化工原理課程設(shè)計---苯-甲苯混合液精餾塔設(shè)計

1、<p>　　《化工原理》課程設(shè)計</p><p>　　設(shè)計題目 苯-甲苯混合液精餾塔設(shè)計 </p><p>　　學生姓名 班級、學號 化本10班25號 <

2、;/p><p>　　指導教師姓名 </p><p>　　課程設(shè)計時間 2011 年 6月 3 日- 2011年 9月 3日 </p><p><b>　　課程設(shè)計成績</b></p><p>　　指導教師簽字

3、 </p><p>　　課程名稱 化工原理課程設(shè)計 </p><p>　　設(shè)計題目 苯-甲苯混合液精餾塔設(shè)計 </p><p>　　學生姓名 徐田 專業(yè) 化學工程 班級學號 化本10班25號 </p>

4、<p>　　設(shè)計日期 2011 年 6 月 3 日至 2011 年 9 月 3 日</p><p><b>　　設(shè)計條件及任務(wù)：</b></p><p>　　設(shè)計體系：苯-甲苯混合液精餾塔</p><p>　　1. 進精餾塔的料液含苯60% (質(zhì)量)，其余為甲苯</p><p>　　2. 產(chǎn)品的苯

5、含量≥97%(質(zhì)量)</p><p>　　3. 釜液中苯含量≤2%(質(zhì)量)</p><p>　　4. 生產(chǎn)能力為年產(chǎn)45000噸97%(質(zhì)量)的苯產(chǎn)品</p><p>　　5. 每年實際生產(chǎn)天數(shù)：330天。</p><p><b>　　設(shè)計條件:</b></p><p>　　(1) 精餾塔塔頂壓力

6、 0.04 MPa(表壓)</p><p>　　(2) 進料熱狀況 泡點液體</p><p>　　(3) 回流比 R = 1.6 Rmin</p><p>　　(4) 加熱水蒸汽壓力 3.0 kg/cm2 (表壓)（1kg/cm2=98.066kPa）</

7、p><p>　　(5) 單板壓降 ≤0.7kPa</p><p>　　(6) 全塔效率 54%</p><p>　　(7) 設(shè)備型式 浮閥</p><p>　　(8) 廠址 江蘇地區(qū)</p>

8、<p>　　指導教師 </p><p>　　年 月 日 </p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1. 概述………………………………………………………………………………1</p><p>　　1.1 精餾操作對塔設(shè)備的要求………

9、……………………………………………1</p><p>　　1.2 板式塔類型……………………………………………………………………1</p><p>　　1.3 精餾塔的設(shè)計步驟……………………………………………………………3</p><p>　　2. 設(shè)計方案的確定………………………………………………………………3</p><p>　　2.1

10、操作條件的確定 ………………………………………………………………3</p><p>　　2.2確定設(shè)計方案的原則 …………………………………………………………5</p><p>　　3. 相平衡關(guān)系 ……………………………………………………………………6</p><p>　　3.1 y~x圖 …………………………………………………………………………6</p&g

11、t;<p>　　3.2 相對揮發(fā)度……………………………………………………………………6</p><p>　　4. 工藝計算 ………………………………………………………………………7</p><p>　　4.1 物料衡算………………………………………………………………………7</p><p>　　4.2 塔內(nèi)壓力……………………………………………………

12、…………………8</p><p>　　4.3 回流比的選定…………………………………………………………………9</p><p>　　4.4 理論板數(shù)的確定………………………………………………………………9</p><p>　　4.5 實際板數(shù)的確定……………………………………………………………11</p><p>　　4.6 熱量衡算…………

13、…………………………………………………………11</p><p>　　5. 塔和塔板主要尺寸的設(shè)計…………………………………………………15</p><p>　　5.1 塔和塔板設(shè)計的主要依據(jù)…………………………………………………15</p><p>　　5.2 塔板的主要尺寸……………………………………………………………19</p><p>

14、;　　5.3 塔板型式及構(gòu)造……………………………………………………………24</p><p>　　5.4 塔板主要尺寸的選取………………………………………………………26</p><p>　　5.5 流體力學計算和校核………………………………………………………26</p><p>　　5.6 負荷性能圖…………………………………………………………………28<

15、/p><p>　　6. 塔體總高及輔助設(shè)備………………………………………………………31</p><p>　　6.1 塔體總高度…………………………………………………………………31</p><p>　　6.2 接管尺寸……………………………………………………………………32</p><p>　　6.3 冷凝器………………………………………………

16、………………………33</p><p>　　6.4 再沸器………………………………………………………………………34</p><p>　　6.5 泵……………………………………………………………………………34</p><p>　　7. 設(shè)計結(jié)果匯總…………………………………………………………………35</p><p>　　8 主要符號說明…

17、………………………………………………………………36</p><p>　　9. 設(shè)計評述………………………………………………………………………38</p><p>　　10. 參考文獻 ……………………………………………………………………39</p><p>　　11. 致謝……………………………………………………………………………40</p><

18、;p><b>　　1. 概述</b></p><p>　　1.1 精餾操作對塔設(shè)備的要求</p><p>　　精餾所進行的是氣(汽)、液兩相之間的傳質(zhì)，而作為氣(汽)、液兩相傳質(zhì)所用的塔設(shè)備，首先必須要能使氣(汽)、液兩相得到充分的接觸，以達到較高的傳質(zhì)效率。但是，為了滿足工業(yè)生產(chǎn)和需要，塔設(shè)備還得具備下列各種基本要求：</p><p>

19、　　（1）氣(汽)、液處理量大，即生產(chǎn)能力大時，仍不致發(fā)生大量的霧沫夾帶、攔液或液泛等破壞操作的現(xiàn)象。</p><p>　?。?）操作穩(wěn)定，彈性大，即當塔設(shè)備的氣(汽)、液負荷有較大范圍的變動時，仍能在較高的傳質(zhì)效率下進行穩(wěn)定的操作并應(yīng)保證長期連續(xù)操作所必須具有的可靠性。</p><p>　?。?）流體流動的阻力小，即流體流經(jīng)塔設(shè)備的壓力降小，這將大大節(jié)省動力消耗，從而降低操作費用。對于減

