化工原理及化工机械基础课程设计
分离苯-甲苯
混合液的浮阀板式精馏塔工艺设计
中文摘要：
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
分离苯-甲苯混合液的浮阀板式精馏塔工艺设计
目录
第一章前言 (3)
1.1 精馏及精馏流程 (3)
1.2 精馏的分类 (3)
1.3 精馏操作的特点 (4)
1.4 塔板的类型与选择 (4)
1.5 相关符号说明 (5)
1.6 相关物性参数 (6)
第二章设计任务书 (7)
第三章设计内容.............................................................................................................. ..8
3.1 设计方案的确定及工艺流程的说明 (8)
3.2 全塔的物料衡算 (8)
3.2.1 料液及塔顶底产品含苯的摩尔分率 (8)
3.2.2 平均摩尔质量 (8)
3.2.3 料液及塔顶底产品的摩尔流率........................................................ .9
3.3 塔板数的确定 (9)
3.3.1 平衡曲线的绘制....................... . (9)
3.3.2 操作回流比的确 (10)
3.3.3 理论塔板数的确定 (11)
3.4 塔的精馏段操作工艺条件及计算 (13)
(13)
3.4.1 平均压强P
m.
(13)
3.4.2 平均温度P
m.
(13)
3.4.3 平均分子量M
m
3.4.4 液体的平均粘度μ
(14)
L,m
3.4.5 液体的平均密度ρ (15)
3.5 精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (16)
3.5.1 塔径的计算 (16)
3.5.2精馏塔有效高度的计算 (17)
3.6 塔板工艺结构尺寸的设计与计算 (17)
3.6.1溢流装置计算 (17)
3.6.2塔板布置 (18)
3.7 浮阀的布置 (19)
3.7.1 阀孔速度 (19)
3.7.2 开孔率 (19)
3.7.3 阀孔总面积 (20)
3.7.4 浮阀总数 (20)
3.7.5 塔板上布置浮阀的有效操作面积 (20)
3.7.6 浮阀的排列 (20)
3.8 筛板的流体力学验算 (21)
3.8.1塔板压降 (21)
3.8.2 液面落差和液沫夹带 (22)
3.8.3 漏液 (22)
3.8.4 液泛 (22)
3.9 塔板负荷性能图 (23)
3.9.1漏液线 (23)
3.9.2 液沫夹带线 (23)
3.9.3 液相负荷下限线 (24)
3.9.4 液相负荷上限线 (24)
3.9.5液泛线 (24)
第四章附属设备的选型及计算 (27)
4.1 塔体总高度 (27)
4.2 塔顶空间H
(27)
D
4.3 人孔数目 (27)
(27)
4.4 塔底空间H
B
4.5 裙座的选型 (29)
第五章相关机械设备的强度校核 (29)
5.1 设计条件 (29)
5.2塔壳和封头厚度的计算 (30)
5.3塔设备质量载荷计算 (30)
5.4风载荷与风弯矩计算 (32)
5.5地震弯矩计算 (34)
5.6偏心弯矩计算 (35)
5.7各种载荷引起的轴向应力 (35)
5.8塔体和裙座危险截面的强度与稳定校核 (37)
5.9塔体水压试验和吊装时的应力校核 (39)
5.10基础环的设计 (40)
5.11地脚螺栓计算 (41)
第六章设计过程的评述和讨论 (42)
附：
1.设计筛板结果汇总表 (44)
2.精馏工艺流程图 (45)
3. 参考文献 (46)
4.课程设计心得 (46)
第一章前言
1.1 精馏及精馏流程
精馏是多级分离过程，即同时进行多次部分汽化和部分冷凝的过程。因此可是混合物得到几乎完全的分离。精馏可视为由多次蒸馏演变而来的。
精馏操作广泛用于分离纯化各种混合物，是化工、医药、食品等工业中尤为常见的单元操作。化工成产中，精馏主要用于以下几种目的:
1)获得馏出液塔顶的产品；
2)将溶液多级分离后，收集馏出液，用于获得甲苯，氯苯等；
3)脱出杂质获得纯净的溶剂或半成品，如酒精提纯，进行精馏操作的设备叫做精馏塔。
精馏过程中采用连续精馏流程，原料液经预热器加热到指定温度后，送入精馏塔的进料板，在进料板上与自塔顶上部下降的回流液体汇合后，逐板溢流，最后流入塔底再沸器中。在每层板上，回流液体与上升蒸汽互相接触，进行热和质的传递过程。操作时，连续地从再沸器取出部分液体作为塔底产品，部分汽化，产生上升蒸汽，依次通过各层塔板。塔顶蒸汽进入冷凝器中被全部冷凝，并将部分冷凝液用泵送回塔顶作为回流液体，其余部分经冷却器后被送出作为塔顶产品。
根据精馏原理可知，单有精馏塔还不能完成精馏操作，必须同时拥有塔底再沸器和塔顶冷凝器，有时还有配原料液，预热器、回流液泵等附属设备，才能实现整个操作。
1.2 精馏的分类
按操作方式可分为:间歇式和连续式，工业上大多数精馏过程都是采用连续稳定的操作过程。
化工中的精馏操作大多数是分离多组分溶液。多组分精馏的特点：
1)能保证产品质量，满足工艺要求，生产能力大；
2)流程短，设备投资费用少；
3)耗能量低，收率高，操作费用低；
4)操作管理方便。
1.3 精馏操作的特点
从上述对精馏过程的简单介绍可知，常见的精馏塔的两端分别为汽化成分的冷凝和液体的沸腾的传热过程，精馏塔也就是一种换热器。但和一般的传热过程相比，精馏操作又有如下特点：
1)沸点升高
精馏的溶液中含有沸点不同的溶剂，在相同的压力下溶液的蒸汽压较同温度下纯溶剂的汽化压低，使溶液的沸点高于醇溶液的沸点，这种现象称为沸点的升高。在加热汽化温度一定的情况下，汽化溶液时的传热温差必定小于加热纯溶剂的纯温差，而且溶液的浓度越高，这种影响也越显著。
2)物料的工艺特性
精馏溶液本身具有某些特性，如某些物料在加入到溶液中时可与溶液中的某一组分或几组分形成恒沸液等。如何利用物料的特性和工艺要求，选择适宜的精流流程和设备是精馏操作彼此需要知道和必须考虑的问题。
