課程設計--精餾塔分離苯-甲苯混合物

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要II</b></p><p>　　AbstractIII</p><p><b>　　引言1</b></p><p><b>　　第一章 概述1</b></p&g

2、t;<p>　　1.1精餾塔設計任務2</p><p>　　1.2精餾塔設計方案的選定2</p><p>　　第二章 精餾塔設計計算3</p><p>　　2.1精餾塔物料衡算3</p><p>　　2.2塔板的確定4</p><p>　　2.3精餾塔的工藝條件及有關物性數(shù)據(jù)的計算5<

3、/p><p>　　2.4精餾塔的塔體工藝尺度計算10</p><p>　　第三章 塔附屬設備選型及計算29</p><p><b>　　3.1接管29</b></p><p>　　3.2塔體總高度30</p><p>　　3.3輔助設備32</p><p>　　第四章

4、設計結(jié)果匯總35</p><p>　　設計小結(jié)與體會37</p><p><b>　　符號說明38</b></p><p><b>　　參考文獻40</b></p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　化工生產(chǎn)中所處理的物料，中

5、間產(chǎn)物，粗產(chǎn)品幾乎都是由若干組分組成的混合物，而且其中大部分都是均相物質(zhì)，生產(chǎn)中為了滿足儲存，運輸，加工和使用的需求，時常需要將這些混合物分離較純凈或幾乎純態(tài)的物質(zhì)。</p><p>　　精餾是分離液體混合物最常用的一種單元操作, 利用液相混合物中各相分揮發(fā)度的不同，使揮發(fā)組分由液相向氣相轉(zhuǎn)移，難揮發(fā)組分由氣相向液相轉(zhuǎn)移。實現(xiàn)原料混合物中各組成分離該過程是同時進行傳質(zhì)傳熱的過程。</p><p

6、>　　本設計任務為精餾塔分離苯-甲苯混合物。對于二元混合物的分離，采用連續(xù)精餾過程。設計中采用泡點進料，將原料液通過預熱器加熱至泡點后送人精餾塔內(nèi)。塔頂上升蒸氣采用全器冷凝，冷凝液在泡點溫度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。該物系屬易分離物系，最小回流比較小，所以在設計中把操作回流比取最小回流比的1.7倍。塔釜采用間接蒸汽加熱，塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送至儲罐。</p><p>　　本設計說明

7、書以通過物料衡算，熱量衡算，工藝計算，結(jié)構設計和校核等一系列工作來設計一個具有可行性的合理的篩板塔以及相關輔助設備的計算。繪制了精餾塔裝配圖，精餾工藝流程圖。</p><p>　　關鍵詞：篩板塔；苯；甲苯</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　In the chemical production proces

8、ses the material, the intermediary product, the primary product, nearly is the mixture which is composed of certain components, moreover majority is the homogeneous phase material, in the production to satisfy the storag

9、e, the transportation, the processing and the use need, often needs these mixture separation for pure or nearly the pure state material. </p><p>　　Separation of distillation is the most commonly used liquid

10、mixture of a unit operation, using liquid mixture of all the different points of the volatile, volatile components from liquid to gas transfer, difficult volatile components from gas to liquid transfer. Mixture of raw ma

11、terials to achieve the various components of the separation process is at the same time heat and mass transfer process. </p><p>　　The design task is to separate the benzene - toluene mixture using the distil

12、lation tower. For the separation of binary mixtures, we can use a continuous distillation process. In the design, we feed the raw material in the bubble point ,using preheater where the liquid can be heated up to the bub

13、ble point and then give it away to the distillation tower. Up top of the tower ,there is a total condenser which can condense the steam. Part of the condensed steam return to the tower in the bubble poin</p><p

14、>　　The design specification through the material balance, energy balance, technology, structural design and verification and a series of work to design a reasonable possibility of the sieve tower that should use the r

15、elation selective evaporation flow，and drawing assemble diagram of distillation tower and PID of distillation.</p><p>　　Keywords：Distillation；Sieve tower；Benzene </p><p><b>　　引 言</b>

16、;</p><p>　　化工生產(chǎn)常需進行液體混合物的分離以達到提純或回收有用組分的目的。蒸餾是一種常用的化工單元的操作，是工業(yè)上分離液相混合物常用的手段。</p><p>　　蒸餾操作可以是板式塔，也可以采用填料塔。板式塔為逐步接觸型，按汽液接觸原件不同，可分為泡罩塔、浮閥塔、篩板塔、舌形塔、浮動噴射塔等多種。目前，從國內(nèi)外實際情況來看，主要的塔板類型為浮閥塔，篩板塔及泡罩塔，前兩種應用尤

17、為廣泛。</p><p>　　作為氣液兩用傳質(zhì)用的塔的設備，首先必須保證氣液兩相得到充分的接觸，以達到較高的傳質(zhì)效率。此外，為了滿足工業(yè)生產(chǎn)的要求，塔設備還得具備下列的基本要求：</p><p><b>　　·塔內(nèi)滯留量小。</b></p><p>　　·耐腐蝕和不易堵塞，方便操作，調(diào)節(jié)。</p><p&

