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1、课 程 设 计 说 明 书课程名称：化工原理设计题目：苯 -氯苯别离过程板式精馏塔设计院系：化学与环境工程学院学生：李翠丽学号：200905040018 专业班级：09 应用化学 2班指导教师：张楠2011年11 月10 日精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 29 页课 程 设 计 任 务 书设计题目苯- 氯苯别离过程板式精馏塔工艺设计学生李翠丽所在院系化学与环境工程学院专业、年级、班09 应用化学 2班设计要求：1进精馏塔的原料液中含氯苯为38% 质量百分比，下同 ，其余为苯。2塔顶馏出液中含氯苯不高于2% 。3生产能力为
2、日产纯度为99.8%的氯苯 Z吨产品。年工作日300天，每天 24小时连续运行。 设计任务量为 55 万吨/ 年4)塔顶压强 4kPa 表压 ； . 进料热状况，自选；回流比，自选；塔釜加热蒸汽压力500kPa；单板压降不大于 0.7kPa；学生应完成的工作：1搜集整理苯 -氯苯的相关物性数据资料；2完成苯 - 氯苯连续精馏塔的工艺设计；3完成精馏塔设备的工艺尺寸设计；4用 A1图纸绘制精馏塔设计条件图；5编写设计说明书参考文献阅读：1. 柴诚敬等，化工原理课程设计，天津科学技术出版社2. 潘国昌等，化工设备设计，清华大学出版社3. 顾芳珍，化工设备设计基础，天津大学出版社，1997 机械设计
3、手册，化学工业出版社，1982工作计划：1、11 月 7 日搜集整理相关物性资料；2、11 月 8-10 日完成苯 -氯苯连续精馏塔完整工艺设计；3、11 月 11-13 日课程设计说明书编写及绘图准备；4、11 月 14-20 日绘制设计图，完成编写说明书。任务下达日期：2011 年11 月07 日任务完成日期：2011 年11 月20 日指导教师签名 ：学生签名 ：李翠丽精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 29 页苯- 氯苯别离过程板式精馏塔设计一、设计题目试设计一座苯氯苯连续精馏塔，要求原料液处理量为2.6t/h, 氯
4、苯纯度为 99.8%,塔顶馏出液中含氯苯不高于2% 。原料液中含氯苯为38% 以上均为质量分数 。二、操作条件1. 塔顶压强 4kPa表压 ；2. 进料热状况，泡点进料；3. 回流比， 2Rmin；4. 塔釜加热蒸汽压力 0.5MPa 表压 ；5. 单板压降不大于 0.7kPa；三、设计内容1. 精馏塔的物料衡算；2. 塔板数确实定；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. 绘制生产工艺流程图；10. 绘制精馏塔设计条件图；11. 绘制塔板施工图可根据
5、实际情况选作 ；12. 对设计过程的评述和有关问题的讨论。四、基础数据1.组分的饱和蒸汽压ip mmHg温度， 80 90 100 110 120 130 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 29 页ip苯760 1025 1350 1760 2250 2840 2900 氯苯148 205 293 400 543 719 760 2.组分的液相密度 kg/m3温度， 80 90 100 110 120 130 苯817 805 793 782 770 757 氯苯1039 1028 1018 1008 997 985 纯组
6、分在任何温度下的密度可由下式计算苯tA187.1912氯苯tB111.11127式中的 t 为温度，单位为。3.组分的外表张力 (mN/m) 温度， 80 85 110 115 120 131 苯氯苯双组分混合液体的外表张力m可按下式计算：ABBABAmxxBAxx 、为 A、B 组分的摩尔分率4.其他物性数据可查化工原理附录。摘要：课程设计是化工原理课程设计教学中综合性和实践性较强的教学环节，是理论联系实际的桥梁， 是使学生体察工程实际问题复杂性、学习化工设计基本知识的初次尝试。 通过课程设计， 要求学生能综合利用本课程和前修课程的基本知识，惊醒融会贯穿的独立思考， 在规定的时间内完成指定的
7、化工设计任务，从而得到化工课程设计的初步训练。通过课程设计， 要求学生了解工程设计的基本内容，掌握化工设计的程序和方法，培养学生分析和解决问题的能力。同时，通过课程设计， 还可以使学生树立正确的设计思想，培养提高学生独立工作能力的有益实践。又由于塔设备在石油、化工、医药、煤炭等行业中广泛，其合理的设计受到极大关注，所以塔设计课程时间必不可少。关键词：塔板数溢流液泛压降漏液等精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 29 页目录一、设计背景1 二、设计方案2 一产品性质、质量指标2 二设计方案简介2 三工艺流程及说明3 三、工艺计算
