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课程设计题目—苯-氯苯分离过程筛板精馏塔设计2.3万吨一、设计题目
试设计一座苯—氯苯连续精馏塔，已知原料液的处理量为2.3万吨，设塔顶馏出液中含氯苯不高于2%，塔底馏出液中含苯不高于0.2%，原料液中含氯苯为38%（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：泡点进料；
；
3.回流比：2R
min
4.塔釜加热蒸汽压力：0.5MPa（表压）；
5.单板压降不大于：0.7kPa；
6.冷却水温度：35℃；
7.年工作日300天，每天24小时连续运行。
三、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.塔板流体力学性能的计算；
7.塔板负荷性能图的绘制； 8.塔的工艺计算结果汇总一览表；
9.生产工艺流程图及精馏塔工艺条件图的绘制； 10.对本设计的评述或对有关问题的分析与讨论。
四、基础数据
1.组分的饱和蒸汽压οi p （mmHg ）
2.组分的液相密度ρ（kg/m 3
）
纯组分在任何温度下的密度可由下式计算
苯 t A 187.1912-=ρ 推荐：t A 1886.113.912-=ρ 氯苯 t B 111.11127-=ρ 推荐：t B 0657.14.1124-=ρ 式中的t 为温度，℃。 3.组分的表面张力σ（mN/m ）
双组分混合液体的表面张力m σ可按下式计算：
A
B B A B
A m x x σσσσσ+=
（B A x x 、为A 、B 组分的摩尔分率）
4.液体的粘度μL
5.氯苯的汽化潜热
常压沸点下的汽化潜热为35.3×103kJ/kmol 。纯组分的汽化潜热与温度的关系可用下式表示：
38
.01238.01
2???
? ??--=t t t t r
r c c （氯苯的临界温度：C ?=2.359c t ）
6.其他物性数据可查化工原理附录。
目录
一．前言 (5)
二．产品简介......................................................................... .. (8)
三、设计方案的确定及工艺流程的说明 (9)
四、全塔的物料衡算 (11)
1.料液及塔顶底产品含苯的摩尔分率 (11)
2.平均摩尔质量 (11)
3.料液及塔顶底产品的摩尔流率 (11)
五、塔板数的确定 (12)
1 .理论塔板数的求取 (12)
2.实际塔板数 (13)
2.1全塔效率 (13)
六、塔的精馏段操作工艺条件及相关物性数据的计算 (14)
1.平均压强 (15)
2.平均温度 (15)
3.平均分子量 (13)
4.平均密度 (14)
4.1液相平均密度 (14)
5.液体的平均表面张力 (14)
6.液体的平均粘度 (15)
七、精馏段的汽液负荷计算 (18)
八、塔和塔板主要工艺结构尺寸的计算 (22)
1.塔径 (22)
2.塔板工艺结构尺寸的设计与计算 (22)
1.1溢流装置 (22)
1.2溢流堰长（出口堰长） (22)
1.3出口堰高 (17)
1.4降液管的底隙高度 (23)
3.塔板布置 (23)
4.开孔数和开孔率 (23)
5.塔高的计算........................................................................ ......................................23.
九、塔板上的流体力学验算 (24)
1.气体通过筛板压降和的验算 (24)
2.气体通过板上液层的压降 (25)
3.雾沫夹带量的验算 (25)
4.漏液的验算 (26)
5.液泛的验算 (26)
十、塔板负荷性能图 (27)
1.雾沫夹带线 (27)
2.液泛线（2） (24)
3.液相负荷上限线（3） (23)
4.漏液线（气相负荷下限线）（4） (23)
5.液相负荷下限线（5） (23)
十一、精馏塔的设计计算结果汇总一览表 (28)
十二、结束语 (28)
十三、参考文献 (29)
十四、思考题 (29)
苯-氯苯分离过程板式精馏塔设计计算书一、前言
课程设计是本课程教学中综合性和实践性较强的教学环节，是理论联系实际的桥梁，是使学生体察工程实际问题复杂性、学习化工设计基本知识的初次尝试。通过课程设计，要求学生能综合利用本课程和前修课程的基本知识，进行融会贯通的独立思考，在规定的时间内完成指定的化工设计任务，从而得到化工工程设计的初步训练。通过课程设计，要求学生了解工程设计的基本内容，掌握化工设计的程序和方法，培养学生分析和解决工程实际问题的能力。同时，通过课程设计，还可以使学生树立正确的设计思想，培养实事求是、严肃认真、高度责任感的工作作风。课程设计是增强工程观念，培养提高学生独立工作能力的有益实践。
本设计采用连续精馏分离苯-氯苯二元混合物的方法。连续精馏塔在常压下操作，被分离的苯-氯苯二元混合物由连续精馏塔中部进入塔内，以一
定得回流比由连续精馏塔的塔顶采出含量合格的苯，由塔底采出氯苯。氯苯纯度不低于99.8%，塔顶产品苯纯度不低于98%（质量分数）。
高径比很大的设备称为塔器。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。常见的、可在塔设备中完成的单元操作有：精馏、吸收、解吸和萃取等。此外，工业气体的冷却与回收，气体的湿法净制和干燥，以及兼有气液两相传质和传热的增湿、减湿等。
在化工或炼油厂中，塔设备的性能对于整个装置的产品产量质量生产能力和消耗定额，以及三废处理和环境保护等各个方面都有重大的影响。据有关资料报道，塔设备的投资费用占整个工艺设备投资费用的较大比例。因此，塔设备的设计和研究，受到化工炼油等行业的极大重视。