3)节约能源
精馏汽化的溶剂量较大，需要消耗较大的加热蒸汽。如何充分利用热量提高加热蒸汽的利用率是精馏操作需要考虑的另一个问题。
1.4 塔板的类型与选择
塔板是板式塔的主要构件，分为错流式塔板和逆流式塔板两类，工业应用以错流式塔板为主，常用的错流式塔板有：泡罩塔板、筛孔塔板和浮阀塔板。我们应用的是浮阀塔板，因为它是在泡罩塔板和筛孔塔板的基础上发展起来的，它吸收了两种塔板的优点。它具有结构简单，制造方便，造价低；塔板开孔率大，生产能力大；由于阀片可随气量变化自由升降，故操作弹性大，因上升气流水平吹入液层，气液接触时间较长，故塔板效率较高。
1.5 相关符号说明
英文字母
A a—塔板开孔区面积,m2；
A f —降液管截面积,m2；
A0 —筛孔总面积,m2；
A T —塔截面积,m2；
c0 —流量系数,无因次；
C——计算u max时的负荷系数,m/s；
C S —气相负荷因子,m/s；
d——填料直径,m；
d0——筛孔直径,m；
D——塔径,m；
e v—液体夹带量,kg（液）/kg（气）；E——液流收缩系数,无因次；
E T—总板效率,无因次；
F—气相动能因子,kg1/2/(s·m1/2）；
F0—筛孔气相动能因子，kg1/2/(s·m1/2) ；g——重力加速度,9.81m/ s2；
h——填料层分段高度,m；
h1—进口堰与降液管间的水平距离,m；
h c—与干板压降相当的液柱高度,m液柱；
h d—与液体流过降液管的压降相当的液柱
h f—塔板上鼓泡层高度,m；
h1 —与板上液层阻力相当的液柱高度,m；
h L—板上清液层高度,m；
h0—降液管的底隙高度,m；
h OW—堰上液层高度,m；
h W—出口堰高度,m；
h,W—进口堰高度,m；
hб——与阻力表面张力的压降相当的液柱高度,m液柱；
H——板式塔高度,m；
H d——降液管内清液层高度,m；
H D——塔顶空间高度,m；
H F——进料板处塔板间距,m；
H P——人孔处塔板间距,m；
H T——塔板间距,m；
K——稳定系数,无因次；
L W—堰长,m；
L h —液体体积流量,m3/h；L s —液体体积流量,m3/s；
L w —润湿速率,m3/(m·s)；
m——相平衡系数,无因次；
n——筛孔数目；
N T——理论板层数；
P——操作压力,Pa；
△P—压力降,Pa；
△P P气体通过每层筛板的降压,Pa；t——筛孔的中心距,m；
u——空塔气速,m/s；
u F—泛点气速,m/s；
u0—气体通过筛孔的速度,m/s；
u0, min—漏液点气速,m/s；
u′0—液体通过降液管底隙的速度,m/s；
V h——气体体积流量,m3/h；
V s——气体体积流量,m3/s；
w L——液体质量流量,kg/s；
w V—气体质量流量,kg/s；
W c——边缘无效区宽度,m；
W d——弓形降液管宽度,m；
W s——泡沫区宽度,m；
x—液相摩尔分数；
X——液相摩尔比；
y——气相摩尔分数；
Y——气相摩尔分比；
Z——板式塔的有效高度,m；
填料层高度,m。
下标
max—最大的；
min—最小的；
L——液相的；
V——气相的θ——液体在降液管内停留时间,s；
μ——粘度,mPa·s；
Φ—开孔率或孔流系数，无因次；σ——表面张力,N/m；
ρ——密度,kg/m3；
希腊字母
δ——筛板厚度,m；
1.6 相关物性参数
（1）苯和甲苯的物理参数
分子式相对分子质量沸点℃临界温度℃临界压力MPa 苯（A）C6H678.11g/mol 80.1 288.95 4,898 甲苯（B）C7H892.14g/mol 110.6 318.57 4.109
(2)饱和蒸汽压
苯、甲苯的饱和蒸汽压可用Antoine方程计算：
A B C
苯 6.9419 2769.42 -53.26
甲苯7.0580 3076.65 -54.65
（3）苯、甲苯的相对密度
温度（℃）80 90 100 110 120 苯815 803.9 792.5 780.3 768.9
甲苯810 800.2 790.3 780.3 770.3
（4）液体表面张力
温度（℃）80 90 100 110 120 苯21.27 20.06 18.85 17.66 16.49 甲苯21.69 20.59 19.94 18.41 17.31
(5)苯甲苯液体粘度
mPa 80 90 100 110 120
苯0.308 0.279 0.255 0.233 0.215
甲苯0.311 0.286 0.264 0.254 0.228
第二章设计任务书1.设计题目：
分离苯-甲苯混合液的浮阀板式精馏塔工艺设计
2.工艺条件：
生产能力：苯-甲苯混合液处理量8000t/a
原料组成：苯含量为40%（质量百分率，下同）
进料状况：热状况参数q自选
分离要求：塔顶苯含量不低于99.5%，塔底苯含量不大于1.5% 3.建厂地区：
大气压为760mmHg，自来水年平均温度为15℃的某地
4.塔板类型：板式精馏塔
5.生产制度：年开工200天，每天三班8小时连续生产
6.设计内容：
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)塔板主要工艺尺寸的计算；
6)塔板的流体力学验算；
7)塔板负荷性能图；
8)精馏塔接管尺寸计算；
9)绘制生产工艺流程图；
10)绘制精馏塔设计条件图；
11)绘制塔板施工图（可根据实际情况选作）；
12)对设计过程的评述和有关问题的讨论。
第三章 设计内容
3.1 设计方案的确定及工艺流程的说明
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2倍。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。
3.2 全塔的物料衡算
3.2.1原料液及塔顶底产品含苯的摩尔分率