18、gt;　　·結(jié)構簡單，造價低，創(chuàng)造，安裝，維修方便。</p><p>　　·流體流動阻力小。即流體經(jīng)塔設備的壓降小，可節(jié)省動力消耗，降低操作的費用。</p><p>　　·氣液處理量大，即生產(chǎn)能力大時不至于發(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。即當塔設備的氣液負荷在一定范圍內(nèi)

19、變化時，仍能夠在較高的傳質(zhì)效率下進行穩(wěn)定的操作。</p><p><b>　　第一章 概述</b></p><p>　　化工生產(chǎn)中所處理的原料，中間產(chǎn)物，粗產(chǎn)品幾乎都是由若干組分組成的混合物，而且其中大部分都是均相物質(zhì)。生產(chǎn)中為了滿足儲存，運輸，加工和使用的需求，時常需要將這些混合物分離為較純凈或幾乎純態(tài)的物質(zhì)。 </p><p>　　精餾

20、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)得到廣泛應用。精餾過程在能量計的驅(qū)動下，使氣、液兩相多次直接接觸和分離，利用液相混合物中各相分揮發(fā)度的不同，使揮發(fā)組分由液相向氣相轉(zhuǎn)移，難揮發(fā)組分由氣相向液相轉(zhuǎn)移。實現(xiàn)原料混合物中各組成分離該過程是同時進行傳質(zhì)傳熱的過程。本次設計任務為設計一定處理量的分離苯和甲苯混合物精餾塔。</p><p>　　板式精餾塔也是很早出現(xiàn)的一種板式塔，20世紀50年

21、代起對板式精餾塔進行了大量工業(yè)規(guī)模的研究，逐步掌握了篩板塔的性能，并形成了較完善的設計方法。與泡罩塔相比，板式精餾塔具有下列優(yōu)點：生產(chǎn)能力（20%—40%）塔板效率（10%—50%）而且結(jié)構簡單，塔盤造價減少40%左右，安裝，維修都較容易。[1]</p><p>　　在本設計中我們使用篩板塔，篩板塔的突出優(yōu)點是結(jié)構簡單，造價低。合理的設計和適當?shù)牟僮骱Y板塔能滿足要求的操作彈性，而且效率高。采用篩板可解決堵塞問題，

22、適當控制漏液。</p><p>　　篩板塔是最早應用于工業(yè)生產(chǎn)的設備之一，五十年代之后，通過大量的工業(yè)實踐逐步改進了設計方法和結(jié)構。近年來與浮閥塔一起成為化工生產(chǎn)中主要的傳質(zhì)設備。為減少對傳質(zhì)的不利影響，可將塔板的液體進入?yún)^(qū)制成突起的斜臺狀，這樣可以降低進口處的速度，使塔板上氣流分布均勻。篩板塔多用不銹鋼板或合金制成，使用碳鋼的比較少。實際操作表明，篩板在一定程度的漏夜狀態(tài)下操作使其板效率明顯下降，其操作的負荷范

23、圍比泡罩塔窄，但設計良好的塔其操作彈性仍可達到2-3。</p><p>　　化工原理課程設計是培養(yǎng)學生化工設計能力的重要教學環(huán)節(jié)，通過課程設計使我們初步掌握化工設計的基礎知識、設計原則及方法；學會各種手冊的使用方法及物理性質(zhì)、化學性質(zhì)的查找方法和技巧；掌握各種結(jié)果的校核，能畫出工藝流程、塔板結(jié)構等圖形。在設計過程中不僅要考慮理論上的可行性，還要考慮生產(chǎn)上的安全性、經(jīng)濟合理性。</p><p&g

24、t;　　在設計過程中應考慮到設計的業(yè)精餾塔具有較大的生產(chǎn)能力滿足工藝要求，另外還要有一定的潛力。節(jié)省能源，綜合利用余熱。經(jīng)濟合理，冷卻水進出口溫度的高低，一方面影響到冷卻水用量。另一方面影響到所需傳熱面積的大小。即對操作費用和設備費用均有影響，因此設計是否合理的利用熱能等直接關系到生產(chǎn)過程的經(jīng)濟問題。[2]</p><p>　　本課程設計的主要內(nèi)容是設計過程的物料衡算，塔工藝計算，塔板結(jié)構設計以及校核。</

25、p><p>　　1.1精餾塔設計任務</p><p>　　在一常壓操作的連續(xù)精餾塔內(nèi)分離苯-甲苯混合液。已知原料液的年處理量為4萬噸，原料組成為0.3(甲苯的摩爾分率)，要求塔頂餾出液的組成為0.991，塔底釜液含苯量0.014（質(zhì)量分率）。 </p><p><b>　　表1-1 設計條件</b></p><p>　　試根

26、據(jù)上述工藝條件作出篩板塔的設計</p><p>　　1.2精餾塔設計方案的選定</p><p>　　本設計任務為分離苯-甲苯混合物。對于二元混合物的分離，采用連續(xù)精餾流程。設計中采用泡點進料，將原料液通過預熱器加熱至泡點后送人精餾塔內(nèi)。塔頂上升蒸氣采用全凝器冷凝，冷凝液在泡點溫度下一部分回流至塔內(nèi)，其余部分產(chǎn)品經(jīng)冷卻器冷卻后送至儲罐。該物系屬易分離物系，最小回流比較小，故操作回流比取最小回