作为主要用于传质过程的塔设备，首先必须使气（汽）液两相充分接触，以获得较高的传质效率。此外，为了满足工业生产的需要，塔设备还得考虑下列各项传质效率。此外，为了满足工业生产的需要，塔设备还得考虑下列各项要求：
（1）生产能力大．在较大的气（汽）液流速下，仍不致发生大量的雾沫夹带、拦液或液泛等破坏正常操作的现象。
（2）操作稳定、弹性大。当塔设备的气（汽）液负荷量有较大的波动时，仍能在较高的传质效率下进行稳定的操作。并且塔设备应保证能长期连续操作。
（3）流体流动的阻力小。即流体通过塔设备的压力降小。这将大大节省生产中的动力消耗，以及降低经常操作费用。对于减压蒸馏操作，较大的压力降还使系统无法维持必要的真空度。
（4）结构简单、材料耗用量小、制造和安装容易。这可以减少基建过程中的投资费用。
（5）耐腐蚀和不易堵塞，方便操作、调节和检修。
事实上，对于现有的任何一种塔型，都不可能完全满足上述所有要求，仅是在某些方面具有独到之处．
根据设计任务书，此设计的塔型为筛板塔。筛板塔是很早出现的一种板式塔。五十年代起对筛板塔进行了大量工业规模的研究，逐步掌握了筛板塔
的性能，并形成了较完善的设计方法。与泡罩塔相比，筛板塔具有下列优点：生产能力大20－40%，塔板效率高10－15%，压力降低30－50%，而且结构简单，塔盘造价减少40%左右，安装、维修都较容易。从而一反长期的冷落状况，获得了广泛应用。近年来对筛板塔盘的研究还在发展，出现了大孔径筛板（孔径可达20－25mm），导向筛板等多种形式。
筛板塔盘上分为筛孔区、无孔区、溢流堰及降液管等几部分．工业塔常用的筛孔孔径为3－8mm，按正三角形排列．空间距与孔径的比为2.5－5．近年来有大孔径（10－25mm）筛板的，它具有制造容易，不易堵塞等优点，只是漏夜点低，操作弹性小。
筛板塔的特点如下：
（1）结构简单、制造维修方便。
（2）生产能力大，比浮阀塔还高。
（3）塔板压力降较低，适宜于真空蒸馏。
（4）塔板效率较高，但比浮阀塔稍低。
（5）合理设计的筛板塔可是具有较高的操作弹性，仅稍低与泡罩塔。
（6）小孔径筛板易堵塞，故不宜处理脏的、粘性大的和带有固体粒子的料液。
二、产品简介
产品性质：有杏仁味的无色透明、易挥发液体。密度1．105g/cm3。沸点131．6℃。凝固点-45℃。折射率1．5216(25℃)。闪点29．4℃。燃点637．8℃，折射率1．5246，粘度(20℃)0．799mPa·s，表面张力33．28×10-3N／m．溶解度参数δ＝9．5。溶于乙醇、乙醚、氯仿、苯等大多数有机溶剂，不溶于水。易燃，蒸气与空气形成爆炸性混合物，爆炸极限 1. 3％-7．1％(vol)。溶于大多数有机溶剂，不溶于水。常温下不受空气、潮气及光的影响，长时间沸腾则脱氯。蒸气经过红热管子脱去氢和氯化氢，生成二苯基化合物。有毒．在体内有积累性，逐渐损害肝、肾和其他器官。对皮肤和粘膜有刺激性．对神经系统有麻醉性，LD
2910mg／kg，空气中最高容许
50
浓度50mg／m3。遇高温、明火、氧化剂有燃烧爆炸的危险。
质量指标：氯苯纯度不低于99.8%，塔顶产品苯纯度不低于98%，原料液中苯38%。（以上均为质量分数）
三、设计方案的确定及工艺流程的说明（一）设计方案简介
1.精馏方式：本设计采用连续精馏方式。原料液连续加入精馏塔中，并连续收集产物和排出残液。其优点是集成度高，可控性好，产品质量稳定。由于所涉浓度范围内乙醇和水的挥发度相差较大，因而无须采用特殊精馏。
2.操作压力：本设计选择常压，常压操作对设备要求低，操作费用低，适用于苯和氯苯这类非热敏沸点在常温（工业低温段）物系分离。
3. 塔板形式：根据生产要求，选择结构简单，易于加工，造价低廉的筛板塔，筛板塔处理能力大，塔板效率高，压降教低，在苯和氯苯这种黏度不大的分离工艺中有很好表现。
4.加料方式和加料热状态：设计采用泡点进料，将原料通过预热器加热至泡点后送入精馏塔内。
5.由于蒸汽质量不易保证，采用间接蒸汽加热。
6.再沸器，冷凝器等附属设备的安排：塔底设置再沸器，塔顶蒸汽完全冷凝后再冷却至泡点下一部分回流入塔，其余部分经产品冷却器冷却后送至储灌。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。
（二）工艺流程及说明
首先，苯和氯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，完成苯与氯苯的分离。
四、全塔的物料衡算
1.料液及塔顶底产品含苯的摩尔分率
苯和氯苯的相对摩尔质量分别为78.11和112.56kg/kmol 。
0.62/78.11
0.7020.62/78.110.38/112.56
F x =
=+
0.98/78.11
0.9860.98/78.110.02/112.56
D x ==+
0.002/78.11
0.002880.002/78.110.998/112.56W x ==+
2.平均摩尔质量
()78.110.70210.702112.5688.376kg/kmol F M =?+-?= ()78.110.98610.986112.5678.592kg/kmol D M =?+-?= ()78.110.0028810.00288112.56112.46kg/kmol W M =?+-?=
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，有：
72.310/(3002488.376)36.15kmol/h F =???=，全塔物料衡算：
0.70236.150.9860.00288F D W
D W =+?=+ ?
