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广东石油化工学院
化工原理课程设计
设计说明书
设计题目1.8216万吨年苯—甲苯连续精馏装置工艺设计
化工原理课程设计任务书
(应化10级各班适用)
一、设计说明书题目:
1.8216(万吨年) 苯- 甲苯连续精馏装置工艺设计说明书
二、设计任务及条件
各班学号未两位任务处理量为：1班(1500 + 学号×100)kg
一、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，是理论系实际的桥梁。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；掌握各种手册的使用方法及物理性质，能画出工艺流程图、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。同时，通过课程设计，还可以使我们树立正确的设计思想，培养实事求是、严肃认真、高度负责的工作作风。
二、设计方案的确定
2.1 处理量确定
依设计任务书可知，处理量
=15.74Kpa+0.1Mpa=115.74Kpa
为:1500+8*100=2300Kg
=
=1.1*101.33Kpa=111.5Kpa
取塔顶操作压力P=1.1P
3.2.4物料衡算
原料处理量F=230088.18=26.08 -Yq)(Yq-Xq)=(0.983-0.282)(0.282-0.130)=4.61
kmol=(X
D
=6.22
取操作回流比为：R=1.35R
min
③、求精馏塔的气、液相负荷。
L=R×D=6.22×7.252=45.107 kmol=0.710.177=4.01
十一、操作弹性计算
依附图中的R
1
Vs-Ls图可知，
因故操作弹性=V
Smax V
Smin
=0.630.154=4.09
十二、操作弹性计算
依附图中的R 1 Vs-Ls 图可知，
因 故 操作弹性=V Smax V Smin =0.510.152=4.14 十三、塔壁厚计算
取每年腐蚀0.3mm ，因限制用年数为15年，年寿终了的最低 那么壁厚mm mm 5.8)153.04(min =?+=δ
故按标准，取壁厚10mm
十四、塔附件及总高度的计算
14.5.3.1塔顶空间
为了安装人孔及破沫网，取塔顶 14.5.3.2进料板高度
安装人孔及气液相进料，取稍大一点，所以 14.3.3塔底空间
假定塔底空间依储存液量停留3分钟，那么塔底液高： 取塔底液面距最下面一层板留1.16米，故塔底空间 14.5.3.4封头高度 14.5.3.5裙座高度 14.5.3.6塔壁厚计算
取每年腐蚀0.3mm ，因限制用年数为15年，年寿终了的最低 那么壁厚mm mm 5.8)153.04(min =?+=δ 故按标准，取壁厚10mm 14.5.3.7塔总高度
m H 2.292.06.40.28.16.10.19=+++++=
十五、热量衡算
15.6.1塔顶全凝器 Q c (以1秒钟计算)
因为塔顶组成苯的含量很高，现用苯的参数来求对应其温度的焓为： 由，查手册得其温度的kg kJ kg kcal C P 974.147.0==苯
kg kJ I L D 90.98)301.80(974.1=-?=
kg kJ kg kcal I L 5.199
5.46==塔底,kg kJ kg kcal I V 5.5565.132==塔顶 所以??=+=8.022.7)-()1(1L V t C I I D R Q 塔底塔顶s kJ 03.2062)5.1995.556
(=- s kJ I I D R Q L
D L C 06.58190.98-5.1998.022.7)()1(2=??=-+=）（塔底
故总负荷s kJ Q Q Q C C C 09.264321=+= 15.6.2全凝器的传热面积A 依以上可知
35.1 5 故C t t t t t m ?=-=???-?=
?45.15)
51.35ln(5
1.35)ln(1212
因属于液—汽传热，故可取K=1000wm 2
℃ 所以其传热面积207.17145
.1510001000
09.2643m t K Q A m C =??=?=
15.6.3全凝器清水的用量
依,查手册时水的比热,t=72.44
故把数据代入求得m=8.74
故一年的用水量万吨总919.2433024360074.8=???=m 15.6.4塔底再沸器Q B (以1秒钟来算)
全塔的热量衡算式L
W
L D C F B W I DI Q FI Q ++=+,且 由进料温度为99.8℃，由手册查得其对应温度苯的汽化热为,甲苯汽化热为。所以kg kJ I I D V 09.3718.367718.05.379282.0=?+?=- 查苯和甲苯的焓图得其进料温度下的焓值为， 所以kg kJ I V 15.6556.647718.04.674282.0=?+?=
将数据代入得
从前面可知和的值，并分别把它们的值代人全塔热量衡算式得： 15.6.5再沸器的传热面积A
T 柴油:290℃ → 160℃
T W :110.1℃ ← 110.1℃
:179.9℃ 49.9℃ 故C t m ?=-=
?37.101)
9.499.179ln(9
.499.179
因属于液—汽传热，故可取K=1000wm 2.℃ 所以=
15.6.6再沸器的柴油的用量
查手册得比密度为0.86，温度为160℃的柴油焓值：
温度为290℃的焓值:kg kJ kg kcal H 2.7390.176==
所以s kg H Q m B 89.41
.3802.73932
.1756=-=?=
故一年柴油的用量万吨总94.1333024360089.4=???=m
