化工原理課程設(shè)計---苯——甲苯分離過程板式精餾塔設(shè)計

1、<p><b>　　課程設(shè)計任務(wù)書</b></p><p><b>　　一、課題名稱</b></p><p>　　苯——甲苯分離過程板式精餾塔設(shè)計</p><p>　　二、課題條件（原始數(shù)據(jù)）</p><p>　　一、設(shè)計方案的選定 原料：苯、甲苯 </p>&

2、lt;p>　　年處理量： 55000t</p><p>　　原料組成（甲苯的質(zhì)量分率）：、0.65</p><p><b>　　料液初溫： 30℃</b></p><p>　　操作壓力、回流比、單板壓降：自選</p><p>　　進(jìn)料狀態(tài)：飽和液體進(jìn)料</p><p>　　塔頂產(chǎn)品濃度： 9

3、8.5%</p><p>　　塔底釜液含甲苯量不低于97%（質(zhì)量分率）</p><p>　　塔頂采用全凝器，泡點回流</p><p>　　塔釜：飽和蒸汽間接/直接加熱</p><p><b>　　塔板形式：篩板</b></p><p>　　生產(chǎn)時間：330天/年，每天24h運行</p>

4、<p>　　冷卻水溫度：20℃～35℃</p><p><b>　　設(shè)備形式：篩板塔</b></p><p><b>　　廠址：武漢地區(qū)</b></p><p>　　三、設(shè)計內(nèi)容（包括設(shè)計、計算、論述、實驗、應(yīng)繪圖紙等根據(jù)目錄列出大標(biāo)題即可）</p><p><b>　　1設(shè)

5、計方案的選定</b></p><p><b>　　2精餾塔的物料衡算</b></p><p><b>　　3塔板數(shù)的確定</b></p><p>　　4精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計算（加熱物料進(jìn)出口溫度、密度、粘度、比熱、導(dǎo)熱系數(shù)）</p><p>　　5精餾塔塔體工藝尺寸的計算&

6、lt;/p><p>　　6塔板主要工藝尺寸的計算</p><p>　　7塔板的流體力學(xué)驗算</p><p>　　8塔板負(fù)荷性能圖（精餾段）</p><p><b>　　9換熱器設(shè)計</b></p><p>　　10餾塔接管尺寸計算</p><p>　　11制生產(chǎn)工藝流程圖（帶控

7、制點、機繪，A2圖紙）</p><p>　　12繪制板式精餾塔的總裝置圖（包括部分構(gòu)件）（手繪，A1圖紙）</p><p>　　13撰寫課程設(shè)計說明書一份 </p><p>　　設(shè)計說明書的基本內(nèi)容</p><p><b>　　⑴課程設(shè)計任務(wù)書</b></p><p>　?、普n程設(shè)計成績評定表&l

8、t;/p><p><b>　?、侵杏⑽恼?lt;/b></p><p><b>　?、饶夸?lt;/b></p><p><b>　?、稍O(shè)計計算與說明</b></p><p><b>　?、试O(shè)計結(jié)果匯總</b></p><p><b>

9、　?、诵〗Y(jié)</b></p><p><b>　　⑻參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　14 有關(guān)物性數(shù)據(jù)可查相關(guān)手冊</p><p><b>　　15 注意事項</b></p><p>　　寫出詳細(xì)計算步驟，并注明選用數(shù)據(jù)的來源</p><p>　　每項設(shè)計結(jié)束

10、后列出計算結(jié)果明細(xì)表</p><p>　　設(shè)計最終需裝訂成冊上交</p><p>　　四、進(jìn)度計劃（列出完成項目設(shè)計內(nèi)容、繪圖等具體起始日期）</p><p>　　1.設(shè)計動員，下達(dá)設(shè)計任務(wù)書 0.5天</p><p>　　2.收集資料，閱讀教材，擬定設(shè)計進(jìn)度 1-2天</p>

11、;<p>　　3.初步確定設(shè)計方案及設(shè)計計算內(nèi)容 5-6天</p><p>　　4.繪制總裝置圖 2-3天</p><p>　　5.整理設(shè)計資料，撰寫設(shè)計說明書 2天</p><p>　　6.設(shè)計小結(jié)及答辯

12、 1天</p><p>　　指導(dǎo)教師（簽名）： 年 月 日 </p><p>　　學(xué)科部（教研室）主任（簽名）： 年 月 日</p><p><b>　　說明：</b></p><p>　　1

13、．學(xué)生進(jìn)行課程設(shè)計前，指導(dǎo)教師應(yīng)事先填好此任務(wù)書，并正式打印、簽名，經(jīng)學(xué)科部（教研室）主任審核簽字后，正式發(fā)給學(xué)生。設(shè)計裝訂時應(yīng)將此任務(wù)書訂在設(shè)計說明書首頁。</p><p>　　2．如果設(shè)計技術(shù)參數(shù)量大，可在任務(wù)書后另設(shè)附表列出。</p><p>　　3．所有簽名均要求手簽,以示負(fù)責(zé)。</p><p><b>　　目 錄</b></p

14、><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p>　　第一章 文獻(xiàn)綜述1</p><p>　　第二章 設(shè)計方案的確定3</p><p>　　2.1 操作條件的確定3</p><p>　　2.2 確定設(shè)計方案的原則4&l

15、t;/p><p>　　第三章 塔體計算5</p><p>　　3.1 設(shè)計方案的確定5</p><p>　　3.2 精餾塔的物料衡算5</p><p>　　第四章 塔板計算7</p><p>　　4.1 塔板數(shù)的確定7</p><p>　　4.2 精餾段的計算10</p>

16、<p>　　4.3提留段的計算23</p><p>　　第五章 塔附件設(shè)計37</p><p>　　5.1附件的計算37</p><p>　　5.2 附屬設(shè)備設(shè)計40</p><p><b>　　設(shè)計小結(jié)43</b></p><p><b>　　附錄44</