20、壓精餾操作，過大的壓力降還將使整個系統(tǒng)無法維持必要的真空度，最終破壞物系的操作。</p><p>　　（4）結(jié)構(gòu)簡單，材料耗用量小，制造和安裝容易。</p><p>　?。?）耐腐蝕和不易堵塞，方便操作、調(diào)節(jié)和檢修。</p><p>　?。?）塔內(nèi)的滯留量要小。</p><p>　　實際上，任何塔設(shè)備都難以滿足上述所有要求，況且上述要求中有些

21、也是互相矛盾的。不同的塔型各有某些獨特的優(yōu)點，設(shè)計時應(yīng)根據(jù)物系性質(zhì)和具體要求，抓住主要矛盾，進行選型。</p><p><b>　　1.2 板式塔類型</b></p><p>　　氣－液傳質(zhì)設(shè)備主要分為板式塔和填料塔兩大類。精餾操作既可采用板式塔，也可采用填料塔。板式塔為逐級接觸型氣－液傳質(zhì)設(shè)備，其種類繁多，根據(jù)塔板上氣－液接觸元件的不同，可分為泡罩塔、浮閥塔、篩板塔

22、、穿流多孔板塔、舌形塔、浮動舌形塔和浮動噴射塔等多種。</p><p>　　板式塔在工業(yè)上最早使用的是泡罩塔(1813年)、篩板塔(1832年)，其后，特別是在本世紀五十年代以后，隨著石油、化學工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，相繼出現(xiàn)了大批新型塔板，如S型板、浮閥塔板、多降液管篩板、舌形塔板、穿流式波紋塔板、浮動噴射塔板及角鋼塔板等。目前從國內(nèi)外實際使用情況看，主要的塔板類型為浮閥塔、篩板塔及泡罩塔，而前兩者使用尤為廣泛，因

23、此。</p><p><b>　　1.2.1 篩板塔</b></p><p>　　篩板塔也是傳質(zhì)過程常用的塔設(shè)備，它的主要優(yōu)點有：</p><p>　?。?）結(jié)構(gòu)比浮閥塔更簡單，易于加工，造價約為泡罩塔的60％，為浮閥塔的80％左右。</p><p>　?。?）處理能力大，比同塔徑的泡罩塔可增加10～15％。</p

24、><p>　?。?）塔板效率高，比泡罩塔高15％左右。</p><p>　　（4）壓降較低，每板壓力比泡罩塔約低30％左右。</p><p><b>　　篩板塔的缺點是：</b></p><p>　?。?）塔板安裝的水平度要求較高，否則氣液接觸不勻。</p><p>　?。?）操作彈性較小(約2～3)

25、。</p><p>　?。?）小孔篩板容易堵塞。</p><p><b>　　1.2.2 浮閥塔</b></p><p>　　浮閥塔是在泡罩塔的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它主要的改進是取消了升氣管和泡罩，在塔板開孔上設(shè)有浮動的浮閥，浮閥可根據(jù)氣體流量上下浮動，自行調(diào)節(jié)，使氣縫速度穩(wěn)定在某一數(shù)值。這一改進使浮閥塔在操作彈性、塔板效率、壓降、生產(chǎn)能力以及設(shè)

26、備造價等方面比泡罩塔優(yōu)越。但在處理粘稠度大的物料方面，又不及泡罩塔可靠。浮閥塔廣泛用于精餾、吸收以及脫吸等傳質(zhì)過程中。塔徑從200mm到6400mm，使用效果均較好。國外浮閥塔徑，大者可達10m，塔高可達80m，板數(shù)有的多達數(shù)百塊。</p><p>　　浮閥塔之所以這樣廣泛地被采用，是因為它具有下列特點：</p><p>　?。?）處理能力大，比同塔徑的泡罩塔可增加20～40％，而接近于篩

27、板塔。</p><p>　?。?）操作彈性大，一般約為5～9，比篩板、泡罩、舌形塔板的操作彈性要大得多。</p><p>　?。?）塔板效率高，比泡罩塔高15％左右。</p><p>　?。?）壓強小，在常壓塔中每塊板的壓強降一般為400～660N/m2。</p><p>　　（5）液面梯度小。 </p><p>　　

28、（6）使用周期長。粘度稍大以及有一般聚合現(xiàn)象的系統(tǒng)也能正常操作。</p><p>　?。?）結(jié)構(gòu)簡單，安裝容易，制造費為泡罩塔板的60～80％,為篩板塔的120～130％。</p><p><b>　　1.2.3 泡罩塔</b></p><p>　　泡罩塔是最早使用的板式塔，其主要構(gòu)件是泡罩、升氣管及降液管。泡罩的種類很多，國內(nèi)應(yīng)用較多的是圓形

29、泡罩。</p><p>　　泡罩塔的主要優(yōu)點是操作彈性較大，汽液比范圍大，適用于多種介質(zhì)，操作穩(wěn)定可靠；但其結(jié)構(gòu)復雜、造價高、安裝維修不便，氣相壓強降較大?，F(xiàn)雖以為其他新型塔板取代，但鑒于其某些優(yōu)點，仍有沿用。</p><p>　　1.3 精餾塔的設(shè)計步驟</p><p>　?。?）設(shè)計方案確定和說明。根據(jù)給定任務(wù)，對精餾裝置的流程、操作條件、主要設(shè)備型式及其材質(zhì)的

30、選取等進行論述；</p><p>　?。?）蒸餾塔的工藝計算，確定塔高和塔徑；</p><p>　　（3）塔板設(shè)計：計算塔板各主要工藝尺寸，包括溢流裝置的設(shè)計、塔板的布置、升氣道（泡罩、篩孔或浮閥等）的設(shè)計及排列；</p><p>　　（4）進行流體力學驗算；</p><p>　?。?）繪制塔板的負荷性能圖；</p><p

31、>　?。?）根據(jù)負荷性能圖，對設(shè)計進行分析，若設(shè)計不夠理想，可對某些參數(shù)進行調(diào)整，重復上述設(shè)計過程，一直到滿意為止。</p><p>　　2. 設(shè)計方案的確定</p><p>　　2.1 操作條件的確定</p><p><b>　　2.1.1操作壓力</b></p><p>　　蒸餾操作通常可在常壓、加壓和減壓下進

