课程设计
题目：浮阀式连续精馏
塔的设计
教学院：化学与材料工程学院专业：
学号：
学生姓名：
指导教师：
2010年 5 月20 日
课程设计任务书
2009 ～ 2010学年第 2 学期
学生姓名：专业班级：
指导教师：工作部门：
一、课程设计题目
浮阀式连续精馏塔设计
二、课程设计内容（含技术指标）
1. 工艺条件与数据
原料液量1500kg/h，含苯42%（质量分数，下同），乙苯58%；馏出液含苯98%，残液含苯2%；泡点进料；料液可视为理想溶液。
2. 操作条件
常压操作；回流液温度为塔顶蒸汽的露点；间接蒸汽加热，加热蒸汽压力为5kgf/cm2（绝对压力）；冷却水进口温度30℃，出口温度为45℃；设备热损失为加热蒸汽供热量的5%
。
3. 设计内容
①物料衡算、热量衡算；
②塔板数、塔径计算；
③溢流装置、塔盘设计；
④流体力学计算、负荷性能图。
三、进度安排
1．5月6日：分配任务；
2．5月6日-5月14日：查询资料、初步设计；
3．5月15日-5月21日：设计计算，完成报告。
四、基本要求
1. 设计计算书1份：设计说明书是将本设计进行综合介绍和说明。设计说明书应根据设计指导思想阐明设计特点，列出设计主要技术数据，对有关工艺流程和设备选型作出技术上和经济上的论证和评价。应按设计程序列出计算公式和计算结果，对所选用的物性数据和使用的经验公式、图表应注明来历。
设计说明书应附有带控制点的工艺流程图，塔结构简图。
设计说明书具体包括以下内容：封面；目录；绪论；工艺流程、设备及操作条件；塔工艺和设备设计计算；塔机械结构和塔体附件及附属设备选型和计算；设计结果概览；附录；参考文献等。
2. 图纸1套：包括工艺流程图(3号图纸)和精馏塔装配总图(1号图纸)。
教研室主任签名：
年月日
目录
1．设计方案简介
2．工艺流程草图及说明
3．工艺计算及主体设备设计
4 辅助设备的计算及选型；
5．设计结果概要或设计一览表
6对本设计的评述；
7 附图（工艺流程简图、主体设备工艺条件图）；
8 参考文献。
1．设计方案的选择及流程说明
1.1设计方案的选定
设计方案的选定是指确定整个精馏装置的流程、主要设备的结构的型式和主要操作条件。所选方案必须：（1）能满足工艺要求，达到指定的产量和质量；（2）操作平稳、易于调节；（3）经济合理；（4）生产安全。在实际的设计问题中，上述四项都必须兼顾考虑。
课程设计方案选定所涉及的主要内容有：操作压力进料状况、加热方式及其热能的利用。
1.1.1 操作压力
精馏可在常压、加压或减压下进行，确定操作压力主要是根据处理物料的性质、技术上的可行性和经济上的合理性来考虑。
鉴于本课题，采用常压精馏。
1.1.2 进料状态
进料状态有多种,但一般将料液预热到泡点或接近泡点才送入塔中,这样进料温度就不受季节、气温变化和前道工序波动的影响,塔的操作就比较容易控制。此外,泡点进料时,精馏段与提馏段的塔径相同,设计制造均比较方便。
鉴于此,选用泡点进料.
1.1.3 加热方式
精馏塔通常设置再沸器,采用间接蒸汽加热,以提供足够的热量。
1.1.4 热能的利用
蒸馏过程的原理是多次进行部分汽化和冷凝,因此,热效率很低,通常进入再沸器的能量仅有5%左右被有效利用.所以,蒸馏系统的热能利用问题应值得认真考虑。
塔顶蒸汽冷凝放出的热量是大量的,但其能位较低,不可能直接用来作塔釜的热源。但可用作低温热源,或通入废热锅炉,产生低压蒸汽,供别处使用。或可采用热泵技术,提高温度后再用于加热釜液。
此外,通过蒸馏系统的合理设置,也可取得节能的效果。例如,可采取设置中间再沸器和中间冷凝器的流程,因为设置中间再沸器,可利用温度比塔底低的热源,而中间冷凝器则可回收温度比塔顶高的热量。
1.2连续精馏流程
连续精馏装置一般包括精馏塔、冷凝器、再沸器以及原料预热器,如图。除此之外,还应确定全凝器或是分凝器,再沸器采用直接加热还是间接加热,另外根据热能的利用情况决定是否采用原料预热器。
1.3.板式塔的计算流程图
1.4 塔的工艺计算
1. 工艺条件与数据
原料液量1500kg/h ，含苯40%（质量分数，下同），乙苯60%；馏出液含苯97%，残液含苯2%；泡点进料；料液可视为理想溶液。 2. 操作条件
常压操作；回流液温度为塔顶蒸汽的露点；间接蒸汽加热，加热蒸汽压力为5kgf/cm 2（绝对压力）；冷却水进口温度30℃，出口温度为45℃；设备热损失为加热蒸汽供热量的5%。
1.4.1 物料衡算与能量衡算
1.4.1.1 料液及塔顶、塔底产品含苯摩尔分率
设苯为A,乙苯为B,M A =78.11㎏/kmol , M B =106.17㎏/kmol
1.4.1.2 原料液及塔顶塔底产品的摩尔质量
Kmol Kg M /5.2927.1106)496.01(1.178496.0F =?-+?=
Kmol
Kg M /3.5787.1106)985.01(1.178985.0D =?-+?=
Kmol
Kg M W /1.41057.1106)027.01(1.178027.0=?-+?=
1.4.1.3 全塔物料质量流量
原液量处理量
96.407