8、及主体设备设计3 一全塔的物料衡算4 1 料液及塔顶底产品含苯的摩尔分率4 2 平均摩尔质量4 3 料液及塔顶底产品的摩尔流率4 二塔板数确实定4 1 理论塔板数的求取4 2 实际塔板数5 三塔的精馏段操作工艺条件及相关物性数据的计算7 1 平均压强7 2 平均温度7 3 平均分子量7 4 平均密度8 5 液体的平均外表张力8 6液体的平均粘度9 四精馏塔塔体工艺尺寸计算9 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 29 页1塔径的计算9 2精馏塔有效高度的计算10 五塔板主要工艺结构尺寸的计算10 六塔板上的流体力学验算12 1
9、气体通过筛板压降和的验算12 2液沫夹带量的验算13 3漏液的验算13 4液泛的验算13 七塔板负荷性能图13 1液沫夹带线 113 2液泛线214 3液相负荷上限线 315 4漏液线气相负荷下限线 415 5液相负荷下限线 515 八精馏塔的设计计算结果汇总一览表17 九精馏塔的附属设备与接管尺寸的计算18 十主要符号说明19 四、结果与结论20 五、收获与致谢20 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 29 页 1.设计背景课程设计是本课程教学中综合性和实践性较强的教学环节，是理论联系实际的桥梁， 是使学生体察工程实际问题
10、复杂性、 学习化工设计基本知识的初次尝试。通过课程设计， 要求学生能综合利用本课程和前修课程的基本知识，进行融会贯穿的独立思考， 在规定的时间内完成指定的化工设计任务，从而得到化工工程设计的初步训练。 通过课程设计， 要求学生了解工程设计的基本内容，掌握化工设计的程序和方法， 培养学生分析和解决工程实际问题的能力。同时，通过课程设计，还可以使学生树立正确的设计思想，培养实事求是、严肃认真、高度责任感的工作作风。课程设计是增强工程观念， 培养提高学生独立工作能力的有益实践。本设计采用连续精馏别离苯- 氯苯二元混合物的方法。 连续精馏塔在常压下操作，被别离的苯 - 氯苯二元混合物由连续精馏塔中部进
11、入塔内，以一定得回流比由连续精馏塔的塔顶采出含量合格的苯，由塔底采出氯苯。氯苯纯度不低于99.8%，塔顶产品苯纯度不低于98% 质量分数。高径比很大的设备称为塔器。 塔设备是化工、炼油生产中最重要的设备之一。它可使气或汽液或液液两相之间进行紧密接触， 到达相际传质及传热的目的。常见的、可在塔设备中完成的单元操作有：精馏、吸收、解吸和萃取等。此外，工业气体的冷却与回收， 气体的湿法净制和干燥， 以及兼有气液两相传质和传热的增湿、减湿等。在化工或炼油厂中， 塔设备的性能对于整个装置的产品产量质量生产能力和消耗定额，以及三废处理和环境保护等各个方面都有重大的影响。据有关资料报道，塔设备的投资费用占整
12、个工艺设备投资费用的较大比例。因此，塔设备的设计和研究，受到化工炼油等行业的极大重视。作为主要用于传质过程的塔设备，首先必须使气汽液两相充分接触，以获得较高的传质效率。 此外，为了满足工业生产的需要， 塔设备还得考虑以下各项传质效率。此外，为了满足工业生产的需要，塔设备还得考虑以下各项要求：1生产能力大。在较大的气汽液流速下，仍不致发生大量的雾沫夹带、拦液或液泛等破坏正常操作的现象。2操作稳定、弹性大。当塔设备的气汽液负荷量有较大的波动时，仍能在较高的传质效率下进行稳定的操作。并且塔设备应保证能长期连续操作。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - -
13、 -第 7 页，共 29 页3流体流动的阻力小。即流体通过塔设备的压力降小。这将大大节省生产中的动力消耗， 以及降低经常操作费用。 对于减压蒸馏操作， 较大的压力降还使系统无法维持必要的真空度。4结构简单、材料耗用量小、制造和安装容易。这可以减少基建过程中的投资费用。5耐腐蚀和不易堵塞，方便操作、调节和检修。事实上，对于现有的任何一种塔型， 都不可能完全满足上述所有要求，仅是在某些方面具有独到之处根据设计任务书，此设计的塔型为筛板塔。 筛板塔是很早出现的一种板式塔。五十年代起对筛板塔进行了大量工业规模的研究，逐步掌握了筛板塔的性能， 并形成了较完善的设计方法。与泡罩塔相比，筛板塔具有以下优点：