17、b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　精餾是分離液體混合物最常用的一種單元操作，在化工﹑煉油﹑石油化工等工業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。本設(shè)計的題目是苯—甲苯二元物系板式精餾塔的設(shè)計。在確定的工藝要求下，確定設(shè)計方案，設(shè)計內(nèi)容包括精餾塔工藝設(shè)計計算，塔輔助設(shè)備設(shè)計計算，精餾工藝過程流程圖，精餾塔設(shè)備結(jié)構(gòu)圖，設(shè)計說明書。</p>

18、<p>　　關(guān)鍵詞：板式塔；苯--甲苯；工藝計算；結(jié)構(gòu)圖</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Distillation separation is the most commonly used liquid mixture of a unit operation in chemical, petrochemical a

19、nd other industries refining, widely applied. This design is the subject of benzene morpholine-toluene binary system -a type of distillation process of design, in determining the request, design scheme. Design content in

20、cludes distillation, distillation process flowcharts , distillation equipment structure and design specification.</p><p>　　Keyword:Series-platetower; Benzene-methylbenzene; Distillation process；distillation

21、equipment structure</p><p><b>　　第一章 文獻(xiàn)綜述</b></p><p>　　塔設(shè)備是煉油、化工、石油化工等生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的氣液傳質(zhì)設(shè)備。根據(jù)塔內(nèi)氣液接觸部件的結(jié)構(gòu)型式，可分為板式塔和填料塔。板式塔內(nèi)設(shè)置一定數(shù)目的塔板，氣體以鼓泡或噴射形式穿過板上液層進(jìn)行質(zhì)熱傳遞，氣液相組成呈階梯變化，屬逐級接觸逆流操作過程。填料塔內(nèi)裝有一定高度的

22、填料層，液體自塔頂沿填料表面下流，氣體逆流向上（也有并流向下者）與液相接觸進(jìn)行質(zhì)熱傳遞，氣液相組成沿塔高連續(xù)變化，屬微分接觸操作過程。</p><p>　　工業(yè)上對塔設(shè)備的主要要求是：（1）生產(chǎn)能力大；（2）傳熱、傳質(zhì)效率高；（3）氣流的摩擦阻力??；（4）操作穩(wěn)定，適應(yīng)性強，操作彈性大；（5）結(jié)構(gòu)簡單，材料耗用量少；（6）制造安裝容易，操作維修方便。此外，還要求不易堵塞、耐腐蝕等。</p><

23、p>　　板式塔大致可分為兩類：（1）有降液管的塔板，如泡罩、浮閥、篩板、導(dǎo)向篩板、新型垂直篩板、蛇形、S型、多降液管塔板；（2）無降液管的塔板，如穿流式篩板（柵板）、穿流式波紋板等。工業(yè)應(yīng)用較多的是有降液管的塔板，如浮閥、篩板、泡罩塔板等。</p><p>　　苯的沸點為80.1℃，熔點為5.5℃，在常溫下是一種無色、味甜、有芳香氣味的透明液體，易揮發(fā)。苯比水密度低，密度為0.88g/ml，但其分子質(zhì)量比水

24、重。苯難溶于水，1升水中最多溶解1.7g苯；但苯是一種良好的有機溶劑，溶解有機分子和一些非極性的無機分子的能力很強。</p><p>　　甲苯是最簡單，最重要的芳烴化合物之一。在空氣中，甲苯只能不完全燃燒，火焰呈黃色。甲苯的熔點為-95 ℃，沸點為111 ℃。甲苯帶有一種特殊的芳香味（與苯的氣味類似），在常溫常壓下是一種無色透明，清澈如水的液體，密度為0．866克／厘米3，對光有很強的折射作用（折射率：1,496

25、1）。甲苯幾乎不溶于水(0,52 g/l)，但可以和二硫化碳，酒精，乙醚以任意比例混溶，在氯仿，丙酮和大多數(shù)其他常用有機溶劑中也有很好的溶解性。甲苯的粘性為0,6 mPa s，也就是說它的粘稠性弱于水。甲苯的熱值為40.940 kJ/kg，閃點為4 ℃，燃點為535 ℃。</p><p>　　分離苯和甲苯，可以利用二者沸點的不同，采用塔式設(shè)備改變其溫度，使其分離并分別進(jìn)行回收和儲存。板式精餾塔、浮法塔都是常用的塔

26、類型，可以根據(jù)不同塔各自特點選擇所需要的塔。</p><p>　　篩板是在塔板上鉆有均布的篩孔，呈正三角形排列。上升氣流經(jīng)篩孔分散、鼓泡通過板上液層，形成氣液密切接觸的泡沫層（或噴射的液滴群）。</p><p>　　篩板塔是1932年提出的，當(dāng)時主要用于釀造，其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，制造維修方便，造價低，氣體壓降小，板上液面落差較小，相同條件下生產(chǎn)能力高于浮閥塔，塔板效率接近浮閥塔。其缺點是穩(wěn)定

27、操作范圍窄，小孔徑篩板易堵塞，不適宜處理粘性大的、臟的和帶固體粒子的料液。但設(shè)計良好的篩板塔仍具有足夠的操作彈性，對易引起堵塞的物系可采用大孔徑篩板，故近年我國對篩板的應(yīng)用日益增多，所以在本設(shè)計中設(shè)計該種塔型。</p><p>　　第二章 設(shè)計方案的確定</p><p>　　2.1 操作條件的確定</p><p>　　確定設(shè)計方案是指確定整個精餾裝置的流程、各種設(shè)備

28、的結(jié)構(gòu)型式和某些操作指標(biāo)。例如組分的分離順序、塔設(shè)備的型式、操作壓力、進(jìn)料熱狀態(tài)、塔頂蒸汽的冷凝方式等。下面結(jié)合課程設(shè)計的需要，對某些問題作些闡述。</p><p><b>　　2.1.1操作壓力</b></p><p>　　蒸餾操作通?？稍诔骸⒓訅汉蜏p壓下進(jìn)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(jìn)行考慮。例如，采用減壓操作

