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1、精选优质文档-倾情为你奉上化工原理课程设计说明书苯-甲苯分离过程筛板精馏塔设计院 系：化学与化工学院专业班级：化工09本（2）姓 名：李 春 红 学 号： 指导老师：李 梅 设计时间：2012年5月25日2012年6月8日目录. . . 13第一部分 课程设计任务书一、设计名称苯甲苯分离过程筛板精馏塔设计二、设计条件1、设计产量：2.9万吨/年（苯），进料状态：气-液共存。料液原始温度为20度。2、塔顶、塔底组成：自选。3、塔底加热方式、塔顶冷凝水进出口温度、回流比根据情况确定。4、每年实际生产时间：一年开工按300天计，每天工作24小时。三、设计说明书内容1、设计任务。2、塔的工艺计算：包括
2、全塔物料衡算、塔底及塔顶温度、精馏段和提馏段气液负荷、塔的理论板数、实际板数。3、塔的结构设计：包括塔高、塔径、降液管、溢流堰、开孔数及开孔率。4、塔板流体力学验算。5、塔板负荷性能图。6、撰写设备结果一览表。7、绘制精馏塔的设备图。8、设计感想、设计评价。9、参考文献。第二部分 设计内容本设计任务书为分离苯-甲苯混合物。对于二元混合物的分离，应采用连续精馏流程。设计中采用气-液共存进料，将原料液通过预热器加热到一定温度后送入精馏塔内，其余部分经产品冷却器冷却后送至储罐。该物系属易分离物系，最小回流比较小，故操作回流比取最小回流比的1.8倍。一、设计任务原料：苯、甲苯年产量（苯）：2.9万吨原
3、料组成（苯的质量分数，下同）：40%进料状态：气-液共存进料塔顶产品组成：95%塔底产品组成：2%塔顶压强：4kPa（表压）单板压降：5s,符合要求) 故降液管设计合理。降液管底隙高度 取液体通过降液管底隙的流速 计算降液管底隙高度 即： 2.塔板布置 取边缘区宽度，安定区宽度 开孔区面积计算 开孔区面积计算，得 3.筛孔数与开孔率 本例所处理的物系无腐蚀性，取筛孔孔径，正三角形排列，可选用碳钢板，取，故 孔中心距 依式计算塔板上开孔区的开孔率，即 每层塔板上的开孔面积为 气体通过筛孔的气速为 筛孔数的计算为 七、筛板的流体力学验算1.气体通过筛板压降相当的液柱高度依式 干板压降相当的液柱高度
4、，计算如下 依，査图得 气体通过板上液层压降相当的液柱高度，计算如下： 由图查取板上液层充气系数 克服液体表面张力压降相当的液柱高度 依式 气体通过每层塔板的液柱高度可按下式计算： 气体通过每层塔板的压降为： （设计允许值） 2.雾沫夹带量的验算 故在设计负荷下不会发生过量雾沫夹带。3.漏液的验算 对筛板塔，漏液点气速可由式（5-25）计算： 稳定系数为 故在本设计中无明显漏液。4.液泛验算 为防止塔内发生液泛，降液管内液层高应服从如下关系： 依式计算，即 苯-甲苯物系属一般物系，取，则 故，在设计负荷下不会发生泛液。 根据以上塔板的各项流体力学的验算，可认为精馏段塔径及各工艺尺寸是合适的。
5、八、塔板负荷性能图1.漏液线漏液线，又称气相负荷下限线。气相负荷低于此线将发生严重的漏液现象，气、液不能充分接触，使塔板效率下降。 代入原式得 已算出，代入整理得 在操作范围内，任取几个值，依上式计算出值，计算结果列于下表。0.00060.540.00150.550.00300.570.00450.58 由此表数据即可作出漏液线（4）。 2.雾沫夹带线当气相负荷超过此线时，液沫夹带量过大，使塔板效率大为降低。对于精馏，一般控制0.1kg液/kg干气。以=0.1kg液/kg干气为限,求Vs-Ls关系如下: 由 近似取， 取雾沫夹带极限值，已知，代入原式得： 整理得 在操作范围内，任取几个值，依上
6、式计算出值，计算结果列于下表。 0.00061.450.00151.350.00301.230.00451.13 由此表数据即可作出雾沫夹带线（1）3.液相负荷下限线液相负荷低于此线，就不能保证塔板上液流的均匀分布，将导致塔板效率下降。 对于平直堰，取堰上液层高度作为最小液体负荷标准。由式（5-7）得 取E=1，则 整理上式得 据此可作出与气体流量无关的垂直液相负荷下限线（5）。4.液相负荷上限线该线又称降液管超负荷线。液体流量超过此线，表明液体流量过大，液体在降液管内停留时间过短，进入降液管的气泡来不及与液相分离而被带入下层塔板，造成气相返混，降低塔板效率。以作为液体在浆液管中停留时间的下限
7、，由式（5-9）得 据此可作出与气体流量无关的垂直液相负荷上限线（3）。5.液泛线若操作的气液负荷超过此线时，塔内将发生液泛现象，使塔不能正常操作。液泛可分为降液管液泛和液沫夹带液泛两种情况，在浮阀塔板的流体力学验算中通常对降液管液泛进行验算。为使液体能由上层塔板顺利地流入下层塔板，降液管内须维持一定的液层高度联立式得 近似取，由式 故 （已算出） 故 将、以及以上式代入得： 整理得下式： 在操作范围内，任取几个值，依上式计算出值，计算结果列于下表：0.00063.390.00153.320.00303.220.00453.13 由此表数据即可作出液泛线(2)6. 操作线 由，及与之间的关系可