.1106/8.501.178/2.401
.178/2.40=+=
F x 85
.907.1106/2.001.178/8.901
.178/8.90=+=
D x 27
.007
.1106/8.901.178/2.001
.178/2.00=+=
W x
总的物料衡算 F=D+W 则有=7.192
1.4.1.4 塔中回收率的计算
在精馏计算中分离程度除用产品的摩尔分数表示外,还常用回收率表示,即: 以塔顶易挥发组分为主要产品,则回收率:
97.22%
96
.409.01485
.90898.6)X )/(F X (D F D =??=
??=η
1.4.1.5 相对挥发度的计算
计算相平衡线及精馏段是都必须直接或间接应用到塔内的平均挥发度，要
知道挥发度则必须知道塔顶塔底的温度，再由苯90
.7220t 033.12113055.06lg *
+-=A p ，
乙苯6
.0213t 255.14242088.06lg *B +-=p 这两个公式来求出塔顶塔底的温度对应下的*A p 、*
B p 。
利用试差法计算温度。
不同温度下苯和乙苯的饱和蒸汽压
T （℃） 0 20 40 60 80 100 120 140
苯（KPa ） 3.37 10.03 24.37 52.19 101.0 180.0 300.3 480.2
乙苯（KPa ） 0.253 0.943 2.865 7.394 16.77 34.25 64.21 112.1
塔顶X D =0.985
假设一个温度t=80.5℃
利用90.7220t 033.12113055.06lg *+-=A p 及 6
.0213t 255.14242088.06lg *
B +-=p
算得*A p =102.565、*
B p =16.996
代入
中与0.985相差不大，故塔顶温度为80.5℃，
此时 采用同样的方法算得塔底温度t w =100.5℃，*A p =182.5016、*B p =34.6577
3.06**1==B
A
p p α7
.25**2==A
p α
则塔中平均相对挥发度4
.6521=?=ααa
1.4.1.6 相平衡线的计算 相平衡线方程为:
代入上式中相对挥发度的值则相平衡线方程为:
1.4.1.7 q 线方程
精馏段操作线和提馏段操作线的交点的轨迹是一条直线，描述该直线的方程称为q 线方程或进料方程。
此设计中，泡点进料，q 线方程定为:1=q
1.4.1.8 回流比求解 q=1 （R min ）q=1==
=0.39
取R opt =2R min=0.78 1.4.1.9 精馏段操作线
因为精馏过程涉及传热和传质两种过程，为简化期间在该课程设计中假定塔内为恒摩尔流动。R 值定为0.78
精馏段操作线方程为:
D
D X x x x R x R R y 53.5038.408.71985.018.708.70111+=++=+++= 式中 y 、x ──分别为精馏段任一截面处的气液相易挥发组分的摩尔分数；
xD ──塔顶易挥发组分的摩尔分数； R ──回流比，R ＝L/D ；
1.4.1.10 提馏段操作线
塔顶的回流比R=0.78,则塔釜汽相回流比R`与R 的关系式为:
07.710.496-0.9850.027
-0.4961.78=X X -X 1)+(R =R D W F `=-F X
而提馏段操作线方程为:
0.0158-1.586x =R X - X R 1)
+(R =y `
W ``
1.4.1.11精馏塔的热量衡算
1.塔顶冷凝器中冷却水用量和冷凝器的传热面积
y
y
x 4.644.65-=
y
a a y x )1(--=
本设计中设备热损失为加热蒸汽提供热量的95% Q 水=0.95Q 顶气 即 q m 水c 水（t 2—t 1）=V r 所以
式中 Q 水——冷却水吸收的热量，W ； Q 顶气——塔顶蒸气放出的热量，W ； q m 水——冷却水用量，kg/s ；
C 水——冷却水的平均比热容，J/（kg ·℃）； t 1、t 2——冷却水的进、出口温度，℃；
V ——塔顶蒸气量，kmol/s ； r ——塔顶蒸气汽化热，J/kmol ； A 冷凝器——冷凝器的传热面积，m 2； Q ——冷凝器的热负荷，W ；
K ——传热系数，W/(m 2·℃),取经验值；
?t 均——冷凝器的传热平均温度差，℃。
冷去水进口温度为：C t 0130= 出口
C t 0
245= 乙醇蒸气进口温度为： 出口 所以
()C
t t t t t 02112.972
=?
?? ?
?'
-'+-=
?均
传热系数1
2..800--=k m w K
当塔顶温度为80.1℃时，此时苯的汽化热为394.02KJ ／Kg ，则塔顶蒸气汽化热
kmol J r /1077.7301.1782.03946?=?=
C
kg J C 0
3./102.4?=水
()s kmol D R V /003411.0360098
.868.711=?=+=
泡点进料
s kg q m /8.5115102.4r V 95.03
=???