29、有利于分離相對揮發(fā)度較大組分及熱敏性的物料，但壓力降低將導(dǎo)致塔徑增加，同時還需要使用抽真空的設(shè)備。對于沸點低、在常壓下為氣態(tài)的物料，則應(yīng)在加壓下進(jìn)行蒸餾。當(dāng)物性無特殊要求時，一般是在稍高于大氣壓下操作。但在塔徑相同的情況下，適當(dāng)?shù)靥岣卟僮鲏毫梢蕴岣咚奶幚砟芰ΑＳ袝r應(yīng)用加壓蒸餾的原因，則在于提高平衡溫度后，便于利用蒸汽冷凝時的熱量，或可用較低品位的冷卻劑使蒸汽冷凝，從而減少蒸餾的能量消耗。</p><p>　　

30、2.1.2進(jìn)料狀態(tài) </p><p>　　進(jìn)料狀態(tài)與塔板數(shù)、塔徑、回流量及塔的熱負(fù)荷都有密切的聯(lián)系。在實際的生產(chǎn)中進(jìn)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(jìn)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。</p><p><b>　　2.1.3加熱方式</b><

31、;/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。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，塔底殘液中易揮發(fā)組分的濃度應(yīng)較低，因而塔板數(shù)稍有增加。采用直接蒸汽加熱時，加熱蒸汽的壓力要高于釜中的壓力，以便克服蒸汽噴出小孔的阻力及釜中液柱靜壓力。對于苯-甲苯溶液，一般采用1.1~2.0KPa（表壓）。</p>

32、<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(xué)技術(shù)上的最新成就，使生產(chǎn)達(dá)到技術(shù)上最先進(jìn)、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，必須具體考慮如下幾點：</p><p>　　2.2.1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(dá)到

33、任務(wù)規(guī)定的要求，而且質(zhì)量要穩(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(jìn)行調(diào)節(jié)，必要時傳熱量也可進(jìn)行調(diào)整。因此，在必要的位置上要裝置調(diào)節(jié)閥門，在管路中安裝備用支線。計算傳熱面積和選取操作指標(biāo)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(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

34、常，從而幫助找出不正常的原因，以便采取相應(yīng)措施。</p><p>　　2.2.2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(dāng)?shù)乩盟敗⑺椎膹U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

35、操作費和設(shè)備費也有很大影響。</p><p>　　2.2.3保證安全生產(chǎn)</p><p>　　例如苯屬有毒物料，不能讓其蒸汽彌漫車間。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)中都是同樣重要的。但在化工原理課程設(shè)計中，對第一個原則應(yīng)作較多的考慮，對第二個原則只作定性的考慮

36、，而對第三個原則只要求作一般的考慮。</p><p><b>　　第三章 塔體計算</b></p><p>　　3.1 設(shè)計方案的確定</p><p>　　本設(shè)計采用連續(xù)精餾流程，飽和液體進(jìn)料。塔頂上升蒸汽采用全凝器冷凝，冷凝液在泡點下一部分回流至塔內(nèi)，其余部分經(jīng)產(chǎn)品冷卻器冷卻后送至儲罐。該物系屬于易分離物系，最小回流比比較小，故操作回流比取最

37、小回流比的2倍。塔釜采用飽和蒸汽間接加熱，塔底產(chǎn)品冷卻后送至儲罐。</p><p>　　3.2 精餾塔的物料衡算</p><p>　　3.2.1原料液級塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分率</p><p>　　苯的摩爾質(zhì)量 </p><p><b>　　甲苯的摩爾質(zhì)量 </b></p><p>　　

38、3.2.2 原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量</p><p><b>　　3.2.3物料衡算</b></p><p>　　原料處理量 </p><p>　　總物料衡算 </p><p>　　苯物料衡算 </p><p>　　聯(lián)立解得

39、 </p><p><b>　　第四章 塔板計算</b></p><p>　　4.1 塔板數(shù)的確定</p><p>　　4.1.1理論板數(shù)的求取</p>

40、<p>　　(1)相對揮發(fā)度的求取</p><p>　　苯的沸點為80.1℃，甲苯額沸點為110.63℃</p><p>　　當(dāng)溫度為80.1℃時</p><p><b>　　解得，</b></p><p>　　當(dāng)溫度為110.63℃時</p><p><b>　　解得，&l

41、t;/b></p><p><b>　　則有</b></p><p>　　(2)最小回流比的求取</p><p>　　由于是飽和液體進(jìn)料，有q=1，q線為一垂直線，故，根據(jù)相平衡方程有</p><p><b>　　最小回流比為</b></p><p>　　回流比為最小回

42、流比的2倍，即</p><p>　　(3)精餾塔的氣、液相負(fù)荷</p><p><b>　　(4)操作線方程</b></p><p><b>　　精餾段操作線方程 </b></p><p>　　提餾段操作線方程 </p><p>　　兩操作線交點橫坐標(biāo)為 </

43、p><p><b>　　理論板計算過程如下</b></p><p>　　總理論板數(shù)為13（包括蒸餾釜），精餾段理論板數(shù)為7，第8塊板為進(jìn)料板。</p><p>　　4.1.2實際板數(shù)的求取</p><p>　　取全塔效率為0.52，則有</p><p>　　4.2 精餾段的計算</p>

44、<p>　　4.2.1精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計算</p><p>　　(1)操作壓力的計算</p><p>　　塔頂?shù)牟僮鲏毫?</p><p>　　每層塔板的壓降 </p><p>　　進(jìn)料板壓力 </p><p>　　精餾段平均壓力 </p><p&g