苯和甲苯的相对摩尔质量分别为78.11 kg/kmol 和92.14kg/kmol ，原料含苯的质量百分率为40%，塔顶苯含量不低于99.5%，塔底苯含量不大于1.5%，则：
原料液含苯的摩尔分率：440.014
.92/60.011.78/40.011
.78/40.0=+=
F x
塔顶含苯的摩尔分率：996.014
.92/005.011.78/995.011
.78/995.0=+=D x
塔底含苯的摩尔分率：0176.014
.92/985.011.78/015.011
.78/015.0=+=W x
3.2.2原料液及塔顶底产品的平均摩尔质量
由3.1.1知产品中甲苯的摩尔分率，故可计算出产品的平均摩尔质量：
原料液的平均摩尔质量：
M F ＝78.11×0.440＋(1－0.440)×92.14＝85.967kg/kmol
塔顶液的平均摩尔质量：
M D ＝78.11×0.996＋(1－0.996)×92.14＝78.166kg/kmol
塔底液的平均摩尔质量：
M W ＝78.11×0.0176＋(1－0.0176)×92.14＝91.893kg/kmol
3.2.3料液及塔顶底产品的摩尔流率
依题给条件：一年以300天，一天以24小时计，得：
F ,＝8000t/（300×24）h ＝1111.12kg/h ，
全塔物料衡算：
进料液： F=1111.12（kg/h ）/91.893（kg/kmol ）=12.091kmol/h 总物料恒算： F=D+W
苯物料恒算： F×0.440=D×0.996+0.0176×12.091 联立解得： W ＝6.963kmol/h
D ＝5.128kmol/h
3.3 塔板数的确定
理论塔板数T N 的求取
苯-甲苯物系属理想物系，可用梯级图解法（M·T）,求取N T ，步骤如下： 3.3.1平衡曲线的绘制
根据苯-甲苯的相平衡数据，利用泡点方程和露点方程求取。
依据 ， 将所得计算结果如列表2：
表2苯（x ）-甲苯（y ）的相平衡数据
温度，（℃）
80.1
84
88
92
96
100
104
108
110.6
i p
（kp a ）
苯 101.3 101.3 101.3 101.3 101.3 101.3 101.3 101.3 101.3 甲苯
39.0
39.0
39.0
39.0
39.0
39.0
39.0
39.0
39.0 两相摩尔分率 X 1.000 0.816 0.651 0.504 0.373 0.256 0.152 0.057 0 Y
1.000 0.919 0.825 0.717 0.594 0.455 0.300 0.125
本方案中，塔内压力接近常压（实际上略高于常压），因操作压力偏离常压很小，所以其对x~y 平衡关系的影响完全可以忽略。将上表中数据作图得x~y 曲线：
()()
o
o o B A B t p p p p x --=/t
A p x p y /o =
3.3.2操作回流比的确定
表3 苯--甲苯物系在某些温度t 下的a 值（附x 值）
t( ℃) 80.1 84 88 92 96 100 104 108 110.6 α 2.60 2.56 2.53 2.49 2.46 2.43 2.40 2.37
2.35 x 1
0.816
0.651
0.504
0.373
0.257
0.152
0.057
可见随着温度的升高，α变化不大，可对表中两端数据取平均值
475.22/35.26.2=+=）（α
在y-x 图（图1）上，因1=q ，查得660.0e =y ，而440.0q ==F x x ，996.0=D x 。故由式（3-53a ）得最小回流比：
也可根据课本中公式（10-45）得，
代入数据计算得：
两种计算方法结果相同。
考虑到精馏段操作线离平衡线较近，取实际操作的回流比为最小回流比的 1.2倍，即：
R=1.5R min =1.2*1.522=1.826
图1 苯—甲苯混合液的y -x 图
53
.1440
.0734.0734
.0996.0min
=--=--=
e e e D x y y x R
】）（【F
D F D min x 1x 1x x 11
R ----=
αα522
.10.44
10.9961475.20.4400.9961475.21R min =----=
】）
（【
精馏塔的汽、液相负荷：
精馏段：液相流量：L=RD=1.826×5.128=9.364kmol/h
气相流量：V=(R+1)D=(1.826+1)×5.128=14.492kmol/h
提镏段：液相流量：L ′=L+F=9.364+12.091=21.455kmol/h
气相流量：V ′=V=14.492kmol/h
3.3.3理论塔板数的确定
0.2
0.4
0.6
0.8
1.00.0
0.20.4
0.6
0.81.0 B
y
e
g
b
c a
x
w
x
F
x D
x
f
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
图2 苯-甲苯物系精馏分离理论塔板数的图解
精馏段操作线为： 1+n y =1
1
+++R x x R R D n =0.645n x +0.356
平衡方程:x 11x y ）（-+=αα
提馏段操作线可由b(x W ，x W )及精馏段操作线和q 线的交点d 决定。
泡点加料时q=1 F RD qF L L +=+=' （1） D R F q V V )1()1('+=-+= （2） 对全塔物料横算 D+W=F （3） D D x +W W x =F F x （4）
由(1)、(2)式得
432.00176
.0996.00176.0440.0=--=--=W D W F x x x x F D (5) F
D R x F D x x F D R R F D D R Dx Fx x D R F RD V Wx x V L y D
F m D F m w m m )1()1(1)1()1('
''
'1+--++=+--++=-=+ (6)
将(5)式值带入(6)中得