??????=水
2
68.715.978001077.730003411.05.90m t K r V t k Q A =????=???=??=冷凝器
)12m t t c r
V q -=（水
水
C
t 01.580='C t 02.779='
2．塔底再沸器中加热蒸汽用量和再沸器的传热面积
塔底温度为t=100.5℃时，苯的汽化热
360.4 KJ ／Kg
乙苯的汽化热为
353.3 KJ ／Kg ，则塔底上升蒸汽汽化热为r= 故再沸器的热流
Q=Vr=
则： q=
=
=0.064s kg /
塔底再沸器的面积()2
3m 1.68.42080010%510.8133=??+?=??=t k Q A 再沸器
1.5理论塔板数的设计
1.5.1联立精馏段和提馏段操作线方程
X d =0.281
1.5.2用逐板计算法计算理论塔板数
第一块塔板的一项组成与回流蒸汽的组成一致,所以=
=0.985
=
第二快板:==0.956
= 第三块板:==0.901
=
17
6.0)y 1(y y 333
=-+α.794
0)y 1(y y 2
22
=-+α.92
0)y 1(y y 111
=-+α
第四块板=0.823 =0.452
第五块板=0.75 =0.347
第六块板=0.705 =0.298
第七块板=0.684 =0.277
故本题中需要六块，第七块为进料板，从第八快开始，用提馏段操作线求，用平衡方程求，一直到
第八块板==0.115
第九块板=0.167 =0.034
第十块板=0.038 =0.007
因为釜底间接加热，所以共需要10-1=9层塔板，精馏段需要六块，提馏段需要三块
1.6 塔板效率和实际塔板数
1.6.1塔板效率
在实际塔板上，气液两相并未达到平衡，这种气液两相间传质的不完善程度用塔板效率来表示，在设计计算中多采用总板效率求出实际塔板数。总板效率确定得是否合理，对设计的塔在建成后能否满足生产的要求有重要的意义。而总板效率与物系物性、塔板结构和操作条件密切相关。由于影响的因素多而复杂，很难找到各种因素之间的定量关系，一般可采用下面的方法来确定总板效率。
塔顶液相组成，973.0D =x C t 0
D
1.80= 塔底液相组成
027
.0=w x ，C t w 0
9.1136=，所以，
C
t m 0108.15236.19
180.1=+=
。
查表得 在此温度下 s
mP a 29.0?＝乙苯u ，s mPa 22.0?＝苯u
故()s mPa x x F F m .255.029.0496.0122.0496.0)1(?=?-+?=-+?=乙苯苯μμμ
44.10.25545.6=?=?m a μ 由奥康内尔关联图知
T E =0.47
1.6.2实际塔板数
精馏段 ： （块）
精137.1247.06
≈==N 提馏段 ： （块）提7
38.647.03
≈==N
故实际塔板数 ：
块）
(20713=+=p N
1.6 .3 塔的工艺条件及物性数据计算
1.6.3.1 操作压强
塔顶压强kPa P D 25.3101=，因为操作设备每层压降
，故取每层板
的压降为0.7KPa
kPa P F 425.110325.1017.013=+?=， 故精馏段平均操作压强为：
1.6.3.2 温度m t
根据操作压强，由下式计算操作温度B B A A x P x P P 00+=，经试差得到塔顶
C t
D 0.580=，进料板温度C t F 09.1136=， 则精馏段的平均温度，
1.6.3 .3 平均分子量m M
塔顶：1y x D ==0. 985，1x =0.92
C
t m 05.31082
9.1136.580=+=kPa
P m 875.1052
425
.11025.3101=+=
（精）
K m o l
Kg M VDm /3.5787.1106)985.01(1.178985.0=?-+?= Kmol Kg M LDm /35.8017.106)92.01(11.7892.0=?-+?=
进料板：496.0=F y ，149.0=F x
()Kmol Kg M VFm /5.2927.1106496.011.178496.0=?-+?= ()Kmol Kg M LFm /9.91017.1106149.011.178149.0=?-+?=
则精馏段平均分子量：
1.6.3.4 平均密度m ρ 1 液相密度Lm ρ
根据数据查表有:3D /815m Kg A =ρ，3D /813.6m Kg B =ρ，3F /744.1m Kg A =ρ，3F /756.7m Kg B =ρ，
。
由 （a 为质量分率），塔顶，故3
/689.69m Kg LmD =ρ
3/751.36m Kg LmF =ρ
故精馏段平均液相密度：
2 气相密度:
1.6.3.5 液体表面张力
根据主要基础数据，查图知：13.3m N /m
D =A σ,mN/m 5.51=Bd σ，756.742
.011.47442.01-+=LmF
ρkg/kmol
9.3832
5
.2923.578M V =+=
（精）m D
D
D
1LB B