14、生产能力大2040% ，塔板效率高 1015% ，压力降低 3050% ，而且结构简单，塔盘造价减少 40% 左右，安装、维修都较容易。 从而一反长期的冷落状况， 获得了广泛应用。近年来对筛板塔盘的研究还在发展，出现了大孔径筛板孔径可达2025mm ，导向筛板等多种形式。筛板塔盘上分为筛孔区、无孔区、溢流堰及降液管等几部分工业塔常用的筛孔孔径为 38mm ，按正三角形排列空间距与孔径的比为2.5 5近年来有大孔径1025mm 筛板的，它具有制造容易， 不易堵塞等优点， 只是漏夜点低，操作弹性小。筛板塔的特点如下：1结构简单、制造维修方便。2生产能力大，比浮阀塔还高。3塔板压力降较低，适宜于真空
15、蒸馏。4塔板效率较高，但比浮阀塔稍低。5合理设计的筛板塔可是具有较高的操作弹性，仅稍低于泡罩塔。6小孔径筛板易堵塞，故不宜处理脏的、粘性大的和带有固体粒子的料液。2. 设计方案产品性质质量指标产品性质：有杏仁味的无色透明、 易挥发液体。密度 1 105g/cm3。 沸点 131 6。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 29 页凝固点 -45。 折射率 1 5216(25)。 闪点 29 4。 燃点 637 8， 折射率 1 5246，粘度(20)0. 799mPa s，外表张力 332810-3Nm 溶解度参数 9.5 。溶
16、于乙醇、乙醚、氯仿、苯等大多数有机溶剂，不溶于水。易燃，蒸气与空气形成爆炸性混合物， 爆炸极限 1.3 -7.1 (vol) 。溶于大多数有机溶剂， 不溶于水。常温下不受空气、 潮气及光的影响， 长时间沸腾则脱氯。 蒸气经过红热管子脱去氢和氯化氢，生成二苯基化合物。有毒，在体内有积累性，逐渐损害肝、肾和其他器官。对皮肤和粘膜有刺激性，对神经系统有麻醉性，LD502910mg kg，空气中最高容许浓度 50mg m3。遇高温、明火、氧化剂有燃烧爆炸的危险。质量指标：氯 % ，塔顶产品苯纯度不低于98% ，原料液中苯 38% 以上均为质量分数设计方案简介1. 精馏方式：本设计采用连续精馏方式。原料
17、液连续加入精馏塔中，并连续收集产物和排出残液。其优点是集成度高，可控性好，产品质量稳定。由于所涉浓度范围内乙醇和水的挥发度相差较大，因而无须采用特殊精馏。 2. 操作压力：本设计选择常压，常压操作对设备要求低，操作费用低，适用于 苯 和 氯 苯 这 类 非 热 敏 沸 点 在 常 温 工 业 低 温 段 物 系 别 离 。3. 塔板形式：根据生产要求，选择结构简单，易于加工，造价低廉的筛板塔，筛板塔处理能力大， 塔板效率高， 压降较低， 在苯和氯苯这种黏度不大的别离工艺中有很好表现。 4. 加料方式和加料热状态：设计采用泡点进料，将原料通过预热器加热至泡点后送入精馏塔内。5. 由于蒸汽质量不易
18、保证，采用间接蒸汽加热。6. 再沸器，冷凝器等附属设备的安排：塔底设置再沸器，塔顶蒸汽完全冷凝后再冷却至泡点下一部分回流入塔，其余部分经产品冷却器冷却后送至储罐。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。工艺流程及说明精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 29 页首先，苯和氯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
19、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，完成苯与氯苯的别离。3. 方案实施一全塔的物料衡算1) 料液及塔顶底产品含苯的摩尔分率苯和氯苯的相对摩尔质量分别为78.11 和 112.56kg/kmol 。56.112/3811.78/
20、6211.78/62Fx38%氯苯原 料 储原料预热精馏再沸99.8%氯苯储存分配冷凝冷却98%苯储存冷却986. 056.112/211.78/9811.78/98Dx精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 29 页003.056.112/8 .9911.78/2 .011.78/2 .0Wx2) 平均摩尔质量kg/kmol38.8856.112702.01702.011.78FMkg/kmol59.7856.112986.01986.011.78DMkg/kmol46.11256.112003.01003.011.78WM