27、流比的1.5倍。塔釜采用間接蒸汽加熱，塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送至儲罐。</p><p>　　第二章 精餾塔設計計算</p><p>　　2.1精餾塔物料衡算</p><p>　　2.1.1料液及塔頂，塔底產(chǎn)品的摩爾分數(shù)</p><p>　　原料：苯——甲苯混合物 XF=0.3（摩爾分數(shù)）</p><p>　　產(chǎn)

28、品：XD=0.991（摩爾分數(shù)） XW=0.014（摩爾分數(shù)）</p><p><b>　　原料溫度：50℃ </b></p><p>　　處理量：4萬噸／每年 </p><p>　　生產(chǎn)時間：300天／每年</p><p>　　冷卻水進口溫度：25℃ </p><p>　　加熱劑：0.

29、5MPa飽和水蒸氣</p><p><b>　　平均摩爾質(zhì)量：</b></p><p>　　苯的摩爾質(zhì)量： MA=78.11Kg/Kmol </p><p>　　甲苯的摩爾質(zhì)量：MB=92.13Kg/Kmol （其中A、B分別代表苯和甲苯）</p><p>　　原料液、塔頂及塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)

30、量：</p><p>　　ML,F=0.3×78.11+(1-0.7)×92.13=87.92Kg/Kmol</p><p>　　ML,D=0.991×78.11+0(1-0.991)×92.13=78.23Kg/Kmol</p><p>　　ML,W=0.014×78.11+(1-0.014)×92.13

31、=91.91Kg/Kmol</p><p>　　2.1全塔總物料衡算</p><p>　　總物料衡算 F = D + W （3-1）</p><p>　　易揮發(fā)組分（苯）物料衡算 F XF = D XD + W XW （3-2）</p><p>　　式中 F、D、W——分別為原料液、

32、餾出液和釜殘液流量，kmol/h；</p><p>　　XF、XD、XW——分別為原料液、餾出液和釜殘液中易揮發(fā)組分的摩爾分率。</p><p>　　結(jié)合（3-1）、（3-2）得：</p><p>　　F=63kmol/h</p><p>　　D= 18kmol/h</p><p>　　W=45kmol/h</p

33、><p><b>　　2.2塔板的確定</b></p><p>　　逐板法法求取塔板數(shù)：</p><p>　　相對揮發(fā)度a=2.5 由相平衡方程和q線方程算得最小回流比為3.1</p><p>　　R=1.5Rmin=4.7</p><p>　　3.精餾段操作線方程</p><

34、;p>　　Y=0.082x+0.17</p><p>　　4.提溜段操作線方程</p><p>　　Y=1.8x-0.025</p><p>　　Y1=0.991 x1=0.978</p><p>　　Y2=0.972 x2=0.933</p><p>　　Y3=0.935 x3=0.852</p&g

35、t;<p>　　Y4=0.870 x4=0.725</p><p>　　Y5=0.765 x5=0.567</p><p>　　Y6=0.635 x6=0.410</p><p>　　Y7=0.506 x7=0.291</p><p><b>　　Y7<0.3</b></p>&

36、lt;p>　　Y8=0.497 x8=0.284</p><p>　　Y9=0.480 x9=0.271</p><p>　　Y10=0.460 x10=0.254</p><p>　　Y11=0.432 x11=0.233</p><p>　　Y12=0.395 x12=0.208</p><p>

37、;　　Y13=0.349 x13=0.176</p><p>　　Y14=0.292 x14=0.145</p><p>　　Y15=0.236 x15=0.107</p><p>　　Y16=0.168 x16=0.074</p><p>　　Y17=0.046 x17=0,046</p><p>

38、;　　Y18=0.058 y18=0.024</p><p>　　Y19=0.023 x19=0.009</p><p>　　總的理論板數(shù)18(包括再沸器)，進料板位置</p><p>　　5.實際板層數(shù)的求取</p><p>　　精餾段實際板層數(shù)：10 </p><p>　　提留段實際板層數(shù)：17 </

39、p><p>　　2.3精餾塔的工藝條件及有關物性數(shù)據(jù)的計算</p><p>　　2.3.1以精餾段為例進行計算</p><p><b>　　1.操作壓力計算</b></p><p><b>　　塔頂操作壓力KPa</b></p><p><b>　　每層塔板壓降KPa&

40、lt;/b></p><p><b>　　進料板壓力KPa</b></p><p>　　精餾段平均壓力KPa</p><p><b>　　2.操作溫度的計算</b></p><p>　　XF=0.491 XD=0.957</p><p><b>　　由內(nèi)插值

41、法求得：</b></p><p>　　進料板溫度℃ 塔頂溫度℃</p><p><b>　　精餾段平均溫度℃</b></p><p>　　3.平均摩爾質(zhì)量的計算</p><p>　　塔頂平均摩爾質(zhì)量的計算</p><p>　　由，再由平衡曲線得=0.903</p>&l

42、t;p><b>　　kg/kmol</b></p><p><b>　　kg/kmol</b></p><p>　　進料板的平均摩爾質(zhì)量計算</p><p><b>　　由圖解理論板得</b></p><p><b>　　查平衡曲線得</b><