LA A Lm a a ρ
ρρ+=F F F 1
LB
B
LA A Lm a a ρρρ+=()
3
M v m /52.85.12735.310814.389
.38575.8106RT
M P v kg m m =+??=
?=
（精）
（精）ρkmol
/7.1912
9
.91015.380M lm Kg =+=
（精）3
LMF
LMD L m /720.532
kg m =+=
ρρρ（精）
m N/m 9.71=Af σ,.5m N/m 02F =B σ。 ()m mN md /3.135.15985.013.13985.0=?-+?=σ
()m mN m /19.2120.50.496-117.9496.0F =?+?=σ
则精馏段平均表面张力：
1.6.3.6 液体粘度
根据主要基础数据，查图知：：308.0D =A μ,543.0D =B μ，
184.0F =A μ,262.0F =B μ
()s
m P a L ?=?-+?=-+=309.0435.0)598.01(308.0598.0X 1X BD D AD D D μμμ()s
m P a L ?=?-+?=-+=205.0226.0)496.01(184.0496.0X 1X AF F AF F F μμμ
故精馏段平均液相粘度
1.6.37 气液负荷计算
1.7 塔和塔板主要工艺尺寸计算
1.7.1 塔高
根据实际经验取精馏段间距0.45m ，提馏段
塔高 m Z 5.0107.60135.40=?+?= 1.7.2 塔径
塔板间距H T 的选定很重要，它与塔高、塔径、物系性质、分离效率、塔的操作弹性，以及塔的安装、检修等都有关。可参照下表所示经验关系选取。
表7 板间距与塔径关系
∑==n
i m i
xi 1
σσm mN m /16.272
19.21
3.13=+=
σmpas Lm 257.02
205
.0309.0=+=
μ()()h
m P DM R V /8.83675
.829.38598.868.70113VM
VM =??+=+=精
精h
m P RDM L /681.053
.72017
.91898.68.703LM LM =??==
精
精
塔径D T ，m 0.3～0.5 0.5～0.8 0.8～1.6 1.6～2.4 2.4～4.0
板间距H T ，
mm
200～300
250～350
300～450
350～600
400～600
初选板间距m H T 30.0=，取板上液层高度m h L 083.0=，
故液滴沉降高度m h H L T 217.0083.03.0=-=-； 夜气流动参数：
由液汽流动参数 及液滴沉降高度查
Smith
关联图
（
），可得液相表面张力为20mN/m 时的
负荷因子20C =0.045 由现工艺条件校正得
可取安全系数为0.6，则（安全系数0.6—0.8）， 故s m /409.082.6060.0u 6.0u max =?==
塔径
设计塔径D 与设计规范值比较进行圆整，取塔径D=0.6m
气相通过的塔截面积A=
塔截面积A T
1.8降液管及溢流堰尺寸 1.8.1降液管尺寸
043
.0207.216045.0202
.02
.020=?
?
?
???=?
?
?
??=σC C m
V D S
564.03600
409.014.38
.83674u
4=???==
π0.0292.85
689.69
367.880.681V
L MV LMD ==ρρm
250.03600
0.409367.88L V =?=m
2826.0D 4
2==
π
s m C
V V L /82.605
.825
.823.5720043.0max =-?=-=ρρρμ
由以上设计结果得弓形降液管所占面积为
=-A=0.2826-0.25=0.0326m
根据以上选取的值,由算降液管宽度
b D =
选取平行受液盘,考虑降液管底部阻力和液封,选取底隙
1.8.2 溢流堰尺寸
由以上设计数据确定堰长
,式中E取1 ，
则算出
堰高由选取清夜层高度确定：
溢流强度
降液管底隙液体流量
1.9浮阀数及排列方式
1.9.1浮阀数
选取型浮阀，重型，阀孔直径为
初取阀孔
，计算阀孔气速
浮阀个数：n=
1.9.2浮阀排列方式
通过计算及实际排列确定塔盘的浮阀数n ，在试排浮阀时，要参
考塔盘的各区布置，例如塔盘边缘宽度，液体进出口的安全宽度、
以及塔盘支撑梁所占的面积。
取塔板上液体进出口安全宽度
，取边缘宽度
有效传质面积
?
?????
+-=-r x sin r x r x 21222a A 求得
m D C 15.005.024
.0b 2r =-=-=
()()m 085.004.0075.02.40b b 2=+-=+-=
s d D x
2122256.115.0085.0sin 5.10085.015.0085.02m
A a =??????+-=-
开孔所占面积
选择排列方式，其孔口距可由以下的方法估算，如图由开孔区内阀孔所占面积分数解得
由塔板开孔率：
%
.7
12
%
26
.1
016
.0
T
0=
=
=
A
A
?