45、t;　　(2)操作溫度的計算</p><p>　　依據(jù)操作壓力，由泡點方程通過試差法計算出泡點溫度，其中苯、甲苯的飽和蒸汽有安托尼方程計算，計算結(jié)果如下：</p><p>　　塔頂溫度 </p><p>　　進(jìn)料板溫度 </p><p>　　精餾段平均溫度 </p><p>　　(3)平

46、均摩爾質(zhì)量計算</p><p>　　塔頂平均摩爾質(zhì)量的計算</p><p>　　由理論板的計算過程可知，，</p><p>　　進(jìn)料板平均摩爾質(zhì)量的計算</p><p>　　由理論板的計算過程可知，，</p><p>　　精餾段的平均摩爾質(zhì)量為</p><p><b>　　(4)平均密

47、度計算</b></p><p>　　① 氣相平均密度計算</p><p>　　由理想氣體狀態(tài)方程式計算，即</p><p>　　② 液相平均密度計算</p><p>　　液相平均密度計算依下式計算，即：</p><p>　　塔頂液相平均密度的計算。</p><p>　　由，查液體在不

48、同溫度下的密度表得：</p><p>　　進(jìn)料板液相平均密度的計算。</p><p>　　由，查液體在不同溫度下的密度表得：</p><p>　　精餾段的平均密度為：</p><p>　　(5)液體平均表面張力的計算</p><p>　　液相平均表面張力依下式計算，即：</p><p>　　塔頂

49、液相平均表面張力的計算。</p><p>　　由，查液體表面張力共線圖得：</p><p>　　進(jìn)料板液相平均表面張力的計算。</p><p>　　由，查液體表面張力共線圖得：</p><p>　　精餾段平均表面張力為：</p><p>　　(6)液體平均黏度計算</p><p>　　液相平均黏

50、度依下式計算，即：</p><p>　　塔頂液相平均黏度的計算：</p><p>　　由，查氣體黏度共線圖得：</p><p>　　精餾段液相平均黏度的計算：</p><p>　　由，查氣體黏度共線圖得：</p><p>　　精餾段液相平均黏度為：</p><p>　　4.2.2精餾塔的塔體工藝

51、尺寸計算</p><p><b>　　(1)塔徑的計算</b></p><p>　　精餾段的氣、液相體積流率為：</p><p>　　由，式中C由求取，其中由篩板塔汽液負(fù)荷因子曲線圖查取，圖橫坐標(biāo)為</p><p>　　取板間距，，板上液層高度，則</p><p>　　查篩板塔汽液負(fù)荷因子曲線圖得

52、</p><p>　　取安全系數(shù)為0.7，則空塔氣速為：</p><p>　　按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后為。</p><p><b>　　塔截面積為：</b></p><p>　　(2)精餾塔有效高度的計算</p><p><b>　　精餾段有效高度為：</b></p>

53、<p><b>　　提餾段有效高度為：</b></p><p>　　在進(jìn)料板上方開一人孔，其高度為0.8m，故精餾塔的有效高度為：</p><p>　　4.2.3.塔板主要工藝尺寸的計算</p><p><b>　　(1)溢流裝置計算</b></p><p>　　因塔徑，可選用單溢流弓形降

54、液管，采用凹形受液盤。各項計算如下：</p><p><b>　　堰長</b></p><p>　　取 </p><p><b>　　溢流堰高度</b></p><p>　　由，選用平直堰，堰上液層高度由下式計算，即：</p><p><b&

55、gt;　　近似取E=1，則</b></p><p><b>　　取板上清液層高度</b></p><p><b>　　故</b></p><p>　　弓形降液管寬度和截面積：</p><p>　　由，查弓形降液管參數(shù)圖得：</p><p><b>　　則

56、：，</b></p><p>　　驗算液體在降液管中停留時間，即：</p><p><b>　　故降液管設(shè)計合理。</b></p><p>　　降液管底隙的流速，則：</p><p>　　故降液管底隙高度設(shè)計合理。</p><p>　　選用凹形受液盤，深度。</p>&l

57、t;p><b>　　(2)塔板布置</b></p><p>　?、?塔板的分塊。因，故塔板采用分塊式。查塔板塊數(shù)表得塔板分為4塊。</p><p>　?、?邊緣區(qū)寬度確定：</p><p><b>　　取，</b></p><p>　?、?開孔區(qū)面積計算。開孔區(qū)面積計算為：</p>

58、<p><b>　　其中 </b></p><p><b>　　故 </b></p><p>　?、?篩孔計算及其排列。由于苯和甲苯?jīng)]有腐蝕性，可選用碳鋼板，取篩孔直徑。篩孔按正三角形排列，取孔中心距t為：</p><p><b>　　篩孔數(shù)目n為：</b></p>

59、<p><b>　　開孔率為：</b></p><p>　　氣體通過篩孔的氣速為：</p><p>　　4.2.4.篩板的流體力學(xué)驗算</p><p><b>　　(1)塔板壓降</b></p><p>　?、?干板阻力計算。干板阻力由下式計算：</p><p>

60、　　由，查篩板塔汽液負(fù)荷因子曲線圖得</p><p><b>　　故</b></p><p>　?、?氣體通過液層的阻力計算。氣體通過液層的阻力由下式計算，即</p><p>　　查充氣系數(shù)關(guān)聯(lián)圖得。</p><p><b>　　故。</b></p><p>　?、?液體表面

61、張力的阻力計算。液體表面張力所產(chǎn)生的阻力由下式計算，即：</p><p>　　氣體通過每層塔板的液柱高度按下式計算：</p><p>　　氣體通過每層塔板的壓降為：</p><p><b>　　(2) 液面落差</b></p><p>　　對于篩板塔，液面落差很小，且本設(shè)計的塔徑和液流量均不大，故可忽略液面落差的影響。&