提留段操作线为 0069.040.1'
1-=+m m x y
将x=0.5代入精馏段操作线，求得y=0.6685，即有d(0.5，0.6931)。 (1)精馏段
利用平衡方程和精馏段操作线方程计算精馏段的塔板数：
x 2=0.869(用平衡关系)
y 3=0.905(用物料衡算，即操作线) x 3=0.793(用平衡关系)
y 4=0.856(用操作线)； x 4=0.705(用平衡关系) y 5=0.800 (用操作线)； x 5=0.615(用平衡关系) y 6=0.742 (用操作线)； x 6=0.535(用平衡关系) y 7=0.691(用操作线)； x 7=0.472(用平衡关系) 5.0472.07
=<=d
x x
所以进料位置在第7块板 (2)提馏段
利用相平衡方程和提留段操作线方程计算提留段塔板数：
y 9=0.540；x 9=0.319 y 10=0.422；x 10=0.226 y 11=0.294；x 11=0.143 y 12=0.181；x 12=0.081 y 13=0.096；x 13=0.0408 y 14=0.041；x 14=0.0169 04.00169.014
=<=w
x x
因此，理论板数为(14-1)=13层，进料位置为第7层板。
苯--甲苯在某些温度下的粘度：
μ=Σx i μi =0.44*0.284+0.56*0.291=0.2923(mPa.s) μ表示以加料摩尔组成为准的液体的平均摩尔粘度。 可以简单的用以下近似公式计算塔的总效率：
E=0.563-0.276lg （αμ）+0.0815[lg(αμ)] 2=0.60315 精馏段的实际板数为：6.1160315
.07
==精N (层) 取12（层）
提馏段的实际板数为：9.960315
.06
==
提N （层） 取10（层）
实际是在第12块塔板进料的。
3.4 塔的精馏段操作工艺条件及计算
3.4.1平均压强p m
塔顶压强： 取每层塔板的压降0.7KPa
进料板： 塔底压强：kPa 1.1257.022P P F W =?+=
平均压强：
3.4.2平均温度t m
依据操作压力，由泡点方程通过试差法，计算出泡点温度，其中苯、 甲苯的饱和蒸汽压由安托尼方程计算，计算结果如下：
塔顶温度: t D =81.1℃ 进料板温度: t F =82.3℃。 平均温度：t m ()81.72/82.381.1=+=℃ 3.4.3平均分子量m M
塔顶： 996.01
==D
x y ，950.01=x （查图2）
()kg/kmol 166.7814.92996.0111.78996.0,=?-+?=m VD M
t 80 90 100 110 120 A 0.308 0.279 0.255 0.233 0.215 B
0.311
0.286
0.264
0.254
0.228
()kPa 4.1172/1.1257.109=+=m p kPa 7.109127.03.101P F =?+=kPa 3.101P =D
()812kg/kmol .7814.92950.0111.78950.0,=?-+?=m LD M
加料板：6267.0=F y ，0.440=F x （查图2）
()kg/kmol 347.3814.92.6267
0111.786267.0,=?-+?=m VF M ()mol 85.967kg/k 14.92440.0111.78440.0,=?-+?=m LF M
精馏段：()kg/kmol 757.082/347.38166.78,=+=m V M ()kg/kmol 390.822/967.58812.78,=+=m L M
3.4.4 液体的平均粘度
液相平均粘度依下式计算:
lg μLm =∑x i lg μi
塔顶液相平均粘度的计算：
查化工原理附录11，在81.1℃下有：
m
L ,μ
μA =0.321mPa ·s ，μB =0.414mPa ·s lg μ
LD,m
=0.986lg(0.321)+0.014lg(0.414)
解得： μ
LDm
=0.398 mPa ·s
进料板液相平均粘度的计算: 在82.3℃下，查得：
μA =0.298mPa ·s ，μB =0.404mPa ·s lg μ
LF,m
=0.685lg(0.298)+0.315lg(0.404)
解得： μ
LFm
=0.327mPa ·s
精馏段液相平均表面张力为
μ,Lm =（0.398+0.327）/2=0.363 mPa ·s
()()s mPa 322.0014.0414.0986.0321.0,?=?+?=+=D B B D A A m LD x x μμμ 加料板：s mPa 329.0298.0404.0702.0298.0,?=?+?=m LF μ
精馏段：()s mPa 326.02/329.0322.0,?=+=m L μ 3.4.5 液体的平均密度ρ 1.液相平均密度
B
B
B A L
1
ωωωωρ+=
①塔顶：LA m .812.78Kg -
=ρ
3LB m .Kg 2.808-=ρ 985.0A =ω 015.0B =ω 3L m .Kg 56.812-=ρ ②进料板：
40.0A =ω 3'LA m .Kg .8799--=ρ 3
'LB m .Kg 2.804-=ρ
3L m .02.4Kg 8-=ρ
所以精馏段液相平均密度：
2、气相密度：
3.5 精馏塔的塔体工艺尺寸计算
3.5.1塔径的计算
精馏段的气、液相体积流率为
/s m 604.154
.23600757
.80848.1836003,,=??=
=
m
V m V s VM V ρ
/s m 0024.09
.853360036
.8374.8836003,,=??=
=
m
L m L s LM L ρ
由V V L C ρρρμ/max -=式中的C 公式计算，其中C 20由化工原理课程设计教材的负荷系数图查取，图的横坐标为
0235.054.29.853604.1360036000024.02
/12
/1=??