32、行。確定操作壓力時，必須根據(jù)所處理物料的性質(zhì)，兼顧技術(shù)上的可行性和經(jīng)濟上的合理性進行考慮。</p><p>　　塔頂壓強P=4+101.3=105.3kPa</p><p>　　每層塔板壓降為△P=0.7kPa</p><p>　　2.1.2 進料狀態(tài)</p><p>　　進料狀態(tài)與塔板數(shù)、塔徑、回流量及塔的熱負荷都有密切的聯(lián)系。在實際的生產(chǎn)

33、中進料狀態(tài)有多種，但一般都將料液預(yù)熱到泡點或接近泡點才送入塔中，這主要是由于此時塔的操作比較容易控制，不致受季節(jié)氣溫的影響。此外，在泡點進料時，精餾段與提餾段的塔徑相同，為設(shè)計和制造上提供了方便。本次設(shè)計中采取飽和液體進料（q=1）。</p><p>　　2.1.3 加熱方式</p><p>　　蒸餾釜的加熱方式通常采用間接蒸汽加熱，設(shè)置再沸器。有時也可采用直接蒸汽加熱。若塔底產(chǎn)物近于純水

34、，而且在濃度稀薄時溶液的相對揮發(fā)度較大（如酒精與水的混合液），便可采用直接蒸汽加熱。直接蒸汽加熱的優(yōu)點是：可以利用壓力較低的蒸汽加熱；在釜內(nèi)只須安裝鼓泡管，不須安置龐大的傳熱面。這樣，可節(jié)省一些操作費用和設(shè)備費用。然而，直接蒸汽加熱，由于蒸汽的不斷通入，對塔底溶液起了稀釋作用，在塔底易揮發(fā)物損失量相同的情況下，當殘夜的濃度稀薄時，溶液的相對揮發(fā)度很大，容易分離，故所增加的塔板數(shù)并不多，此時采用直接蒸汽加熱是合適的。在本次設(shè)計中采用間接蒸

35、汽加熱。</p><p>　　2.1.4 冷卻劑與出口溫度</p><p>　　冷卻劑的選擇由塔頂蒸汽溫度決定。如果塔頂蒸汽溫度低，可選用冷凍鹽水或深井水作冷卻劑，是最經(jīng)濟的。水的入口溫度由氣溫決定，出口溫度由設(shè)計者確定。冷卻水出口溫度取得高些，冷卻劑的消耗可以減少，但同時溫度差較小，傳熱面積將增加。冷卻水出口溫度的選擇由當?shù)厮Y源確定，但一般不宜超過50℃，否則溶于水中的無機鹽將析出，生

36、成水垢附著在換熱器的表面而影響傳熱。</p><p>　　2.1.5 熱能的利用</p><p>　　精餾過程是組分反復汽化和反復冷凝的過程，耗能較多，如何節(jié)約和合理地利用精餾過程本身的熱能是十分重要的。</p><p>　　選取適宜的回流比，使過程處于最佳條件下進行，可使能耗降至最低。與此同時，合理利用精餾過程本身的熱能也是節(jié)約的重要舉措。</p>

37、<p>　　若不計進料、餾出液和釜液間的焓差，塔頂冷凝器所輸出的熱量近似等于塔底再沸器所輸入的熱量，其數(shù)量是相當可觀的。然而，在大多數(shù)情況，這部分熱量由冷卻劑帶走而損失掉了。如果采用釜液產(chǎn)品去預(yù)熱原料，塔頂蒸汽的冷凝潛熱去加熱能級低一些的物料，可以將塔頂蒸汽冷凝潛熱及釜液產(chǎn)品的余熱充分利用。</p><p>　　此外，通過蒸餾系統(tǒng)的合理設(shè)置，也可以取得節(jié)能的效果。采用中間再沸器和中間冷凝器的流程，可以提

38、高精餾塔的熱力學效率。因為設(shè)置中間再沸器，可以利用溫度比塔底低的熱源，而中間冷凝器則可回收溫度比塔頂高的熱量。為此，我們擬采用塔釜殘液對原料液進行加熱。</p><p>　　2.2 確定設(shè)計方案的原則</p><p>　　確定設(shè)計方案總的原則是在可能的條件下，盡量采用科學技術(shù)上的最新成就，使生產(chǎn)達到技術(shù)上最先進、經(jīng)濟上最合理的要求，符合優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、安全、低消耗的原則。為此，必須具體考慮如下

39、幾點：</p><p>　　（1）滿足工藝和操作的要求</p><p>　　所設(shè)計出來的流程和設(shè)備，首先必須保證產(chǎn)品達到任務(wù)規(guī)定的要求，而且質(zhì)量穩(wěn)定，這就要求各流體流量和壓頭穩(wěn)定，入塔料液的溫度和狀態(tài)穩(wěn)定，從而需要采取相應(yīng)的措施。其次所定的設(shè)計方案需要有一定的操作彈性，各處流量應(yīng)能在一定范圍內(nèi)進行調(diào)節(jié)，必要是傳熱面積和選取操作指標時，也應(yīng)考慮到生產(chǎn)上的可能波動。再其次，要考慮必需裝置的儀表

40、（如溫度計、壓強計、流量計等）及其裝置的位置，以便能通過這些儀表來觀測生產(chǎn)過程是否正常，從而幫助找出不正常的原因，以便采取相應(yīng)措施。</p><p>　　（2）滿足經(jīng)濟上的要求</p><p>　　要節(jié)省熱能和電能的消耗，減少設(shè)備及基建費用。如前所述在蒸餾過程中如能適當利用塔頂、塔底的廢熱，就能節(jié)約很多生蒸汽和冷卻水，也能減少電能消耗。又如冷卻水出口溫度的高低，一方面影響到冷卻水用量，另一

41、方面也影響到所需傳熱面積的大小，即對操作費和設(shè)備費都有影響。同樣，回流比的大小對操作費和設(shè)備費也有很大影響。</p><p>　　降低生產(chǎn)成本是各部門的經(jīng)常性任務(wù)，因此在設(shè)計時，是否合理利用熱能，采用哪種加熱方式，以及回流比和其他操作參數(shù)是否選得合適等，均要作全面考慮，力求總費用盡可能低一些。而且，應(yīng)結(jié)合具體條件，選擇最佳方案。例如，在缺水地區(qū)，冷卻水的節(jié)省就很重要；在水源充足及電力充沛、價廉地區(qū)，冷卻水出口溫度