62、lt;/p><p><b>　　(3) 液沫夾帶</b></p><p>　　液沫夾帶按下式計算：</p><p>　　故在本設(shè)計中液沫夾帶量在允許的范圍內(nèi)。</p><p><b>　　(4) 漏液</b></p><p>　　對篩板塔，漏液點氣速按下式計算：</p>

63、;<p><b>　　實際孔速</b></p><p><b>　　穩(wěn)定系數(shù)為</b></p><p>　　故在本設(shè)計中無明顯漏液。</p><p><b>　　(5) 液泛</b></p><p>　　為防止塔內(nèi)發(fā)生液泛，降液管內(nèi)液層高應(yīng)服從下式所表示的關(guān)系，即

64、：</p><p>　　苯—甲苯物系屬一般物系，取，則：</p><p><b>　　而 </b></p><p>　　板上不設(shè)進(jìn)口堰，按下式計算：</p><p>　　，故本設(shè)計中不會發(fā)生液泛現(xiàn)象。</p><p>　　4.2.5.精餾段塔板負(fù)荷性能圖</p><p&g

65、t;<b>　　(1)漏液線</b></p><p><b>　　由</b></p><p><b>　　得：</b></p><p>　　在操作范圍內(nèi)，任取幾個值，依上式計算出值，計算結(jié)果列于下表</p><p>　　表4-1 漏液線計算結(jié)果</p><p

66、>　　由上表數(shù)據(jù)即可作出漏液線1</p><p><b>　　(2)液沫夾帶線</b></p><p>　　以為限，求關(guān)系如下：</p><p><b>　　由</b></p><p><b>　　整理得</b></p><p>　　在操作范圍內(nèi)，

67、任取幾個值，依上式計算出值，計算結(jié)果列于下表</p><p>　　表4-2 液沫夾帶線計算結(jié)果</p><p>　　由上表數(shù)據(jù)即可作出液沫夾帶線2</p><p>　　(3)液相負(fù)荷下限線</p><p>　　對于平直堰，取堰上液層高度=0.006作為最小液體負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn):</p><p>　　據(jù)此可作出與氣體流量無關(guān)的垂

68、直液相負(fù)荷下限線3</p><p>　　(4)液相負(fù)荷上限線</p><p>　　以作為液體在降液管中停留時間的下限</p><p><b>　　故</b></p><p>　　據(jù)此可作出與氣體流量無關(guān)的垂直液相負(fù)荷上限線4。</p><p><b>　　(5)液泛線</b>

69、</p><p><b>　　令</b></p><p><b>　　由</b></p><p><b>　　聯(lián)立解得</b></p><p>　　忽略，將與，與，與的關(guān)系式代入上式，并整理得：</p><p><b>　　式中</b&g

70、t;</p><p>　　將有關(guān)的數(shù)據(jù)代入整理，得</p><p>　　在操作范圍內(nèi)，任取幾個值，依上式計算出值，計算結(jié)果列于下表</p><p>　　表4-3液泛線計算表</p><p>　　由上表即可作出液泛線5</p><p>　　根據(jù)以上各線方程，可作出篩板塔的負(fù)荷性能圖，如下圖：</p><

71、;p>　　圖4-1 精餾段篩板塔的負(fù)荷性能圖</p><p>　　在負(fù)荷性能圖上，作出操作點A，連接OA，即作出操作線。由上圖可看出，該篩板的操作上限為液泛控制，下限為漏液控制。由圖查得：</p><p>　　= 0.788 = 1.017</p><p>　　故操作彈性為：/=1.29</p><p>　　所設(shè)

72、計精餾段篩板的主要結(jié)果匯總于下表4-7</p><p>　　表4-7 精餾段篩板塔設(shè)計計算結(jié)果</p><p><b>　　4.3提溜段的計算</b></p><p>　　4.3.1 精餾塔的提餾段工藝條件</p><p>　　(1)操作溫度的計算</p><p>　　依據(jù)操作壓力，由泡點方程通過

73、試差法計算出泡點溫度，其中苯、甲苯的飽和蒸汽有安托尼方程計算，計算結(jié)果如下：</p><p>　　塔釜溫度 </p><p>　　進(jìn)料板溫度 </p><p>　　提餾段平均溫度 </p><p>　　(2)平均摩爾質(zhì)量計算</p><p>　　塔釜平均摩爾質(zhì)量的計算</p>

74、<p>　　由理論板的計算過程可知，，</p><p>　　由理論板的計算過程可知，提餾段的平均摩爾質(zhì)量為：</p><p><b>　　(3)平均密度計算</b></p><p>　?、?氣相平均密度計算</p><p>　　由理想氣體狀態(tài)方程式計算，即</p><p>　?、?液

75、相平均密度計算</p><p>　　液相平均密度計算依下式計算，即：</p><p>　　塔釜液相平均密度的計算。</p><p>　　由，查液體在不同溫度下的密度表得：</p><p>　　進(jìn)料板液相平均密度的計算。</p><p>　　由，查液體在不同溫度下的密度表得：</p><p>　　

76、提餾段的平均密度為：</p><p>　　(4)液體平均表面張力的計算</p><p>　　液相平均表面張力依下式計算，即：</p><p>　　塔釜液相平均表面張力的計算。</p><p>　　由，查液體表面張力共線圖得：</p><p>　　進(jìn)料板液相平均表面張力的計算。</p><p>　

77、　由，查液體表面張力共線圖得：</p><p>　　提餾段平均表面張力為：</p><p>　　(5)液體平均黏度計算</p><p>　　液相平均黏度依下式計算，即：</p><p>　　塔釜液相平均黏度的計算：</p><p>　　由，查氣體黏度共線圖得：</p><p>　　提餾段液相平均

78、黏度的計算：</p><p>　　由，查氣體黏度共線圖得：</p><p>　　提餾段液相平均黏度為：</p><p>　　4.3.2 提餾塔的塔體工藝尺寸計算</p><p><b>　　(1)塔徑的計算</b></p><p>　　提餾段的氣、液相體積流率為：</p><p