21、3) 物料衡算原料处理量 F 2600/88.38 kmol/h 总物料衡算 F DW D W 苯物料衡算Dkmol/h W kmol/h (二)塔板数确实定TN的求取苯- 氯苯物系属于理想物系，可采用梯级图解法M T 法求取TN，步骤如下：(1) 根据苯 - 氯苯的相平衡数据，利用泡点方程和露点方程求取yx 依据BABtppppx/，tApxpy/，将所得计算结果列表如下：温度， 80 90 100 110 120 130 ip苯760 1025 1350 1760 2250 2840 2900 氯苯148 205 293 400 543 719 760 两相摩尔分率x 1 0 y 1 0
22、此题中，塔内压力接近常压实际上略高于常压，而表中所给为常压下的相平衡数据，因为操作压力偏离常压很小，所以其对yx 平衡关系的影响完全可以忽略。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 29 页(2) 确定操作的回流比R yx 曲线及yxt曲线。在yx 图上，因1q，查得922. 0ey，而702.0Fexx，986. 0Dx。故有：2909.0702.0922.0922.0986.0eeeDmxyyxR考虑到精馏段操作线离平衡线较近，故取实际操作的回流比为最小回流比的2 倍，即：5818.02909.022mRR(3) 求精馏塔
23、的气、液相负荷V=(R+1)D=(0.5818+1) LV(4) 求理论塔板数精馏段操作线：623.0368.011xRxxRRyD提馏段操作线：00074.026.1xVxWxVLyW0.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.00.00.20.40.60.81.0YX 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 29 页苯-氯苯物系精馏别离理论塔板数的图解7080901001101201301400.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0苯-氯苯物系的温度组成图图解得5 .10TN块
24、包括再沸器。其中，精馏段 3 块，提馏段5.72TN块，第4 块为加料板位置。pN(1) 全塔效率TE选用mTElog616.017. 0s 的烃类物系，式中的m为全塔平均温度下以进料组成表示的平均粘度。(80+131.8)=106 取塔顶底的算术平均值 ，在此平均温度下查化工原理附录 11 得：smPa24.0A，smPa34. 0B。270. 0702. 0134.0702.024.01FBFAmxx52.0270. 0log616. 017.0log616.017. 0mTE(2|) 实际塔板数pN近似取两段效率相同精馏段：77.552. 0/31pN块，取61pN块提馏段：42.145
25、2.0/5. 72pN块，取 Np2=14块精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 29 页总塔板数 NP=NP1+NP2=20块。三塔的精馏段操作工艺条件及相关物性数据的计算1平均压强mp取每层塔板压降为0.7kPa 计算。塔顶：kPa3 .10543 .101Dp加料板：kPa5 .10967 .03 .105Fp平均压强kPa4.1072/5.1093 .105mp2平均温度mt查温度组成图得：塔顶为80，加料板为 89。5 .842/8980mt3平均分子量mM塔顶：986. 01Dxy，934. 01x查相平衡图kg
26、/kmol59.7856.112986.0111.78986.0,mVDMkg/kmol38.8056.112934.0111.78934.0,mLDM加料板：901. 0Fy，644.0Fx查相平衡图kg/kmol52.8156.112901. 0111.78901.0,mVFMkg/kmol37.9056.112644.0111.78644.0,mLDM精馏段：kg/kmol06.802/52.8159.78,mVMkg/kmol38.852/37.9038.80,mLM(4) 平均密度m. 液相平均密度mL,塔顶：3,kg/m04.81780187. 1912187.1912tALD3,
27、kg/m12.103880111.11127111.11127tBLD精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 29 页3,kg/m535.82012.103802.004.81798.01mLDBLDBALDAmLDaa进料板：3,kg/m36.80689187.1912187. 1912tALF3,kg/m12.102889111.11127111.11127tBLF3,kg/m55.89112.1028443.036.806557. 01mLFBLFBALFAmLFaa精馏段：3,kg/m04.8562/55.891535