36.15kmol/h 25.71kmol/h 10.44kmol/h
F D W ===
五、塔板数的确定
1 .理论塔板数T N 的求取
苯-氯苯物系属于理想物系，可采用梯级图解法（M ·T 法）求取T N ，步骤如下：
1.根据苯-氯苯的相平衡数据，利用泡点方程和露点方程求取y x ~
依据()()οοοB A B
t p p p p x --=/，t A p x p y /ο=，将所得计算结果列表如下：
本题中，塔内压力接近常压（实际上略高于常压），而表中所给为常压下的相平衡数据，因为操作压力偏离常压很小，所以其对y x ~平衡关系的影响完全可以忽略。
2.确定操作的回流比R
将1.表中数据作图得y x ~曲线及y x t ~-曲线。在y x ~图上，因1=q ，查得0.922e y =，而0.702e F x x ==，986.0=D x 。故有：
0.9860.922
0.29090.9220.702
D e m e e x y R y x --=
==-- 考虑到精馏段操作线离平衡线较近，故取实际操作的回流比为最小回流比的2倍，即：220.29090.582m R R ==?=
3.求理论塔板数 精馏段操作线：10.3680.62311
D n n n x R
y x x R R +=
+=+++ 提馏段操作线为过()00288.0,00288.0和()0.702,0.882两点的直线。
苯-氯苯物系的温度组成图
图解得11110T N =-=块（不含釜）。其中，精馏段13T N =块，提馏段27T N =块，第4块为加料板位置。
2.实际塔板数p N 2.1全塔效率T E
选用m T E μlog 616.017.0-=公式计算。该式适用于液相粘度为0.07~1.4mPa ·s 的烃类物系，式中的m μ为全塔平均温度下以进料组成表示的平均粘度。
塔的平均温度为0.5(80+131.8)=106℃（取塔顶底的算术平均值），在此平均温度下查化工原理附录11得：s m Pa ?=24.0A μ，s m Pa ?=34.0B μ。
()()10.240.7020.3410.7020.270m A F B F x x μμμ=+-=?+?-=
0.170.616log 0.170.616log 0.2700.52T m E μ=-=-=
2.实际塔板数p N （近似取两段效率相同） 精馏段：13/0.52 5.7p N ==块，取16p N =块 提馏段：27/0.521
3.46p N ==块，取214p N =块 总塔板数1220p p p N N N =+=块。
六、塔的精馏段操作工艺条件及相关物性
数据的计算
1.平均压强m p
取每层塔板压降为0.7kPa 计算。
塔顶：kPa 3.10543.101=+=D p 加料板：105.30.76109.5kPa F p =+?= 平均压强()105.3109.5/2107.4kPa m p =+=
2.平均温度m t
查温度组成图得：塔顶为80℃，加料板为88℃。
()842/8880=+=m t ℃
3.平均分子量m M
塔顶： 986.01==D x y ，940.01=x （查相平衡图）
(),0.98678.1110.986112.5678.59kg/kmol VD m M =?+-?= (),0.94078.1110.940112.5680.18kg/kmol LD m M =?+-?=
加料板：935.0=F y ，0.702F x =（查相平衡图）
(),0.93578.1110.935112.5680.35kg/kmol VF m M =?+-?= (),0.70278.1110.702112.5688.38kg/kmol LD m M =?+-?=
精馏段：()kg/kmol 47.7935.8059.78,=+=m V M
(),80.1888.38/284.28kg/kmol L m M =+=
4.平均密度m ρ 4.1液相平均密度m L ρ,
塔顶(80℃)：查表得
3,815.0kg/m LD A ρ= 3,1042kg/m LD B ρ=
3,,,,1
0.980.02
818.6kg/m 815.01042
A
B
LD m LD m
LD A
LD B
a a ρρρρ=
+
=
+?= 进料板（88℃）用内插法求得：
,,815
792.5815806100808880LF A LF A ρρ--=?=--3kg/m
,3,1042
101910421032.8/100808880LF B LF B kg m ρρ--=?=--
3,,,,1
0.620.38
879.4kg/m 8061032.8
A
B
LF m LF m LF A LF B
a a ρρρρ=+=
+?= 精馏段：()3,818.6879.4/2849kg/m L m ρ=+= 2.汽相平均密度m V ρ,
()
,3,107.479.47
2.874kg/m 8.31427
3.1584m V m V m m
p M RT ρ?=
=
=?+
5.液体的平均表面张力m σ
塔顶（80℃)：,21.27mN/m D A σ=；,23.75mN/m D B σ=（80℃）
,0.98621.27(10.986)23.7521.30mN/m D m σ=?+-?= 进料板（88℃）：用内插法求得
,20.30mN/m L F A σ=；,22.88mN/m L F B σ=
,0.70220.30(10.702)22.8821.07mN/m LF m σ=?+-?= 精馏段：()21.3021.07/221.19mN/m Lm σ=+=
6.液体的平均粘度m L μ,
塔顶：查化工原理附录11，在80℃下有：
()(),0.3080.9860.4280.0140.310mPa s LD m A A B B D D x x μμμ=+=?+?=?
加料板（88℃）：用内插法求得
A μ=0.287mPa s ?，
B μ=0.402mPa s ?
,0.2870.7020.4020.2980.321mPa s LF m μ=?+?=? 精馏段：(),0.3100.321/20.316mPa s L m μ=+=?
七、精馏段的汽液负荷计算
汽相摩尔流率()1(0.5821)25.7140.67kmol/h V R D =+=+?= 汽相体积流量,3,40.6779.47
0.312m /s 36003600 2.874
V m s V m
VM V ρ?=
=
=?
汽相体积流量330.312m /s/36001123.2m /h h V == 液相回流摩尔流率0.58225.7114.96kmol/h L RD ==?=
液相体积流量,3,14.9684.28
0.00042m /s 36003600849
L m s L m
LM L ρ?=
=
=?