? ????=???
? ??V
L h
h V L ρρ
取板间距H T =0.50m ，板上液层高度h L =0.06m ，则
H T -h L =0.50-0.006=0.44m
查负荷系数图得C 20=0.092
095.0208.21092.0202
02
020=?
?
?
??=?
?
?
??=。。L C C σ
)s m /628.154.2/54.29.853(095.0max =-=μ
取安全系数为0.7，则空塔气速为
s m /14.1628.17.07.0max =?==μμ
m Vs D 338.114
.114.3604
.14/4=??=
=πμ
按标准塔径圆整后为：D=1.4m 塔塔截面积为： A T =π/4×D 2
=1.54m 2
实际空塔气速为: 3.5.2精馏塔有效高度的计算
精馏段有效高度：Z 精=（N 精-1）H T =（12-1）×0.4=4.4m 提馏段有效高度：Z 提=（N 提-1）H T =（10-1）×0.4=3.6m
在进料板上方开一人孔,其高度为0.8m ，故精馏塔的有效高度为：
Z=Z 精+Z 提+0.8=4.4+3.6+0.8=8.8m
s m /041.1503
.0365
.0==
μ
3.6 塔板工艺结构尺寸的设计与计算
3.6.1溢流装置计算
因塔径D=1.4m ，可选用单溢流弓形降液管、凹形受液盘。
（1）溢流堰长
取m 924.04.166.066.0=?==D L w
()()h m /m 130~100h m /m 351.9924.00/0024.03600/33?
对平直堰 ()3/2/00284.0w h ow l L E h =， 由66.0/=D L w 及13.9924.0/64.8/5.25.2==w h l L ，查化工原理课程设计图5-5得1=E ，
于是：
()
m 006.0m 010.0924.0/36000024.0100284.03
/2>=???=ow h 满足要求。
取板上清液层高度h L =60mm
m 05.0010.006.0=-=-=ow L w h h h
（3）降液管的宽度 和降液管的面积f
A
由66.0/=D L w ，查图5-7得0722.0/,124.0/==T f d A A D W ，即：
m
D W A A d t f 174.04.1124.0124.0m 110.054.10722.00722.02=?===?==
依教材中式5-9验算液体在降液管中停留时间,即:
s 5s 33.1836000024.0/40.0110.03600/3600>=???==h T f L H A θ 可以满足要求。
（4）降液管的底隙高度o h
液体通过降液管底隙的流速一般为0.07~0.25m/s ，取液体通过降液管底隙的流速
m/s 08.0='o
u ，则有： ow
L w h h h -=d W
降液管底隙高度设计合理。故选用凹型受液盘，深度mm h w 50/
=
3.6.2塔板布置 （1）塔板的分块
因D ≥800mm 故塔板采用分块式。塔板分为3块。 （2）边缘区宽度的确定
取m 。W m W W C S S 035.0,065.0=='
=
边缘区宽度c W ：一般为50~75mm ，D >2m 时，c W 可达100mm 。
安定区宽度s W ：规定 m 时， mm ； m 时，100=s W mm 本设计取： 60=c W mm ，100=s W mm 。
（3）开孔区面积a A ?????