43、/p><p><b>　　kg/kmol</b></p><p><b>　　kg/kmol</b></p><p><b>　　精餾段平均摩爾質(zhì)量</b></p><p><b>　　kg/kmol</b></p><p><b

44、>　　kg/kmol</b></p><p><b>　　4.平均密度計算</b></p><p>　　(1).氣相平均密度計算</p><p>　　由理想氣體狀態(tài)方程計算，即</p><p><b>　　= </b></p><p>　　(2).液相平均密

45、度計算</p><p>　　塔頂液相平均密度計算</p><p><b>　　由,查手冊得，</b></p><p>　　進料板平均密度的計算</p><p><b>　　由</b></p><p>　　進料板液相平均密度的計算</p><p><

46、;b>　　由，</b></p><p>　　進料板液相的分率計算：</p><p>　　精餾段液相平均密度為</p><p>　　5.液體平均表面張力計算</p><p>　　塔頂液相平均表面張力的計算</p><p><b>　　由，，</b></p><p

47、>　　進料板液相平均表面張力的計算</p><p><b>　　由, </b></p><p>　　精餾段液相平均表面張力為：</p><p>　　6.液相平均粘度計算</p><p>　　塔頂液相平均粘度計算</p><p><b>　　，</b></p>

48、<p><b>　　解得=0.292</b></p><p>　　進料板液相平均粘度的計算:</p><p><b>　　,</b></p><p><b>　　解得=0.271</b></p><p>　　精餾段液相平均表面張力為：</p><

49、;p>　　2.3.2以提餾段為例進行計算</p><p><b>　　1.操作壓力的計算</b></p><p><b>　　每層塔板壓降KPa</b></p><p><b>　　進料板壓力KPa</b></p><p>　　精餾段平均壓力KPa</p>

50、<p><b>　　2.操作溫度的計算</b></p><p>　　XF=0.491 Xw=0.012</p><p><b>　　由內(nèi)插值法求得：</b></p><p>　　進料板溫度℃ 塔頂溫度℃</p><p><b>　　精餾段平均溫度℃</b><

51、/p><p>　　3.平均摩爾質(zhì)量的計算</p><p>　　塔釜平均摩爾質(zhì)量的計算</p><p>　　由，再由平衡曲線得=0.005</p><p>　　進料板平均摩爾質(zhì)量計算</p><p><b>　　有圖解理論板 </b></p><p><b>　　查平衡

52、曲線得 .</b></p><p><b>　　提餾段平均摩爾質(zhì)量</b></p><p><b>　　4.平均密度計算</b></p><p>　　(1).氣相平均密度計算</p><p>　　由理想氣體狀態(tài)方程計算，即</p><p><b>　　=

53、 </b></p><p>　　(2).液相平均密度計算</p><p>　　塔釜液相平均密度計算</p><p><b>　　由</b></p><p>　　進料板液相的分率計算：</p><p>　　提餾段液相平均密度為</p><p>　　5. 液體平均表

54、面張力計算</p><p>　　塔釜液相平均表面張力的計算</p><p><b>　　由,</b></p><p>　　進料板液相平均表面張力的計算</p><p><b>　　由,</b></p><p>　　提餾段液相平均表面張力為：</p><p&

55、gt;　　6.液體平均粘度計算</p><p>　　塔釜液相平均粘度的計算：</p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　解得=0.260</b></p><p>　　進料板液相平均粘度的計算:</p><p><b>　　,</b&g

56、t;</p><p><b>　　解得=0.271</b></p><p>　　提餾段液相平均表面張力為：</p><p>　　2.4精餾塔的塔體工藝尺度計算</p><p>　　2.4.1精餾段塔徑的計算</p><p>　　1.精餾段的氣液相摩爾流率為：</p><p>

57、;<b>　　V=(R+1)D </b></p><p><b>　　L=RD</b></p><p>　　取板間距，板上液層高度，</p><p>　　圖2-2 斯密斯關聯(lián)圖</p><p><b>　　查圖2-2，得</b></p><p>　　取安

58、全系數(shù)為0.7，則空塔氣速為</p><p>　　按標準塔徑圓整后為D＝1.0m</p><p><b>　　塔截面積為</b></p><p><b>　　實際空塔氣速為</b></p><p>　　2.提溜段塔徑的計算</p><p>　　提餾段的氣液相體積流率為：<

59、;/p><p>　　取板間距，板上液層高度，</p><p><b>　　查圖2-2，得</b></p><p>　　取安全系數(shù)為0.7，則空塔氣速為</p><p>　　按標準塔徑圓整后為D＝1.0m</p><p><b>　　塔截面積為</b></p><

60、;p><b>　　實際空塔氣速為</b></p><p>　　3.精餾塔有效高度計算</p><p>　　精餾段有效高度為 4m</p><p>　　提餾段有效高度為 6.8m</p><p>　　在進料板上方開一個人孔，其高度為0.8m，故精餾塔的有效高度為</p><p>　　Z

61、=4+6.8+0.8=11.6m</p><p>　　2.4.2精餾段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D=1.0m,，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>　　(1).堰長</b><

62、;/p><p>　　取=0.66D=0.661.0=0.66m</p><p><b>　　(2).溢流堰高度</b></p><p>　　由，選用平直堰，堰上液層高度</p><p><b>　　近似取E=1,則</b></p><p>　　取板上清液層高度，故</p&g