液相体积流量330.00042m /s/3600 1.485m /h h L ==
冷凝器的热负荷()()40.7678.592310/3600275.2kW Q Vr ==?=
八、塔和塔板主要工艺结构尺寸的计算
1.塔径
1.初选塔板间距350mm T H =及板上液层高度80mm L h =，则：
0.350.080.27m T L H h -=-=
2.按Smith 法求取允许的空塔气速m ax u （即泛点气速F u ）
0.5
0.5
0.000428490.02270.312 2.874s L s V L V ρρ????????== ??? ???????
????
查Smith 通用关联图得200.056C =
负荷因子0.2
0.2
2021.190.0560.0572020C C σ??
??
=== ?
?
????
泛点气速：
max 0.978u ===m/s
3.操作气速
取max 0.70.68m/s u u == 4.
精馏段的塔径
0.76m D ===
圆整取800mm D =， 塔截面积为：220.5024
T A D m π
==
实际空塔气速0.312==0.62m/s 0.502
S T V u A =
。 2.塔板工艺结构尺寸的设计与计算 1.1溢流装置
采用单溢流型的平顶弓形溢流堰、弓形降液管、凹形受液盘，且不设进口内堰。
1.2溢流堰长（出口堰长）w l
取0.60.60.80.48m w l D ==?= 堰上溢流强度：
()()33/ 1.485/0.48 3.094m /m h 100~130m /m h h w L l ==?
1.3出口堰高w h
ow L w h h h -=
对平直堰()
3
/2/00284.0w h ow l L E h =
由/0.6w l D =及 2.5
2.5/ 1.485/0.489.303h w
L l ==，查化工原理图11-11得02.1=E ，于是：
()
2/3
0.00284 1.021.485/0.480.0062m 0.006m ow h =?=>（满足要求）
0.060.00620.0538m w L ow h h h =-=-=
（3）降液管的宽度d W 和降液管的面积f
A
由/0.6w l D =，查化原下P 147图11-16得/0.12,/0.055d f T W D A A ==，即：
0.096m d W =，20.502m T A =，20.0550.5020.03m f A =?=。
液体在降液管内的停留时间
/25.46s (3~5s)f T s A H L τ==>（满足要求）
1.4降液管的底隙高度o h
=-0.006=0.0478=47.8mm o w h h （o h 不宜小于0.02~0.025m ，本结果满足要
求）
3.塔板布置
（1）边缘区宽度c W 与安定区宽度s W
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5.1
21212
2sin
1800.23420.35sin 1800.350.301m a x A R R ππ--?
?=????
?
?=????
?= 式中：()()/20.8/20.0960.070.234m d s x D W W =-+=-+=
/20.40.050.35m c R D W =-=-=
4.开孔数n 和开孔率φ
取筛孔的孔径mm 5=o d ，正三角形排列，筛板采用碳钢，其厚度
mm 3=δ，且取0.3/=o d t 。故孔心距mm 1553=?=t 。
每层塔板的开孔数221.155 1.1550.30115450.015a n A t ????
==?= ? ?
????
（孔） 每层塔板的开孔率()
101.03907
.0/907.02
2===o d t φ（φ应在5~15%，故满足要求）
每层塔板的开孔面积20.1010.3010.0304m o a A A ?==?= 气体通过筛孔的孔速/0.312/0.030410.26m/s o s o u V A ===
5.塔高的计算
在进料板上方开一人孔，其高度为0.8m
++0.8++++=1.75+4.55+0.8+0.42+0.8+1.8+1.5=12m
H H H H H H H =?顶裙提封底精
苯氯苯板式精馏塔工艺设计说明书 1 2020年5月29日
苯-氯苯板式精馏塔工艺设计设计说明书
苯-氯苯分离过程板式精馏塔设计 一、设计题目 试设计一座苯—氯苯连续精馏塔,要求年产纯度为99.8%的氯苯60000吨,塔顶馏出液中含氯苯不高于2%。原料液中含氯苯为38%(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,泡点进料; 3.回流比,2R min; 4.塔釜加热蒸汽压力0.5MPa(表压); 5.单板压降不大于0.7kPa; 6.年工作日300天,每天24小时连续运行。 三、设计内容 1.设计方案的确定及工艺流程的说明; 2.塔的工艺计算; 3.塔和塔板主要工艺结构的设计计算; 4.塔内流体力学性能的设计计算; 5.塔板负荷性能图的绘制; 6.塔的工艺计算结果汇总一览表; 7.生产工艺流程图及精馏塔工艺条件图的绘制; 8.对本设计的评述或对有关问题的分析与讨论。 四、基础数据
文档仅供参考 1 2020年5月29日 1.组分的饱和蒸汽压οi p (mmHg) 2.组分的液相密度ρ(kg/m 3) 纯组分在任何温度下的密度可由下式计算 苯 t A 187.1912-=ρ 推荐:t A 1886.113.912-=ρ 氯苯 t B 111.11127-=ρ 推荐:t B 0657.14. 1124-=ρ 式中的t 为温度,℃。 3.组分的表面张力σ(mN/m) 双组分混合液体的表面张力m σ可按下式计算: A B B A B A m x x σσσσσ+= (B A x x 、为A 、B 组分的摩尔分率) 4.氯苯的汽化潜热 常压沸点下的汽化潜热为35.3×103kJ/kmol 。纯组分的汽化潜热与温度的关系可用下式表示: 38 .01238.01 2??? ? ??--=t t t t r r c c (氯苯的临界温度:C ?=2.359c t ) 5.其它物性数据可查化工原理附录。