?+-=-R x R x R x A a 1222sin 1802π m W D r c 365.0035.028.02=-=-=
()()m W W D x s d 161.0065.0174.02
8
.02=+-=+-=
（4）筛孔计算及其排列
由于处理的物系无腐蚀性，可先用mm 3=δ碳钢板，取筛孔直径mm d 50=。 筛孔按正在角形排列，取孔中心距t 为
mm d t 155330=?==
每层塔板的开孔数为：
5.1 .1>D 75=s W m 032.008 .0924.036003600 0024.03600=???='= o w h o u l L h m m h h W 006.0018.0032.005.00>=-=-故： 2 1 2221222m 429.0365.0161.0sin 365.0180161.0365.0236.02sin 1802=?? ???? ?+-=? ???? ? +-=--ππR x R x R x A a 课程设计说明书 设计题目：分离苯—甲苯筛板式精馏塔的设计 学号： 0812024057 学生姓名：郭博元杨逍孙娟 专业班级：生工 082 指导教师： 2010 年 11月 15 日 课程设计任务书 一、课题名称 分离苯—甲苯筛板式精馏塔的设计 二、课题条件（原始数据） 一、设计方案的选定原料：苯、甲苯 年处理量： 100000t(十万吨)/年——进料量 原料组成（甲苯的质量分率）：、0.65——0.4 料液初温： 30℃ 操作压力、回流比、单板压降：自选 进料状态：饱和液体进料 塔顶产品浓度： 98.5%——98% 塔底釜液含甲苯量不低于97%——99%（质量分率）塔顶采用全凝器，泡点回流 塔釜：饱和蒸汽间接/直接加热 塔板形式：筛板 生产时间：330天/年，每天24h运行 冷却水温度：20℃～35℃ 设备形式：筛板塔 厂址：沿海某城市（大气压：760mmHg） 三、设计内容（包括设计、计算、论述、实验、应绘图纸 等根据目录列出大标题即可） 1概述 2设计方案的选择及流程说明 3塔板数的计算（板式塔）或填料曾的高度计算（填料塔） 4主要设备工艺尺寸设计 1）塔径及提留段塔板结构尺寸的确定 2）总塔高总、压降 5附属设备选型 6设计结果汇总 7工艺流程图及精馏塔装配图 8设计评述 四图纸要求 1 工艺流程图（在说明书上画草图） 2 精馏塔装配图 目录 摘要 (1) Abstract .......................... 错误!未定义书签。第一章文献综述. (1) 第二章设计方案的确定 (3) 2.1 操作条件的确定 (3) 2.2 确定设计方案的原则 (4) 第三章塔体计算 (6) 3.1 设计方案的确定 (6) 3.2 精馏塔的物料衡算 (6) 第四章塔板计算 (8) 4.1 塔板数的确定 (8) 4.2 精馏段的计算 (12) 4.3提留段的计算 (28) 第五章塔附件设计 (44) 5.1附件的计算 (44) 5.2 附属设备设计 (48) 设计小结 (51) 附录 (52) 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 设计任务书 设计题目： 苯－甲苯连续精馏浮阀塔设计 设计条件： 常压： 1p atm = 处理量： 100Kmol h 进料组成： 0.45f x = 馏出液组成： 98.0=d x 釜液组成： 02.0=w x （以上均为摩尔分率） 塔顶全凝器： 泡点回流 回流比： min (1.1 2.0)R R =- 加料状态： 0.96q = 单板压降： 0.7a kp ≤ 设 计 要 求 ： (1) 完成该精馏塔的工艺设计（包括物料衡算、热量衡算、筛板塔的设计算）。 (2) 画出带控制点的工艺流程图、塔板负荷性能图、精馏塔工艺条件图。 (3) 写出该精馏塔的设计说明书，包括设计结果汇总和设计评价。 目录 摘要 (1) 绪论 (2) 设计方案的选择和论证 (3) 第一章塔板的工艺计算 (4) 1.1基础物性数据 (4) 1.2精馏塔全塔物料衡算 (4) 1.2.1已知条件 (4) 1.2.2物料衡算 (5) 1.2.3平衡线方程的确定 (5) 1.2.4求精馏塔的气液相负荷 (6) 1.2.5操作线方程 (6) 1.2.6用逐板法算理论板数 (6) 1.2.7实际板数的求取 (7) 1.3精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (8) 1.3.1进料温度的计算 (8) 1.3.2操作压力的计算 (8) 1.3.3平均摩尔质量的计算 (8) 1.3.4平均密度计算 (9) 1.3.5液体平均表面张力计算 (10) 1.3.6液体平均粘度计算 (10) 1.4 精馏塔工艺尺寸的计算 (10) 1.4.1塔径的计算 (10) 1.4.2精馏塔有效高度的计算 (11) 1.5 塔板主要工艺尺寸的计算 (12) 1.5.1溢流装置计算 (12) 1.6浮阀数目、浮阀排列及塔板布置 (13) 1.7塔板流体力学验算 (14) 1.7.1计算气相通过浮阀塔板的静压头降h f (14) 1.7.2计算降液管中清夜层高度Hd (15) 1.7.3计算雾沫夹带量e V (15) 1.8塔板负荷性能图 (16) 1.8.1雾沫夹带线 (16) 1.8.2液泛线 (17) 1.8.3 液相负荷上限线 (18) 1.8.4漏液线 (18) 1.8.5液相负荷下限线 (18) 1.9小结 (19) 第二章热量衡算 (20) 2.1相关介质的选择 (20) 2.1.1加热介质的选择 (20) 2.1.2冷凝剂 (20) 2.2热量衡算 (20) 第三章辅助设备 (23) 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 精馏塔设计 苯-甲苯连续精馏浮阀塔设计 1．课程设计的目的 课程设计是“化工原理”课程的一个总结性教学环节，是培养学生综合运用本门课程及有关先修课程的基本知识去解决某一设计任务的一次训练，在整个教学计划中它也起着培养学生独立工作能力的重要作用，通过课程设计就以下几个方面要求学生加强训练 1．查阅资料选用公式和搜集数据的能力 2．树立既考虑技术上的先进性与可行性，又考虑经济上的合理性，并注意到操作时的劳动条件和环境保护的正确设计思想，在这种设计思想的指导下去分析和解决实际问题的能力。3．迅速准确的进行工程计算（包括电算）的能力。 4．用简洁文字清晰表达自己设计思想的能力。 2 课程设计题目描述和要求 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-甲苯连续精馏浮阀塔的设计，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，板空上安装浮阀，具体工艺参数如下： 原料苯含量：质量分率= (30+0.5*学号)% 原料处理量：质量流量=（10-0.1*学号）t/h [单号] （10+0.1*学号）t/h [双号] 产品要求：质量分率：xd=98%，xw=2% [单号] xd=96%，xw=1% [双号] 2 工艺操作条件如下： 常压精馏，塔顶全凝，塔底间接加热，泡点进料，泡点回流，R=（1.2～2）Rmin。 