42、就可選低一些，以節(jié)省傳熱面積。</p><p><b>　?。?）保證安全生產(chǎn)</b></p><p>　　例如酒精屬易燃物料，不能讓其蒸氣彌漫車間，也不能使用容易發(fā)生火花的設(shè)備。又如，塔是指定在常壓下操作的，塔內(nèi)壓力過大或塔驟冷而產(chǎn)生真空，都會使塔受到破壞，因而需要安全裝置。</p><p>　　以上三項原則在生產(chǎn)中都是同樣的重要。但在此課程

43、設(shè)計中，對第一原則應(yīng)作較多的考慮，對第二個原則只作定性的考慮，而對第三個原則只要求作一般的考慮。</p><p><b>　　3. 相平衡關(guān)系</b></p><p><b>　　3.1 y~x圖</b></p><p>　　圖3-1 y~x關(guān)系圖</p><p><b>　　3.2 相

44、對揮發(fā)度</b></p><p>　　飽和蒸汽壓P： 苯、甲苯的飽和蒸汽壓可用方程Antoine求算，即，</p><p>　　式中： t----物系溫度℃；P----飽和蒸汽壓</p><p>　　A、B、C----Antoine常數(shù)，其值見附表3</p><p>　　塔進料處：t=87.5℃ 從附錄1、2、3中可以得到如下數(shù)據(jù)

45、：</p><p>　　利用Antoine方程</p><p><b>　　∵ </b></p><p><b>　　∴</b></p><p><b>　　∵ </b></p><p><b>　　∴</b>&l

46、t;/p><p>　　塔頂處： t=80.66℃</p><p>　　利用Antoine方程</p><p><b>　　∵ </b></p><p><b>　　∴</b></p><p><b>　　∵ </b></p>

47、<p><b>　　∴</b></p><p>　　塔釜 t=109.35℃</p><p>　　利用Antoine方程</p><p><b>　　∵ </b></p><p><b>　　∴</b></p><p><b>　

48、　∵ </b></p><p><b>　　∴</b></p><p><b>　　全塔的相對揮發(fā)度</b></p><p><b>　　4. 工藝計算</b></p><p><b>　　4.1 物料衡算</b></p>

49、<p>　　由于精餾過程的計算均以摩爾分數(shù)為準，需先把設(shè)計要求中的質(zhì)量分數(shù)轉(zhuǎn)化為摩爾分數(shù)。</p><p><b>　　原料液的摩爾組成：</b></p><p><b>　　摩爾質(zhì)量</b></p><p>　　MF=XFM苯+（1-XF）M甲苯=0.639kg/kmol</p><p>

50、;　　以年工作日為330天，每天開車24小時計，進料量為：</p><p><b>　　根據(jù)公式</b></p><p><b>　　可求出：</b></p><p>　　由全塔的物料衡算方程可寫出：</p><p><b>　　求得：</b></p><p

51、>　　表4-1 原料液、餾出液與釜殘液的流量</p><p><b>　　4.2 塔內(nèi)壓力</b></p><p><b>　　塔頂?shù)牟僮鲏毫?</b></p><p>　　每層塔板壓降 </p><p>　　進料板壓力 </p><p><b

52、>　　精餾段的平均壓力</b></p><p>　　4.3 回流比的選定</p><p>　　由于是泡點進料（q=1），由于是泡點進料（q=1），</p><p><b>　　相平衡方程 </b></p><p>　　當,求出夾緊點，，因此：</p><p><b>　

53、　操作回流比</b></p><p>　　4.4 理論板數(shù)的確定</p><p>　　最少理論板數(shù)的確定：利用芬斯克方程</p><p>　　以年工作日為330天，每天開車24小時計，進料量為：</p><p><b>　　根據(jù)公式</b></p><p><b>　　可求出

54、：</b></p><p>　　由全塔的物料衡算方程可寫出：</p><p><b>　　求得：</b></p><p>　?、?精餾段操作方程：</p><p>　　② 提餾段操作方程：</p><p><b>　　線方程：</b></p><

55、;p><b>　　相平衡方程：</b></p><p>　　利用逐板法計算理論塔板層數(shù)：</p><p><b>　　（）</b></p><p><b>　?。ǎ?lt;/b></p><p><b>　　（）</b></p><p&

56、gt;<b>　?。ǎ?lt;/b></p><p><b>　　（）</b></p><p><b>　?。ㄟM料板）（）</b></p><p><b>　?。ǎ?lt;/b></p><p><b>　?。ǎ?lt;/b></p>&

57、lt;p><b>　?。ǎ?lt;/b></p><p><b>　?。ǎ?lt;/b></p><p><b>　?。ǎ?lt;/b></p><p><b>　?。ǎ?lt;/b></p><p><b>　　（）</b></p>&

58、lt;p>　　從上計算中可以得出理論塔板層數(shù)塊（含塔釜）因為釜底間接加熱，所以共需要14-1=13塊塔板。精餾段需要5塊板，提餾段需要6塊板。</p><p>　　其中，第6塊為進料板。</p><p>　　4.5 實際板數(shù)的確定</p><p><b>　　全塔效率</b></p><p><b>　　

59、則精餾段實際板數(shù)</b></p><p><b>　　提餾段實際板數(shù)</b></p><p>　　故實際板數(shù)為，實際加料位置為第11塊塔板。</p><p><b>　　4.6 熱量衡算</b></p><p>　　4.6.1 熱量衡算示意圖</p><p>　　

60、圖4-1 熱量衡算示意圖</p><p>　　4.6.2 熱量衡算</p><p>　　4.6.2.1 加熱介質(zhì)的選擇</p><p>　　選擇飽和水蒸氣，溫度133.3，工程大氣壓為300KPa</p><p>　　原因：水蒸氣清潔易得，不易結(jié)垢，不腐蝕管道，飽和水蒸氣冷凝放熱值大，而水蒸氣壓力越高，冷凝溫差越大，管程數(shù)相應(yīng)越小，但水蒸氣不

