化工原理筛板精馏塔课程设计案例
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化工原理筛板精馏塔课程设计案例
吉林化工学院化工原理课程设计题目 ____________ 筛板精馏塔分离苯一甲苯工艺设计教学院化工与材料工程学院专业班级材化0801 ____________ 学生姓名______________________学生学号08150108____________指导教师张福胜___________________ 2010年6月14日5.1塔顶冷凝器设计计算 (23)5.2泵的选型 (24)5.4塔总体高度的设计 (25)目录摘要 ....................................................... 一绪论 ....................................................... 二第一章流程及流程说明 (1)第二章 精馏塔工艺的设计 (2)2.1产品浓度的计算 (2)2.1.1原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 (2)2.1.2原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量2 2.2最小回流比的确定 (3)2.3物料衡算 32.4精馏段和提馏段操作线方程 (3)2.4.1求精馏塔的气液相负荷2.4.2求操作线方程 32.5精馏塔理论塔板数及理论加料位置3 2.6实际板数的计算 32.7实际塔板数及实际加料位置第三章精馏塔主要工艺尺寸的设计计算 ..............3.1物性数据计算 (5)3.2精馏塔主要工艺尺寸的计算 (9)3.3筛板流体力学验算 (13)3.4塔板负荷性能图 (16)第四章热量衡算 ........................4.1塔顶气体上升的焓。
(21)4.2回流液的焓 ° . 214.3塔顶馏出液的焓^厲 (21)4.4冷凝器消耗焓Q (21)4.5进料的焓 Q (21)4.6塔底残液的焓 (21)4.7再沸器的焓Q (22)21 第五章塔的附属设备的计算 ....................23结论 (27)致谢 (28)参考文献 (29)主要符号说明30摘要在此筛板精馏塔分离苯-甲苯的设计中，给定的条件为：进料量为F=85kmol/h塔顶组成为：X D 0.98进料馏出液组成为：X F 0.5塔釜组成：X W =0.03加料热状态:q=1塔顶操作压强：P 101.3kPa（表压）首先根据精馏塔的物料衡算，求得D和W通过图解法确定最小回流比；再根据操作线方程，运用图解法求得精馏塔理论板数，确定温度奥康奈尔公式求的板效率，继而求得实际板数，确定加料位置。
【免费下载】化工原理筛板精馏塔课程设计 案例
主要符号说明
30
III
南京工业大学化学化工学院化工原理课程设计
摘要 在此筛板精馏塔分离苯-甲苯的设计中，给定的条件为： 进料量为 F=85kmol/h 塔顶组成为： xD 0.98 进料馏出液组成为： xF 0.5 塔釜组成: xW =0.03 加料热状态:q=1 塔顶操作压强: P 101.3kPa (表压) 首先根据精馏塔的物料衡算，求得 D 和 W，通过图解法确定最小回流比；再根据操作 线方程，运用图解法求得精馏塔理论板数，确定温度奥康奈尔公式求的板效率，继而求得 实际板数，确定加料位置。 然后进行精馏段和提馏段的设计工艺计算，求得各工艺尺寸，确定精馏塔设备结构。 继而对筛板的流体力学进行验算，检验是否符合精馏塔设备的要求，作出塔板负荷性能图， 对精馏塔的工艺条件进行适当的调整，使其处于最佳的工作状态。 第二步进行塔顶换热器的设计计算。先选定换热器的类型，确定物性数据，计算传热 系数和传热面积。然后对进料泵进行设计，确定类型。 关键词： 苯-甲苯、精馏、图解法、负荷性能图、精馏塔设备结构 塔附属设备
3
2.4.2 求操作线方程
3
2.5 精馏塔理论塔板数及理论加料位置
3
2.6 实际板数的计算
3
2.7 实际塔板数及实际加料位置
.
