.13 kg/kmol
由已知条件得知，料液组成为66%，从而可求原料的摩尔分率和原料的平均摩尔质量
13.92/34.011.78/66.011
.78/66.0x +=
F =0.69
F M = 0.69?78.11+(1-0.69)?92.13=82.46 kg/kmol 又由已知的处理量为5800吨/年，可得原料处理量：
46.82243001000
5800???=
F =9.77kmol/h
2.2 产品的摩尔分率、平均摩尔质量及处理量
由已知条件，塔顶产品组成为97%，可求塔顶组成的摩尔分率及平均摩尔质量。
kg/kmol
715.013.92/32.011.78/68.011
.78/68.0=+=F X 13.9203.011.78976.0?+?=D M
塔釜产品为3%，可求塔釜组成的摩尔分率及平均摩尔质量。
037
.013.9297.011.7803.011
.7803.0=?+??=W X 又已知F=D+W
XW XD XF
W D F += 即9.77=D+W
9.77? 0.69=D ? 0.976+W ?0.037 联立以上两式 D=2.99 kmol/h W=F-D=9.77-2.99=6.78 kmol/h 物料中塔顶产品的平均相对分子质量：
M=78.11× 0.976+92.13×（1-0.976）=78.45kg/kmol 塔顶产品流量：D=2.99× 78.45=234.57kg/h 塔釜产品的平均相对分子质量：
M=78.11×0.037+92.13×（1-0.037）=91.61kg/kmol 塔顶产品流量：W=6.78× 91.61=621.12kg/h
F=D+W=855.69kg/h 物料衡算结果（表2-1）
Kmol/h 9.77 2.99 6.78 组成
质量分率 66% 97% 3%
摩尔分率
0.69
0.976
0.037
第3章 精馏塔的热量衡算
3.1加热介质和冷却剂的选择
加热介质：本设计选用300kpa （温度为133.3℃）的饱和水蒸汽作为加热介质，因为饱和水蒸汽是一种应用最广的加热剂，其冷却时的传热膜系数很高，可以通过改变水蒸气的压力控制加热温度，水蒸气易于获得、清洁、不易腐蚀加热管，成本低，塔结构也不复杂。
冷却剂:本设计选用29℃的冷却水，选升温10℃，即冷却水的出口温度为39℃
3.2 冷凝器的热负荷的计算
冷凝器的热负荷Qc=(R+1)D 错误！未找到引用源。
式中 错误！未找到引用源。----塔顶上升蒸气焓，kJ ／kmol ； 错误！未找到引用源。----塔顶馏出液的焓，kJ ／kmol 。 错误！未找到引用源。
式中 苯
v H ?----苯的蒸发潜热，kJ ／kmol ；
错误！未找到引用源。----甲苯的蒸发潜热，kJ ／kmol
苯 80.10 7352 562.1 甲苯 110.63
7930
591.7
(资料来源：化学工业出版社——化工基础数据 p 288-300）
蒸发潜热与温度的关系：错误！未找到引用源。=错误！未找到引用源。 其中错误！未找到引用源。------对比温度。
由沃森公式计算塔顶温度下的潜热：
错误！未找到引用源。=错误！未找到引用源。
已知： LD t = 80.72℃ VD t = 93℃ w t
= 104.9℃ =F t 93.4℃
（1）
VD
t = 93℃时，对苯：
651.01.5629315.27322=+==
C r T T T
628.01.5621.8015.27321=+==
C r T T T
蒸发潜热：
kmol kJ T T H r r V /72.30023184.4)11(
735238
.01
2=?--?=?
（2 ） VD t = 93℃时，对甲苯同理得： 619.02
=r T 649.01=r T 蒸发潜热： kmol kJ H V /43.34229=?
蒸发潜热△HvA =7352?4.184?（628.01651
.01--）0.38=30023.72kj/kmol
VB H =7930?4.184?（649.01619
.01--）0.38=34229.43kj/kmol
对全冷凝器做热量衡算（忽略热量损失）
=(R+1)D 错误！未找到引用源。
选择泡点回流，因为塔顶苯含量很高，与露点接近，所以：
甲苯
苯）（v D H X -1?+?=I -I v D LD vD H X 代入数据得：
)()1(LD VD C I I D R Q -+=
kmol kJ H X H X I I
V D V D LD VD /66.30124-1=?+??=-甲苯苯）（
kmol kJ Q C /65.21257166.3012499.2)136.1(=??+=
3.3 冷却介质消耗量的计算
错误！未找到引用源。=错误！未找到引用源。=5080.58(kJ ／h)
3.4 加热器的热负荷及全塔热量衡算
本设计选用300kpa （温度为133.3℃）的饱和水蒸汽作为加热介质
表3-2为苯和甲苯的摩尔热容
t/℃ 20 40 60 苯（C mp /kj/kmol ） 1.716 1.767 1.828 甲苯 1.681 1.057 1.834
3-3
1P
甲苯 904.172.802
=P C 994
.14
.932=P C
949.12=P C 苯 976.19
.1041
=P C 931
.14
.931=P C
954.11=P C 甲苯
995.19
.1042
=P C 994
.14
.932=P C
995.12=P C
苯：错误！未找到引用源。=1.91×(80.72-93.4)=-24.22 错误！未找到引用源。=1.91×(104.9-93.4)=21.97 甲苯：错误！未找到引用源。=1.954×(80.72-93.4)=-24.78 错误！未找到引用源。=1.995×(104.9-93.4)=22.94
错误！未找到引用源。=[错误！未找到引用源。+错误！未找到引用源。 (1-错误！未
找到引用源。)]（F LD t t -）
=(1.91×0.97+0.03×1.954)×(80.72-93.4)=-24.24
错误！未找到引用源。=[错误！未找到引用源。+错误！未找到引用源。 (1-错误！未
找到引用源。)]（F w t t -）
=(1.949×0.03+1.995×0.97)×(104.9-93.4)=22.93 已知 D=234.57kg ／h) W=621.12(kg ／h)
所以 错误！未找到引用源。=D =D×错误！未找到引用源。△t=-7356.31(kJ ／h) 错误！未找到引用源。=W 错误！未找到引用源。=W×错误！未找到引用源。△t=5685.98(kJ ／h)
（2）对全塔进行热量衡算：错误！未找到引用源。+错误！未找到引用源。+错误！未找到引用源。
为简化计算，以进料焓，即93.4时的焓值为基准做热量衡算。
错误！未找到引用源。+错误！未找到引用源。+错误！未找到引用源。-错误！未找到
引用源。=221127.95(kJ ／h) 取热损失为10%，则η=0.9，则错误！未找到引用源。=错误！未找到引用源。=
7.2456979.095
.221127= 式中 错误！未找到引用源。----加热器理想热负荷，kJ ／h ；