1.10塔板流动性能的校核
1.10.1液沫夹带量校核，为控制液末夹带量V e过大，应使汽泛点，浮阀塔板泛点率
式中，由塔板上气相密度及塔板间距，查图图5-26，
得分数,根据表所提供的数据，本物分的k
值可选取1，塔板上液体流道长及液流面积分别为
T
A
故得=
1.9.1塔板阻力的计算
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 化工原理课程设计乙醇-水连续精馏塔的设计 姓名 学号 年级 专业化学工程与工艺 系（院）化学化工学院 指导教师张杰 2013年 6月 目录 第一章绪论 (1) 第二章塔板的工艺设计 (3) 2.1 精馏塔全塔物料衡算 (3) 2.2 常压下乙醇-水气液平衡组成（摩尔）与温度关系 (3) 2.3 理论塔板的计算 (8) 2．4 塔径的初步计算 (10) 2.5 溢流装置 (11) 2.6 塔板布置及浮阀数目与排列 (12) 第三章塔板的流体力学计算 (14) 3.1 气相通过浮阀塔板的压降 (14) 3.2 淹塔 (15) 3.3 液沫夹带 (15) 3.4 塔板负荷性能图 (16) 第四章附件设计 (20) 4.1 接管 (21) 4.2 筒体与封头 (22) 4.3 除沫器 (22) 4.4 裙座 (22) 4.5 吊柱 (22) 4.6 人孔 (23) 第五章塔总体高度的设计 (23) 第六章塔附属设备设计 (23) Q (23) 6.1确定冷凝器的热负荷 c 6.2 冷凝器的选择 (24) 参考书目 (24) 主要符号说明 (25) 结束语 (26) （一）设计题目 乙醇-水连续精馏塔的设计 （二）设计任务及操作条件 1) 进精馏塔的料液含乙醇30%（质量分数，下同），其余为水； 2) 产品的乙醇含量不得低于93%； 3) 残液中乙醇含量不得高于0.5%； 4) 每年实际生产时间：7200小时/年，处理量：80000吨/年； 5) 操作条件 a) 塔顶压力：常压 b) 进料热状态：饱和液体进料 (或自选) c) 回流比： R=1.55Rmin d) 加热方式：直接蒸汽 e) 单板压降：≤0.7kPa （三）板类型 浮阀塔 （四）厂址 临沂地区 （五）设计内容 1、设计说明书的内容 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）设计结果汇总 10) 对设计过程的评述和有关问题的讨论。 2、设计图纸要求 绘制生产工艺流程图（选作）； 注:常压下乙醇-水气液平衡组成与温度的关系见课程设计教材附录(105页) 化学工程与工艺专业 《化工原理》课程设计说明书 题目：浮阀式连续精馏塔及其主要附属设备设计姓名： 班级学号： 指导老师： 同组学生姓名： 完成时间： 《化工原理》课程设计评分细则 说明：评定成绩分为优秀(90-100),良好(80-89)，中等(70-79)，及格(60-69)和不及格(<60) 评审 单元 评审要素 评审内涵 评审等级 检查 方法 指导 老师 评分 检阅 老师 评分 设计 说明书 35% 格式规范 是否符合规定的格式要求 5-4 4-3 3-2 2-1 格式 标准 内容完整 设计任务书、评分标准、 主要设备计算、作图、后记、参考文献、小组成员及 承担任务 10-8 8-6 6-4 4-1 设计 任务书 设计方案 方案是否合理及 是否有创新 10-8 8-6 6-4 4-1 计算 记录 工艺计算 过 程 计算过程是否正确、 完整和规范 10-8 8-6 6-4 4-1 计算 记录 设计 图纸 30% 图面布置 图纸幅面、比例、标题栏、明细栏是否规范 10-8 8-6 6-4 4-1 图面布 置标准 标注 文字、符号、代号标注 是否清晰、正确 10-8 8-6 6-4 4-1 标注 标准 与设计 吻合 图纸设备规格 与计算结果是否吻合 10-8 8-6 6-4 4-1 比较图纸与说明书 平时 成绩 20% 出勤 计算、上机、手工制图 10-8 8-6 6-4 4-1 现场 考察 卫生 与纪律 设计室是否整洁、 卫生、文明 10-8 8-6 6-4 4-1 答辩 成绩 15% 内容表述 答辩表述是否清楚 5-4 4-3 3-2 2-1 现场 考察 内容是否全面 5-4 4-3 3-2 2-1 回答问题 回答问题是否正确 5-4 4-3 3-2 2-1 总 分 综合成绩 成绩等级 指导老师 评阅老师 （签名） （签名） 年 月 日 年 月 日 浮阀塔设计示例 设计条件 拟建一浮阀塔用以分离某种液体混合物，决定采用F1型浮阀（重阀），试按下述条件进行浮阀塔的设计计算。 气相流量V s = 1.27m3/s；液相流量L s = 0.01m3/s； 气相密度ρV = 3.62kg/m3；液相密度ρL = 734kg/m3； 混合液表面张力σ= 16.3mN/m，平均操作压强p = 1.013×105Pa。 设计计算过程 （一）塔径 欲求出塔径应先计算出适宜空塔速度。适宜空塔速度u一般为最大允许气速u F的0.6～0.8倍 即： u＝（0.6～0.8）u F 式中C可由史密斯关联图查得，液气动能参数为： 取板间距H T =0.6m，板上液层高度h L =0.083m，图中的参变量值H T-h L=0.6-0.083 =0.517m。根据以上数值由图可得液相表面张力为20mN/m时的负荷系数C20=0.1。由所给出的工艺条件校正得： 最大允许气速： 取安全系数为0.7，则适宜空塔速度为： 由下式计算塔径： 按标准塔径尺寸圆整，取D = 1.4m； 实际塔截面积： 实际空塔速度： 安全系数：在0.6～0.8范围间，合适。 （二）溢流装置 选用单流型降液管，不设进口堰。 1）降液管尺寸 取溢流堰长l w=0.7D，即l w/D=0.7，由弓形降液管的结构参数图查得：A f/A T=0.09,W d/D=0.15 因此：弓形降液管所占面积:A f=0.09×1.54=0.139(m2) 弓形降液管宽度:W d=0.15×1.4=0.21(m2) 验算液体在降液管的停留时间θ， 由于停留时间θ＞5s，合适。 