28、.820mL. 汽相平均密度mV,3,kg/m89. 25.84273314.806.804.107mmVmmVRTMp(5) 液体的平均外表张力m塔顶：mN/m08.21, AD；mN/m02.26,BD80mN/m14.2108.21014.002.26986.002.2608.21,mD进料板：mN/m21.20,AF；mN/m26.25,BF89mN/m49.2126.25702.021.20298. 026.2521.20,mF精馏段：mN/m32.212/49.2114.21m(6) 液体的平均粘度mL,塔顶：查化工原理附录11，在 80下有：smPa317.0014. 0445.
29、 0986. 0315. 0,DBBDAAmLDxx加料板：smPa315.0397. 0305.028.0695.0,mLF精馏段：smPa316.02/315.0317.0,mL(四)精馏塔的塔体工艺尺寸计算精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 29 页汽相体积流量 Vs3/s 液相体积流量/sm000415.004.856360038.8598.1436003,mLmLsLML(1) 初选塔板间距mm350TH及板上液层高度mm60Lh，则：m29.006. 035.0LThH(2) 按 Smith 法求取允许的空塔气
30、速maxu即泛点气速Fu0228.089.204.856313.0000415.05 .05 .0VLssVL查 Smith 通用关联图得058. 020C负荷因子0587. 02032.21058.0202.02. 020CC泛点气速：009.189.2/89.204.8560587.0/maxVVLCum/s (3) 操作气速取m/s706.07.0maxuu(4) 精馏段的塔径m752.0706. 014.3/313.04/4uVDs圆整取mm800D，此时的操作气速m/s576.0u。Z精=(N 精-1)HT=(6-1) Z提=(N 提-1)HT=(15-1) 五塔板工艺结构尺寸的设计
31、与计算采用单溢流型弓形降液管、凹形受液盘。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页，共 29 页（1） 溢流堰长出口堰长wl取m48. 08. 06.06 .0Dlw堰上溢流强度hm/m130100hm/m113.348.0/494. 1/33whlL， 满足筛板塔的堰上溢流强度要求。（2） 出口堰高whowLwhhh对平直堰3/2/00284.0whowlLEhE近似取 1，于是：m006.005m006. 048.0/3600000415.0100284.03/2owh满足要求m0440. 000605. 005.0owLwhh
32、h3降液管的宽度dW和降液管的面积fA由6 .0/ Dlw，查化原下 P112图 5-7 得056. 0/,115.0/TfdAADW，即：22m502. 0785. 0DAT，2m028.0502. 0056. 0fA。液体在降液管内的停留时间s523.61s000415.0/35.0028.0/sTfLHA满足要求4降液管的底隙高度oh液体通过降液管底隙的流速一般为0.070.25m/s ， 取液体通过降液管底隙的流速m/s07. 0ou，则有：m006.00124.007.048.0000415.0mulLhowsooh不宜小于 6mm ，本结果满足要求hw-ho选用凹形受液盘深度hw=
33、50mm 1 边缘区宽度cW与安定区宽度sW精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页，共 29 页边缘区宽度cW：一般为 5075mm ，D 2m时，cW可达 100mm 。安定区宽度sW：规定5.1Dm时75sWmm ；5 .1Dm时100sWmm ；本设计取mWc03.0，mW sWs055. 0。2 开孔区面积aA式中：m253.0055.0092.02/8. 02/sdWWDxm37. 003.04 .02/cWDR212221222m343. 037. 0253.0sin37. 0180253. 037. 0253. 02