79、>　　由，式中C由求取，其中由篩板塔汽液負(fù)荷因子曲線圖查取，圖橫坐標(biāo)為</p><p>　　取板間距，，板上液層高度，則</p><p>　　查篩板塔汽液負(fù)荷因子曲線圖得</p><p>　　取安全系數(shù)為0.7，則空塔氣速為：</p><p>　　按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后為。</p><p><b>　　塔截面

80、積為：</b></p><p>　　4.3.3 塔板主要工藝尺寸的計算</p><p><b>　　(1)溢流裝置計算</b></p><p>　　因塔徑，可選用單溢流弓形降液管，采用凹形受液盤。各項計算如下：</p><p><b>　　堰長</b></p><p&

81、gt;　　取 </p><p><b>　　溢流堰高度</b></p><p>　　由，選用平直堰，堰上液層高度由下式計算，即：</p><p><b>　　近似取E=1，則</b></p><p><b>　　取板上清液層高度</b></p&

82、gt;<p><b>　　故</b></p><p>　　弓形降液管寬度和截面積：</p><p>　　由，查弓形降液管參數(shù)圖得：</p><p><b>　　則：，</b></p><p>　　驗算液體在降液管中停留時間，即：</p><p><b>

83、;　　故降液管設(shè)計合理。</b></p><p>　　降液管底隙的流速，則：</p><p>　　故降液管底隙高度設(shè)計合理。</p><p>　　選用凹形受液盤，深度。</p><p><b>　　(2)塔板布置</b></p><p>　　塔板的分塊。因，故塔板采用分塊式。查塔板塊數(shù)

84、表得塔極分為3塊。</p><p><b>　　邊緣區(qū)寬度確定：</b></p><p><b>　　取，</b></p><p>　　開孔區(qū)面積計算。開孔區(qū)面積計算為：</p><p><b>　　其中 </b></p><p><b>　

85、　故 </b></p><p>　　篩孔計算及其排列。由于苯和甲苯?jīng)]有腐蝕性，可選用碳鋼板，取篩孔直徑。篩孔按正三角形排列，取孔中心距t為：</p><p><b>　　篩孔數(shù)目n為：</b></p><p><b>　　開孔率為：</b></p><p>　　氣體通過篩孔的氣速為

86、：</p><p>　　4.3.4 篩板的流體力學(xué)驗算</p><p><b>　　(1)塔板壓降</b></p><p>　　干板阻力計算。干板阻力由下式計算：</p><p>　　由，查篩板塔的汽液負(fù)荷因子曲線圖得</p><p><b>　　故</b></p>

87、;<p>　　氣體通過液層的阻力計算。氣體通過液層的阻力由下式計算，即</p><p>　　查充氣系數(shù)關(guān)聯(lián)圖得。</p><p><b>　　故。</b></p><p>　　液體表面張力的阻力計算。液體表面張力所產(chǎn)生的阻力由下式計算，即：</p><p>　　氣體通過每層塔板的液柱高度按下式計算：<

88、/p><p>　　氣體通過每層塔板的壓降為：</p><p><b>　　(2)液面落差</b></p><p>　　對于篩板塔，液面落差很小，且本設(shè)計的塔徑和液流量均不大，故可忽略液面落差的影響。</p><p><b>　　(3)液沫夾帶</b></p><p>　　液沫夾帶

89、按下式計算：</p><p>　　故在本設(shè)計中液沫夾帶量在允許的范圍內(nèi)。</p><p><b>　　(4)漏液</b></p><p>　　對篩板塔，漏液點氣速按下式計算：</p><p><b>　　實際孔速</b></p><p><b>　　穩(wěn)定系數(shù)為<

90、;/b></p><p>　　故在本設(shè)計中無明顯漏液。</p><p><b>　　(5)液泛</b></p><p>　　為防止塔內(nèi)發(fā)生液泛，降液管內(nèi)液層高應(yīng)服從下式所表示的關(guān)系，即：</p><p>　　苯—甲苯物系屬一般物系，取，則：</p><p><b>　　而 &

91、lt;/b></p><p>　　板上不設(shè)進(jìn)口堰，按下式計算：</p><p>　　，故本設(shè)計中不會發(fā)生液泛現(xiàn)象。</p><p>　　4.3.5 塔板負(fù)荷性能圖</p><p><b>　　(1)漏液線</b></p><p><b>　　由</b></p>

92、;<p><b>　　得：</b></p><p>　　在操作范圍內(nèi)，任取幾個值，依上式計算出值，計算結(jié)果列于下表</p><p>　　表4-4漏液線計算結(jié)果</p><p>　　由上表數(shù)據(jù)即可作出漏液線1</p><p><b>　　(2)液沫夾帶線</b></p>&

93、lt;p>　　以為限，求關(guān)系如下：</p><p><b>　　由</b></p><p><b>　　整理得</b></p><p>　　在操作范圍內(nèi)，任取幾個值，依上式計算出值，計算結(jié)果列于下表</p><p>　　表4-5 液沫夾帶線計算結(jié)果</p><p>　　

94、由上表數(shù)據(jù)即可作出液沫夾帶線2</p><p>　　(3)液相負(fù)荷下限線</p><p>　　對于平直堰，取堰上液層高度=0.006作為最小液體負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　據(jù)此可作出與氣體流量無關(guān)的垂直液相負(fù)荷下限線3</p><p>　　(4)液相負(fù)荷上限線</p><p>　　以作為液體在降液管中停留時間的下限

95、</p><p><b>　　故</b></p><p>　　據(jù)此可作出與氣體流量無關(guān)的垂直液相負(fù)荷上限線4。</p><p><b>　　(5)液泛線</b></p><p><b>　　令</b></p><p><b>　　由</b