2）溢流堰尺寸 由以上设计数据可求出： 溢流堰长 l w=0.7×1.4=0.98m 采用平直堰，堰上液层高度可依下式计算，式中E近似取1，即 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 化工原理课程设计任务书 姓名：熊茂专业：生物工程班级：生物 2010 一、设计题目：正庚烷-正辛烷连续精馏浮阀塔设计 二、设计任务及操作条件 设计任务： （1）原料液中含正辛烷 %(质量) （2）塔顶馏出液中含正辛烷不得高于2%(质量) （3）年产纯度为%的正辛烷3万吨 操作条件 （1）塔顶压力：4kPa（表压） （2）进料热状态：泡点进料 （3）回流比：R= （4）塔底加热蒸汽压力：（表压） （5）单板压降：≤ （6）全塔效率：ET=59% 三、塔板类型 F1型浮阀塔 四、工作日 每年运行300天，每天工作24小时 五、公司厂址 厂址：重庆市长寿区新工业园区胜利路128号 六、具体设计内容 设计说明书的内容 （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 设计图纸要求 （1）绘制生产工艺流程图 （2）精馏塔的工艺条件图（双溢流浮阀塔） （3）设计基础数据表 目录 一、绪论................................................. 错误!未定义书签。 1．设计方案的思考.................................... 错误!未定义书签。 2.设计方案的特点..................................... 错误!未定义书签。 3．工艺流程的确定.................................... 错误!未定义书签。 二、设备工艺条件的计算................................... 错误!未定义书签。 1．设计方案的确定及工艺流程的说明.................... 错误!未定义书签。 2．全塔的物料衡算.................................... 错误!未定义书签。 料液及塔顶底产品含苯的摩尔分率.................. 错误!未定义书签。 平均摩尔质量.................................... 错误!未定义书签。 料液及塔顶底产品的摩尔流率...................... 错误!未定义书签。 3．塔板数的确定...................................... 错误!未定义书签。 相对挥发度的计算................................. 错误!未定义书签。 平衡线方程求算................................... 错误!未定义书签。 精馏塔的气、液相负荷............................. 错误!未定义书签。 精馏段、提馏段操作线方程......................... 错误!未定义书签。 4．精馏塔的工艺条件及有关物性数据数据的计算.......... 错误!未定义书签。 操作压力的计算.................................. 错误!未定义书签。 操作温度的计算................................... 错误!未定义书签。 平均摩尔质量的计算.............................. 错误!未定义书签。 平均密度的计算.................................. 错误!未定义书签。 平均粘度的计算.................................. 错误!未定义书签。 平均表面张力的计算.............................. 错误!未定义书签。 5．精馏塔的塔体工艺尺寸计算.......................... 错误!未定义书签。 精馏段塔径的计算................................. 错误!未定义书签。 提馏段塔径的计算............................... 错误!未定义书签。 精馏塔有效高度的计算............................ 错误!未定义书签。 6、塔板主要工艺尺寸的计算............................ 错误!未定义书签。 精馏段.......................................... 错误!未定义书签。 提馏段........................................... 错误!未定义书签。 7．浮阀的流体力学验算................................ 错误!未定义书签。 精馏段.......................................... 错误!未定义书签。 提馏段........................................... 错误!未定义书签。 8、塔板负荷性能图.................................... 错误!未定义书签。 精馏段负荷性能图................................. 错误!未定义书签。 提馏段负荷性能图................................ 错误!未定义书签。 三、计算结果总汇........................................ 错误!未定义书签。 四、结束语.............................................. 错误!未定义书签。 五、符号说明：........................................... 错误!未定义书签。 六、参考文献............................................. 错误!未定义书签。 