3
第三章 精馏塔主要工艺尺寸的设计计算............................5
3.1 物性数据计算.............................................................5 3.2 精馏塔主要工艺尺寸的计算.................................................9 3.3 筛板流体力学验算........................................................13 3.4 塔板负荷性能图..........................................................16
化工原理课程设计-甲醇-水混合液筛板精馏塔设计
攀枝花学院生物与化学工程学院化工原理课程设计设计题目：甲醇－水混合液筛板精馏塔设计姓名：学号：年级：2012级指导老师：设计时间：二O一四年十二月设计任务书一、设计条件年处理量：104500吨料液初温：20℃料液浓度： 34.5% （甲醇质量分率）塔顶产品浓度：98%（甲醇质量分率）塔底釜液含甲醇量不高于1%(以质量计)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：4KPa（表压）单板压降不超过0.7KPa冷却水温度：20℃饱和水蒸汽压力：0.25MPa(表压)设备型式：筛板塔建厂地区压力：1atm二、设计任务完成精馏塔工艺设计，精馏设备设计，有关附属设备的设计和选用，绘制精馏工艺流程图，设备结构图，编制设计说明书。
目录第一章综述1.1精馏原理及其在工业生产中的应用………………………………1.2精馏操作对塔设备的要求（生产能力、效率、流动阻力、操作弹性、结构、造价和工艺特性）………………………………1.3常用板式塔类型及本设计的选型………………………………1.4本设计所选塔的特性………………………………第二章工艺条件的确定和说明2.1确定操作压力………………………………2.2确定进料状态………………………………2.3确定加热剂和加热方式………………………………第三章流程的确定和说明（附流程简图）3.1流程的说明………………………………3.2设置各设备的原因（精馏设备、物料的储存和输送、必要的检测手段、操作中的调节和重要参数的控制、热能利用）第四章精馏塔的设计计算4.1物料衡算………………………………4.2回流比的确定………………………………4.3塔板数的确定………………………………4.4工艺条件及物性数据计算………………………………4.5汽液负荷计算（将结果进行列表）………………………………4.6精馏塔工艺尺寸计算（塔高、塔径、溢流装置、塔板布置及筛孔数目与排列）………………………………4.7塔板流动性能校核（液沫夹带量校核、塔板阻力校核、降液管液泛校核、液体在降液管中停留时间校核以及严重漏液校核）4.8塔板负荷性能图………………………………第五章精馏塔附属设备设计5.1主要工艺接管尺寸的计算和选取（进料管、回流管、釜液出口管、塔顶蒸汽管、塔底蒸汽管、人孔等）………………………………5.2塔顶冷凝器/冷却器设计，热负荷、冷却剂及其进、出口温度5.3塔底再沸器设计………………………………5.4原料预热器设计（2-3选一项设计）………………………………5.5泵的设计………………………………第六章主要计算结果列表6.1塔板主要结构参数表………………………………6.2塔板主要流动性能参数表………………………………第七章设计结果的讨论和说明………………………………第八章参考文献………………………………第九章课程设计总结………………………………第一章综述1.1精馏原理及其在工业生产中的应用（1）精馏原理：液体混合物经多次部分汽化和冷凝后，便可得到几乎完全的分离。
化工原理_课程设计_精馏塔_(筛板式)
化工原理课程设计任务书设计题目：乙醇——水筛板精馏塔工艺设计（取至南京某厂药用酒精生产现场）设计条件： 1. 常压操作，P=1 atm（绝压）。
2. 原料来至上游的粗馏塔，为95——96℃的饱和蒸汽。
因沿程热损失，进精馏塔时原料液温度降为90℃。
3. 塔顶产品为浓度92.41%（质量分率）的药用乙醇，产量为 40吨/日。
4．塔釜排出的残液中要求乙醇的浓度不大于0.03%（质量分率）。
5．塔釜采用饱和水蒸汽加热（加热方式自选）；塔顶采用全凝器，泡点回流。
6．操作回流比R=（1.1——2.0）R min。
设计任务： 1. 完成该精馏塔工艺设计，包括辅助设备及进出口接管的计算和选型。
2．画出带控制点的工艺流程图，t-x-y相平衡图，塔板负荷性能图，筛孔布置图以及塔的工艺条件图。
3．写出该精流塔的设计说明书，包括设计结果汇总和对自己设计的评价。
指导教师：时间1设计任务1.1 任务1.1.1 设计题目乙醇—水筛板精馏塔工艺设计（取至南京某厂药用酒精生产现场）1.1.2 设计条件 1.常压操作，P＝1 atm（绝压）。
2．原料来至上游的粗馏塔，为95－96℃的饱和蒸气。
因沿程热损失，进精馏塔时原料液温度降为90℃。
3．塔顶产品为浓度92.41%（质量分率）的药用乙醇，产量为40吨/日。
4．塔釜排出的残液中要求乙醇的浓度不大于0.03％(质量分率)。
5．塔釜采用饱和水蒸气加热（加热方式自选）；塔顶采用全凝器，泡点回流。
6．操作回流比R=(1.1—2.0)R。
min1.1.3 设计任务1.完成该精馏塔工艺设计，包括辅助设备及进出口接管的计算和选型。
2．画出带控制点的工艺流程示意图，t-x-y相平衡图，塔板负荷性能图，筛孔布置图以及塔的工艺条件图。