63、t;<p>　　(3).弓形降液管寬度和截面積</p><p>　　圖2-3弓形漿液管的參數(shù)</p><p><b>　　由，查圖2-3，得</b></p><p><b>　　故</b></p><p>　　依式驗算液體在降液管中停留時間，即</p><p>

64、<b>　　故降液管設計合理</b></p><p>　　(4).降液管底隙高度</p><p><b>　　則</b></p><p>　　選用凹形受液盤，深度</p><p><b>　　2.塔板布置</b></p><p><b>　　(

65、1).塔板的分塊</b></p><p>　　表2-1塔板分塊數(shù)表</p><p>　　因，故2板采用分塊式，查表2-1得，塔板分為3塊</p><p>　　(2).邊緣區(qū)寬度確定 </p><p><b>　　取</b></p><p>　　(3).開孔區(qū)面積計算</p>

66、<p>　　開孔區(qū)面積按式（5-12）計算，即</p><p>　　(4).篩孔計算及其排列</p><p>　　物系無腐蝕性，可選用碳鋼板，取篩孔直徑</p><p>　　篩孔按正三角形排列，取孔中心距</p><p><b>　　篩孔數(shù)目個</b></p><p><b&g

67、t;　　開孔率為</b></p><p>　　氣體通過篩孔的氣速為</p><p>　　3．篩板的流體力學驗算</p><p><b>　　(1)塔板壓降</b></p><p><b>　　①干板阻力計算</b></p><p><b>　　干板阻力計

68、算：</b></p><p><b>　　由，查圖5-10得</b></p><p><b>　　故液柱</b></p><p>　?、跉怏w通過液層的阻力計算</p><p><b>　　查圖2-6，得</b></p><p><b&g

69、t;　　液柱</b></p><p>　?、垡后w表面張力的阻力計算</p><p>　　液體表面張力所產(chǎn)生的阻力計算：</p><p><b>　　液柱</b></p><p>　　氣體通過每層塔板得液柱高度可按下式計算：</p><p><b>　　液柱</b>

70、</p><p>　　氣體通過每層塔板的壓降</p><p><b>　?。ㄔO計允許）</b></p><p><b>　　(2)液面落差</b></p><p>　　對于篩板塔，液面落差很小，可忽略</p><p><b>　　(3)液沫夾帶</b>&

71、lt;/p><p>　　故在本設計中液沫夾帶量在允許范圍內(nèi)</p><p><b>　　(4)漏液</b></p><p>　　對篩板塔，漏液點氣速計算</p><p><b>　　= </b></p><p><b>　　實際孔數(shù)</b></p>

72、;<p><b>　　穩(wěn)定系數(shù)為</b></p><p><b>　　(5)液泛</b></p><p>　　為防止塔內(nèi)發(fā)生液泛，降壓管內(nèi)液層高</p><p>　　苯-甲苯物系屬一般物系，取，則</p><p>　　板上不設進口堰，計算，即</p><p>&

73、lt;b>　　液柱</b></p><p><b>　　液柱</b></p><p>　　故在本設計中不會發(fā)生泛液現(xiàn)象</p><p><b>　　4．塔板負荷性能圖</b></p><p><b>　　(1)漏液線</b></p><p&

74、gt;<b>　　由</b></p><p>　　在操作范圍內(nèi)，任取n個Ls值，依上式計算出Vs值，計算結(jié)果列于表2-2</p><p>　　表2-2精餾段漏液線上的氣液體積流量表</p><p>　　由此表數(shù)據(jù)即可做出漏液線1</p><p><b>　　(2)液沫夾帶線</b></p>

75、;<p>　　以ev=0.1kg液/kg氣為限，求Vs—Ls關系如下；</p><p><b>　　由</b></p><p>　　=2.5 =2.5(+),=0.052, = </p><p>　　=0.13+2.2 , =0.27-2.2 </p><p>　　Vs=1.23-10.02</p&g

76、t;<p>　　在操作范圍內(nèi)，任取n個Ls值，依上式計算出Vs值，計算結(jié)果列于表2-3</p><p>　　表2-3精餾段液沫夾帶線上的氣液體積流量表</p><p>　　由此表數(shù)據(jù)即可做出液沫夾帶線2。</p><p>　　(3)液相負荷下限線</p><p>　　對于平直堰，取堰上液層高度=0.008m作為最小液體負荷標準。

77、</p><p><b>　　由式得</b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　取E=1，則</b></p><p>　　據(jù)此可作出與氣體流量無關的垂直液相負荷下線限了3。見圖2-4</p><p>　　(4)液相負荷上

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

79、b></p><p><b>　　令</b></p><p><b>　　由</b></p><p>　　聯(lián)立得 +=（）+++</p><p>　　忽略，將與Ls，與Ls，與Vs的關系式代入上式并整理得</p><p><b>　　式中</b>&

80、lt;/p><p><b>　　將有關數(shù)據(jù)代入得</b></p><p>　　故0.108Vs=0.139-878.1Ls-1.47Ls</p><p>　　或Vs=1.28-8130.6Ls-13.61Ls</p><p>　　表2-4精餾段液泛線上的氣液體積流量表</p><p>　　由上表數(shù)據(jù)即