错误！未找到引用源。----加热器实际热负荷，kJ ／h ； 错误！未找到引用源。----塔顶馏出液带出热量，kJ ／h ； 错误！未找到引用源。----塔底带出热量，kJ ／h 。 （4）加热蒸汽消耗量：
△错误！未找到引用源。=2618.1 kJ ／kg (333K,300kPa) 错误！未找到引用源。=错误！未找到引用源。=3.1131
.21687
.245697 (kg ／h)
表 3.4热量衡算数据结果
符
号
数 值
212571.65 kJ ／h
5080.58 kg ／h 0 -5685.98 kJ ／h
14242 .28kJ ／h
245697.7 kJ ／h
113.3 kJ ／h
第4章 精馏塔的理论板数和物性参数的计算
4.1 塔顶、塔底、塔釜温度的求算
由《化工原理课程设计》刘雪暖 汤景凝 主编查得苯——甲苯的气液平衡数据
表4-1常压下苯——甲苯的气液平衡数据
苯的摩尔分数 温度t/o
C 苯的摩尔分数 温度t/o
C 液相x 气相y 液相x 气相y 0 0 110.6 0.592 0.789 89.4 0.088 0.212 106.1 0.7 0.853 86.8 0.2 0.37 102.2 0.803 0.914 84.4 0.3 0.5 98.6 0.903 0.957 82.3 0.397 0.618 95.2 0.95 0.979 81.2 0.489
0.71
92.1
1
1
80.2
根据汽液平衡表（x-y-t ）利用内插法求以下几个温度 塔顶温度LD t 、 VD t
81
2.8081
3.961003.966.97--=--LD t 得LD t = 80.72℃
1081002.805.981006.97100--=
--VD
t 得VD t =93℃ b 、塔釜温度
0.607.30--=108100100--tw
得W
t =104.9℃ c 、进料温度
88
88
869.82699.826.87--=--F t 得F t =93.4℃
d 、相对挥发度α t=81℃时，)1()
1(1Y x x y --=
α=2.52
t=106℃时 =--=
)
1()
1(2Y x x y α 2.27
4.2 理论板数的求取
由于本次设计的相对挥发度是变化的，所以不能用简捷法求得，应用图解法。 根据苯-甲苯溶液物系的气液平衡数据，绘出x-y 图(见附页1) 求最小回流比及操作回流比
采用作图法求最小回流比，在气液相平衡图中对角线自点e （0.69,0.69）作垂线ef 即为进料线q 线，该线与平衡线的交点坐标：69.0,86.0==P P x y
故最小回流比为:68.069
.086.086
.0976.0min =--=--=
P P P D x y y x R
取操作回流比为:R=2 Rmin =1.36 精馏塔的气、液相负荷：
L=RD=1.36 ?2.99=4.07kmol/h V=(R+1)D=2.36? 2.99=7.06 kmol/h L’=L+q ? F=4.07+9.77=13.84 kmol/h V’=V+(q -1)F=7.06 kmol/h 图解法求理论板层数
采用图解法求解理论板数，如图附录1，求解结果为： 总理论板数 NT=12(含再沸器) 进料板位置 NF=5
精馏段理论板数：5块 提馏段 ：7块 b 、塔釜温度
0.607.30--=108100100--tw
得W
t =104.9℃ 4.3 塔顶条件下的流量及物性参数
x D =0.976 D α=13
.92)976.01(11.78976.011.78976.0?-+??=0.972
D=2.99kmol/L
a 、 气相平均相对分子质量的计算可由x D =y 1=0.976 查平衡曲线得x 1=0.941
M VD =M A x D +M B (1-x D )=0.976?78.11+（1-0.976）?92.13=78.45 kg/kmol
b 、 液相平均相对分子质量：
M LD =M A x 1+M B (1-x 1)=0.941? 78.11+(1-0.941)? 92.13=78.94 kg/kmol c.气相密度：ρVD =
004.22P P T T M VD ??=
72
.8015.27315.2734.2245.78+?=2.695kg/m 3
d.液相密度：当t LD = 80.72℃时利用内插法得
ρA =815 kg/m 3，
3
/810m
kg B =ρB B A A LD ραραρ+=1=001.0810
03.081597.0=+ kg/m 3 故LD ρ=833.3 kg/m 3
e.液相黏度t LD = 80.72℃时利用内插法得A μ=0.306mpa·s ，B μ=0.309mpa·s
LD μ=μ
A X D +
B μ(1-X
D))=0.306?
0.97+0.309 ?(1-0.97)=0.306 mpa·s
f.塔顶出料口质量流量：D=2.99?78.45=234.57kg/h
4.4 塔底条件下的流量及物性参数
Xw=0.037 075.0=W y
αw=
032
.013
.92)037.01(11.78037.011
.78037.0=?-+??
a 、液相平均相对分子质量：VW M kmol kg /61.91)037.01(13.92037.011.78=-?+?= b.气相密度：当Tw=104.9℃时
ρVW =
004.22P P T T M VW ??=
9
.10415.27315.2734.2208.91+?=4.79 kg/m 3 c. 液相密度: Tw=104.9℃时
B B A A Lw ραραρ+=1=001276.03
.785968.04.786032.0=+ kg/m 3 d.液相黏度Tw=104.9℃时 利用内插法得A μ=0.244mpa·s ，B μ=0.255mpa·s
Lw μ=μ
A X D +
B μ(1-X
D))=0.244?
0.965+0.255 ?(1-0.965)=0.244 mpa·s
4.5 进料条件下的流量及物性参数
F=9.77kmol/h x F =0.69 y F =0.86
αF =
13
.92)69.01(11.7869.011
.7869.0?-+??=0.654
a. 气相平均相对分子质量
M VF =M AyF +M B (1-yF )=0.86?78.11+（1-0.86）?92.13=80.07 kg/kmol
c 、 液相平均相对分子质量
d 、
M LF =M AxF +M B (1-XF )=0.69?78.11+（1-0.69）?92.13=82.46 kg/kmol
c.气相密度：ρVF =
004.22P P T T MV F ??=
4
.9315.27315.2734.2207.80+?=2.664kg/m 3 d.液相密度：当t LD = 93.4℃时利用内插法得
8.796=B ρkg/m 3
B B A A LF ραραρ+=1=8
.796346.0800654.0+001251.0= kg/m 3 ρLF =799.4 kg/m 3
e.液相黏度t LF = 93.4℃时利用内插法得A μ=0.271mpa·s ，B μ=0.279mpa·s
LD μ=μ
A X F +
B μ(1-X
F))=0.271?