3．写出该精馏塔的设计说明书，包括设计结果汇总和对自己设计的评价。
1.2 设计方案论证及确定1.2.1 生产时日设计要求塔日产40吨92.41%乙醇，工厂实行三班制，每班工作8小时，每天24小时连续正常工作。
化工原理课程设计--常压二元精馏筛板塔设计
化工原理课程设计--常压二元精馏筛板塔设计liaochengdaxue化工原理课程设计任务书专业:班级:姓名:设计日期: 年月日至年月日设计题目: 常压二元精馏筛板塔设计设计条件: 水-乙醇体系1.进料F=6kmol/h q=0 X f=0.452.压力：p顶=4KPa 单板压降≤0.7KPa3.采用电加热，塔顶冷凝水采用12℃深井水4.要求：X d=0.88 X w=0.015.选定R/R min=1.6指导教师:_ _年月日前言在化学工业和石油工业中广泛应用的诸如吸收、解吸、精馏、萃取等单元操作中，气液传质设备必不可少。
塔设备就是使气液成两相通过精密接触达到相际传质和传热目的的气液传质设备之一。
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，在各种塔型中，当前应用最广泛的是筛板塔与浮阀塔。
筛板塔在十九世纪初已应用与工业装置上，但由于对筛板的流体力学研究很少，被认为操作不易掌握，没有被广泛采用。
五十年代来，由于工业生产实践，对筛板塔作了较充分的研究并且经过了大量的工业生产实践，形成了较完善的设计方法。
筛板塔和泡罩塔相比较具有下列特点：生产能力大于10.5%，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。
本次设计就是针对水乙醇体系，而进行的常压二元筛板精馏塔的设计及其辅助设备的选型。
由于此次设计时间紧张，本人水平有限，难免有遗漏谬误之处，恳切希望各位老师指出，以便订正。
目录一、总体设计计算------------------------------------------1.1气液平衡数据----------------------------------------1.2物料衡算--------------------------------------------1.3操作线及塔板计算-----------------------------------1.4全塔E t%和N p的计算------------------------------- 二、混合参数计算------------------------------------------2.1混合参数计算----------------------------------------2.2塔径计算2.3塔板详细计算----------------------------------------2.4校核-------------------------------------------------2.5负荷性能图------------------------------------------ 三、筛板塔数据汇总----------------------------------------3.1全塔数据--------------------------------------------3.2精馏段和提馏段的数据------------------------------- 四、讨论与优化--------------------------------------------4.1讨论-------------------------------------------------4.2优化------------------------------------------------- 五、辅助设备选型------------------------------------------5.1全凝器5.2泵---------------------------------------------------一、总体设计计算1.1汽液平衡数据（760mm Hg）乙醇% （mol) 温度液相X 气相Y ℃0.00 0.00 1001.90 17.0095.57.21 38.91 89.09.66 43.75 86.712.38 47.04 85.316.61 50.89 84.123.37 54.45 82.726.08 55.80 82.332.73 58.26 81.539.65 61.22 80.750.79 65.64 79.851.98 65.99 79.757.32 68.41 79.367.63 73.85 78.7474.72 78.15 78.4189.43 89.43 78.151.2 物料衡算1.1-1已知：1.进料：F=6 kmol/h q=0 X f=0.452.压力：p顶=4KPa 单板压降≤0.7KPa3.采用电加热，塔顶冷凝水采用12℃深井水4.要求：X d=0.88 X w=0.015.选定：R/R min=1.6D=(X f-X w)/(X d-X w)×F=(0.45-0.01)/(0.88-0.01)×6=3.03 kmol/hW=F-D=6-3.03=2.97 kmol/h查y-x图得X d/(R min+1)=0.218∴R min=3.037 ∴R=1.6R min=4.859∵饱和蒸汽进料∴q=0L=RD=4.859×3.03=14.723 kmol/hV=(R+1)D=(4.859+1)×3.03=17.753 kmol/hL'=L+qF=14.723+0×6=14.723 kmol/hV'=V-(1-q)F=17.753-(1-0)×6=11.753 kmol/h1.3操作线及塔板计算1.精馏段操作线：Y=R×X/(R+1)+X d/(R+1)∴Y=0.829X+0.1502.提馏段操作线：Y=(L'/V')×X-(W/V')×X w∴Y=1.253X-0.000253.理论塔板的计算利用计算机制图取得理论板数N t=29.33块, 其中精馏段塔板N t1=26.85块,第27块为加料板,提馏段N t2 =2.48块。