15.6.7.原料预热器
先用塔底产品预热，再用柴油预热。
3.6.7.1求原料预热所需的热量(以1秒钟来算) 取原料罐的物料为常温25℃
则 : 25℃ → 99.8℃ 查手册得该温度下的苯和甲苯的比热皆为
故==0.639×1.964×60=75.29
15.6.7.2塔底产品能给的热量及其换热面积 取产品冷到60℃，原料先预热到50℃ 所以 : 110.1℃ → 60℃
: 50.00℃ ← 25℃ :60.1℃ 35℃
,
查手册得下的苯和甲苯的比热皆为
所以塔底产品能给的热量：s kJ t mC Q P F 37.5842.46968.1639.01=??=?= 因属于液—液传热，故依经验值可取K=600wm 2.℃
故2125.142
.466001000
37.58m t k Q A m F =??=?=
15.6.7.3柴油预热器(以1秒钟来算)
由上得每秒还要柴油给原料供热为s kJ Q Q Q F F F 92.1612=-=
:290℃ → 160℃
:99.8℃ ← 25℃ :190.2℃ 105℃
406.143)1052.190ln(105
2.190=-=
?m t ，221966.0406
.143600100092.16m t k Q A m F =??=?=
每秒柴油的用量s kg H Q m F 0471.01
.3802.73992
.162=-=?=
故一年柴油的用量年万吨总1343.03302436000471.0=???=m
15.6.8塔釜产品冷却器(以1秒钟来算)
由上知塔釜产品换热到75℃，所以再用冷却水冷却即可。
: 75℃ → 35℃
t : 45℃ ← 25℃ : 30℃ 10℃
,
查手册得温度下的苯和甲苯的比热皆为
故s kJ t mC Q P W 087.45)3575(764.1639.0=-??=?= 依然取K=600wm 2
.℃，所以2127.4205
.186001000
087.45m t k Q A m W =??=?=
同理得其冷却水用量为
年万吨总5396.1330243600540.0,540.0=???==m s kg m
15.7经济估算
15.7.1设备费用计算（R=6.22） 15.7.1.1塔体费用
塔体真实直径为塔径加壁厚即：0.8+20.01=0.82m 故其塔体截面积为：
塔总高度m H 2.292.06.40.28.16.10.19=+++++=
所以其塔体体积为:341.155278.02.29m V =?=?=塔截面积塔总高 按塔体报价5000元（立方米塔），故其塔体费用为：15.417.71万元 15.7.1.2塔板费用
塔板总面积2032.816502.0m A A T =?=?=塔板数 按塔板报价3000元（平方米塔板F 1型浮阀（重阀）），
故其塔板总费用为：8.032
15.7.1.3总换热器费用
5个换热器的总面积为：296.193127.41966.025.132.1707.171m =++++，
按传热面积报价4000元平方米， 故其总换热器费用： 5.7.1.4总设备费用
总设备费用为：7.71+2.4096+77.584=87.7036
万元
15.7.2固定资产折旧后年花费用
折旧后每年设备花出的费用按下列公式估算：
万元年寿总费用957.615
7036
.8719.119.1=?=?
15.7.3主要操作年费用计算
15.7.3.1清水用量费用
依据前面可知，每年塔顶冷凝器用水量 釜液冷却一年用水量
按冷却水报价为16元（吨小时）
故其冷却水总费用为：年万元3376.4231610)5396.1919.24(4=??+ 15.7.3.2柴油用量费用
依据前面可知，每年再沸器柴油用量 原料预热年用柴油量
按柴油费报价为160元（吨小时）
故其柴油总费用为：年万元88.225116010)1343.094.13(4
=??+
15.7.3.3料液输送费
按料液输送报价3元（吨小时），
得其年料液输送费为：年万元4648.53108216.14=?? 15.7.3.4总操作费用
由上可得其总操作费用为：
万元6824.26804648.588.22513376.423=++ 15.7.4年总成本 由以上可得年总成本为：
年万元529.26866824.268015
7036
.87=+ 十六、个人总结及对本设计的评述
通过查资料与多次的修改，这次化工原理课程设计，工程量还是很大，
也花了差不多两周的时间，但还是做成功了。经过这次的课程设计，让我更加深入了解到塔的种类及它们的优缺点，特别是浮阀塔和筛板塔的各自优点，以及怎样做出一个塔，而且从这次课程设计实践中，我更深入理解了精馏塔个个阶段的不同因素，让我对精馏塔的原理这一章深入的了解，知道了最小回流比和它们对理论塔板数的影响等等。更重要是让我进一步感受到一些道理，万事开始难，很多事情开端给人感觉很复杂，但当你开始做后，思路就慢慢清晰啦，也知道了实践才是解决问题的根源。
此次设计的心得有以下几点：对于设计而言
数据必须自己查，并且尽可能保证数据的同一来源； 对各公式的单位必须清楚，否则必然导致严重错误； 对设计来说，耐心和细心同样重要，缺一不可；
如果有条件，尽量给别人看一下，自己的错误自己不易发现；
出现问题要认真找出症结所在，再根据理论调节各参数的取值范围以达到要求。
十七、参考文献
（1）匡国柱，史启才主编 《化工单元过程及设备课程教材》，化学工业出版社，2005.1 （2）夏清、陈常贵主编《化工原理》上、下册，天津大学出版社，2005.1
（3）贾绍义、柴成敬主编的《化工原理课程设计》，天津大学出版社，2002.8 （4）陈均志、李磊编著《化工原理实验及课程设计》，化学工业出版社，2008.7（5）谢端绶等合编《常用物料物性数据》，化学工业出版社，1982.10