3．课程设计报告内容 3.1 流程示意图 冷凝器→塔顶产品冷却器→苯的储罐→苯 ↑↓回流 原料→原料罐→原料预热器→精馏塔 ↑回流↓ 再沸器←→塔底产品冷却器→甲苯的储罐→甲苯 3.2 流程和方案的说明及论证 3.2.1 流程的说明 首先，苯和甲苯的原料混合物进入原料罐，在里面停留一定的时间之后，通过泵进入原料预热器，在原料预热器中加热到泡点温度，然后，原料从进料口进入到精馏塔中。因为被加热到泡点，混合物中既有气相混合物，又有液相混合物，这时候原料混合物就分开了，气相混合物在精馏塔中上升，而液相混合物在精馏塔中下降。气相混合物上升到塔顶上方的冷凝器 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) 3．课程设计报告内容 3.1 流程示意图 冷凝器→塔顶产品冷却器→苯的储罐→苯 ↑↓回流 原料→原料罐→原料预热器→精馏塔 ↑回流↓ 再沸器← → 塔底产品冷却器→甲苯的储罐→甲苯 3.2 流程和方案的说明及论证 3.2.1 流程的说明 首先，苯和甲苯的原料混合物进入原料罐，在里面停留一定的时间之后，通过泵进入原料预热器，在原料预热器中加热到泡点温度，然后，原料从进料口进入到精馏塔中。因为被加热到泡点，混合物中既有气相混合物，又有液相混合物，这时候原料混合物就分开了，气相混合物在精馏塔中上升，而液相混合物在精馏塔中下降。气相混合物上升到塔顶上方的冷凝器中，这些气相混合物被降温到泡点，其中的液态部分进入到塔顶产品冷却器中，停留一定的时间然后进入苯的储罐，而其中的气态部分重新回到精馏塔中，这个过程就叫做回流。液相混合物就从塔底一部分进入到塔底产品冷却器中，一部分进入再沸器，在再沸器中被加热到泡点温度重新回到精馏塔。塔里的混合物不断重复前面所说的过程，而进料口不断有新鲜原料的加入。最终，完成苯与甲苯的分离。 3.2.2 方案的说明和论证 本方案主要是采用浮阀塔。 精馏设备所用的设备及其相互联系，总称为精馏装置，其核心为精馏塔。常用的精馏塔有板式塔和填料塔两类，通称塔设备，和其他传质过程一样，精馏塔对塔设备的要求大致如下： 一：生产能力大：即单位塔截面大的气液相流率，不会产生液泛等不正常流 动。 二：效率高：气液两相在塔内保持充分的密切接触，具有较高的塔板效率或传质效率。 三：流体阻力小：流体通过塔设备时阻力降小，可以节省动力费用，在减压操作是时，易于达到所要求的真空度。 四：有一定的操作弹性：当气液相流率有一定波动时，两相均能维持正常的流动，而且不会使效率发生较大的变化。 五：结构简单，造价低，安装检修方便。 六：能满足某些工艺的特性：腐蚀性，热敏性，起泡性等。而浮阀塔的优点正是： 而浮阀塔的优点正是： 1．生产能力大，由于塔板上浮阀安排比较紧凑，其开孔面积大于泡罩塔板，生产能力比泡罩塔板大 20%～40%，与筛板塔接近。 2．操作弹性大，由于阀片可以自由升降以适应气量的变化，因此维持正常操作而允许的负荷波动范围比筛板塔，泡罩塔都大。 化工原理课程设计 院系：化学化工学院 专业：化学工程与工艺 班级： 11级化工2班 姓名：李钊 学号：2011321216 指导教师：武芸 2013年12月15日——2014年01月3日 课程设计任务书 一、设计题目 苯-甲苯分离过程浮阀板精馏塔设计 二、设计任务 1.原料名称:苯-甲苯二元均相混合物； 2.原料组成：含苯42%（质量百分比）； 3.产品要求：塔顶产品中苯含量不低于97%，塔釜中苯含量小于1.0%； 4.生产能力：年产量5万吨/年； 5.设备形式：浮阀塔； 6.生产时间：300天/年，每天24h运行； 7.进料状况：泡点进料； 8.操作压力：常压； 9.加热蒸汽压力：270kPa 10.冷却水温度：进口20℃，出口45℃； 三、设计内容 1.设计方案的选定及流程说明 2.精馏塔的物料衡算 3.精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算（加热物料进出口温度、密度、粘度） 4.塔板数的确定 5.精馏塔塔体工艺尺寸的计算 6.塔板主要工艺尺寸的计算 7.塔板的流体力学验算 8.塔板负荷性能图 9.换热器设计 10.馏塔接管尺寸计算 11.绘制生产工艺流程图（带控制点、机绘，A2图纸） 12.绘制板式精馏塔的总装置图（包括部分构件，A1图纸） 13.撰写课程设计说明书一份 四、设计要求 1.工艺设计说明书一份 2.工艺流程图一张，主要设备总装配图一张（采用AutoCAD绘制） 五、设计完成时间 2013年12月16日～2014年01月01日 目录 概述 (6) 第一章塔板的工艺设计 (7) 第一节精馏塔全塔物料衡算 (7) 第二节基本数据 (8) 第三节实际塔板数计算 (15) 第四节塔径的初步计算 (16) 第五节溢流装置 (17) 第六节塔板布置及浮阀数目与排列 (19) 第二章塔板的流体力学计算 (21) 第一节气体通过浮阀塔的压降 (21) 第二节液泛 (21) 第三节雾沫夹带 (22) 第四节塔的负荷性能图 (23) 第三章塔附件设计 (28) 第一节接管 (28) 第二节筒体与封头 (30) 第三节塔的总体高度 (31) 第四章附属设备设计 (33) 第一节原料预热器 (33) 第二节塔顶冷凝器 (34) 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 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 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) 食品工程原理课程设计说明书 筛板式精馏塔设计 目录 第一部分概述 一、设计题目 (3) 二、设计任务 (3) 三、设计条件 (3) 四、工艺流程图 (3) 第二部分工艺设计计算 一、设计方案的确定 (4) 二、精馏塔的物料衡算 (4) 1.原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数 (4) 2.原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 (4) 3.物料衡算原料处理量 (4) 三、塔板数的确定 (4) N的求取 (4) 1.理论板层数 T 2.实际板层数的求取 (6) 四、精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (6) 1.操作压力计算 (6) 2.操作温度计算 (6) 3.