化工原理课程设计用于乙醇_水溶液分离的常压筛板精馏塔
目录一、设计题 (1)二、原始数据及条件 (1)三、绪论 (1)四、装置的工艺计算 (4)五、筛板的流体力学计算 (15)六、塔附件的设计 (19)七、塔顶空间 (22)八、附件设备设计你 (22)九、设计结果—览表 (25)十、心得体会 (25)十一、参考文献 (26)十二、附图 (27)化工原理课程设计任务书一、设计题目设计用于乙醇——水溶液分离的常压筛板精馏塔二、原始数据及条件生产能力：处理量为6000kg/h原料：原料为含有乙醇20%（摩尔分数，下同）的泡点液体分离要求：馏出液体中含乙醇86%釜液中含乙醇不大于2%要求：取回流比为1.7倍的最小回流比，总板效率为0.6已知条件：x D=86% x F=20% x w=2%q=1R=1.7R min E T=0.6三、绪论：《化工原理》课程设计是学生在学完基础知识后所安排的工程实践性教学环节，是培养学生综合利用本门课程和有关选修课程知识去解决一次任务的一次训练，它是不仅与化工原理课程内容紧密相连，而且还与先修的物理化学，化工机械基础，计算机在化工中的应用等课程内容密切相关。
课程设计不同于平时的作业，它是通过设备的设计的基础程序和方法，选择流程，具备正确使用有关技术资料的能力，应用所学知识特别是本课程的有关知识解决化工实际问题的工作能力，使学生得到一次学习化工设计技能的初步训练，同时也起着培养学生独立工作能力的重要作用。
精馏操作时液体混合物分离方法之一，它是是根据混合物中的各组分的挥发度不同而达到分离的目的。
在工业上，这需要塔才能实现分离。
塔设备是化工，石油化工，生物化工，制药等生产过程中广泛采用的传质设备，根据塔内气体液体接触构件的结构形式，可分为板式塔和填料塔两大类。
工业上，塔设备主要用于蒸馏和吸收传质单元操作过程。
在传统的设计中，蒸馏过程多采用板式塔，而吸收过程多选用填料塔。
近年来随着塔设备设计水平的提高及新型塔构件的出现，上述传统已逐渐被打破。
化工原理课程设计丙烯丙烷筛板精馏塔
化工原理课程设计丙烯丙烷筛板精馏塔化工原理课程设计是化学工程专业学生学习的重要门课，它涉及到了化学工程领域中的各种基础理论和实际操作技能。
而其中的丙烯丙烷筛板精馏塔是化学工程中常见的分离设备，其设计和操作都非常重要。
本文将介绍化工原理课程设计中丙烯丙烷筛板精馏塔的相关知识和实践操作。
一、丙烯丙烷的物理化学性质丙烯和丙烷是两种结构相近的烃类化合物，它们都是无色、无味、无毒的气体。
它们的分子量分别为42 g/mol和44 g/mol。
它们的熔点和沸点都比较低，分别为-185.2℃和-47.6℃以及-42.1℃和-0.5℃。
在常温常压下，丙烯和丙烷都是易燃的气体，丙烯比丙烷更易燃，爆炸极限范围也更广。
二、筛板精馏塔的原理和结构筛板精馏塔是分离和提纯液体混合物的一种常见设备，它的热和质量传递效果、节能效果和运行稳定性都非常优秀。
它的基本结构由筛板、塔板、液相收集管、汽相收集管、塔体、进出料口和附件组成。
其中，筛板用于液相在塔内的分布和降温，塔板用于汽相的分布和降温，液相收集管和汽相收集管用于收集液相和汽相，进出料口用于引入和排出混合物，附件包括冷凝器、换热器、加热器、泵等。
筛板精馏塔的工作过程是：混合物通过进料口进入精馏塔，在筛板上分布后冷凝成液滴，通过塔板向上蒸发，在塔体中逐渐升温，汽相不断往上移动并在顶部冷凝成液体，液体沿着液相收集管流入下一层筛板，整个过程不断循环直至成品收集。
三、丙烯丙烷的筛板精馏塔设计丙烯和丙烷的物理化学性质较为相近，但在某些方面又有所不同，比如其沸点的差异较小等。
因此，设计丙烯丙烷精馏塔时需要根据实际情况进行合理的结构和操作参数的选择。
1. 塔板和筛板的选择：由于丙烷较丙烯更易于液相和汽相的分离，因此在塔内，丙烷往往会优先偏向于下方的液面。
为了更好地控制液体的分布和温度，建议使用细孔筛板，以增加液滴的表面积和扩散速度。
同时，也可以加装搅拌器或者微波辐射器以增加筛板上的流动力和混合效果。
化工原理课程设计--苯-甲苯连续筛板式精馏塔的设计
0.0030
0.0045
0.458
0.472
0.489
0.503
由上表数据可作出漏液线1
3.6.2 液沫夹带线
以 为限,求出 关系如下:
由
精馏段:
,
整理得:
在操作范围内,任取几个 值,依上式计算出 值
表2-4
0.0006
0.0015
0.0030
0.0045
2.457
2.362
2.24
2.138
提馏段:
提馏段:
板上不设进口堰，
故在本设计中不会发生液泛现象
3.6.1
由
,
得
精馏段:
=
在操作线范围内,任取几个 值,依上式计算出
表2-2
0.0006
0.0015
0.0030
0.0045
0.564
0.579
0.598
0.613
提馏段:
=4.870
操作线范围内,任取几个 值,依上式计算出
表2-3
0.0006
0.0015
对于进料： =93.52℃
得：
又
精馏段平均相对挥发度：
提馏段平均相对挥发度：