61、宜太高。</p><p>　　4.6.2.2 冷卻劑的選擇</p><p>　　平均氣溫為25，故選用25的冷卻水，溫升10，即冷卻水的出口溫度為35。</p><p>　　4.6.2.3 熱量衡算</p><p>　　（1）冷凝器的熱負荷</p><p><b>　　蒸發(fā)潛化熱的計算：</b>&

62、lt;/p><p>　　蒸發(fā)潛化熱與溫度的關(guān)系：</p><p><b>　　式中——蒸發(fā)潛熱</b></p><p><b>　　——對比溫度</b></p><p>　　表4-2 沸點下蒸發(fā)潛熱列表</p><p>　　根據(jù)苯-甲苯的氣液平衡數(shù)據(jù)表使用內(nèi)插法，計算出</

63、p><p>　　由上知,故由Pitzer偏心因子法</p><p><b>　　式中——偏心因子</b></p><p><b>　　——對比溫度</b></p><p><b>　　故：</b></p><p>　　式中——塔頂上升蒸汽的焓</p&g

64、t;<p><b>　　——塔頂溜出液的焓</b></p><p><b>　　又</b></p><p>　　式中——塔頂液體質(zhì)量分數(shù)</p><p><b>　　R=1.45</b></p><p><b>　　(2）冷卻水消耗量</b>

65、</p><p>　　式中——冷卻水消耗量，kg/s</p><p>　　——冷卻介質(zhì)在平均溫度下的比熱容，kJ/(kg)</p><p>　　——冷卻戒指在冷凝器進出口的溫度，</p><p><b>　　故</b></p><p>　　此溫度下冷卻水的比熱容，所以：</p>&l

66、t;p>　　（3）加熱器熱負荷及全塔熱量衡算</p><p>　　表4-3 苯、甲苯液態(tài)比熱容</p><p>　　表4-4 計算得苯、甲苯在不同溫度下混合物的比熱容</p><p><b>　　由表4-4 ，得</b></p><p><b>　　精餾段：</b></p>&l

67、t;p><b>　　苯：</b></p><p><b>　　甲苯：</b></p><p><b>　　提餾段：</b></p><p><b>　　苯：</b></p><p><b>　　甲苯：</b></p>

68、<p>　　塔頂流出液的比熱容：</p><p>　　塔釜溜出液的比熱容：</p><p>　　以進料焓，即時的焓值為基準：</p><p>　　對全塔進行熱量衡算：</p><p>　　塔釜熱損失為10%，則</p><p><b>　　故</b></p><p

69、>　　式中——加熱器理想熱負荷</p><p>　　——加熱器實際熱負荷</p><p>　　——塔頂溜出液帶出熱量</p><p>　　——塔底溜出液帶出熱量</p><p><b>　　加熱蒸汽消耗量：</b></p><p><b>　　查得</b></p&

70、gt;<p><b>　　故 </b></p><p>　　表4-5 熱量衡算結(jié)果表</p><p>　　5. 塔和塔板主要尺寸的設(shè)計</p><p>　　5.1 塔和塔板設(shè)計的主要依據(jù)</p><p>　　根據(jù)苯~甲苯系的相平衡數(shù)據(jù)可以查得：</p><p><b>　　

71、(塔頂?shù)谝粔K板)</b></p><p><b>　　(加料板)</b></p><p><b>　　(塔釜)</b></p><p><b>　　全塔的平均溫度：</b></p><p>　　整理精餾段的已知數(shù)據(jù)列于表3(見下頁)，由表中數(shù)據(jù)可知：</p&g

72、t;<p>　　表5-1 精餾段的已知數(shù)據(jù)</p><p>　?、?液相平均摩爾質(zhì)量：</p><p><b>　　平均溫度：</b></p><p><b>　　在平均溫度下查得</b></p><p><b>　　液相平均密度為：</b></p>

73、<p><b>　　其中，平均質(zhì)量分數(shù)</b></p><p><b>　　所以，</b></p><p><b>　　精餾段的液相負荷</b></p><p><b>　　汽相平均摩爾質(zhì)量：</b></p><p><b>　　壓強

74、</b></p><p><b>　　汽相平均密度為：</b></p><p><b>　　其中，平均壓強</b></p><p><b>　　所以，</b></p><p><b>　　精餾段的汽相負荷</b></p><

75、p>　　精餾段的負荷列于表5-2：</p><p>　　表5-2 精餾段的汽液相負荷</p><p>　　整理提餾段的已知數(shù)據(jù)列于表5-3，采用與精餾段相同的計算方法可以得到提餾段的負荷，結(jié)果列于表5-4：</p><p>　　表5-3 提餾段的已知數(shù)據(jù)</p><p>　?、僖合嗥骄栙|(zhì)量：</p><p>

76、<b>　　平均溫度：</b></p><p><b>　　在平均溫度下查得</b></p><p><b>　　液相平均密度為：</b></p><p><b>　　其中，平均質(zhì)量分數(shù)</b></p><p><b>　　所以，</b&g

77、t;</p><p><b>　　提餾段的液相負荷</b></p><p><b>　　汽相平均摩爾質(zhì)量：</b></p><p><b>　　汽相平均密度為：</b></p><p><b>　　平均壓強</b></p><p>

78、;<b>　　所以，</b></p><p><b>　　提餾段的汽相負荷</b></p><p>　　表5-4 提餾段的汽液相負荷</p><p>　　由于精餾段和提餾段的上升蒸汽量相差不大，為便于制造，我們?nèi)啥蔚乃较嗟?。有以上的計算結(jié)果可以知道：</p><p>　　汽塔的總的蒸汽流量：&

79、lt;/p><p>　　汽塔的總的液相流量：</p><p>　　汽塔的汽相平均密度：</p><p>　　汽塔的液相平均密度：</p><p>　　5.2 塔板的主要尺寸</p><p>　　包括塔高、塔徑的設(shè)計計算，塔板上液流形式的選擇，溢流裝置的計算，塔板板面的布置以及氣象通道的設(shè)計計算等。</p>&

80、lt;p><b>　　5.2.1 塔徑</b></p><p>　　塔徑可以由下面的公式給出：</p><p>　　由于適宜的空塔氣速，因此，需先計算出最大允許氣速。</p><p><b>　　精餾段：</b></p><p><b>　　提餾段：</b></p&