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 化工原理课程设计——苯-氯苯板式精馏塔的工艺设计 工艺计算书 目录 苯-氯苯板式精馏塔的工艺设计 苯-氯苯分离过程板式精馏塔设计任务 一．设计题目 设计一座苯-氯苯连续精馏塔，要求年产纯度为99.8%的氯苯50000t，塔顶馏出液中含氯苯不高于2%。原料液中含氯苯为38%<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，自选； 3.回流比，自选； 4.塔底加热蒸汽压力0.5MPa(表压>； 5.单板压降不大于0.7kPa； 三．塔板类型 筛板或浮阀塔板 四．工作日 每年300天，每天24小时连续运行。 五．厂址 厂址为天津地区。 六．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。 七．设计基础数据 苯-氯苯纯组分的饱和蒸气压数据 × 符号说明： a ——填料的有效比表面积，㎡/m3——填料的总比表面积，㎡/m3 a t ——填料的润湿比表面积，㎡/m3 a w ——塔板开孔区面积，m2 A a ——降液管截面积，m2 A f ——筛孔总面积，m2 A ——塔截面积，m2 A t ——流量系数，无因次 c C——计算umax时的负荷系数，m/s d ——填料直径，m d ——筛孔直径，m 0 D ——塔径，m D ——液体扩散系数，m2/s L D ——气体扩散系数，m2/s V e ——液沫夹带量，kg(液>/kg(气> v E——液流收缩系数，无因次 ——总板效率，无因次 E T F——气相动能因子，kg1/2/(s.m1/2> ——筛孔气相动能因子， F g——重力加速度，9.81m/s2 h——填料层分段高度，m HETP关联式常数 ——进口堰与降液管间的水平距离，m h 1 h ——与干板压降相当的液柱高度，m液柱 c h ——与液体流过降液管的压降相当的液柱高度，m d h ——塔板上鼓泡层高度，m f ——与板上液层阻力相当的液柱高度，m液柱 h l h ——板上清液层高度，m L ——允许的最大填料层高度，m h max h ——降液管的低隙高度，m ——堰上液层高度，m h OW h ——出口堰高度，m W ——进口堰高度，m h’ W h δ——与克服表面张力的压降相当的液柱高度，m液柱 - 专业课程设计——苯-氯苯板式精馏塔的工艺设计 ： 学号： 指导老师： 时间： 目录 设计任务书 (2) 一．设计题目 (2) 二．操作条件 (2) 三．塔板类型 (2) 四．工作日 (3) 五．厂址 (3) 六．设计容 (3) 七．设计基础数据 (3) 符号说明 (4) 设计方案 (8) 一．设计方案的确定 (8) 二．设计方案的特点 (9) 三．工艺流程 (9) 工艺计算书 (12) 一．设计方案的确定及工艺流程的说明 (12) 二．全塔的物料衡算 (12) 三．塔板数的确定 (13) 四．塔的精馏段操作工艺条件及相关物性数据的计算 (16) 五．精馏段的汽液负荷计算 (19) 六．塔和塔板主要工艺结构尺寸的计算 (20) 七．塔板负荷性能图 (25) 八．附属设备的的计算及选型 (28) 筛板塔设计计算结果 (38) 设计评述 (41) 一．设计原则的确定 (41) 二．操作条件的确定 (41) 参考文献 (44) 苯-氯苯板式精馏塔的工艺设计 设计任务书 一．设计题目 设计一座苯-氯苯连续精馏塔，要求年产纯度为99.8%的氯苯10000t，塔顶馏出液中含氯苯不高于2%，原料液中含氯苯为35%（以上均为质量分数）。二．操作条件 1.塔顶压强4kPa（表压）； 2.进料热状况，自选； 3.回流比，自选； 4.塔底加热蒸汽压力：0.506MPa(表压)； 5.单板压降：≤0.7kPa； 三．塔板类型 筛板或浮阀塔板（F1型）。 四．工作日 每年330天，每天24小时连续运行。 五．厂址 地区。 六．设计容 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。七．设计基础数据 苯-氯苯纯组分的饱和蒸气压数据 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 苯-氯苯板式精馏塔的工艺设计工艺计算书（精馏段部分） 化学与环境工程学院 化工与材料系 2004年5月27日 课程设计题目一——苯-氯苯板式精馏塔的工艺设计 一、设计题目 设计一座苯-氯苯连续精馏塔，要求年产纯度为99.8%的氯苯50000t/a，塔顶馏出液中含氯苯不高于2%。原料液中含氯苯为35%（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，自选； 3.回流比，自选； 4.塔釜加热蒸汽压力506kPa； 5.单板压降不大于0.7kPa； 6.年工作日330天，每天24小时连续运行。 三、设计内容 1.设计方案的确定及工艺流程的说明； 2.塔的工艺计算； 3.塔和塔板主要工艺结构的设计计算； 4.塔内流体力学性能的设计计算； 5.塔板负荷性能图的绘制； 6.塔的工艺计算结果汇总一览表； 7.辅助设备的选型与计算； 8.生产工艺流程图及精馏塔工艺条件图的绘制； 9.对本设计的评述或对有关问题的分析与讨论。 四、基础数据 p（mmHg） 1.组分的饱和蒸汽压ο i 2.组分的液相密度ρ（kg/m 3 ） 纯组分在任何温度下的密度可由下式计算 苯 t A 187.1912-=ρ 推荐：t A 1886.113.912-=ρ 氯苯 t B 111.11127-=ρ 推荐：t B 0657.14.1124-=ρ 式中的t 为温度，℃。 3.组分的表面张力σ（mN/m ） 双组分混合液体的表面张力m σ可按下式计算： A B B A B A m x x σσσσσ+= （B A x x 、为A 、B 组分的摩尔分率） 4.氯苯的汽化潜热 常压沸点下的汽化潜热为35.3×103 kJ/kmol 。