0.97+0.279 ?(1-0.97)=0.273 mpa·s
f.进料质量流量：F=
24
300100
5800??=80.5kg/h
4.6 精馏段的流量及物性参数
a.气相平均相对分子质量：M VJ ==79.26 kg/kmol
b 、液相平均相对分子质量：M LJ =2
LF
LD M M +=80.7 kg/kmol c.气相密度：ρVJ =
2VF
VD ρρ+=2.680kg/m 3
d.液相密度：ρLJ =2
LF
LD ρρ+=816.4kg/m 3
e.气相流量：V=(R+1)D=(1.36+1)2.99=7.06 kmol/h V=7.06×79.26=559.6kg/h
f.液相流量：L=RD=1.36×2.99=4.07kmol/h L=4.07×80.7=328.4kg/h
g.液相黏度：=LJ μ2LF D L μμ+=0.290 mpa ·s
4.7 提馏段的流量及物性参数
a.气相平均相对分子质量：M VT =
2
VW
VF M M +=85.58 kg/kmol
b 、液相平均相对分子质量：M LT =2
LW
LF M M +=87.04kg/kmol c.气相密度：ρVT =2
VW
VF ρρ+=3.73kg/m 3 d.液相密度：ρLJ =
2
LW
F L ρρ+=792.8kg/m 3
e.气相流量：V’=（q-1)F+V=7.06 kmol/h
V’=7.06×85.58=604.2kg/h f.液相流量：L’=L+qF=13.84kmol/h
L’=13.84×87.04=1204.6kg/h
g.液相黏度：μLT =2
LF
LW μμ+=0.2590mpa·s
第5章
精馏塔的塔体尺寸的计算
5.1 填料的选择
填料是填料塔的核心构件，它提供了气液两相相接触传质与传热的表面，与塔内件一起决定了填料塔的性质。
本设计选用规整填料，金属波纹250Y 型填料。规整填料是一种在塔内按均匀图形排布、整齐堆砌的填料，规定了气液的通路，改善了沟流和壁流现象，压降可以很小，可以提供更大的比表面积，在等溶剂中达到更高的传质、传热效果。
与散装填料相比，规整填料结构均匀、规则、有对称性，当与散装填料有相同的比表面积时，填料孔隙率更大，具有更大的通量，单位分离能力大。
5.2 塔径的计算
5.2.1 精馏段塔径的计算
精馏段：K=1.75，A=0.291，ρV =2.680 kg/m 3 ,ρL =816.4 kg/m 3
L μ=0.29mpa·s , L=328.4kg/h, V=559.6kg/h , ε=0.97 , α=250㎡/ m 3 把以上数据代入气速关联式:
㏒[2.0t L
L
V F
F g
u u μρρε
εεα???
? ?????
?????]=A-K(V L )0.25(L V ρρ)0.125 得u F =2.2m/s
空塔气速u=0.5u F =2.2×0.5=1.1 m/s
课程设计任务书 一、课题名称 苯——甲苯混合体系分离过程设计 二、课题条件（原始数据） 1、设计方案的选定 原料：苯、甲苯 年处理量：108000t 原料组成（甲苯的质量分率）：0.5 塔顶产品组成：%99>D x 塔底产品组成：%2 设计容 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 一、简介 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。根据塔气液接触部件的结构型式，可分为板式塔和填料塔。板式塔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：（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 化工原理课程设计 设计题目:苯-甲苯体系板式精馏塔设计 化工原理课程设计任务书 ?设计任务 分离含苯35% ，甲苯65%的二元均相混合液，要求所得单体溶液的浓度不低于97% 。（以上均为质量分率） 物料处理量：20000吨/年。（按300天/年计） 物料温度为常温（可按20℃计）。 ?设计内容 设计一常压下连续操作的板式精镏塔，设计内容应包含： 方案选择和流程设计； 工艺计算（物料、热量衡算，操作方式和条件确定等），主要设备的工艺尺寸计算（塔高、塔径）； 主体设备设计，塔板选型和布置，流体力学性能校核，操作负荷性能图，附属设备选型； 绘制工艺流程示意图、塔体结构示意图、塔板布置图； （设计图纸可手工绘制或CAD绘图） ?计算机辅助计算要求 物性计算 ①编制计算二元理想混合物在任意温度下热容的通用程序； ②编制计算二元理想混合物在沸腾时的汽化潜热的通用程序。 气液相平衡计算 ①编制计算二元理想混合物在任意温度下泡点、露点的通用程序； ②编制计算二元理想混合物在给定温度、任意组成下气液分率及组成的通用程序。 精馏塔计算 ①编制计算分离二元理想混合液最小回流比的通用程序； ②编制分离二元理想混合液精馏塔理论塔板逐板计算的通用程序。 采用上述程序对设计题目进行计算 ?报告要求 设计结束，每人需提交设计说明书（报告）一份，说明书格式应符合毕业论文撰写规范，其内容应包括：设计任务书、前言、章节内容，对所编程序应提供计算模型、程序框图、计算示例以及文字说明，必要时可附程序清单；说明书中各种表格一律采用三线表，若需图线一律采用坐标纸（或计算机）绘制；引用数据和计算公式须注明出处（加引文号），并附参考文献表。说明书前后应有目录、符号表；说明书可作封面设计，版本一律为十六开(或 A4幅面)。 摘要 化工生产和现在生活密切相关，人类的生活离不开各色各样的化工产品。设计化工单元操作，一方面综合了化学，物理，化工原理等相关理论知识，根据课程任务设计优化流程和工艺，另一方面也要结合计算机等辅助设备和机械制图等软件对数据和图形进行处理。 本次设计旨在分离苯和甲苯混合物，苯和甲苯化学性质相同，可按理想物系处理。通过所学的化工原理理论知识，根据物系物理化学特性及热力学参数，对精馏装置进行选型和优化，对于设备的直径，高度，操作条件（温度、压力、流量、组成等）对其生产效果，如产量、质量、消耗、操作费用 BeiJing JiaoTong University HaiBin College 化工原理课程设计 说明书 题目：年处理量18万吨苯—甲苯混合液的连续 精馏塔的设计 院（系、部）：化学工程系 姓名： 班级： 学号： 指导教师签名： 2015 年4 月12 日 摘要 目前用于气液分离的传质设备主要采用板式塔，对于二元混合物的分离，应采用连续精馏过程。浮阀塔在操作弹性、塔板效率、压降、生产能力以及设备造价等方面都比较优越。其主要特点是在塔板的开孔上装有可浮动的浮阀，气流从浮阀周边以稳定的速度水平进入塔板上液层进行两相接触，浮阀可根据气体流量的大小上下浮动，自行调节。