由液体平均粘度公式： 可求得不同温度下苯和甲苯的粘度
对于苯(A)，其中 ， 即：
当 ℃时，
当 ℃时，
对于甲苯(B)，其中 ， 即：
当 ℃时，
当 ℃时
又精馏段的液相组成：
提馏段的液相组成：
精馏段平均液相粘度：
提馏段的平均液相粘度:
塔设备是化工、炼油生产中最重要的设备类型之一。本次设计的筛板塔是化工生产中主要的气液传质设备。此设计针对二元物系的精馏问题进行分析、选取、计算、核算、绘图等，是较完整的精馏设计过程，该设计方法被工程技术人员广泛的采用。
0.0045
0.458
0.472
0.489
0.503
由上表数据可作出漏液线1
3.6.2 液沫夹带线
以 为限,求出 关系如下:
由
精馏段:
,
整理得:
在操作范围内,任取几个 值,依上式计算出 值
表2-4
0.0006
0.0015
0.0030
0.0045
2.457
2.362
2.24
2.138
提馏段:
提馏段:
板上不设进口堰，
故在本设计中不会发生液泛现象
3.6.1
由
,
得
精馏段:
=
在操作线范围内,任取几个 值,依上式计算出
表2-2
0.0006
0.0015
0.0030
0.0045
0.564
0.579
0.598
0.613
提馏段:
=4.870
操作线范围内,任取几个 值,依上式计算出
表2-3
0.0006
0.0015
对于进料： =93.52℃
得：
又
精馏段平均相对挥发度：
提馏段平均相对挥发度：
由液体平均粘度公式： 可求得不同温度下苯和甲苯的粘度
对于苯(A)，其中 ， 即：
当 ℃时，
当 ℃时，
对于甲苯(B)，其中 ， 即：
当 ℃时，
当 ℃时
又精馏段的液相组成：
提馏段的液相组成：
精馏段平均液相粘度：
提馏段的平均液相粘度:
塔设备是化工、炼油生产中最重要的设备类型之一。本次设计的筛板塔是化工生产中主要的气液传质设备。此设计针对二元物系的精馏问题进行分析、选取、计算、核算、绘图等，是较完整的精馏设计过程，该设计方法被工程技术人员广泛的采用。
化工原理课程设计——筛板和浮阀精馏塔设计PPT教案
2
3
4 FLV
qVLs 7 qVVs
l v
塔板泛点关联图
第30页/共85页
0.2 0.3 0.4 0.7 1.0
取操作气速u =（0.6-0.8）uf=0.75uf =0.893 m/s 则气体流通面积 An= VS / u =0.457 m2
选取单溢流塔盘，取lw / D =0.7，查图得A f /AT = 0.088
第14页/共85页
第15页/共85页
4.1 常用塔板的类型
塔板是气液两相接触传质的场所，为提高塔板性能，采 用各种形式塔板。 （1）泡罩塔
组成：升气管和泡罩
优点：塔板操作弹性大，塔效率也比较高，不易堵。 缺点：结构复杂，制造成本高，塔板阻力大但生产能力不大。
第16页/共85页
圆形泡罩
泡罩塔
第17页/共85页
化工原理课程设计——筛板和浮阀精馏 塔设计
会计学
1
常压分离环己醇–苯酚连续操作
筛板/浮阀精馏塔工艺设计任务书
基础设计数据： 1. 处理能力：50000 t/a（年工作按8000小时计） 2. 进料组成：环己醇30%，苯酚70%（mol%，下同） 3. 进料状态：泡点进料 4. 产品要求：塔顶馏出液组成：环己醇98%，苯酚2%
3.2 绘制t-x-y图及x-y图
在坐标纸上绘图，上大小要求t-x-y图为1010cm， x-y图为 ×
2020cm ×
第8页/共85页
3.3 全塔物料衡算
料液平均分子量：Mm = 0.3×100 + 0.7×94 = 95.8 进料流量：F = 50000×103 /8000×95.8 = 65.24 kmol/h
第12页/共85页
化工原理课程设计_苯甲苯筛板精馏塔分离
化工原理课程设计_苯甲苯筛板精馏塔分离化工原理课程设计——苯甲苯筛板精馏塔分离化工原理课程是化工专业基础课程之一，是培养化工工程师基本能力必不可少的课程。
课程设计是学生对所学知识的应用与创新，是理论与实践结合的重要环节。
本文主要介绍苯甲苯筛板精馏塔分离的课程设计。
一、课程设计背景苯甲苯是一种常见的有机化合物，用途广泛，但在生产过程中，由于它们在密度、沸点等性质上十分相似，所以在分离方面较为困难。
而苯甲苯的分离特别重要，因为它们分别是重要的化工原料和溶剂。
化工生产中普遍采用塔分离技术。
为了更好地、更高效地分离苯甲苯混合物，需要选择特定的精馏塔进行分离。
二、课程设计目标该课程设计旨在让学生了解筛板塔精馏的基本原理，掌握苯甲苯的分离技术和设备选择，加强实践能力，提高学生的实验技能和科研能力，从而更好地服务于实际生产。
三、课程设计内容1. 预实验通过文献查询，学生需要了解苯、甲苯等有机化合物的物化性质，包括密度、沸点、溶解度等。
在此基础上，先进行预实验，确定适宜的精馏塔和操作条件参数。
2.实验设计通过分析苯甲苯混合物的物理化学性质及性能，设计出筛板塔精馏分离的实验操作步骤，包括塔底物、顶料流量的确定，进塔温度、塔压力、回流比、输出速度等参数的确定，并根据实验结果进行分析。
3.实验操作将苯甲苯混合物注入到塔中，通过不断调整操作参数，掌握精馏过程中的控制精度，达到有效分离苯甲苯混合物的效果。
在实验中注意操作安全，例如防止静电产生等。
4.数据分析根据实验的数据结果，进行数据处理，比较不同条件下的精馏效果，分析影响分离效果的原因，总结经验，确定最佳的操作条件和筛板塔精馏分离的效果。
四、课程设计意义通过苯甲苯筛板精馏塔分离的课程设计，学生将会从理论和实践两个方面得到提升，这对他们在今后的工作和生活中将带来很大的帮助。