纯组分的汽化潜热与温度的关系可用下式表示： 38 .01238.012??? ? ??--=t t t t r r c c （氯苯的临界温度：C ?=2.359c t ） 5.其他物性数据可查化工原理附录。 附参考答案：苯-氯苯板式精馏塔的工艺计算书（精馏段部分） 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 课程设计说明书 题目: 苯-氯苯分离过程板式精馏塔设计 院(系): 化学化工学院 专业年级: 化学2012级 姓名: 王*** 学号: 121****** 指导教师: **副教授 2015年10月 目录 1绪论 (1) 2 设计方案确定与说明 (1) 2.1设计方案的选择 (1) 2.2工艺流程说明 (2) 3 精馏塔的工艺计算 (2) 3.2精馏塔的操作工艺条件和相关物性数据的计算 (3) 3.2.1精馏塔平均温度 (4) 3.2.2气、液相的密度的计算 (4) 3.2.3混合液体表面力 (6) 3.2.4混合物的黏度 (7) 3.2.5相对挥发度 (8) 3.2.6 气液相体积流量计算 (8) 3.3塔板的计算 (9) 3.3.1操作线方程的计算 (9) 3.3.2实际塔板的确定 (10) 3.4塔和塔板主要工艺结构尺寸计算 (11) 3.4.1塔径的计算 (11) 3.4.2溢流装置 (13) 3.4.3 塔板布置及浮阀数目与排列 (15) 3.5 精馏塔塔板的流体力学计算 (17) 3.5.1精馏塔塔板的压降计算 (17) 3.5.2淹塔 (18) 3.6 塔板负荷性能计算 (18) 3.6.1 雾沫夹带线 (18) 3.6.2 液泛线 (19) 3.6.3 液相负荷上限 (20) 3.6.4 漏液线 (20) 3.6.5 液相负荷下限 (21) 3.6.6塔板负荷性能图 (21) 4 设计结果汇总表 (23) 5工艺流程图及精馏塔工艺条件图 (24) 6设计评述 (25) 1绪论 精馏塔作为石油化工行业最常用的化工设备之一，在当今工业中发挥了极其重要的作用。精馏塔通过物质的传质传热，将塔的进料中的物质分离，从而在塔顶和塔底分别获得人们需要的高浓度物质。苯与氯苯的分离，必须经过各种加工过程，炼制成多种在质量上符合使用要求的产品工业上最早出现的板式塔是筛板塔和泡罩塔。筛板塔出现于1830年，很长一段时间被认为难以操作而未得到重视。泡罩塔结构复杂，但容易操作，自1854年应用于工业生产以后，很快得到推广，直到20世纪50年代初，它始终处于主导地位。第二次世界大战后，炼油和化学工业发展迅速，泡罩塔结构复杂、造价高的缺点日益突出，而结构简单的筛板塔重新受到重视。50年代起，筛板塔迅速发展成为工业上广泛应用的塔型。与此同时，还出现了浮阀塔，它操作容易，结构也比较简单，同样得到了广泛应用。而泡罩塔的应用则日益减少，除特殊场合外，已不再新建。60年代以后，石油化工的生产规模不断扩大，大型塔的直径已超过 10m。为满足设备大型化及有关分离操作所提出的各种要求，新型塔板不断出现，已有数十种。 工业生产对塔板的要求主要是：①通过能力要大，即单位塔截面能处理的气液流量大。②塔板效率要高。③塔板压力降要低。④操作弹性要大。⑤结构简单，易于制造。在这些要求中，对于要求产品纯度高的分离操作，首先应考虑高效率；对于处理量大的一般性分离（如原油蒸馏等），主要是考虑通过能力大。为了满足上述要求，近30年来，在塔板结构方面进行了大量研究，从而认识到雾沫夹带通常是限制气体通过能力的主要因素。在泡罩塔、筛板塔和浮阀塔中，气体垂直向上流动，雾沫夹带量较大，针对这种缺点，并为适应各种特殊要求，开发了多种新型塔板。 本文的主要设计容可以概括如下：1.设计方案的选择及流程；2.工艺计算； 3.浮阀塔工艺尺寸计算；4.设计结果汇总；5.工艺流程图及精馏塔工艺条件图 2 设计方案确定与说明 2.1设计方案的选择 化工原理工程设计处理量为3000吨/年苯和氯苯体系精馏分离板式塔设计 学院： 专业： 班级： 姓名： 学号： 指导教师： 板式精馏塔设计任务书 一、设计题目： 苯-氯苯体系精馏分离板式塔设计 二、设计任务及操作条件 1、设计任务： 生产能力（进料量）30000吨／年操作周期7200 小时／年 进料成分：含氯苯35%（质量分率，下同） 塔顶产品组成氯苯含量为98%;塔底产品组成含氯苯不得高于1.7%. 2、操作条件 操作压力4000Pa（表压）进料热状态q=0.7 单板压降：<或=0.7kPa 3、设备型式筛板或浮阀塔板（F1型） 4、厂址新乡地区 三、设计内容： 1、设计方案的选择及流程说明 2、工艺计算 3、主要设备工艺尺寸设计 （1）塔径及蒸馏段塔板结构尺寸的确定 （2）塔板的流体力学校核 （3）塔板的负荷性能图 （4）总塔高、总压降及接管尺寸的确定 4、辅助设备选型与计算 5、设计结果汇总 6、工艺流程图及精馏塔工艺条件图 7、设计评述 目录 1.精馏塔的概述 (4) 2．设计内容...................................................................................................................... 错误!未定义书签。 2.1.精馏塔的物料衡算.......................................................................................... 错误!未定义书签。 2.2.塔板数的确定 (10) 2.3.精馏段的工艺条件及有关物性数据的计算 (13) 苯氯苯板式精馏塔的工艺设计工艺计 算书 1 2 苯-氯苯板式精馏塔的工艺设计工艺计算书(精馏段部分) 化学与环境工程学院 化工与材料系 5月27日 课程设计题目一——苯-氯苯板式精馏塔的工艺设计 一、设计题目 设计一座苯-氯苯连续精馏塔,要求年产纯度为99.8%的氯苯50000t/a,塔顶馏出液中含氯苯不高于2%。原料液中含氯苯为35%(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,自选; 3.回流比,自选; 4.