其中精馏塔的工艺设计计算包括塔高、塔径、塔板各部分尺寸的设计计算，塔板的布置，塔板流体力学性能的校核及绘出塔板的性能负荷图。 关键词：气液传质分离；精馏；浮阀塔 ABSTRACT Currently，the main transferring equipment that used for gas-liquid separation is tray column. For the separation of binary, we should use a continuous process. The advantages of the float value tower lie in the flexibility of operation, efficiency of the operation, pressure drop, producing capacity, and equipment costs. Its main feature is that there is a floating valve on the hole of the plate, then the air can come into the tray plate at a steady rate and make contract with the level of liquid, so that the flow valve can fluctuate and control itself according to the size of the air. The calculations of the distillation designing include the calculation of the tower height, the tower diameter, the size of various parts of the tray and the arrangement of the tray, and the check of the hydrodynamics performance of the tray. And then draw the dray load map. Key words：gas-liquid mass transfer；rectification；valve tower 目录 板式精馏塔设计任务书 (3) 设计题目： (3) 二、设计任务及操作条件 (3) 三、设计内容： (3) 一．概述 (5) 1.1 精馏塔简介 (5) 1.2 苯-甲苯混合物简介 (5) 1.3 设计依据 (5) 1.4 技术来源 (6) 1.5 设计任务和要求 (6) 二．设计方案选择 (6) 2.1 塔形的选择 (6) 2.2 操作条件的选择 (6) 2．2.1 操作压力 (6) 2.2.2 进料状态 (6) 2.2.3 加热方式的选择 (7) 三．计算过程 (7) 3.1 相关工艺的计算 (7) 3.1.1 原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 (7) 3.1.2 物料衡算 (8) 3.1.3 最小回流比及操作回流比的确定 (8) 3.1.4精馏塔的气、液相负荷和操作线方程 (9) 3.1.5逐板法求理论塔板数 (10) 3.1.6 全塔效率的估算 (11) 3.1.7 实际板数的求取 (13) 3.2 精馏塔的主题尺寸的计算 (13) 3.2.1 精馏塔的物性计算 (13) 3.2.2 塔径的计算 (15) 3.2.3 精馏塔高度的计算 (17) 3.3 塔板结构尺寸的计算 (18) 3.3.1 溢流装置计算 (18) 3.3.2塔板布置 (19) 3.4 筛板的流体力学验算 (21) 3.4.1 塔板压降 (21) 3.4.2液面落差 (22) 3.4.3液沫夹带 (22) 3.4.4漏液 (22) 3.4.5 液泛 (23) 3.5 塔板负荷性能图 (23) 3.5.1漏夜线 (23) 3.5.2 液泛夹带线 (24) 3.5.3 液相负荷下限线 (25) 3.5.4 液相负荷上限线 (25) 3.5.5 液泛线 (26) 3.6 各接管尺寸的确定 (29) 3.6.1 进料管 (29) 3.6.2 釜残液出料管 (29) 3.6.3 回流液管 (30) 3.6.4塔顶上升蒸汽管 (30) 四．符号说明 (30) 五．总结和设计评述 (31) 化工过程设 备设计 设计题目：设计一座处理苯——甲苯混合液的连续筛板式精馏塔设计人：旷天亮 班级：11级化工<3）班 学号：1120204009 设计时间：2018年12月 目录 课程设计任务书??????????????????2 第一章．设计概述??????????????????5 第二章．设计方案的确定及流程说明????????????????9 第三章.塔的工艺计算??????????????????12 第四章．塔和塔板主要工艺尺寸的设计????????????2?4 ??? （1）塔高、塔径及塔板结构尺寸的确定????????????.24 （2）塔板的流体力学验算????????????????????..27 （3） 塔板的负荷性能图 ??????? （4＞设计结果概要或设计结果一览表 ?? 第五章 .对本设计的评述和有关问题的分析讨论 化工原理课程设计二》任务书 （1＞ （一） 设计题目： 试设计一座苯 —甲苯连续精馏塔，要求进料量 5 吨/小时，塔顶馏出液中苯含量不低于 99%，塔底馏出液中苯含量不高于 2%，原料液中含苯 41%＜以上均为质量 %）。 ＜二）操作条件 ＜1）塔顶压强 4kPa ＜表压） ＜2）进料热状况气液混合进料 ＜液：气 =1：2） ＜3）回流比自选 ＜4）单板压降不大于 0.7kPa ＜三）设备型式 ： 筛板塔 ＜四）设备工作日 ：每年 330天，每天 24 小时连续运行 ＜五）厂址 ： 西宁地区 ＜六）设计要求： 1、 概述 2、 设计方案的确定及流程说明 3、 塔的工艺计算 4、 塔和塔板主要工艺尺寸的设计 （1） 塔高、塔径及塔板结构尺寸的确定； .34 29 .33 西北师大学 化工原理课程设计 学院: 化学化工学院 专业: 化学工程与工艺年级:2011 题目: 苯—甲苯精馏塔设计 前言 课程设计是化工原理课程的一个重要的实践教学容，是在学习过基础课程和化工原理理论与实践后，进一步学习化工设计的基础知识、培养化工设计能力的重要环节。通过该设计可初步掌握化工单元操作设计的基本程序和方法、得到化工设计能力的基本锻炼，更能从实践中培养工程意识、健全合理的知识结构。 此次化工原理设计是精馏塔的设计。精馏塔是化工生产中十分重要的设备，它是利用两组分挥发度的差异实现连续的高纯度分离。