81、gt;<p><b>　　精餾段由,C可由：</b></p><p><b>　　則 ,</b></p><p>　　圖5-1 史密斯關(guān)聯(lián)圖</p><p>　　從史密斯關(guān)聯(lián)圖查得：，由于，需先求平均表面張力：</p><p><b>　　全塔的平均溫度：</b>

82、</p><p>　　查《化工原理》書液體表面張力共線圖并計算出液體表面張力</p><p>　　液相平均表面張力的計算</p><p><b>　　有公式計算</b></p><p>　　塔頂液相平均表面張力計算</p><p>　　時，查《化學化工物性數(shù)據(jù)手冊》得</p><

83、;p>　　進料板液相平均表面張力計算</p><p>　　時，查《化學化工物性數(shù)據(jù)手冊》得</p><p>　　塔底液相平均表面張力</p><p>　　時，查《化學化工物性數(shù)據(jù)手冊》得</p><p>　　精餾段平均表面張力為</p><p>　　提餾段平均表面張力為</p><p>　

84、　史密斯關(guān)聯(lián)圖是按液體表面張力的物系繪制的，若所處物系的表面張力為其他值，則需按式校正查出的負荷系數(shù)，即：</p><p>　　u =（0.6~0.8）</p><p><b>　　則取適宜的空塔氣速</b></p><p>　　根據(jù)塔徑系列尺寸圓整為</p><p>　　由于塔徑大于800mm，所以采用單流型塔板。&l

85、t;/p><p>　　5.2.2 溢流裝置的設(shè)計</p><p><b>　　1、降液管</b></p><p>　　降液管是塔板間液體通道，也是溢流液體夾帶氣體得以分離的場所。降液管類型有圓形和弓形兩種，前者制造方便，但流通截面積較小，只在液體流量很小、塔徑較小時應(yīng)用，故一般采用弓形。</p><p><b>　

86、　2、溢流堰</b></p><p><b>　　取</b></p><p>　　1.6×0.7=1.12m,</p><p><b>　　即</b></p><p>　　圖5-2 弓形降液管寬度與面積關(guān)系圖</p><p>　　然后根據(jù)上圖弓形降液管的

87、寬度與面積即可查出</p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　從而計算出：</b></p><p><b>　　塔板總面積</b></p><p><b>　　弓形溢流管寬度</b></p><p><

88、;b>　　弓形降液管面積</b></p><p><b>　　驗算：</b></p><p>　　液體在精餾段降液管內(nèi)的停留時間</p><p>　　液體在精餾段降液管內(nèi)的停留時間</p><p><b>　　D﹤2.5m</b></p><p><b

89、>　　取，安全區(qū)</b></p><p>　　5.2.3 堰上液流高度 </p><p>　　本設(shè)計采用平堰，則堰上液頭高應(yīng)在（6~60mm之間）。</p><p>　　對于平堰，則堰上液流高可用佛蘭西斯公式計算：</p><p>　　對于式中液流收縮系數(shù)E可用下表差得</p><p>　　圖5-3

90、溢流堰的液流收縮系數(shù)</p><p><b>　　則計算</b></p><p>　　當平堰上液頭高時，堰上溢流會穩(wěn)定，不需改為齒形堰。</p><p><b>　　5.2.4 堰高 </b></p><p>　　采用平直堰，一般應(yīng)使塔板上得清液層高度50~100mm，而清液層高度，因此有：<

91、/p><p>　　取板上層清液高度,則：</p><p><b>　　，則</b></p><p>　　5.2.5 溢流管底與塔盤間距離h0 </p><p><b>　　因，而</b></p><p>　　若取精餾段取，那么液體通過降液管底隙時的流速為</p>&

92、lt;p><b>　　的一般經(jīng)驗數(shù)值為</b></p><p><b>　　所以取</b></p><p>　　5.3 塔板型式及構(gòu)造</p><p>　　5.3.1 浮閥數(shù)目及排列</p><p>　　采用F1型重閥，重量為33g，孔徑。</p><p>　　5.3.

93、2 浮閥數(shù)目</p><p>　　閥孔數(shù)n取決于操作時的閥孔氣速，而由閥孔動能因數(shù)決定。</p><p><b>　　浮閥數(shù)目</b></p><p>　　氣體通過閥孔時的速度</p><p>　　取動能因數(shù)，那么，因此</p><p><b>　　個</b></p&g

94、t;<p><b>　　5.3.3 排列</b></p><p>　　閥孔的排列方式有正三角形排列和等腰三角形排列。</p><p>　　若按等邊三角形排列：孔心距（常用有：75mm，100mm，125mm，150mm）</p><p><b>　　閥孔面積：</b></p><p>

95、<b>　　開孔鼓泡區(qū)面積：</b></p><p><b>　　計算可得到</b></p><p>　　取，畫出閥孔的排布圖如下圖所示</p><p>　　圖5-4 閥孔排布圖</p><p>　　圖中，總閥孔數(shù)目數(shù)得個</p><p><b>　　5.3.4 校

96、核</b></p><p>　　氣體通過閥孔時的實際速度：</p><p>　　實際動能因數(shù)：(在8~11之間)</p><p><b>　　開孔率：</b></p><p>　　開孔率在10%-14%之間，滿足要求。</p><p>　　5.4 塔板主要尺寸的選取</p>

97、<p><b>　　（1）塔徑的選擇</b></p><p>　　根據(jù)塔徑系列尺寸圓整為</p><p>　　由于塔徑大于800mm，所以采用單流型塔板。</p><p><b>　?。?）塔高的選擇</b></p><p><b>　　精餾段有效高度為</b>&

98、lt;/p><p><b>　　提餾段有效高度為</b></p><p>　　故精餾塔的有效高度為:</p><p><b>　?。?）堰上液流高</b></p><p>　　對于平堰，則堰上液流高可用佛蘭西斯公式計算：</p><p>　　當平堰上液頭高時，堰上溢流會穩(wěn)定，不需

99、改為齒形堰。</p><p>　　5.5 流體力學計算和校核</p><p>　　氣體通過浮閥塔一塊塔板的壓力降(單板壓降)包括干板壓降、板上液層的有效阻力和鼓泡時克服液體表面張力的阻力，所以。</p><p>　　由于表面張力所造成的阻力一般很小，可以忽略。</p><p>　　干板壓降，對于F1型重閥的浮閥塔板，閥門全開后</p&g