81、可作出液泛線5。</p><p>　　根據(jù)以上各線方程可求出篩板塔的精餾段的負荷性能圖。見圖2-4</p><p>　　圖2-4 塔板負荷性能圖</p><p>　　2.4.3提餾段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D=1.0

82、m，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>　　(1)堰長</b></p><p>　　取=0.66D=0.66 1.0=0.66m</p><p><b>　　(2)溢流堰高度</b></p><p>　　由=，選用平直堰，堰上液層高度</p>

83、<p>　　近似取E=1，則=0.015m</p><p>　　取板上清液層高度=60mm,故</p><p>　　(3)弓形降液管寬度和截面積</p><p><b>　　由，查圖2-3，得</b></p><p><b>　　故</b></p><p>　　依

84、式（5-9）驗算液體在降液管中停留時間，即</p><p><b>　　故降液管設計合理</b></p><p>　　(4)降液管底隙高度</p><p><b>　　取，則</b></p><p>　　選用凹形受液盤，深度</p><p><b>　　2塔板布置&

85、lt;/b></p><p><b>　　(1)塔板的分塊</b></p><p>　　因D800mm，故塔板采用分塊式，查表5-3得，塔板分為3塊</p><p>　　(2)邊緣區(qū)寬度確定</p><p><b>　　取</b></p><p>　　(3)開孔區(qū)面積計

86、算</p><p>　　開孔區(qū)面積按式（5-12）計算，即</p><p><b>　　其中</b></p><p><b>　　故</b></p><p>　　(4)篩孔計算及其排列</p><p>　　物系無腐蝕性，可選用碳鋼板，取篩孔直徑</p><

87、p>　　篩孔按正三角形排列，取孔中心距</p><p><b>　　篩孔數(shù)目：個</b></p><p><b>　　開孔率為</b></p><p>　　氣體通過篩孔的氣速為</p><p>　　3.篩板的流體力學驗算</p><p><b>　　(1)塔板

88、壓降</b></p><p><b>　　①干板阻力計算</b></p><p>　　干板阻力計算：=0.051 </p><p>　　圖2-5 干篩孔的流量系數(shù)圖</p><p><b>　　由，查圖2-5得</b></p><p><b>　　故液柱

89、</b></p><p><b>　?、跉怏w通過液層計算</b></p><p>　　圖2-6充氣系數(shù)關聯(lián)圖</p><p><b>　　查圖2-6，得</b></p><p><b>　　液柱</b></p><p>　?、垡后w表面張力的阻

90、力計算</p><p>　　液體表面張力所產(chǎn)生的阻力</p><p><b>　　由式計算</b></p><p><b>　　液柱</b></p><p>　　氣體通過每層塔板的液柱高度可按下式計算：</p><p><b>　　液柱</b></

91、p><p>　　體通過每層塔板的壓降為</p><p><b>　?。ㄔO計允許）</b></p><p><b>　　(2)液面落差</b></p><p>　　對于篩板塔、液面落差很小、可忽略</p><p><b>　　(3)液沫夾帶</b></p

92、><p>　　故在本設計中，液沫夾帶量在允許范圍內(nèi)</p><p><b>　　(4)漏液</b></p><p>　　對篩板塔，漏液點氣速計算</p><p><b>　　實際孔速</b></p><p><b>　　穩(wěn)定系數(shù)為</b></p>

93、<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</p><p><b>　　即 </b></p><p>　　苯-甲苯物系屬一般物系，取，則</p><p>　　板上不設進口堰，計算，即</p><p><b

94、>　　液柱</b></p><p><b>　　液柱</b></p><p>　　故在本設計中不會發(fā)生液泛現(xiàn)象</p><p><b>　　4、塔板負荷性能圖</b></p><p><b>　　(1)漏液線</b></p><p>&

95、lt;b>　　由</b></p><p><b>　　得</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)果列于表2-5</p><p>　　表2-5提餾段漏液線上的氣液體積流量表</p>&l

96、t;p>　　由此表數(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，求關系如下：</p><p><b>　　由</b></p><p>　　表2-6提餾段液沫夾帶線上的氣液體積流量表</p><p>　　由上表數(shù)據(jù)

97、即可作出液沫夾帶線2， </p><p>　　(3)液相負荷下限線</p><p>　　對于平直堰，取堰上液層高度作為最小液體負荷標準，得 </p><p><b>　　取E=1，則</b></p><p>　　據(jù)此可作出與氣體流量無關的垂直液相負荷下限線3</p><p>　　(4)液相負荷上

98、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的垂直液相負荷上限線4</p><p><b>　　(5)液泛線</b></p><p><b>　　全</b&g

99、t;</p><p><b>　　由</b></p><p><b>　　聯(lián)立得</b></p><p>　　忽略，將與，與的關系式代入上式，并整理得</p><p><b>　　式中 </b></p><p>　　將有關的數(shù)據(jù)代入，得</p>

100、;<p><b>　　故</b></p><p>　　表2-7提餾段液泛線上的氣液體積流量表</p><p>　　由上表數(shù)據(jù)即可作出液泛線5，見圖2-7</p><p>　　根據(jù)以上各線方程，可作出提餾段篩板塔的負荷性能圖</p><p>　　圖2-7提留段篩板負荷性能圖</p><p&