在精馏塔中，料液自塔的中部某适当位置连续的加入塔，塔顶设有冷凝器将塔顶蒸汽冷凝为液体。冷凝液的一部分（称回流液）回入塔顶，其余作为塔顶产品（称馏出液）连续排出。塔釜产生的蒸汽沿塔板上升，来自塔顶冷凝器的回流液从塔顶逐渐下降，气液两相在塔实现多次接触，进行传质传热过程，使混合物达到一定程度的分离。精馏塔的分离程度不仅与精馏塔的塔板数及其设备的结构形式有关，还与物料的性质、操作条件、气液流动情况等有关。该过程是同时进行传热、传质的过程。为实现精馏过程，必须为该过程提供物流的贮存、输送、传热、分离、控制等的设备、仪表。由这些设备、仪表等构成精馏过程的生产系统，即本次所设计的精馏装置。 课程设计是让同学们理论联系实践的重要教学环节，是对我们进行的一次综合性设计训练。通过课程设计能使我们进一步巩固和加强所学的专业理论知识，还能培养我们独立分析和解决实际问题的能力。更能培养我们的创新意识、严谨认真的学习态度。当代大学生应具有较高的综合能力，特别是作为一名工科学生，还应当具备解决实际生产问题的能力。课程设计是一次让我们接触实际生产的良好机会，我们应充分利用这样的时机认真去对待每一项任务，为毕业论文等奠定基础。更为将来打下一个稳固的基础。 虽然为此付出了很多，但在平常的化工原理课程学习中总是只针对局部进行计算，而对参数之间的相互关联缺乏认识，所以难免有不妥之处，望垂阅者提出意见，在此表示深切的意。 作者 2013年12月 《化工原理课程设计》报告 年处理5.4万吨苯-甲苯精馏装置设计 学院：化学化工学院 班级：应用化学101班 姓名：董煌杰 学号：10114308（14） 指导教师：陈建辉 完成日期：2013年1月17日 序言 化工原理课程设计是化学工程与工艺类相关专业学生学习化工原理课程必 修的三大环节之一，起着培养学生运用综合基础知识解决工程问题和独立工作能力的重要作用。 综合运用《化工原理》课程和有关先修课程（《物理化学》，《化工制图》等）所学知识，完成一个单元设备设计为主的一次性实践教学，是理论联系实际的桥梁，在整个教学中起着培养学生能力的重要作用。通过课程设计，要求更加熟悉工程设计的基本内容，掌握化工单元操作设计的主要程序及方法，锻炼和提高学生综合运用理论知识和技能的能力，问题分析能力，思考问题能力，计算能力等。 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。 目录 一、化工原理课程设计任书 (1) 二、设计计算 (3) 1）设计方案的选定及基础数据的搜集 (3) 2) 精馏塔的物料衡算 (7) 3) 塔板数的确定 (9) 4) 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (15) 5) 精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (21) 6) 塔板主要工艺尺寸的计算 (23) 7) 塔板负荷性能图 (27) 三、个人总结 (36) 四、参考书目 (37) 化工原理课程设计------------苯-甲苯连续精馏板式塔的设计专业年级：11级化工本2 姓名：申涛 指导老师：代宏哲 2014年7月 目录 一序言 (3) 二板式精馏塔设计任务书 (4) 三设计计算 (5) 1.1 设计方案的选定及基础数据的搜集 (5) 1.2 精馏塔的物料衡算 (8) 1.3 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (12) 1.4 精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (17) 1.5 塔板主要工艺尺寸的计算 (18) 1.6 筛板的流体力学验算 (21) 1.7 塔板负荷性能图 (24) 四设计结果一览表 (30) 五板式塔得结构与附属设备 (31) 5.1附件的计算 (31) 5.1.1接管 (31) 5.1.2冷凝器 (33) 5.1.3 再沸器 (33) 5.2 板式塔结构 (34) 六参考书目 (36) 七设计心得体会 (36) 八附录......................................................................................... 错误!未定义书签。 一序言 化工原理课程设计是综合运用《化工原理》课程和有关先修课程（《物理化学》，《化工制图》等）所学知识，完成一个单元设备设计为主的一次性实践教学，是理论联系实际的桥梁，在整个教学中起着培养学生能力的重要作用。通过课程设计，要求更加熟悉工程设计的基本内容，掌握化工单元操作设计的主要程序及方法，锻炼和提高学生综合运用理论知识和技能的能力，问题分析能力，思考问题能力，计算能力等。 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。 资料 前言 化工原理课程设计是培养学生化工设计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；学会各种手册的使用方法及物理性质、化学性质的查找方法和技巧；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。 化工生产常需进行液体混合物的分离以达到提纯或回收有用组分的目的，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汽化和部分冷凝达到轻重组分分离的方法。塔设备一般分为阶跃接触式和连续接触式两大类。前者的代表是板式塔，后者的代表则为填料塔。 筛板塔和泡罩塔相比较具有下列特点：生产能力大于%，板效率提高产量15%左右；而压降可降低30%左右；另外筛板塔结构简单，消耗金属少，塔板的造价可减少40%左右；安装容易，也便于清理检修。本次课程设计为年处理含苯质量分数36%的苯-甲苯混合液4万吨的筛板精馏塔设计，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。 在设计过程中应考虑到设计的精馏塔具有较大的生产能力满足工艺要求，另外还要有一定的潜力。节省能源，综合利用余热。经济合理，冷却水进出口温度的高低，一方面影响到冷却水用量。另一方面影响到所需传热面积的大小。即对操作费用和设备费用均有影响，因此设计是否合理的利用热能R等直接关系到生产过程的经济问题。 | ' 目录 第一章绪论 (1) 精馏条件的确定 (1) 精馏的加热方式 (1) 精馏的进料状态 (1) 精馏的操作压力 (1) 确定设计方案 (1) 工艺和操作的要求 (2) 满足经济上的要求 (2) 保证安全生产 (2) 第二章设计计算 (3) 设计方案的确定 (3) 精馏塔的物料衡算 (3) 原料液进料量、塔顶、塔底摩尔分率 (3) 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 (3) 物料衡算 (3) 塔板计算 (4) 理论板数NT的求取 (4) 全塔效率的计算 (6) 求实际板数 (7) 有效塔高的计算 (7) 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (8) 操作压力的计算 (8) 操作温度的计算 (8) 平均摩尔质量的计算 (8) 平均密度的计算 (10) 液体平均表面张力的计算 (11) 液体平均黏度的计算 (12) 气液负荷计算 (13) 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4 KPa (表压)，单板压降≯0.7KPa，采用表压0.6 MPa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 西北师范大学 化工原理课程设计 学院: 化学化工学院 专业: 化学工程与工艺年级:2011 题目: 苯—甲苯精馏塔设计 学生姓名: 卢东升 学号: 201173020228 2014年1月3日 前言 课程设计是化工原理课程的一个重要的实践教学内容，是在学习过基础课程和化工原理理论与实践后，进一步学习化工设计的基础知识、培养化工设计能力的重要环节。通过该设计可初步掌握化工单元操作设计的基本程序和方法、得到化工设计能力的基本锻炼，更能从实践中培养工程意识、健全合理的知识结构。 此次化工原理设计是精馏塔的设计。精馏塔是化工生产中十分重要的设备，它是利用两组分挥发度的差异实现连续的高纯度分离。在精馏塔中，料液自塔的中部某适当位置连续的加入塔内，塔顶设有冷凝器将塔顶蒸汽冷凝为液体。冷凝液的一部分（称回流液）回入塔顶，其余作为塔顶产品（称馏出液）连续排出。塔釜产生的蒸汽沿塔板上升，来自塔顶冷凝器的回流液从塔顶逐渐下降，气液两相在塔内实现多次接触，进行传质传热过程，使混合物达到一定程度的分离。精馏塔的分离程度不仅与精馏塔的塔板数及其设备的结构形式有关，还与物料的性质、操作条件、气液流动情况等有关。该过程是同时进行传热、传质的过程。为实现精馏过程，必须为该过程提供物流的贮存、输送、传热、分离、控制等的设备、仪表。由这些设备、仪表等构成精馏过程的生产系统，即本次所设计的精馏装置。 课程设计是让同学们理论联系实践的重要教学环节，是对我们进行的一次综合性设计训练。通过课程设计能使我们进一步巩固和加强所学的专业理论知识，还能培养我们独立分析和解决实际问题的能力。更能培养我们的创新意识、严谨认真的学习态度。当代大学生应具有较高的综合能力，特别是作为一名工科学生，还应当具备解决实际生产问题的能力。课程设计是一次让我们接触实际生产的良好机会，我们应充分利用这样的时机认真去对待每一项任务，为毕业论文等奠定基础。更为将来打下一个稳固的基础。 虽然为此付出了很多，但在平常的化工原理课程学习中总是只针对局部进行计算，而对参数之间的相互关联缺乏认识，所以难免有不妥之处，望垂阅者提出意见，在此表示深切的谢意。 作者 2013年12月 课程设计任务书 课程名称综合课程设计1 课程代码80s06210 设计时间指导教师 专业班级 一、课程设计任务（题目）及要求 （一）设计任务：筛板塔设计 在一常压操作的连续精馏塔内分离苯、甲苯混合物，原料液处理量为5500kg/h、组成为0.5(苯的质量分数，下同)，要求塔顶馏出液的组成为0.96，塔底釜液的组成为0.01。 设计条件如下： 操作压力4kPa(塔顶表压) 进料热状况自选 回流比自选 单板压降≤0.7kPa 全塔效率E T=52% 气候条件忽略 试根据上述工艺条件作出筛板塔的设计计算。设计基本资料见主要参考资料。 （二）设计要求 1、学生应在老师指导下独立完成，题目不可更换。 2、查阅相关资料，自学具体课题中涉及到的新知识。 3、最后提交的课程设计成果包括： a) 课程设计说明书纸质文件。 b) 课程设计说明书电子文件。 c) 课程设计计算电子表格文件。 二、对课程设计成果的要求（包括课程设计说明书、图纸、图表、实物等软硬件要求） 1、分析课程设计题目的要求； 2、写出详细设计说明； 3、写出详细计算过程、经验值的取舍依据； 4、设计完成后提交课程设计说明书； 5、设计说明书应内容充实、写作规范、项目填写正确完整、书面整洁、版面编排符合要求。 6、计算过程使用的符号符合参考资料中的要求，设计内容按参考资料[2]121页设计示例执行。理论塔板数的求取用逐板计算法。A f和W d的求取按自己推导的公式进行。 三、主要参考资料 [1] 贾绍义，柴诚敬.化工原理课程设计.天津大学出版社,2002年6月. [2] 陈敏恒，潘鹤林.化工原理（少学时）.华东理工大学出版社，2008年8月. 指导教师（签名）：教研室主任（签名）： * 化工原课程设计* 换热器工艺初步设计 学生：学号： 专业：班级： 成绩： 指导教师： 设计时间：年月日至年月日 环境与生命科学系 目录 绪论 (3) 塔板的工艺设计 (4) 一、精馏塔全物料衡算 (4) 二、常压下苯-甲苯气液平衡组成（摩尔）与温度关系 (4) 三、理论塔板的计算 (8) 四、塔径的初步计算 (9) 五、溢流装置 (11) 六、塔板分布、浮阀数目与排列 (12) 塔板的流体力学计算 (14) 一、气相通过浮阀塔板的压降 (14) 二、淹塔 (14) 三、雾沫夹带 (15) 四、塔板负荷性能图 (16) 塔附件设计 (19) 一、接管 (19) 二、简体与封头 (20) 三、除沫器 (20) 四、裙座 (21) 五、手孔 (21) 塔总体高度的设计 (21) 一、塔顶部空间高度 (21) 二、塔的底部空间高度 (21) 三、塔总体高度 (21) 附属设备设计 (21) 绪论 1、工艺流程简介 连续精馏装置主要包括精馏塔，蒸馏釜（或再沸器），冷凝器，冷却器，原料预热器及贮槽等． 原料液经原料预热器加热至规定温度后，由塔中部加入塔．蒸馏釜（或再沸器）的溶液受热后部分汽化，产生的蒸汽自塔底经过各层塔上升，与板上回流液接触进行传质，从而使上升蒸汽中易挥发组分的含量逐渐提高，至塔顶引出后进入冷凝器中冷凝成液体，冷凝的液体一部分作为塔顶产品，另一部分由塔顶引入塔作为回流液，蒸馏釜中排出的液体为塔底的产品． 2、主要设备的型式 塔的类型选择板式塔，板式塔的主要构件有塔体，塔板及气液进、出口等塔板的选择。 塔板选择浮阀塔板。浮阀塔板结构简单，即在塔板上开若干个孔，在每个孔的上方装上可以上下浮动的阀片，操作时，浮阀可随上升气量的变化自动调节开度，当气量较小时，阀片的开度亦较小，从而可使气体能以足够的气速通过环隙，避免过多的漏液，当气量较大时，阀片浮起，开度增大，使气速不致过高。浮阀塔板的优点是生产能力大，操作弹性大，气液接触状态良好，塔板结构简单，安装容易，压强小，塔板效率高，液面梯度小，使用周期长等。 