100、t;<p>　　浮閥由部分全開轉(zhuǎn)為全部全開時的臨界速度為</p><p><b>　　﹤</b></p><p><b>　　所以</b></p><p>　　板上液層的有效阻力，對于篩板，一般取</p><p><b>　　則</b></p>&l

101、t;p><b>　　換算成單板壓降得：</b></p><p><b>　　霧沫夾帶：</b></p><p><b>　　由公式：泛點率=</b></p><p><b>　　板上液體流經(jīng)長度：</b></p><p><b>　　板上液

102、流面積：</b></p><p>　　圖5-5 泛點負荷因數(shù)</p><p>　　則精餾段：取物性系數(shù)K=1.0，泛點負荷系數(shù)圖查得，帶入公式有：</p><p><b>　　泛點率</b></p><p>　　提餾段：取系數(shù)K=1.0，泛點負荷系數(shù)圖查得</p><p><b&

103、gt;　　泛點率</b></p><p>　　霧沫夾帶是指下層塔板上產(chǎn)生霧滴被上升氣流帶到上層塔板上的現(xiàn)象，霧沫夾帶將導致塔板效率下降。為了避免霧沫夾帶過量，應(yīng)使每千克上升氣體中帶到上層塔板的液體量控制在一定范圍內(nèi)，才能保證一定的生產(chǎn)能力和塔板效率。霧沫夾帶量應(yīng)滿足小于0.1kg(液)/kg(干氣體)的要求。對于大塔徑泛點需控制在80%以下，從以上計算的結(jié)果可知，其泛點率低于80%，所以霧沫夾帶滿足要

104、求。</p><p><b>　　5.6 負荷性能圖</b></p><p>　　5.6.1 霧沫夾帶線</p><p>　　泛點率=據(jù)此可做出負荷性能圖的霧沫夾帶線。按泛點率80%計算：</p><p><b>　　精餾段</b></p><p><b>　　整理

105、得： </b></p><p>　　由上式可知霧沫夾帶線為直線，則在操作范圍內(nèi)取兩個：</p><p>　　表5-5 霧沫夾帶曲線表</p><p><b>　　提餾段</b></p><p><b>　　整理得：</b></p><p>　　在操作范圍內(nèi)取兩個:

106、</p><p>　　表5-6 霧沫夾帶曲線表</p><p><b>　　5.6.2 液泛線</b></p><p>　　由此確定液泛線，忽略式中</p><p><b>　　（1）精餾段</b></p><p><b>　　整理得</b></p

107、><p><b>　　（2）提餾段</b></p><p><b>　　整理得</b></p><p>　　在操作范圍內(nèi)，任取若干個值，算出相應(yīng)的值</p><p><b>　　表5-7液泛線</b></p><p>　　5.6.3 液相負荷上限</p

108、><p>　　液體的最大流量應(yīng)保證激昂也管中停留時間不低于3-5s</p><p>　　液體降液管內(nèi)停留時間-5s</p><p>　　以=5s為液體在降液管中停留時間的下限,則</p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　5.6.4 漏液線</b><

109、;/p><p>　　對于型重閥,依=5作為規(guī)定氣體最小符合的標準，則 </p><p><b>　　精餾段 </b></p><p><b>　　提餾段 </b></p><p>　　5.6.5 液相負荷下限線</p><p>　　取堰上液層高度=0.006m，作為液相負荷

110、下限條件，依=0.006，計算出的下限值以此作出液相負荷下限線，該線為與氣體流量無關(guān)的豎直線：</p><p><b>　　取E=1.0,則</b></p><p>　　由以上1-5作出塔板負荷性能圖</p><p>　　圖5-6 符合性能圖</p><p>　　由塔板負荷性能圖可看出</p><p&

111、gt;　　（1）在任務(wù)規(guī)定的氣液負荷下的操作點P（設(shè)計點）處在適宜操作區(qū)的適中位置。</p><p>　　（2）踏板的氣相負荷上限完全由霧沫夾帶控制，操作下線由漏液控制。</p><p>　　按照固定的液氣比由塔板負荷性能圖查出踏板的氣相負荷上限（=0.068（0.0625）/s，氣相負荷下限=0.032（0.030）/s，所以精餾段操作彈性為，提餾段操作彈性為</p>&l

112、t;p>　　6. 塔體總高及輔助設(shè)備</p><p><b>　　6.1 塔體總高度</b></p><p>　　塔的高度可以由下式計算：</p><p>　　取人孔兩板之間的間距</p><p><b>　　精餾段有效高度為</b></p><p><b>

113、　　提餾段有效高度為</b></p><p>　　故精餾塔的有效高度為:</p><p><b>　　6.2 接管尺寸</b></p><p><b>　?。?）進料管</b></p><p><b>　　進料體積流量</b></p><p>

114、;　　取適宜的輸送速度，故</p><p>　　經(jīng)圓整選取熱軋無縫鋼管(YB231-64)，規(guī)格：</p><p><b>　　實際管內(nèi)流速：</b></p><p><b>　　（2）釜殘液出料管</b></p><p><b>　　釜殘液的體積流量：</b></p&g

115、t;<p>　　取適宜的輸送速度，則</p><p>　　經(jīng)圓整選取熱軋無縫鋼管(YB231-64)，規(guī)格：</p><p><b>　　實際管內(nèi)流速：</b></p><p><b>　?。?）回流液管</b></p><p><b>　　回流液體積流量</b>

116、</p><p>　　利用液體的重力進行回流，取適宜的回流速度，那么</p><p>　　經(jīng)圓整選取熱軋無縫鋼管(YB231-64)，規(guī)格：</p><p><b>　　實際管內(nèi)流速：</b></p><p>　?。?）塔頂上升蒸汽管</p><p>　　塔頂上升蒸汽的體積流量：</p>

117、;<p><b>　　取適宜速度，那么</b></p><p>　　經(jīng)圓整選取熱軋無縫鋼管(YB231-64)，規(guī)格：</p><p><b>　　實際管內(nèi)流速：</b></p><p><b>　?。?）法蘭的選用</b></p><p>　　由于常壓操作，所有