101、gt;　　第三章 塔附屬設備選型及計算</p><p><b>　　3.1接管</b></p><p>　　3.1.1頂蒸汽出口管徑</p><p>　　蒸汽出口管中的允許氣速應不產(chǎn)生過大的壓降，其值可參照表</p><p>　　蒸汽出口管中允許氣速參照表</p><p>　　表3-1蒸氣出口管中

102、允許氣速參照表</p><p>　　因=105.3kpa，故取出口氣速u=60m/s</p><p><b>　　故 </b></p><p><b>　　查表取</b></p><p>　　3.1.2 回流液管徑Dr</p><p>　　冷凝器安裝在塔頂時，冷凝液靠重力回流

103、，一般流速為0.2-0.5m/s,速度太大，則冷凝器的高度相應增加。用泵回流時，速度可取1.5-2.5m/s</p><p><b>　　故取，則</b></p><p><b>　　而</b></p><p><b>　　則</b></p><p><b>　　查標

104、準系列取</b></p><p><b>　　3.1.2進料管徑</b></p><p>　　液料由高位槽進塔時，液料流速取0.4-0.8m/s。由泵輸送時，流速取為1.5-2.5m/s。采用直管出料管</p><p><b>　　取，則</b></p><p><b>　　而

105、</b></p><p><b>　　則</b></p><p><b>　　查標準系列取</b></p><p>　　3.1.4釜液排除管徑</p><p>　　釜液流出的速度一般取0.5-1.0m/s</p><p><b>　　3.2塔體總高度&l

106、t;/b></p><p><b>　　3.2.1塔頂空間</b></p><p><b>　　:</b></p><p><b>　　3.2.2人孔數(shù)目</b></p><p>　　S：,人孔直徑通常為450mm，不包括塔頂空間和塔底空間的人孔，則S=N-2=3<

107、/p><p><b>　　3.2.3塔底空間</b></p><p><b>　　:，取t=4min</b></p><p><b>　　其中=0.785</b></p><p><b>　　取進料板空間</b></p><p>　　3

108、.2.4體總高度：</p><p><b>　　3.2.5筒體</b></p><p><b>　　壁厚選8mm</b></p><p><b>　　3.2.6封頭</b></p><p>　　本設計采用橢圓形封頭，由于公稱直徑1m，查得曲線高度，厚度，直邊高度，內(nèi)表面積，容積

109、，選用封頭</p><p>　　3.2.7裙座的相關尺寸計算</p><p>　　考慮到再沸器，裙座高度取3m。</p><p><b>　　3.2.8吊住設計</b></p><p>　　對于較高的室內(nèi)無框架的整體塔，在塔頂設計吊柱，對于補充和更換填料、安裝和拆卸內(nèi)件，及經(jīng)濟又方便的一項設施，一般取15m以上的塔物設吊

110、柱。本設計中塔高度大，因此設吊柱。因設計塔徑D=1800mm，可選用吊柱500kg.s=1000mm,L=3400mm.材料為A3。</p><p>　　3.3輔助設備 </p><p><b>　　出料溫度：</b></p><p>　　3.3.1全凝器 </p><p>　　（冷卻水進口溫度，出口

111、溫度）</p><p><b>　　溫度推動力：</b></p><p><b>　　取總傳熱系數(shù)，則</b></p><p><b>　　傳熱面積：</b></p><p>　　3.3.2原料預熱器</p><p>　　原料預熱溫度：（泡點溫度）<

112、;/p><p>　　采用過熱飽和蒸汽加熱</p><p><b>　　平均溫度：</b></p><p><b>　　平均溫度下查表得：</b></p><p><b>　　取總傳熱系數(shù)</b></p><p><b>　　由：</b>

113、</p><p><b>　　換熱面積：</b></p><p><b>　　3.3.3再沸器</b></p><p><b>　　再沸器熱負荷：</b></p><p>　　選用150°C的飽和水蒸氣加熱。</p><p>　　再沸器液體入

114、口溫度°C</p><p>　　回流汽化為上升蒸汽時的溫度°C</p><p><b>　　加熱蒸汽°C</b></p><p>　　加熱蒸汽冷凝為液體的溫度°C</p><p>　　用潛熱加熱可節(jié)省蒸汽量從而減少熱量損失</p><p><b>

115、　　°C</b></p><p><b>　　°C</b></p><p><b>　　°C</b></p><p><b>　　取</b></p><p><b>　　，</b></p><p

116、><b>　　第四章設計結(jié)果匯總</b></p><p><b>　　設計小結(jié)與體會</b></p><p>　　化工原理課程設計是《化工原理》課程設計中的一個總結(jié)性教學環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學生綜合運用本門課程及有關選修課程的基本知識去完成一個單元操作設計任務的一次訓練。</p><p>　　本次的設計內(nèi)容是苯—甲苯分離過程