96、></p><p><b>　　聯(lián)立解得</b></p><p>　　忽略，將與，與，與的關(guān)系式代入上式，并整理得：</p><p><b>　　式中</b></p><p>　　將有關(guān)的數(shù)據(jù)代入整理，得</p><p>　　在操作范圍內(nèi)，任取幾個值，依上式計算出值，計

97、算結(jié)果列于下表</p><p>　　表4-6 液泛線計算結(jié)果</p><p>　　由上表即可作出液泛線5</p><p>　　根據(jù)以上各線方程，可作出篩板塔的負(fù)荷性能圖，如下圖：</p><p>　　圖4-2提餾段負(fù)荷性能圖</p><p>　　在負(fù)荷性能圖上，作出操作點A，連接OA，即作出操作線。由上圖可看出，該篩板

98、的操作上限為液泛控制，下限為漏液控制。由圖查得：</p><p>　　= 0.655 = 0.991</p><p>　　故操作彈性為：/=1.513</p><p>　　所設(shè)計提餾段篩板的主要結(jié)果匯總于下表3-8</p><p>　　表4-8 提餾段篩板塔設(shè)計計算結(jié)果</p><p><

99、;b>　　第五章 塔附件設(shè)計</b></p><p><b>　　5.1附件的計算</b></p><p><b>　　5.1.1接管</b></p><p><b>　　(1)進(jìn)料管</b></p><p>　　進(jìn)料管的結(jié)構(gòu)類型很多，有直管進(jìn)料管、彎管進(jìn)料管

100、、T形進(jìn)料管。本設(shè)計采用直管進(jìn)料管。F=12t/h=6945Kg/h , =792.6Kg/ </p><p>　　則體積流量 管內(nèi)流速</p><p><b>　　則管徑</b></p><p>　　取進(jìn)料管規(guī)格Φ45×2.5 則管內(nèi)徑d=39mm</p><p><b>　　進(jìn)料管實際流速

101、</b></p><p><b>　　(2)回流管</b></p><p>　　采用直管回流管，回流管的回流量</p><p>　　塔頂液相平均摩爾質(zhì)量,平均密度</p><p><b>　　則液體流量</b></p><p><b>　　取管內(nèi)流速&l

102、t;/b></p><p><b>　　則回流管直徑</b></p><p>　　可取回流管規(guī)格Φ32×2.5 則管內(nèi)直徑d=27mm</p><p><b>　　回流管內(nèi)實際流速</b></p><p><b>　　(3)塔頂蒸汽接管</b></p

103、><p><b>　　塔頂蒸汽密度</b></p><p>　　塔頂汽相平均摩爾質(zhì)量</p><p><b>　　則整齊體積流量：</b></p><p><b>　　取管內(nèi)蒸汽流速</b></p><p><b>　　則</b><

104、;/p><p>　　可取回流管規(guī)格Φ219×7 則實際管徑d=205mm</p><p>　　塔頂蒸汽接管實際流速</p><p><b>　　(4)釜液排出管</b></p><p>　　塔底w=48.26kmol/h 平均密度</p><p><b>　　平均摩爾質(zhì)量&l

105、t;/b></p><p><b>　　體積流量：</b></p><p><b>　　取管內(nèi)流速</b></p><p><b>　　則</b></p><p>　　可取回流管規(guī)格Φ38×2.5 則實際管徑d=33mm</p><p>

106、;　　塔頂蒸汽接管實際流速</p><p><b>　　(5)塔釜進(jìn)氣管</b></p><p>　　V′=133.56 相平均摩爾質(zhì)量</p><p><b>　　塔釜蒸汽密度</b></p><p>　　塔頂汽相平均摩爾質(zhì)量</p><p>　　則塔釜蒸汽體積流量：&

107、lt;/p><p><b>　　取管內(nèi)蒸汽流速</b></p><p><b>　　則</b></p><p>　　可取回流管規(guī)格Φ200×10 則實際管徑d=180mm</p><p>　　塔頂蒸汽接管實際流速</p><p><b>　　(6)法蘭<

108、;/b></p><p>　　由于常壓操作，所有法蘭均采用標(biāo)準(zhǔn)管法蘭，平焊法蘭，由不同的公稱直徑，選用相應(yīng)法蘭。</p><p>　　進(jìn)料管接管法蘭：PN6DN70 HG 5010</p><p>　　回流管接管法蘭：PN6DN50 HG 5010</p><p>　　塔釜出料管接法蘭：PN6DN80 HG 5010</p>

109、<p>　　塔頂蒸汽管法蘭：PN6DN500 HG 5010</p><p>　　塔釜蒸汽進(jìn)氣管法蘭：PN6DN500 HG 5010</p><p>　　5.1.2.筒體與封頭</p><p><b>　　(1)筒體 </b></p><p>　　壁厚選6mm 所用材質(zhì)直徑為A3 </p>

110、<p><b>　　(2)封頭</b></p><p>　　封頭采用橢圓形封頭，由公稱直徑DN=1400mm, 查板式塔曲面高度表得曲面高度 h1=450mm，直邊高度h0=40mm，內(nèi)表面積F封=3.73m2 容積V封=0.866m3</p><p>　　選用封頭 DN1400×6，J13-1154</p><p>

111、<b>　　(3)裙座</b></p><p>　　由于裙座內(nèi)徑>800mm，故裙座壁厚取16mm</p><p><b>　　基礎(chǔ)環(huán)內(nèi)徑：</b></p><p><b>　　基礎(chǔ)環(huán)外徑：</b></p><p><b>　　圓整 </b><

112、;/p><p>　　基礎(chǔ)環(huán)厚度，考慮到腐蝕余量取18mm 考慮到再沸器，裙座高度取3m， 地角螺栓直徑取M30</p><p>　　(4)塔總體高度的設(shè)計</p><p>　?、偎捻敳靠臻g高度為1200m （取除味器到第一塊板的距離為600mm）</p><p><b>　　②塔底高度</b></p><