118、法蘭采用標準法蘭，平焊法蘭，由不同的公稱直徑選用法蘭。</p><p>　　進料管接管法蘭：Pg6Dg40HG20593</p><p>　　回流管接管法蘭：Pg6Dg70HG20593</p><p>　　塔釜出料管法蘭：Pg6Dg55HG20593</p><p>　　塔頂蒸氣管法蘭：Pg6Dg230HG20593</p>

119、<p><b>　　6.3 冷凝器</b></p><p>　　取水進口溫度為25℃，水的出口溫度為35℃；塔頂全凝器出來的有機液D=0.42kg/s；溫度為83℃，降至40℃。按產(chǎn)品冷卻前后的平均溫度查算比熱： </p><p><b>　　所用水量：</b></p><

120、;p>　　取總傳熱系數(shù)K=600=0.6KJ/℃</p><p>　　取安全系數(shù)1.1，則A=1.826</p><p>　　選G-159-3-25-1型號的換熱器。</p><p><b>　　6.4 再沸器</b></p><p><b>　　，查表得,</b></p>&l

121、t;p><b>　　則，</b></p><p>　　與預(yù)熱器一樣，采用間接蒸汽加熱。</p><p>　　，取K=800 W/(m2K)。</p><p><b>　　換熱器面積：</b></p><p>　　選取再沸器：G-159-4-15-1</p><p>&l

122、t;b>　　6.5 泵</b></p><p>　　進料溫度80.66℃時，，已求得進料管的內(nèi)徑 則流速，</p><p>　　查得在25℃時： ，</p><p>　　取絕對粗糙度為0.2</p><p><b>　　則相對粗糙度為</b></p><p><b>

123、　　則0.032</b></p><p>　　取2個彎頭， 0.75 </p><p><b>　　則</b></p><p>　　由塔板構(gòu)造可算得進料口高為，則</p><p>　　故選用泵的型號為IS50-32-200</p><p><b>　　7. 設(shè)計結(jié)果匯總<

124、;/b></p><p><b>　　8. 主要符號說明</b></p><p><b>　　9. 設(shè)計評述</b></p><p>　　化工原理課程設(shè)計是化工原理教學中的一個環(huán)節(jié)，它要求對化工原理課程的各個方面都比較熟悉，特別是計算部分對化工原理課程掌握的要求度更高，并且對設(shè)備的選型及設(shè)計要有一定的了解，對化工繪圖

125、能力要有一定的要求。通過這段期間的課程設(shè)計，我對化工原理設(shè)計有了進一步的認識，而且對化工原理精餾這一個章節(jié)的知識更加熟悉，可以說是進一步的鞏固了。</p><p>　　此外，課程設(shè)計是對以往學過的知識加以檢驗，它能夠培養(yǎng)我們理論聯(lián)系實際的能力，尤其是這次精餾塔設(shè)計更使我們深入的理解和認識了化工生產(chǎn)過程，使我們所學的知識不局限于書本，并鍛煉了我的邏輯思維能力。</p><p>　　設(shè)計過程中

126、還培養(yǎng)了我的自學能力，設(shè)計中的許多知識都需要查閱資料和文獻，并要求加以歸納、整理和總結(jié)。通過自學及老師的指導，不僅鞏固了我所學的化工原理知識,更極大地拓寬了我的知識面，讓我更加深刻地認識到實際化工生產(chǎn)過程和理論的聯(lián)系和差別，這對將來的畢業(yè)設(shè)計及工作無疑將起到重要的作用。</p><p>　　在此次化工原理設(shè)計過程中，我的收獲很大,感觸也很深，特別是當遇到難題感到束手無策時就想放棄，但我知道那只是暫時的。在老師和同

127、學們的幫助下，我克服了種種困難課程設(shè)計圓滿完成了。我更覺得學好基礎(chǔ)知識的重要性，以便為將來的工作打下良好的基礎(chǔ)。 </p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　1. 陳英南, 劉玉蘭. 《常用化工單元設(shè)備的設(shè)計》 上海：華東理工大學出版社，2005.</p><p>　　2. 賈紹義，柴誠敬． 《化工原理課程設(shè)計》天津：天

128、津大學出版社，2002．</p><p>　　3. 管國鋒，趙汝溥. 《化工原理(第三版)》 北京：化學工業(yè)出版社，2008．</p><p>　　4. 夏清，陳常貴等. 《化工原理》天津：天津大學出版社，2005．</p><p>　　5. 陳敏恒,從德滋,方圖南,等.《化工原理(上、下冊第三版)》[M]. 北京：化學工業(yè)出版社.2006.</p>

129、<p>　　6. 中國石化集團上海工程有限公司. 《化工工藝設(shè)計手冊(上)》[M] 北京:化學工業(yè)出版社,2003.</p><p>　　7. 唐倫成編著. 《化工原理課程設(shè)計簡明教程,第一版》[M] 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社,2005.</p><p>　　8. 匡國柱,史啟才. 《化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計》[M]. 北京：化學工業(yè)出版社，2002.</p>

130、<p>　　9. 劉光啟,馬連湘,劉杰. 《化學化工物性數(shù)據(jù)手冊(有機卷)》[M]. 北京：化學工業(yè)出版社，2002.</p><p>　　10．王國勝.《化工原理課程設(shè)計》[M]. 大連：大連理工大學出版社,2005. </p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　本設(shè)計是在xx老師的悉心指導幫助下完成的。老

131、師淵博的專業(yè)知識，嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度，精益求精的工作作風，誨人不倦的高尚師德，嚴以律己、寬以待人的崇高風范，樸實無華、平易近人的人格魅力對我影響深遠。</p><p>　　本設(shè)計的順利完成，離不開各位老師、同學和朋友的關(guān)心和幫助。在此感謝化工系的老師以及許多同學的幫助支持。</p><p><b>　　附錄：</b></p><p>　　附表1 苯

132、和甲苯的物理性質(zhì)</p><p>　　附表2 常壓下苯-甲苯的氣液平衡數(shù)據(jù)</p><p>　　附表3 A、B、C----Antoine常數(shù)</p><p>　　附表4 苯與甲苯的液相密度</p><p>　　附表5 液體表面張力</p><p><b>　　附表6 液體粘度</b></p&