一方面，学生将学会如何准确地分析有机化合物的物理化学性质，更好地掌握塔分离的基本原理，为今后进一步研究有机化学分离提供参考；另一方面，学生将学习如何利用实验手段进行数据处理，提升实验技能，增强实践能力，从而更好地服务于实际生产。
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吉林化工学院化工原理课程设计题目 ____________ 筛板精馏塔分离苯一甲苯工艺设计教学院化工与材料工程学院专业班级材化0801 ____________ 学生姓名______________________学生学号08150108____________指导教师张福胜___________________ 2010年6月14日5.1塔顶冷凝器设计计算 (23)5.2泵的选型 (24)5.4塔总体高度的设计 (25)目录摘要 ....................................................... 一绪论 ....................................................... 二第一章流程及流程说明 (1)第二章 精馏塔工艺的设计 (2)2.1产品浓度的计算 (2)2.1.1原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 (2)2.1.2原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量2 2.2最小回流比的确定 (3)2.3物料衡算 32.4精馏段和提馏段操作线方程 (3)2.4.1求精馏塔的气液相负荷2.4.2求操作线方程 32.5精馏塔理论塔板数及理论加料位置3 2.6实际板数的计算 32.7实际塔板数及实际加料位置第三章精馏塔主要工艺尺寸的设计计算 ..............3.1物性数据计算 (5)3.2精馏塔主要工艺尺寸的计算 (9)3.3筛板流体力学验算 (13)3.4塔板负荷性能图 (16)第四章热量衡算 ........................4.1塔顶气体上升的焓。
(21)4.2回流液的焓 ° . 214.3塔顶馏出液的焓^厲 (21)4.4冷凝器消耗焓Q (21)4.5进料的焓 Q (21)4.6塔底残液的焓 (21)4.7再沸器的焓Q (22)21 第五章塔的附属设备的计算 ....................23结论 (27)致谢 (28)参考文献 (29)主要符号说明30摘要在此筛板精馏塔分离苯-甲苯的设计中，给定的条件为：进料量为F=85kmol/h塔顶组成为：X D 0.98进料馏出液组成为：X F 0.5塔釜组成：X W =0.03加料热状态:q=1塔顶操作压强：P 101.3kPa（表压）首先根据精馏塔的物料衡算，求得D和W通过图解法确定最小回流比；再根据操作线方程，运用图解法求得精馏塔理论板数，确定温度奥康奈尔公式求的板效率，继而求得实际板数，确定加料位置。
然后进行精馏段和提馏段的设计工艺计算，求得各工艺尺寸，确定精馏塔设备结构。
继而对筛板的流体力学进行验算，检验是否符合精馏塔设备的要求，作出塔板负荷性能图，对精馏塔的工艺条件进行适当的调整，使其处于最佳的工作状态。
第二步进行塔顶换热器的设计计算。
先选定换热器的类型，确定物性数据，计算传热系数和传热面积。
然后对进料泵进行设计，确定类型。
关键词：苯-甲苯、精馏、图解法、负荷性能图、精馏塔设备结构塔附属设备下图为连续精馏过程简图:绪论在本设计中我们使用筛板塔，筛板塔的突出优点是结构简单，造价低。
合理的设计和适当的操作筛板塔能满足要求的操作弹性，而且效率高。
采用筛板可解决堵塞问题，适当控制漏液。
筛板与泡罩板的差别在于取消了泡罩与升气管，而直接在板上开很多小直径的孔一一筛孔。
操作时气体以高速通过小孔上升，液体则通过降液管流到下一层板。
分散成泡的气体使板上液层成为强烈湍动的泡沫层。
相同条件下，筛板塔生产能力比泡罩塔高10%^ 15%板效率亦约高10%^ 15%而每板压力降则低30%左右，适用于真空蒸馏；塔板效率较高，但稍低于浮阀塔。
具有较高的操作弹性，但稍低于泡罩塔。
其缺点是小孔径筛板易堵塞，不适宜处理脏的、粘性大的和带固体粒子的料液。
第一章流程及流程说明本设计任务为分离苯一一甲苯混合物。
对于二元混合物的分离，应采用连续精馏流程。
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。
塔顶上升蒸气采用全凝器冷凝，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。
任务书上规定的生产任务长期固定，适宜采用连续精流流程。
贮罐中的原料液用机泵加入精馏塔；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。
简易流程如下，具体流程见附图。
第二章精馏塔工艺的设计2.1产品浓度的计算2.1.1原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 0.5/ 78.11 X F = =0.540.5/ 78.11 0.5/ 92.13 0.03/ 78.11=0.0350.03/ 78.11 0.97/92.13 2.1.2原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量M F0.54 78.11 (1 0.54) 92.14 83.989 kg/Kmol M D 0.984 78.11 (1 0.984) 92.14 78.301 kg/Kmol M W 0.035 78.11 (1 0.035) 92.14 92.114 kg/Kmol 苯一一甲苯属于理想物系，可采用图解法求理论板数。