平均摩尔质量计算 (6) ⑴塔顶摩尔质量计算 (6) ⑵进料板平均摩尔质量计算 (6) ⑶提馏段平均摩尔质量 (7) 4.平均密度计算 (7) ⑴气相平均密度计算 (7) ⑵液相平均密度计算 (7) 5.液相平均表面张力计算 (7) ⑴塔顶液相平均表面张力计算 (7) ⑵进料板液相平均表面张力计算 (7) 6.液相平均粘度计算 (8) ⑴塔顶液相平均粘度计算 (8) ⑵进料板液相平均粘度计算 (8) 五、精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (8) 1.塔径的计算 (8) 2.精馏塔有效高度计算 (9) 六、塔板主要工艺尺寸的计算 (9) 1.溢流装置计算 (9) l (9) ⑴堰长 W h (9) ⑵溢流堰高度 W ⑶弓形降液管宽度d W 和截面积f A ..........................9 2.塔板布置....................................................................................................9 ⑴塔板的分块.............................................9 ⑵边缘区宽度确定.........................................9 ⑶ 开孔区面积计算........................................9 ⑷筛孔计算及其排列 (10) 七、筛板的流体力学验算 (11) 1.塔板压降....................................................................................................11 ⑴干板阻力c h 计算........................................11 ⑵气体通过液层的阻力L h 计算..............................11 ⑶液体表面张力的阻力 h 计算..............................11 2.液面落差...................................................................................................12 3.液沫夹带...................................................................................................12 4.漏液...........................................................................................................12 5.液泛.. (12) 八、塔板负荷性能图 (13) 1.漏液线.......................................................................................................13 2.液沫夹带线...............................................................................................13 3.液相负荷下限线.......................................................................................14 4.液相负荷上限线.......................................................................................14 5.液泛线.......................................................................................................14 九、设计一览表.. (16) 十、参考文献 (17) 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 设计任务书 设计题目: 苯一甲苯连续精馆浮阀塔设计 设计条件： 常压：p = \atni 处理量：\OOKm叫h 进料组成：亏=0.45 憎出液组成：= 0.98 釜液组成：忑=0.02 (以上均为摩尔分率) 塔顶全凝器：泡点回流 回流比：R = (l」一 2.0)/?n,n 加料状态：§ = 0.96 单板压降：< 0.7 kp a 设计要求： (1)完成该精镭塔的工艺设计(包括物料衡算、热量衡算、筛板塔的设计?算)。 (2)画出带控制点的工艺流程图、塔板负荷性能图、精憎塔工艺条件图。 (3)写出该精憾塔的设计说明书，包括设计结果汇总和设计评价。 目录 摘要 (1) 绪论 (2) 设计方案的选择和论证 (3) 第一章塔板的工艺计算 (4) 基础物性数据 (4) 1.2精憎塔全塔物料衡算 (4) 1.2.1已知条件 (4) 1.2.2物料衡算 (5) 1.2.3平衡线方程的确泄 (5) 1.2.4求精餾塔的气液相负荷 (6) 1.2.5操作线方程 (6) 1.2.6用逐板法算理论板数 (6) 1.2.7实际板数的求取 (7) 1.3精憎塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (8) 1.3.1进料温度的汁算 (8) 1.3.2操作压力的计算 (8) 1.3.3平均摩尔质量的计算 (8) 1.3.4平均密度计算 (9) 1.3.5液体平均表而张力计算 (10) 1.3.6液体平均粘度il?算 (10) 1.4精慵塔工艺尺寸的计算 (10) 1.4.1塔径的计算 (10) 1.4.2精懾塔有效高度的计算 (11) 1.5塔板主要工艺尺寸的计算 (12) 1.5.1溢流装宜计算 (12) 1.6浮阀数目、浮阀排列及塔板布宜 (13) 1.7塔板流体力学验算 (14) 1.7.1计算气相通过浮阀塔板的静压头降hf (14) 1.7.2计算降液管中淸夜层高度Hd (15) 1.7.3计算雾沫夹带量ey (15) 1.8塔板负荷性能图 (16) 1.&1雾沫夹带线 (16) 1.&2液泛线 (17) 1.&3液相负荷上限线 (18) 1.&4漏液线 (18) 1.&5液相负荷下限线 (18) 1.9小结 (19) 第二章热量衡算 (20) 2.1相关介质的选择 (20) 2.1.1加热介质的选择 (20)苯—甲苯分离过程板式精馏塔设计说明
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