塔釜加热蒸汽压力506kPa; 5.单板压降不大于0.7kPa; 6.年工作日330天,每天24小时连续运行。 三、设计内容 1.设计方案的确定及工艺流程的说明; 2.塔的工艺计算; 3.塔和塔板主要工艺结构的设计计算; 4.塔内流体力学性能的设计计算; 5.塔板负荷性能图的绘制; 1 2020年5月29日 2 2020年5月29日 6.塔的工艺计算结果汇总一览表; 7.辅助设备的选型与计算; 8.生产工艺流程图及精馏塔工艺条件图的绘制; 9.对本设计的评述或对有关问题的分析与讨论。 四、基础数据 1.组分的饱和蒸汽压οi p (mmHg) 2.组分的液相密度ρ(kg/m 3) 纯组分在任何温度下的密度可由下式计算 苯 t A 187.1912-=ρ 推荐:t A 1886.113.912-=ρ 氯苯 t B 111.11127-=ρ 推荐:t B 0657.14. 1124-=ρ 式中的t 为温度,℃。 3.组分的表面张力σ(mN/m) 3 2020年5月29日 双组分混合液体的表面张力m σ可按下式计算: A B B A B A m x x σσσσσ+= (B A x x 、为A 、B 组分的摩尔分率) 4.氯苯的汽化潜热 常压沸点下的汽化潜热为35.3×103kJ/kmol 。纯组分的汽化潜热与温度的关系可用下式表示: 38 .01 238 .012??? ? ??--=t t t t r r c c (氯苯的临界温度:C ?=2.359c t ) 5.其它物性数据可查化工原理附录。 附参考答案:苯-氯苯板式精馏塔的工艺计算书(精馏段部分) 苯-氯苯板式精馏塔的工艺计算书(精馏段部分) 一、设计方案的确定及工艺流程的说明 原料液经卧式列管式预热器预热至泡点后送入连续板式精馏塔(筛板塔),塔顶上升蒸汽流采用强制循环式列管全凝器冷凝后一部分作为回流液,其余作为产品经冷却后送至苯液贮罐;塔釜采用热虹吸立式再沸器提供汽相流,塔釜产品经卧式列管式冷却器冷却后送入氯苯贮罐。流程图略。 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 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）： 苯-氯苯板式精馏塔冷凝器工艺设计 一、设计题目 设计一苯-氯苯连续精馏塔冷凝器。工艺要求：年产纯度为99.4%的氯苯40500t/a，塔顶馏出液中含氯苯不高于2%。原料液中含氯苯为35%（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，料液温度为50℃t； 3.塔釜加热蒸汽压力506kPa； 4.单板压降不大于0.7kPa； 5.回流液和馏出液温度均为饱和温度； 3.冷却水进出口温度分别为25℃和30℃； 4.年工作日330天，每天24小时连续运行。 三、设计内容 1.设计方案的确定及工艺流程的说明； 2.塔的工艺计算； 3.冷凝器的热负荷； 4.冷凝器的选型及核算； 5.冷凝器结构详图的绘制； 9.对本设计的评述或对有关问题的分析与讨论。 四、基础数据 p（mmHg） 1.组分的饱和蒸汽压ο i 2.组分的液相密度ρ（kg/m3） 纯组分在任何温度下的密度可由下式计算 苯 t A 187.1912-=ρ 推荐：t A 1886.113.912-=ρ 氯苯 t B 111.11127-=ρ 推荐：t B 0657.14.1124-=ρ 式中的t 为温度，℃。 3.组分的表面张力σ（mN/m ） 双组分混合液体的表面张力m σ可按下式计算： A B B A B A m x x σσσσσ+= （B A x x 、为A 、B 组分的摩尔分率） 4.氯苯的汽化潜热 常压沸点下的汽化潜热为35.3×103kJ/kmol 。纯组分的汽化潜热与温度的关系可用下式表示： 38 .01238 .012??? ? ??--=t t t t r r c c （氯苯的临界温度：C 2.359?=c t ） 化工原理课程设计------------苯-甲苯连续精馏筛板塔的设计 目录 一序言 (3) 二板式精馏塔设计任务书五 (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 (7) 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 (16) 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 (20) 1.7 塔板负荷性能图 (23) 四设计结果一览表 (29) 五板式塔得结构与附属设备 (30) 5.1附件的计算 (30) 5.1.1接管 (30) 5.1.2冷凝器 (32) 5.1.3 再沸器 (32) 5.2 板式塔结构 (33) 六参考书目 (35) 七设计心得体会 (35) 八附录 (37) 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。 课程设计题目—苯-氯苯分离过程筛板精馏塔设计2.3万吨一、设计题目 试设计一座苯—氯苯连续精馏塔，已知原料液的处理量为2.3万吨，设塔顶馏出液中含氯苯不高于2%，塔底馏出液中含苯不高于0.2%，原料液中含氯苯为38%（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：泡点进料； ； 3.回流比：2R min 4.塔釜加热蒸汽压力：0.5MPa（表压）； 5.单板压降不大于：0.7kPa； 6.冷却水温度：35℃； 7.年工作日300天，每天24小时连续运行。 三、设计容 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.塔板流体力学性能的计算； 7.塔板负荷性能图的绘制； 8.塔的工艺计算结果汇总一览表； 9.生产工艺流程图及精馏塔工艺条件图的绘制； 10.对本设计的评述或对有关问题的分析与讨论。 四、基础数据 1.组分的饱和蒸汽压 i p （mmHg ） 2.