34、sin1802RxRxRxAa. 筛孔计算及其排列取筛孔的孔径mm5od，正三角形排列，筛板采用碳钢，其厚度mm3，且取0 .3/odt。故孔心距mm1553t。每层塔板的开孔数1761343. 0151011551011552323aAtn孔每层塔板的开孔率101.03907.0/907.022odt 应在 515% ，故满足要求每层塔板的开孔面积2m0346. 0343.0101. 0aoAA气体通过筛孔的孔速m/s035.9343.0101.0/313.0/osoAVu六塔板上的流体力学验算1塔板压降干板阻力ch计算m024.004.85689.2772.0035.9051.0051.0
35、22LVoocCuh式中孔流系数oC由67.13/5/ do查 P115图 5-10 得出，772. 0oC。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页，共 29 页气体通过板上液层的压降lhm0319.0050. 0637. 0Lowwlhhhh式中充气系数的求取如下：气体通过有效流通截面积的气速au，对单流型塔板有：m/s66. 0028.0502.0313.0fTsaAAVu动能因子122. 189.266.0VaauF/(s m)查化原 P115图 5-11 得637.0一般可近似取6 .05.0 。液体外表张力产生的阻力hm
36、00203. 0005.081.904.8561032.21443oLgdh气体通过筛板的压降单板压降ph 和pp可按下式计算，m0579.000203. 00319.0024. 0hhhhlcp0.7kPa4860579.081. 904.856PaghppLp满足工艺要求。对于筛板塔，液面落差很小，且本例的塔径和液流量均不大，故可忽略液面落差的影响液沫夹带量由式 5-24 计算气（满足要求）液气液/kgkg1. 0/kgkg0084.0125.035.066.01032.21107 . 5107.52 .3362.36fTaVhHue式中：Lfhh5 .2，验算结果说明不会产生过量的液沫夹
37、带。4漏液漏液点的气速精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 19 页，共 29 页m/s868.589.2/04.85600203.005.013.00056.0772.04 .4/13.00056.04 .4VLLoomhhCu筛板的稳定性系数5.154.1868.5035.9omouuK不会产生过量液漏4 液泛为防止降液管发生液泛，应使降液管中的清液层高度wTdhHHdLpdhhhHm00075.007.007.0153.0153.02owsdhlLhm1087. 000075.005. 00579.0dHm197.0044. 035
38、.05.0wThHwTdhHH成立，故不会产生液泛。通过流体力学验算，可认为精馏段塔径及塔板各工艺结构尺寸合适，假设要做出最合理的设计，还需重选TH及Lh，进行优化设计。七塔板负荷性能图1液沫夹带线 12. 365.2107.5LTavhHue1式中：ssfTsaVVAAVu11.2028. 0502.03/23/23/272.2110.048.03600100284.0044.05.2360000284.0044.05.25.25.2SswsowwLfLLlLEhhhh精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 20 页，共 29 页将已知数
39、据代入式 11 .072.224.011.21032.21107 .52. 33/236ssvLVe3/221.8724.0ssLV1-1在操作范围内，任取几个sL值，依式 1-1算出对应的sV值列于下表：/sm3,sL/sm3,sV依据表中数据作出液沫夹带线12. 液泛线 2dowwpwThhhhhH23/23/200397. 002659.0006503.004359.061.0ssowwlLLhhh0021.0h02869. 000397.05897. 03/22sslcpLVhhhh22207.33880160.042.0153.0153.0ssowsdLLhlLh23/23/2207
40、.33881895.104359.002869.000397.05897. 004359.035. 05. 0ssssLLLV23/2241.57450239.22105. 0sssLLV2-2在操作范围内，任取几个sL值，依式 2-2算出对应的sV值列于下表：/sm3,sL/sm3,sV依据表中数据作出液泛线23液相负荷上限线以 4 秒作为液体在降液管中停留时间的下限精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 21 页，共 29 页/sm00245.0435.0028.03max,fTsAHL3-34. 漏液线 43/26186.00594.