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 ........................................................................................................................................................................... I 绪论 (1) 设计方案的选择和论证 (3) 第一章塔板的工艺计算 (5) 1.1基础物性数据 (5) 1.2精馏塔全塔物料衡算 (5) 1.2.1已知条件 (5) 1.2.2物料衡算 (5) 1.2.3平衡线方程的确定 (6) 1.2.4求精馏塔的气液相负荷 (7) 1.2.5操作线方程 (7) 1.2.6用逐板法算理论板数 (7) 1.2.7实际板数的求取 (8) 1.3精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (9) 1.3.1进料温度的计算 (9) 1.3.2操作压力的计算 ................................................................................................ 错误!未定义书签。 1.3.3平均摩尔质量的计算 (9) 1.3.4平均密度计算 (10) 1.3.5液体平均表面力计算 (11) 1.3.6液体平均粘度计算 (12) 1.4 精馏塔工艺尺寸的计算 (12) 1.4.1塔径的计算 (12) 1.4.2精馏塔有效高度的计算 (14) 1.5 塔板主要工艺尺寸的计算 (14) 1.5.1溢流装置计算 (14) 1.6浮阀数目、浮阀排列及塔板布置 (15) 1.7塔板流体力学验算 (16) 1.7.1计算气相通过浮阀塔板的静压头降h f (16) 1.7.2计算降液管中清夜层高度Hd (17) 1.7.3计算雾沫夹带量e V (18) 1.8塔板负荷性能图 (19) 1.8.1雾沫夹带线 (19) 1.8.2液泛线 (19) 1.8.3 液相负荷上限线 (21) 1.8.4漏液线 (21) 1.8.5液相负荷下限线 (21) 1.9小结 (22) 第二章热量衡算 (23) 2.1相关介质的选择 (23) 2.1.1加热介质的选择 (23) 2.1.2冷凝剂 (23) 2.2热量衡算 (23) 第三章辅助设备 (28) 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 乙醇－水连续浮阀式精馏塔的设计方案 第1章前言 1.1精馏原理及其在化工生产上的应用 实际生产中，在精馏柱及精馏塔中精馏时，上述部分气化和部分冷凝是同时进行的。 对理想液态混合物精馏时，最后得到的馏液(气相冷却而成)是沸点低的B物质，而残液是沸点高的A物质，精馏是多次简单蒸馏的组合。精馏塔底部是加热区，温度最高；塔顶温度最低。精馏结果，塔顶冷凝收集的是纯低沸点组分，纯高沸点组分则留在塔底。 1.2精馏塔对塔设备的要求 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。 1.4常用板式塔类型及本设计的选型 常用板式塔类型有很多，如：筛板塔、泡罩塔、舌型塔、浮阀塔等。而浮阀塔具有很多优点，且加工方便，故有关浮阀塔板的研究开发远较其他形式的塔板广泛，是目前新型塔板研开发的主要方向。近年来与浮阀塔一直成为化工生中主要的传质设备，浮阀塔多用不锈钢板或合金。实际操作表明，浮阀在一定程度的漏夜状态下，使其操作板效率明显下降，其操作的负荷围较泡罩塔窄，但设计良好的塔其操作弹性仍可达到满意的程度。 浮阀塔塔板是在泡罩塔板和筛孔塔板的基础上发展起来的，它吸收了两者的优点。所以在此我们使用浮阀塔，浮阀塔的突出优点是结构简单，造价低，制造方便；塔板开孔率大，生产能力大等。 乙醇与水的分离是正常物系的分离，精馏的意义重大，在化工生产中应用非常广泛，对于提纯物质有非常重要的意义。所以有必要做好本次设计 1.4．本设计所选塔的特性 浮阀塔的优点是： 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 的负荷波动围比筛板塔，泡罩塔都大。 3．塔板效率高，由于上升气体从水平方向吹入液层，故气液接触时间较长，而雾沫夹 带量小，塔板效率高。 4．气体压降及液面落差小，因气液流过浮阀塔板时阻力较小，使气体压降及液面落差 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。 浮阀板式精馏塔设计方案 第1章设计条件与任务 1.1设计条件 在常压操作的连续板式精馏塔分离乙醇-水混合物。塔釜直接蒸汽加热，生产能力和产品的质量要求如下： 生产能力：年处理乙醇-水混合液35 000吨(300天/年） 原料：乙醇含40%(质量分数，下同）的常温液体 分离要求：塔顶乙醇含量为93% 塔底乙醇含量为0.35% 操作条件：①塔顶压力：4kPa(表压)；②进料热状态：自选；③回流比：自选；④单板压降≤0.7kPa。 建厂地址： 1.2设计任务 1 全塔物料衡算、操作回流比和理论塔板数的确定。 2 计算冷凝器和再沸器热负荷。 3 计算精馏段、提馏段的塔板效率，确定实际塔板数。 4 估算塔径。 5 板式塔的工艺尺寸计算，包括溢流装置与塔板的设计计算。 6 塔板的流体力学性能校核，包括板压力降、液面落差、液沫夹带、漏液及液泛的校核。 7 绘制塔板的负荷性能图。塔板的负荷性能图由液相负荷下限线、液相负荷上限线、漏液线、液沫夹带线和溢流液泛线确定。 8 塔的结构确定，包括塔体结构与塔板结构。 塔体结构：塔顶空间，塔底空间，人孔(手孔），支座，封头，塔高等。 塔板结构：采用分块式塔板还是整块式塔板。 9 塔的附属设备选型,包括塔顶冷凝器、塔底(蒸馏釜的换热面积，原料预热器的换热面积与泵的选型(视情况而定）。 10 精馏塔各接管尺寸的确定。 11 绘制精馏塔系统工艺流程图。 12 绘制精馏塔装配图。 13 编写设计说明书。 