2.2最小回流比的确定1.查手册 绘制苯一一甲苯气液平衡线x-y 图。
2求最小回流比及操作回流比。
采用作图法求最小回流比。
在图上对角线上，自点 e (0.54，0.54 )作垂线ef 即为进料线，该线与平衡线的交点坐标为 苯的摩尔质量 M A =78.11kg/mol 甲苯的摩尔质量 M B =92.13kg/mol产品中苯的质量分数x D 0.98/ 78.11 0.98/ 78.11 0.02/92.13=0.984 进料中苯的质量分数 残液中苯的质量分数x wy q=0.745 最小回流比X q =0.54R minX d y q1.17取操作回流比为2倍最小回流比R=2R min 2.33F=85kmol/h总物料衡算 F W D 85=D+W 苯物料衡算 F X F 二D X D +W X W85 0.54=0.984 D+0.035 W联立得 D=45.23 Kmol/h W=39.77 Kmol/h2.4精馏段和提馏段操作线方程 2.4.1求精馏塔的气液相负荷L=RD=105.4Kmol/h V=(R+1)D=150.6Kmol/h L = L+qF=190.4Kmol/hV =V=150.6Kmol/h2.4.2求操作线方程精馏段yLX V D X d105.4X 150.6 45.23* 0.9840.7X 0.296V150.6提馏段y 1LX n V nW 190.4X150.639.77 -X 126 X0.00924V150.6 XW1.26X2.5精馏塔理论塔板数及理论加料位置由图解法的总板数N T =13进料板N F =6精馏段5块 提馏段7块2.6实际板数的计算 (1)板效率 E T 0.49( L ) 0.245精馏段平均温度为86.08 C 由安托尼方程的精馏段相对挥发度 2.56 又有L2.3物料衡算0.31求得精馏段板效率为52.3%提馏段平均温度100.63 C由安托尼方程的精馏段相对挥发度 2.630.289L 求得提镏馏段板效率为52.4%(2)实际板数N T的求取精馏段实际板数N T=5/0.523=9.62 〜10提馏段实际板数N 丁=7/0.524=13.4 〜14 (包括塔釜)实际总半数为10+14=24块板总板效率E T=13/2=54.2%2.7实际塔板数及实际加料位置实际加料板位置NN亠1=12块F实E T精馏段实际板层数N j =10提馏段实际板层数N t =14第三章精馏塔主要工艺尺寸的设计计算3.1物性数据计算3.1.1操作压力计算(1)塔顶操作压力PD =101.3+4=105.3Kpa(2) 每层塔板压降P =0.7 Kpa(3) 进料板压力P F=P D + P N 精=105.3+0.7 10=112.3Kpa(4) 精馏段平均压力P' (P D P F)/2(105.3 112.3)/2 108.8Kpa(5) 塔底操作压力F W = F D+ P N =105.3+0.7 X24=122.1 Kpa(6) 提馏段平均压力P' (P F P W)/2 119.3Kpa3.1.2操作温度计算用比例内插法求得操作温度t F92.1-89.4 tf-92.1t F =90.76 C 0.489-0.592 0.54-0.489t D 81.2 80.12 t D 81.2t D =81.4 C 8.979 1 0.984 0.979t w 110.6 106.1 t W 110.6t W =110.5 C0 8.8 0.035 0精馏段平均温度t tDtFM286.08 C提馏段平均温度t tWtFM -100.63 C23.1.3平均摩尔质量计算(1)塔顶平均摩尔质量计算y1 =x D =0.984，x1 =0.9599M VD=y1 M A+ (1- y1) M B =0.984 X 78.11+ (1-0.984 ) X 92.13=78.33 kg/Kmol M LD=x1 M A+ (1- x1) M B =0.9599 X 78.11+ (1-0.9599 )x 92.13=78.67kg/Kmol(2)进料板平均摩尔质量计算y7 =0.763，x 7 =0.562M V F=y7 M A+ (1-y7) M B =0.763 X 78.11+ (1-0.748 ) X 92.13=83.82kg/Kmol M L F=X7M A+( 1-x7) M B =0.562 X 78.11+ (1-0.562 ) X 92.13=84.25kg/Kmol(3)精馏段平均摩尔质量计算M j = ( M/D+M/F ) /2= (78.33+83.82 ) /2=80.805kg/KmolM j = ( M LD +M LF ) /2= (78.67+84.25 ) /2=81.46kg/Kmol(4 )塔底平均摩尔质量计算y18 =0.035 , X18 =0..91M/W=y18 M A+ (1- y18) M B =0.035 X 78.11+ (1-0.035 ) X 92.13=90.85kg/Kmol M LW=X18M A+ ( 1-X18)M B =0.091 X 78.11+ (1-0.091 ) X 92.13=91.64kg/Kmol(5 )提馏段平均摩尔质量计算叫=(M/F + M/W) /2= (83.82+90.85 ) /2=81.065kg/KmolM Lt = ( M LF + M LW ) /2= (84.25+91.64 ) /2=87.945kg/Kmol3.1.4平均密度计算⑷(1)气相平均密度计算由理想气体状态方程计算P 叫111.25 80.805 c 3vi = -- = =3 Kg / mVj R( t j T 8.314 (81.4 273.15)③精馏段液相平均密度计算3 Lj= ( LD+ LF ) /2= (812.4+803.6 ) /2=808 Kg / m ④塔底液相平均密度计算由t w =110.5 C查得A =772.5 Kg / m3,B =765.5 Kg / m3塔底质量分率°.