41、0sowwLLhhh漏液点气速89.2/04.85600203.01895.1044.013.00056.0772.04.43/2,smoLumoosuAV,min,，整理得：038.0578. 03/22min,ssLV4-4在操作范围内，任取几个sL值，依式 4-4算出对应的sV值列于下表：/sm,3sL/sm,3sV依据表中数据作出漏液线45. 液相负荷下限线 5取平堰堰上液层高度006. 0owhm ，0 .1E。006.048.03600100284.0360000284.03/23/2min,swsowLlLEh/sm000409.03min, sL5-500.20.40.60.8
42、11.21.41.600.00050.0010.00150.0020.00250.003液沫夹带线漏液线液相负荷下限线液相负荷上限线液泛线1精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 22 页，共 29 页操作弹性定义为操作线与界限曲线交点的气相最大负荷max, sV与气相允许最小负荷min, sV之比，即：操作弹性 =74.392.044.3min,max,ssVV(八精馏塔的设计计算结果汇总一览表项目符号单位计算结果精馏段提馏段平均压强Pm kPa 平均温度tm平均流量气相sVm3/s 液相sLm3/s实际塔板数1pN块8 板间距THm 塔
43、段的有效高度Z m 塔径D m 空塔气速u m/s 塔板液流型式单流型溢流溢流管型式弓形堰长wlm 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 23 页，共 29 页装置堰高whm 溢流堰宽度dWm 底隙高度ohm 板上清液层高度Lhm 孔径odmm 5 孔间距tmm 15 孔数n 个7113 开孔面积A0m2 筛孔气速oum/s 塔板压降ppkPa 液体在降液管中的停留时间S 降液管内清液层高度dHm 雾沫夹带Vekg 液/kg 气负荷上限max, sL雾沫夹带控制负荷下限min, sL漏液控制气相最大负荷max, sVm3/s 气相最小负荷
44、min, sVm3/s 操作弹性精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 24 页，共 29 页(九精馏塔的附属设备与接管尺寸的计算1料液预热器根据原料液进出预热器的热状况和组成首先计算预热器的热负荷Q ， 然后估算预热器的换热面积A ，最后按换热器的设计计算程序执行。2塔顶全凝器全凝器的热负荷前已算出，为1771.45 循环水冷却，进出口水温可根据不同地区的具体情况选定后再按换热器的设计程序做设计计算。3塔釜再沸器因为饱和液体进料，故VFqVV1。即再沸器的热负荷与塔顶全凝器相同。实际上由于存在塔的热损失一般情况下约为提供总热量的510%
45、。再沸器属于两侧都有相变的恒温差换热设备，故再沸器的设计计算与蒸发器同。4精馏塔的管口直径依据流速选取，但塔顶蒸汽出口流速与塔内操作压力有关，常压可取1220m/s。0.5m/s；假设用泵输送回流液，流速可取12.5 m/s 。2.5m/s。塔釜液出塔的流速可取0.51.0m/s 。蒸汽流速： 295kPa：2040 m/s；2950 kPa：80 m/s。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 25 页，共 29 页十主要符号说明项目符号项目符号平均压强Pm 每层塔板压降aP平均温度tm安定区宽度sW平均流量气相Vs边缘区宽度cW液相Ls