14计算机要求：编写程序、CAD绘图等。 15 英语要求：撰写英文摘要。 16 设计说明书要求：逻辑清楚，层次分明，书写工整，独立完成。 第2章设计方案的确定图2.1 板式精馏塔的工艺流程简图 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 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 第一篇化工原理课程设计任务书 1.1设计题目 苯-甲苯连续精馏（浮阀）塔的设计 1.2设计任务 1、精馏塔设计的工艺计算及塔设备计算 （1）流程及操作条件的确定；物料衡算及热量衡算； （2）塔板数的计算； （3）塔板结构设计（塔板结构参数的确定、流动现象校核、负荷性能图）； （4）塔体各接管尺寸的确定； （5）冷却剂与加热剂消耗量的估算。 2.设计说明及讨论 3.绘制设计图 （1）流程图（A4纸）； （2）塔盘布置图（8开坐标纸）； （3）工艺条件图（1号绘图纸）。 1.3原始设计数据 1、原料液：苯-甲苯，其中苯含量为35 %（质量），常温； 2、馏出液含苯：99.2 %（质量）； 3、残液含苯： 0.5 %（质量）； 4、生产能力：4000 (kg/h). 第二篇流程及流程说明 为了能使生产任务长期固定，适宜采用连续精流流程。贮罐中的原料液用机泵泵入精馏塔，塔釜再沸器用低压蒸汽作为热源加热料液，精馏塔塔顶设有全凝器，冷凝液部分利用重力泡点回流部分连续采出到产品罐（具体流程见附图）。 在流程确定方案选择上，本设计尽可能的减少固定投资，降低操作费用，以期提高经济效益。 1、加料方式的选择： 设计任务年产量虽小，但每小时4000Kg的进料量，为维持生产稳定，采用高位槽进料，从减少固定投资，提高经济效益的角度出发，选用泡点进料的加料方式。 2、回流方式的选择： 塔的生产负荷不大，从降低操作费用的角度出发，使用列管式冷凝器，利用重力泡点回流,同时也减少了固定投资。 3、再沸器的选择： 塔釜再沸器采用卧式换热器，使用低压蒸汽作为热源，做到了不同品位能源的综合利用，大大降低了能源的消耗量。 课程设计 题目：浮阀式连续精馏 塔的设计 教学院：化学与材料工程学院专业：07级精细化工 学号：200740810113 学生：哈哈 指导教师：屈媛夏贤友 2010年 5 月20 日 课程设计任务书 2009 ～ 2010学年第 2 学期 学生：专业班级：07化学工程与工艺（精细化工向） 指导教师：屈媛夏贤友工作部门：化学与材料学院 一、课程设计题目 浮阀式连续精馏塔设计 二、课程设计容（含技术指标） 1. 工艺条件与数据 原料液量1500kg/h，含苯42%（质量分数，下同），乙苯58%；馏出液含苯98%，残液含苯2%；泡点进料；料液可视为理想溶液。 2. 操作条件 常压操作；回流液温度为塔顶蒸汽的露点；间接蒸汽加热，加热蒸汽压力为5kgf/cm2（绝对压力）；冷却水进口温度30℃，出口温度为45℃；设备热损失为加热蒸汽供热量的5% 。 3. 设计容 ①物料衡算、热量衡算； ②塔板数、塔径计算； ③溢流装置、塔盘设计； ④流体力学计算、负荷性能图。 三、进度安排 1．5月6日：分配任务； 2．5月6日-5月14日：查询资料、初步设计； 3．5月15日-5月21日：设计计算，完成报告。 四、基本要求 1. 设计计算书1份：设计说明书是将本设计进行综合介绍和说明。设计说明书应根据设计指导思想阐明设计特点，列出设计主要技术数据，对有关工艺流程和设备选型作出技术上和经济上的论证和评价。应按设计程序列出计算公式和计算结果，对所选用的物性数据和使用的经验公式、图表应注明来历。 设计说明书应附有带控制点的工艺流程图，塔结构简图。 设计说明书具体包括以下容：封面；目录；绪论；工艺流程、设备及操作条件；塔工艺和设备设计计算；塔机械结构和塔体附件及附属设备选型和计算；设计结果概览；附录；参考文献等。 年产2.9万吨丙烯精馏浮阀塔结构设计的设计方案 第一部分工艺计算 设计方案 本设计任务为分离丙烯混合物，在常压操作的连续精馏塔分离丙-丙烯混合液：已知塔底的生产能力为丙烯3.6万吨/年，进料组成为0.50（苯的质量分率），要求塔顶馏出液的组成为0.98，塔底釜液的组成为0.02。 对于二元混合物分离采用连续精馏流程，设计中进料为冷夜进料，将原料液通过泵送入精馏塔，塔顶上升蒸汽采用全冷凝器冷凝，冷凝液一部分回流至塔，其余部分经产品冷却器冷却送至储罐。该物系属易分离物系，最小回流比小，故操作回流比取最小回流比的1.2倍。塔釜采用间接加热，塔底产品冷却后送至储罐。 1.1原始数据 年产量：2.9万吨丙烯 料液初温：25~35℃ 料液浓度： 50%（丙质量分率） 塔底产品浓度： 98%（丙烯质量分率） 塔顶苯质量分率不低于 97% 每年实际生产天数：330天（一年中有一个月检修） 精馏塔塔顶压强：4 kpa（表压） 冷却水温度：30℃ 饱和水蒸汽压力：2.5kgf/cm2(表压) 设备型式：浮阀塔 =45㎏/㎡，地质：地震烈度7级，土质为Ⅱ类场地土，气厂址：地区（基本风压：q 温：-20~40℃） 1.2选取塔基本参数 40.0=苯F x 60.0x F =甲苯 98.0y D =苯 02.0y F =甲苯 03.0x W =苯 97.0x W =甲苯 1.3确定最小回流比 1.3.1 汽液平衡关系及平衡数据 表1-1 常压下苯—甲苯的汽液平衡组成 1.3.2 求回流比 （1）M 苯=78.11 kg/mol, M 甲苯=92.13kg/mol 苯摩尔分率：XF=(50/78.11)/(50/78.11+50/92.13)=0.5412 XD=（97/78.11）/（97/78.11+3/92.13）=0.9744 XW=(2/78.11)/(2/78.11+98/92.13)=0.0235 表1-1 常压下丙烯的汽液平衡组成 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。化工原理课程设计 乙醇-水连续浮阀精馏塔的设计解析
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