8、作出筛板塔的负荷性能图： （1）雾沫夹带线 （2）液泛线 （3）液相负荷上限 （4）漏液线 （5）液相负荷下限 OP线为操作线在负荷性能图上，作出操作点P，连接OP，即作出操作线。由图可看出，该筛板上限为液泛控制，下限为漏液控制。由图查得 故操作弹性为 九、设计一览表将设计筛板的主要结果汇总于下表：序号项目符号单位计算结果精馏段提馏段1平均温度90.45100.052平均压力107.4161.453平均流量气相1.441.354液相0.00380.00685实际塔板数10166塔的有效高度2.74.57塔径1.68板间距0.39降液管形式-单流型10空塔气速0.8411溢流装置溢流管形式-弓形
9、12溢流堰长度1.05613溢流堰高度0.04414板上液层高度0.0615堰上液层高度0.01616安定区宽度0.06517开孔区到塔壁距离0.03518开孔区面积0.15219阀孔直径0.00520浮阀或筛孔个数772021阀孔或筛孔气速9.4722开孔率4.323孔心距0.01524排间距25塔板压降 0.726液相负荷上限 0.01127液相负荷下限0.000928气相负荷下限0.5529操作弹性-5.27 十、操作方案的说明：本设计任务为分离苯甲苯混合物。对于二元混合物的分离，应采用连续精馏流程。设计中采用气-液共存进料，降原料液通过预热器加热至泡点后送入精馏塔内。塔顶上升蒸汽采用全
10、凝器冷凝。冷凝器在泡点下一部分回流到塔内，其余部分经产品冷却器冷却后送入储罐.塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品冷却送到储罐。附表 表 1 苯和甲苯的物理性质项目分子式相对分子质量沸点/临界温度/临界压强苯C6H678.1180.1288.56833.4甲苯C6H5-CH392.13110.6318.574107.7表 2 常压下苯-甲苯的气液平衡数据温度t/液相中苯的摩尔分数/x气相中苯的摩尔分数/y110.560.000.00109.911.002.50108.793.007.11107.615.0011.2105.0510.020.8102.7915.029.4100.7520.037.29
11、8.8425.044.297.1330.050.795.5835.056.694.0940.061.992.6945.066.791.4050.071.390.1155.075.580.8060.079.187.6365.082.586.5270.085.785.4475.088.584.4080.091.283.3385.093.682.2590.095.981.1195.098.080.6697.098.880.2199.099.6180.01100.0100.1表3 Antoine 常数值组分ABC苯6.0231206.35220.24甲苯60.781343.94219.58表4 苯与甲
12、苯的液相密度温度t/8090100110120L,苯/(kg/m3)815803.9792.5780.3768.9L，甲苯/(kg/m3)810800.2790.3780.3770.9 表5 液体表面张力温度t/8090100110120,苯/()21.2720.0618.8517.6616.49，甲苯/()21.6920.5919.9418.4117.31表6 液体粘度温度t/8090100110120L苯/（）0.3080.2790.2550.2330.215L甲苯/（）0.3110.2860.2640.2540.228表 7 液体汽化热温度t/8090100110120苯/（kJ/kg）
13、394.1386.9379.3371.5363.2苯/（kJ/kg）379.9373.8367.6361.2354.6表8比热容 温度t/05010015072.789.7104.8118.193.3113.3131.0146.6 设计感想通过本次课程设计，培养了我们多方位、综合地分析考察工程问题并独立解决问题的能力.要科学、合理、有创新地完成一项设计，往往需要各种数据和相关资料。因此，资料、文献和数据的查找、收集是工程设计必不可少的基础工作。有必要的时候还需要上网查资料，为了使设计合理还要进行大量的工艺计算和设备设计计算。而且，在工程设计和完成过程中，都必须将设计任务、设计过程和结果用文字、
14、图纸和表格等的形式表达出来。也要求我们对Word的熟练掌握。参考文献1陈敏恒.化工原理下. 北京：化学工业出版社，2006.2王国胜. 化工原理课程设计M. 大连：大连理工大学出版社，2005.3 刘光启，马连湘，刘杰等化学化工物性数据手册，北京：化学工业出版社，2002.4大连理工大学.化工原理下.大连:高等教育出版社，2009.5杨同舟.食品工程原理.北京：中国农业出版社，2001.6匡国柱，史启才. 化工单元过程及设备课程设计M. 北京：化学工业出版社，2005.7时钧，汪家鼎等，化学工程手册.北京：化学工业出版社，1986.8 贾绍义，柴诚敬. 化工原理课程设计M. 大连：天津大学出版社，2005.9化工原理课程设计，化工原理教研室.10姚玉英主编，化工原理（上册），新版.天津：天津大学出版社，1999.811化工设计设计基础，上海科学技术出版社.12化工设备设计基础，编写组编，1987年6月版.13塔设备，工设备设计全书编辑委员会，上海科学技术出版社化，1988. 14任晓光，化工原理课程设计指导.北京：化学工业出版社，2009.15董大勤，化工设备机械基础.化学工业出版社，2009.16化学化工物性数据手册.专心-专注-专业