3、操作压力的确定 采用操作压力为常压，即P＝4 kPa (表压)。 4、进料状态与塔板数，塔径，回流量及塔的热量负荷都有密切的关系. 蒸汽加热，其优点是可以利用压力较低的蒸汽加热，在釜只须安装鼓泡管，不须安置宠大的传热面。这样在设计费用上可节省许多。5、加热方式的确定 6、热能的利用 蒸馏过程的特征是重复地进行汽化和冷凝，因此，热效率很低，所以塔顶蒸汽和塔底残液放出的热量利用要合理，这些热量的利用，要考虑这些热量的特点，此外，通过蒸馏系统的合理设置，也可以节能。 化工原理课程设计 –––––板式精馏塔的设计 姓名单素民 班级 1114071 学号 111407102 指导老师刘丽华 河南城建学院 序言 化工原理课程设计是综合运用《化工原理》课程和有关先修课程（《物理化学》，《化工制图》等）所学知识，完成一个单元设备设计为主的一次性实践教学，是理论联系实际的桥梁，在整个教学中起着培养学生能力的重要作用。通过课程设计，要求更加熟悉工程设计的基本内容，掌握化工单元操作设计的主要程序及方法，锻炼和提高学生综合运用理论知识和技能的能力，问题分析能力，思考问题能力，计算能力等。 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。 目录 一、化工原理课程设计任书 (3) 二、设计计算 (3) 1.设计方案的确定 (3) 2.精馏塔的物料衡算 (3) 3.塔板数的确定 (4) 4.精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (8) 5.精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (10) 6.塔板主要工艺尺寸的计算 (11) 7.筛板的流体力学验算 (13) 8.塔板负荷性能图 (15) 9.接管尺寸确定 (30) 二、个人总结 (32) 三、参考书目 (33) 江汉大学 《化工原理》课程设计说明书题目苯—甲苯溶液连续精馏塔设计 专业班级过控141 学生翔 指导老师红姣 成绩 2017 年 7 月 5 日 化工原理课程设计任务书 一、设计名称： 苯-甲苯溶液连续精馏塔设计 二．设计条件 处理量：10万吨/y 料液组成（质量分数）：45% 塔顶产品组成（质量分数）：99% 塔顶易挥发组分回收率：99% 每年实际生产时间：7200h 精馏塔顶的压强：4kPa (表压) 加热蒸汽：低压蒸汽 单板压降：≯0.7kPa 三、设计任务 1、设备选型、设计方案的确定和流程说明； 2、精馏塔的工艺计算：塔径、塔高、溢流装置、塔板的布置、升气道等的设计与排列； 3、流体力学性能的验算； 4、绘制塔板负荷性能图并结合流体力学验算进行调整； 5、有关附属设备的计算选型； 6、编写设计说明书和设计结果概要或设计一览表，绘制主体设备工艺条件图 目录 1.流程和工艺条件的确定和说明 (3) 2.操作条件和基础数据 (3) 2.1操作条件 (3) 2.2基础数据 (3) 3.设计计算 (3) 3.1精馏塔的物料衡算 (3) 3.2塔板数的确定 (4) 3.2.１苯—甲苯混合物的ｔ-ｘ-ｙ图和x-y图 (4) 3.2.2确定最小回流比Ｒｍｉｎ和回流比 (6) 3.2.3精馏塔气、液相负荷的确定 (6) 3.2.4操作线方程 (7) 3.2.5图解法求理论板层数 (7) 3.2.6全塔效率的计算 (7) 3.2.7实际板层数 (9) 3.3精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (9) 3.3.1操作压力计算 (9) 3.3.2平均摩尔质量计算 (9) 3.3.3平均密度计算 (10) 3.3.4液体平均表面力计算 (12) 3.3.5液体平均粘度计算 (13) 3.4精馏塔的塔体工艺尺寸计算与板间距的确定 (13) 3.4.1塔径的计算 (13) 3.4.2塔高度计算 (15) 3.5塔板主要工艺尺寸计算 (16) 3.5.1溢流装置的计算 (16) 3.5.2塔板布置 (18) 3.6筛板的流体力学验算 (19) 河西学院 Hｅxi Ｕniｖersiｔy 化工原理课程设计 题目: 苯-甲苯筛板式精馏塔设计学院：化学化工学院 专业：化学工程与工艺 学号: 姓名: 指导教师： 2014年１２月6日 目录 化工原理课程设计任务书 1．概述 (5) 1.1序言 ....................................................................................................................... ５ 1.2再沸器?5 1.3冷凝器?5 2．方案的选择及流程说明?6 3.塔的工艺计算?6 3.1原料及塔顶塔底产品的摩尔分率?７ 3.2原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 (7) 3．3物料衡算?7 4．塔板数的确定 (7) 4.1理论塔板数T N (7) 4.2最小回流比及操作回流比?8 ４.３精馏塔的气、液相负荷?８ 4.4操作线方程 .............................................................................. 错误!未定义书签。 4．５图解法求理论塔板数 (9) 4.6实际板层数?9 5.精馏塔的工艺条件及有关物性数据................................................. 错误!未定义书签。 5.1操作压力?9 5．２操作温度?１0 10 ５.３平军摩尔质量? 5.4平均密度?１1 ５.5液体平均表面张力 ........................................................................................... 1２ 5.6液体平均黏度 ..................................................................................................... 1２ 13 ６.精馏塔的塔体工艺尺寸? 6.1塔径 (13) 6.2空塔气速 (13) 6.3实际空塔气速 (14) 6．４精馏塔有效高度?错误!未定义书签。 7．踏板主要工艺尺寸的设计......................................................................................... １5７.