组分的液相密度ρ（kg/m 3） 纯组分在任何温度下的密度可由下式计算 苯 t A 187.1912-=ρ 推荐：t A 1886.113.912-=ρ 氯苯 t B 111.11127-=ρ 推荐：t B 0657.14.1124-=ρ 式中的t 为温度，℃。 3.组分的表面力σ（mN/m ） 双组分混合液体的表面力m σ可按下式计算： A B B A B A m x x σσσσσ+= （B A x x 、为A 、B 组分的摩尔分率） 4.液体的粘度μL 5.氯苯的汽化潜热 常压沸点下的汽化潜热为35.3×103kJ/kmol 。纯组分的汽化潜热与温度的关系可用下式表示： 38 .01238.01 2??? ? ??--=t t t t r r c c （氯苯的临界温度：C ?=2.359c t ） 6.其他物性数据可查化工原理附录。 苯-氯苯板式精馏塔的工艺设计 苯-氯苯分离过程板式精馏塔设计任务 一．设计题目 设计一座苯-氯苯连续精馏塔，要求年产纯度为99.8%的氯苯50000t，塔顶馏出液中含氯苯不高于2%。原料液中含氯苯为38%（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，自选； 3.回流比，自选； 4.塔底加热蒸汽压力0.5MPa(表压)； 5.单板压降不大于0.7kPa； 三．塔板类型 筛板或浮阀塔板（F1型）。 四．工作日 每年300天，每天24小时连续运行。 五．厂址 厂址为天津地区。 六．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。 七．设计基础数据 苯-氯苯纯组分的饱和蒸气压数据 温度，（℃）80 90 100 110 120 130 131. 8 i p×0.133-1k Pa 苯760 1025 1350 1760 2250 2840 2900 氯苯148 205 293 400 543 719 760 其他物性数据可查有关手册。 设计方案 一．设计方案的思考 通体由不锈钢制造，塔节规格Φ25～100mm、高度0.5～1.5m，每段塔节可设置1～2个进料口/测温口，亦可结合客户具体要求进行设计制造各种非标产品。整个精馏塔包括：塔釜、塔节、进料罐、进料预热器、塔釜液储罐、塔顶冷凝器、回流比控制器、产品储罐等。塔压降由变送器测量，塔釜上升蒸汽量可通过采用釜液温度或灵敏板进行控制，塔压可采用稳压阀控制，并可装载自动安全阀。为使塔身保持绝热操作，采用现代化仪表控制温度条件，并可在室温～300℃范围内任意设定。同时，为了满足用户的科研需要，每一段塔节内的温度、塔釜液相温度、塔顶气相温度、进料温度、回流温度、塔顶压力、塔釜压力、塔釜液位、进料量等参数均可以数字显示。 二．设计方案的特点 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) 化工原理课程设计 ——苯-氯苯板式精馏塔的工艺设计 工艺计算书 目录 苯-氯苯板式精馏塔的工艺设计 苯-氯苯分离过程板式精馏塔设计任务 一．设计条件 年产纯度为%的氯苯4万吨，原料液为苯和氯苯的的混合液，其中氯苯含量中为38%（质量百分数），其余为苯，采用泡点进料，要求塔顶氯苯含量不高于2%，精馏塔顶压强为4kPa（表压），单板压降不大于，采用300天/年工作日连续生产。 二．操作条件 1.塔顶压强4kPa（表压）； 2.进料热状况，泡点进料； 3.回流比，自选； 4．压降不大于； 三．塔板类型 筛板或浮阀塔板（F1型）。 四．工作日 每年300天，每天24小时连续运行 五．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.设计计算结果总表。 六．计基础数据 苯-氯苯纯组分的饱和蒸气压数据 其他物性数据可查有关手册。 符号说明： a ——填料的有效比表面积，㎡/m3 ——填料的总比表面积，㎡/m3 a t a ——填料的润湿比表面积，㎡/m3 w ——塔板开孔区面积，m2 A a A ——降液管截面积，m2 f ——筛孔总面积，m2 A A ——塔截面积，m2 t ——流量系数，无因次 c C——计算umax时的负荷系数，m/s d ——填料直径，m ——筛孔直径，m d D ——塔径，m ——液体扩散系数，m2/s D L D ——气体扩散系数，m2/s V ——液沫夹带量，kg(液)/kg(气) e v E——液流收缩系数，无因次 ——总板效率，无因次 E T F——气相动能因子，kg1/2/2) ——筛孔气相动能因子， F g——重力加速度，9.81m/s2 h——填料层分段高度，m HETP关联式常数 ——进口堰与降液管间的水平距离，m h 1 ——与干板压降相当的液柱高度，m液柱 h c ——与液体流过降液管的压降相当的液柱高度，m h d ——塔板上鼓泡层高度，m h f h ——与板上液层阻力相当的液柱高度，m液柱 l ——板上清液层高度，m h L ——允许的最大填料层高度，m h max ——降液管的低隙高度，m h ——堰上液层高度，m h OW ——出口堰高度，m h W ——进口堰高度，m h’ W ——与克服表面张力的压降相当的液柱高度，m液柱h δ H——板式塔高度，m 溶解系数，kmol/(m3·kPa) H ——塔底空间高度，m B ——降液管内清液层高度，m H d ——塔顶空间高度，m H D H ——进料板处塔板间距，m F ——气相总传质单元高度，m H OG H ——人孔处塔板间距，m P ——塔板间距，m H T H ——封头高度， 1 H ——裙座高度， 2 HETP——等板高度，m k ——气膜吸收系数，kmol/（m2hkPa） G ——液膜吸收系数，m/h k L K——稳定系数，无因次 K ——气膜吸收系数kmol/（m2hkPa） G ——堰长，m l W ——液体体积流量，m3/h L h L ——液体体积流量，m3/h s ——润湿速率，m3/（mh） L w m——相平衡常数，无因次 n——筛孔数目 ——气相总传质单元数， N OG苯-甲苯体系板式精馏塔设计
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