°35沧11=0.03Vt _ RM Vt = 119.03 87.065= __ =8.314__(100.63 273.15)3=2.98 Kg /m(2)液相平均密度计算①塔顶液相平均密度计算由t D=81.4 C查得A =812.5 Kg/ m ,B =807.5 Kg / m3= 1 =XD / A (1 X D) / B0.984 / 812.51(i 0.984 ) / 807.5 =812.4 Kg / m②进料板液相平均密度计算由t F =90.76 C查得3 3A=805.5 Kg/ m , B =801.5 Kg / m进料板质量分率a A = _____ 乂呱X7M A (1 X7) M B0.54 78.11054 78.11 (1 0.547)丽=°521LF _________ 1a A/ A (1 a A) / 0.521 / 805.01(130.521) /801.5 =803^ Kg / m0.035 78.11 (1 0.035) 92.133.1.5液体平均表面张力计算依式X i i计算(1)塔顶液相平均表面张力计算由t D=81.4 C查得A=19.2mN/m B=20.5mN/mLD=X D A+ ( 1-X D) B=0.98 X 19.2+ (1-0.984 ) X 20.5=19.221mN/m(2)进料板液相平均表面张力计算由t F =90.76 C查得A=17.2 mN/m, B=20.2 mN/mLF =X7 A+ (1- X7 ) B =0.54 X 17.2+ (1-0.54 ) X 20.2=18.514mN/m (3)精馏段液相平均表面张力计算Lj = ( LD + LF) /2= (19.221+18.514 ) /2=18.87mN/m(4)塔底液相平均表面张力计算由t w =110.5 C查得A=14.9mN/m B =17.8 mN/m1 1LW a A/ A (1a A) / B0.035 / 772.5 (1 0.035) /767.5Lt (LW LF)/ 2 (803.6+765.7)/2=784.65Kg/mX18M A“M A(1 XQ M B765.7 Kg /m5⑤提馏段液相平均密度计算LW = X18 A + (1- X18) B =0.035 X 14.9+ (1-0.035 ) X 17.8=17.69mN/m (5)提馏段液相平均表面张力计算Lt= ( LW+LF ) /2= (17.69+18.514 ) /2=18.102mN/m3.1.6液体平均黏度计算⑷依式炯x i i计算(1)塔顶液相平均黏度计算由t D=81.4 C查得A=0.31mPa s, B =0.33 mPa slog LD =X D log A+ (1- X D) log B =0.984 log( 0.31 ) + (1-0.984 )炯(0.33 )得LD =0.310mPa s(2 )进料板液相平均黏度计算由t F =90.76 C查得A=0.29mPa s, B =0.31mPa slog LF =X7 g A+ (1- X7) g B=0.54 g( 0.29) + (1-0.54 ) g( 0.31 )得LF =0.299mPa s(3)精馏段液相平均黏度计算Lj= ( LD+LF ) /2= (0.310+0.299 ) /2=0.3045mPa s(4)塔底液相平均黏度计算由t w=110.5 C查得A=0.24mPa s, B =0.28mPa sgLW=X J8 g A + (1- X18) B =0.035 log( 0.24) + (1-0.035 ) g( 0.28 )LW=0.278mPa s(5)提馏段液相平均黏度计算Lt = ( LW+LF ) /2= (0.299+0.278 ) /2=0.2885mPa s 3.2精馏塔主要工艺尺寸的计算3.2.1精馏塔的塔体工艺尺寸计算(1)塔径的计算①精馏段塔径的计算气、液相体积流率80.805=0.123 m 3 / s3600 3.0_L j = 1°5.4 81.46=0.0042m 3/s3600 Lj 3600808取安全系数为0.7，则空塔气速为u=0.7 u ma x =0.7 X 1.13=0.79 m/s② 提馏段塔径的计算LM Lt—=0.0041 m / s3600 LtVIM j150.63600 V j由UmaxLjVjVj Lj、0.2 20，式中C=C 2°（ ） , C 20由史密斯关联图查取，图的横坐标为0.5Lh Lj3600 0.5Lj V sj 3600sJVj0.0042 3600 0.123~~36000.5808 =0.056 3取板间距H T =0.4m,板上液层高度 h L =0.05m ，则 H T - h L =0.4-0.05=0.35m ，由史密斯关联 图查得C20=0.O7，则 C=C 20(盘宀。