１塔板布置 .......................................................................................................... 1８ 7.２.塔板布 置………………………………………………………………………….1８ 目录 一、苯-甲苯板式精馏塔的工艺设计任务书———————————————2 （一）设计题目———————————————————————————2 （二）操作条件———————————————————————————2 （三）设计内容———————————————————————————2 二、苯-甲苯板式精馏塔的工艺计算书（精馏段部分）—————————— 3 （一）设计方案的确定及工艺流程的说明————————————————4 （二）全塔的物料衡算————————————————————————4 （三）塔板数的确定—————————————————————————4 （四）塔的精馏段操作工艺条件及相关物性数据的计算——————————6 （五）精馏段的汽液负荷计算—————————————————————7 三、苯立式管壳式冷凝器的设计（标准系列）——————————————8 四、苯立式管壳式冷凝器的设计—工艺计算书（标准系列）————————8 （一）确定流体流动空间———————————————————————9 （二）计算流体的定性温度，确定流体的物性数据————————————9 （三）计算热负荷——————————————————————————10 （四）计算有效平均温度差——————————————————————11 （五）选取经验传热系数K值—————————————————————12 （六）估算换热面积—————————————————————————12 （七）初选换热器规格————————————————————————13 （八）核算总传热系数K0———————————————————————13 （九）计算压强降——————————————————————————13 《化工原理》课程设计 设计题目苯-甲苯精馏塔的设计 学生 指导教师讲师 年级 专业 系部 课程设计任务书 一、课题名称 苯——甲苯混合液筛板精馏塔设计 二、课题条件（原始数据） 1、设计方案的选定 原料：苯、甲苯 原料苯含量：质量分率= 45.5% 原料处理量：质量流量=20.5t/h 产品要求：苯的质量分率：x D =98%，x W=1% 2、操作条件 常压精馏，泡点进料，塔顶全凝，泡点回流，塔底间接加热。 3、设备型式：筛板塔 三、设计容 1、设计方案的选择及流程说明 2、工艺计算（物料衡算、塔板数、工艺条件及物性数据、气液负荷等） 3、主要设备工艺尺寸设计 （1）塔径 （2）塔板（降液管、溢流堰、塔板布置等） （3）塔高 4、流体力学验算与操作负荷性能图 5、辅助设备选型（冷凝器、再沸器、泵、管道等） 6、结果汇总表 7、设计总结 8、参考文献 9、塔的设计条件图（A2） 10、工艺流程图（A3） 四、图纸要求 1、带控制点的工艺流程图（2＃图纸）； 2、精馏塔条件图（1＃图纸）。 摘要：本设计对苯—甲苯分离过程筛板精馏塔装置进行了设计，主要进行了以下工作：1、对主要生产工艺流程和方案进行了选择和确定。2、对生产的主要设备—筛板塔进行了工艺计算设计,其中包括：①精馏塔的物料衡算；②塔板数的确定；③精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算；④精馏塔的塔体工艺尺寸计算；⑤精馏塔塔板的主要工艺尺寸的计算。 3、绘制了生产工艺流程图和精馏塔设计条件图。 4、对设计过程中的有关问题进行了讨论和评述。本设计简明、合理，能满足初步生产工艺的需要，有一定的实践指导作用。 关键词：苯—甲苯；分离过程；精馏塔 摘要 在化工生产中，精馏是最常用的单元操作,，是分离均相液体混合物的最有效方法之一。塔设备一般分为级间接触式和连续接触式两大类。前者的代表是板式塔，后者的代表则为填料塔。70年代初能源危机的出现，突出了节能问题。随着石油化工的发展，填料塔日益受到人们的重视，此后的20多年间，填料塔技术有了长足的进步，涌现出不少高效填料与新型塔。苯和甲苯的分离对于工业生产具有重要的意义。 关键词：苯甲苯精馏塔 第一章文献综述 1.1苯 1.1.1苯的来源 工业上大量的苯主要由重整汽油及裂解汽油生产，甲苯歧化、烷基苯脱烷基等过程也是苯重要的工业来源，由煤焦化副产提供的苯占的比例已经很小。不同国家和地区的苯供应情况各不相同：美国主要从重整汽油中获得；西欧主要来自裂解汽油；中国则主要由重整汽油及炼焦副产品生产。由重整汽油及裂 解汽油分离苯在石脑油经催化重整所得的重整汽油中，约含苯6％（质量），用液-液萃取法将重整汽油中芳烃分出，再精馏得到苯、甲苯、二甲苯。由烃类裂解得到的裂解汽油中，苯含量最高可达40％（质量）,工业上也用液-液萃取的方法从中抽提芳烃,然后精馏得苯等芳烃组分,但萃取前需先用催化加氢方法除去裂解汽油中的烯烃及含硫化合物等杂质。（见芳烃抽提） 脱烷基制苯所用烷基苯可以是甲苯、二甲苯或多烷基苯，由芳烃的供需平衡决定。烷基苯脱烷基工艺可分为催化脱烷基法和热脱烷基法。催化脱烷基法反应温度500～650℃，压力3.0～7.0MPa,用负载于氧化铝上的铬、钴或钼系催化剂，特点是能耗低，但因催化剂易结焦，需有较大的氢／烷基苯比，俗称氢油比。此外，还要求原料中非芳烃含量不能太高。热脱烷基法允许原料中非芳烃含量较高,反应温度比催化脱烷基法高约100～200℃，压力为3.0～10.0MPa，特点是操作比较简单,但能耗大、反应器材料要求高。两种脱烷基法流程十分相似(图2),其主要差异只是在反应器构造上。原料与氢混合加热后进入反应器。反应后，混合物经冷却进入气液分离器，分出氢气等气相物料。液相混合物经稳定塔、白土处理器，最后再经精馏塔得产品苯。脱烷基反应的关键是维持正常温度，温度过高引起苯收率下降和严重结焦，故应及时移出反应热（可用低温氢为冷却剂）。两种脱烷基的甲苯单程转化率都在70％～85％，苯收率95％～98％。苯-甲苯体系板式精馏塔设计
年处理量18万吨苯—甲苯混合液的连续精馏塔的设计
苯-甲苯板式精馏塔的课程设计
苯与甲苯连续精馏塔设计方案青海大学)
苯甲苯精馏塔课程设计说明书
苯与甲苯精馏塔课程设计
化工原理课程设计苯-甲苯板式精馏塔设计
化工原理课程设计-苯-甲苯精馏塔设计
化工原理课程设计之苯-甲苯连续精馏塔浮阀塔的设计
苯-甲苯精馏塔设计
连续精馏塔内分离苯、甲苯混合物
苯-甲苯精馏塔课程设计
化工原理课程设计苯甲苯的分离(筛板塔)
苯—甲苯溶液连续精馏塔设计
苯-甲苯筛板精馏塔课程设计
苯-甲苯精馏塔顶冷凝器设计
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