46、液相摩尔分数x 实际塔板数N气相摩尔分数y 板间距HT空隙率塔的有效高度Z 筛板厚度塔径D 外表张力空塔气速u 密度溢流装置堰长lw开孔率堰高hw最大值max 下标弓形降液管宽度Wd最小值min下标弓形降液管底隙高度ho气相V下标板上清夜层高度hL液相L下标孔径do理论板层数TN孔间距t 塔顶空间高度DH孔数n 塔底空间高度BH开孔面积A0 裙座高度2H筛孔气速uo总板效率TE塔板压降hp气相最大负荷Vs，max液体在降液管中停留时间气相最小负荷Vs，min降液管内清液层高度Hd雾沫夹带ve精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 26 页，
47、共 29 页4 结果与结论精馏塔塔体设计采用筛板塔板，共20 块塔板，能够完成年产纯度为，塔顶馏出液中含氯苯不高于2% 。原料液中含氯苯为38% 以上均为质量分数的生产任务，并且有较好的操作弹性。1操作压力：本设计选择常压，常压操作对设备要求低，操作费用低，适用于苯和氯苯这类非热敏沸点在常温工业低温段物系别离。2. 塔板形式：根据生产要求，选择结构简单，易于加工，造价低廉的筛板塔，筛板塔处理能力大，塔板效率高，压降较低，在苯和氯苯这种黏度不大的别离工艺中有很好表现。3加料方式和加料热状态：设计采用泡点进料，将原料通过预热器加热至泡点后送入精馏塔内。5. 收获与致谢通过这次课程设计，我有了很多收
48、获。首先，通过这一次的课程设计，我进一步稳固和加深了所学的基本理论、基本概念和基本知识，培养了自己分析和解决与本课程有关的具体原理所涉及的实际问题的能力。对化工原理设计有了更加深刻的理解，为后续课程的学习奠定了坚实的基础。而且，这次课程设计过程，最终完美的实现了预期的目的，大家都收益匪浅，也对这次经历难以忘怀。其次通过这次课程设计，对板式塔的工作原理有了初步详细精确话的了解，加深了对设计中所涉及到的一些力学问题和一些有关应力分析、强度设计基本理论的了解。使我们重新复习了所学的专业课，学习了新知识并深入理解，使之应用于实践，将理论知识灵活化，这都将为我以后参加工作实践有很大的帮助。非常有成就感，
49、培养了很深的学习兴趣。在此次设计的全过程中，我们到达了最初的目的，对化工原理有了较深入的认识，对化工设备的设计方面的知识有了较全面的认识，熟悉了板式塔设计的全过程及工具用精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 27 页，共 29 页书。我去图书馆查阅了这方面的有关书籍并上了一些网站检索了相关内容，从中学到了很多知识，受益匪浅。这次课程设计我投入了不少时间和精力，我觉得这是完全值得的。我独立思考，勇于创新的能力得到了进一步的加强。由于时间和经验等方面的原因，该设计中还存在很多不足、如对原理的了解还不够全面等等。今后会进一步学习来加深了解。6.
50、 参考文献1.柴诚敬等，化工原理课程设计，天津科学技术出版社2. 潘国昌等，化工设备设计，清华大学出版社3 顾芳珍，化工设备设计基础，天津大学出版社，1997 4. 机械设计手册，化学工业出版社，1982 图纸： A1图纸一张 ; 软件： Auto CAD2007 ,Excel 电子表格， Word文字; 作品：苯- 氯苯别离过程板式精馏塔设计说明书一份，筛板式板式塔手绘图纸一张。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 28 页，共 29 页指导教师评语：课程设计报告成绩：，占总成绩比例：课程设计其它环节成绩：环节名称：，成绩：，占总成绩比