113、;p>　　H1=HTN5150=400×(24-1)+50150=9.95m</p><p>　　H=H1+H裙+H封+H頂=9.95+3+0.49+1.2=15.58m</p><p>　　5.2 附屬設(shè)備設(shè)計</p><p>　　5.2.1 泵的計算及選型</p><p>　　進(jìn)料溫度tq=94.72℃ </p&g

114、t;<p><b>　　已知進(jìn)料量</b></p><p>　　F=6945kg/h=1.9290kg/s </p><p><b>　　取管內(nèi)流速則</b></p><p>　　故可采用GB3091-93 Φ57×3.5的油泵</p><p>　　則內(nèi)徑d=57-3.5&

115、#215;2=50mm 代入得</p><p><b>　　取絕對粗糙度為</b></p><p><b>　　則相對粗糙度為</b></p><p><b>　　摩擦系數(shù) λ </b></p><p>　　由 λ=0.034</p><p>　　進(jìn)

116、料口位置高度h=10×0.4+0.6×2=5.2</p><p><b>　　揚程</b></p><p>　　可選擇泵為IS50—32------160</p><p><b>　　4.2.2冷凝器</b></p><p>　　塔頂溫度tD=80.49℃ 冷凝水t1=20℃

117、 t2=30℃ </p><p><b>　　則</b></p><p>　　由tD=80.49℃ 查液體比汽化熱共線圖得</p><p>　　又氣體流量Vh=3661.2m3/h</p><p><b>　　塔頂被冷凝量 </b></p><p><b>

118、　　冷凝的熱量</b></p><p>　　取傳熱系數(shù)K=600W/m2k，</p><p><b>　　則傳熱面積</b></p><p><b>　　冷凝水流量</b></p><p><b>　　5.2.3 再沸器</b></p><p&g

119、t;　　塔底溫度tw=108.89℃ 用t0=135℃的蒸汽，釜液出口溫度t1=112℃</p><p><b>　　則</b></p><p>　　由tw=108.89℃ 查液體比汽化熱共線圖得</p><p>　　又氣體流量Vh=3567.6m3/h 密度</p><p><b>　　則</

120、b></p><p>　　取傳熱系數(shù)K=600W/m2k，</p><p><b>　　則傳熱面積</b></p><p><b>　　加熱蒸汽的質(zhì)量流量</b></p><p><b>　　設(shè)計小結(jié)</b></p><p>　　經(jīng)過一個星期的課程

121、設(shè)計，終于完成了《苯----甲苯分離過程板式精餾塔》的課程設(shè)計?？偟膩碚f，這次設(shè)計的內(nèi)容不算復(fù)雜，計算量也不是很大。只要細(xì)心地計算，一步一步的把思路縷清晰，就能夠完成課程設(shè)計的任務(wù)。</p><p>　　萬事開頭難，剛開始著手計算時，思路有點混亂，不知道應(yīng)該先算哪個儲料罐里的物料量。在老師詳細(xì)地講解與分析下，終于茅塞頓開。程老師仔細(xì)地把計算過程中容易算錯的位置給我們指出，并且把工藝流程仔細(xì)地講解了一遍。接下來的計

122、算可以說是游刃有余了。我們這一組的同學(xué)趁熱打鐵，把老師講解的東西鞏固了一遍后就開始認(rèn)真地計算了。雖然在計算的過程中仍會遇到一些小小的困難，但是通過與同學(xué)和組員之間的討論，問題也很快就解決了。</p><p>　　經(jīng)過一天的認(rèn)真計算，大概完成計算部分，接下來就是完成電子檔部分了。電子檔部分的輸入比較繁瑣，還有公式的輸入和排版問題。我們小組分工合作，一部分一部分的完成，經(jīng)過反復(fù)得修改，終于完成了初稿。經(jīng)過老師的審閱和

123、指正，我們最終完成了本次課程設(shè)計的電子說明書部分。</p><p>　　最后就只剩下畫圖部分了。因為本次課程設(shè)計的任務(wù)要求是需要畫一張Auto CAD的工藝流程圖和一張手繪的流程圖。</p><p>　　本次課程設(shè)計內(nèi)容雖然不是很復(fù)雜，但是通過這次課設(shè)，仍然學(xué)到了很多知識。非常感謝程玉潔老師在課程設(shè)計中的指導(dǎo)與批評。</p><p><b>　　附錄<

124、;/b></p><p>　　[1] 苯----甲苯連續(xù)精餾過程板式精餾塔操作物料流程示意圖</p><p>　　[2] 苯----甲苯連續(xù)精餾過程板式精餾塔示意圖</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 陳敏恒等.化工原理.第二版化.學(xué)工業(yè)出版社.1999 </p>

125、<p>　　[2] 譚天恩,麥本熙,丁惠華.化工原理(上、下冊) .第二版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社,1998 </p><p>　　[3] 賈紹義,柴誠敬主編.化工原理課程設(shè)計.天津:天津大學(xué)出版社,2002</p><p>　　[4] 李功樣,陳蘭英,崔英德主編.常用化工單元設(shè)備設(shè)計.廣州:華南理工大學(xué)出版社,2003</p><p>　　[5] 涂偉萍

126、,陳佩珍,程達(dá)芬主編.化工工程及設(shè)備設(shè)計.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2000</p><p>　　[6] 錢頌文主編.換熱器設(shè)計手冊.北京: 化學(xué)工業(yè)出版社,2002</p><p>　　[7] 《化工過程及設(shè)備設(shè)計》.廣州：華南工學(xué)院出版社，1986</p><p>　　[8] 《化工設(shè)計手冊》編輯委員會.化學(xué)工程手冊，第1篇化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；第8篇傳熱設(shè)備及工業(yè)生產(chǎn).北