117、的板式精餾塔設計。這方面的知識我們在以前的學習當中進行了理論性的學習，但是了解和掌握的東西很有限，在這次課程設計中，通過物料衡算，熱量衡算，工藝計算，結(jié)構設計等一系列工作，我們基本上完成了設計任務，也讓我們明白了怎樣運用所學的知識，結(jié)合我們掌握其他的相關知識，計算機技術，參照有關的文獻資料去解決設計中的問題。并且通過在設計過程中，結(jié)合我們所掌握的理論知識，不斷地發(fā)現(xiàn)問題和解決問題，使我們能夠熟練的運用這些知識與技能，這些經(jīng)驗的積累是對學

118、習的鞏固和拓展，也是一次寶貴的經(jīng)驗。</p><p>　　當然在整個過程中，也離不開老師的悉心指導和其他同學的熱心幫助，在我們的實踐過程當中，我們能夠參與一起討論，通過查閱資料，咨詢老師等來解決設計中遇到的問題，雖然在這個學習的過程當中，我們有發(fā)生過計算上的失誤而重頭開始計算，設備選型錯誤等問題，但這不但沒有讓我們知難而退，反而讓我們更加深刻地認識到科學設計中應該持有的嚴謹嚴務的態(tài)度的重要性，這些寶貴的經(jīng)驗積累，

119、對我們今后的學習和工作也會有很大的幫助。</p><p>　　課程設計雖然辛苦，但是總的來說，痛并快樂著。我們深刻認識到自己在知識上的欠缺不不足，希望自己在今后的學習和工作中，不斷努力，完善知識上的盲點，不斷進步。</p><p><b>　　符號說明</b></p><p>　　Aa——塔板開孔（鼓泡）面積，m2；</p>&l

120、t;p>　　Af ——降液管面積，m2；</p><p>　　A0 ——篩孔面積，m2；</p><p>　　AT——塔截面積，m2；</p><p>　　C——計算Umax時的負荷系數(shù)，無因次；</p><p>　　C0 ——流量系數(shù)，無因次；</p><p>　　D——計算Umax時的負荷系數(shù)，無因次；<

121、;/p><p><b>　　D——塔徑，m；</b></p><p>　　d0 ——篩孔直徑，mm；</p><p>　　E ——液流收縮系數(shù)，無因次；</p><p>　　ET ——液流收縮系數(shù)，無因次；</p><p>　　ev ——液流收縮系數(shù)，無因次；</p><p&

122、gt;　　F——進料流量，kmol/h；</p><p>　　Fa ——進料流量，kmol/h；</p><p>　　g——重力加速度，m2/s；</p><p>　　H——板間距，m或mm；塔高，m或mm；</p><p>　　hc ——與干板壓降相當?shù)囊褐叨龋琺；</p><p>　　hd——與液體流經(jīng)降液管的壓

123、降相當?shù)囊褐叨?，m；</p><p>　　ht——與液體流經(jīng)降液管的壓降相當?shù)囊褐叨?，m；</p><p>　　hl ——進口堰與降液管間的水平距離，m；</p><p>　　hL——板上液層高度，m；</p><p>　　ho ——降液管底隙高度，m；</p><p>　　how——堰上液層高度，m；</p

124、><p>　　hp ——與單板壓降相當?shù)囊簩痈叨?，m；</p><p>　　hσ——與克服液體表面張力的壓降所相當?shù)囊褐叨?，m；</p><p>　　hw——溢流堰高度，m；</p><p>　　K——篩板的穩(wěn)定系數(shù)，無因次；</p><p>　　L——塔內(nèi)下降液體的流量，kmol/h；</p><p

125、>　　Ls ——塔內(nèi)下降液體的流量，m3/s；</p><p>　　Lw ——溢流堰長度，m；</p><p>　　N——塔板數(shù)；理論板數(shù)；</p><p>　　Np ——實際塔板數(shù)；</p><p>　　NT ——理論塔板數(shù)；</p><p><b>　　n——篩孔數(shù)；</b></p

126、><p>　　P——操作壓強，Pa或kPa；</p><p>　　ΔP——壓強降，Pa或kPa；</p><p>　　q　——進料熱狀態(tài)參數(shù)；</p><p>　　R ——回流比；開孔區(qū)半徑，m；</p><p>　　S ——直接蒸汽量，kmol/h；</p><p>　　t——篩孔中心距，mm；

127、</p><p>　　u——空塔氣速，m/s；</p><p>　　ua ——按開孔區(qū)流通面積計算的氣速，m/s；</p><p>　　u0——按開孔區(qū)流通面積計算的氣速，m/s；</p><p>　　u´0——降液管底隙處液體流速氣速，m/s；</p><p>　　u0w——漏液點氣速，m/s；</

128、p><p>　　V——塔內(nèi)上升蒸氣流量，kmol/h；</p><p>　　Vs ——塔內(nèi)上升蒸氣流量，m3/h；</p><p>　　W——釜殘液（塔底產(chǎn)品）流量，kmol/h；</p><p>　　Wc——無效區(qū)寬度，m；</p><p>　　Wd——弓形降液管寬度，m；</p><p>　　W

129、s——安定區(qū)寬度，m；</p><p>　　x——液相中易揮發(fā)組分的摩爾分率；開孔區(qū)寬度的1/2寬度，m；</p><p>　　y——氣相中易揮發(fā)組分的摩爾分率；</p><p>　　Z——塔有效高度，m；</p><p><b>　　φ——開孔率；</b></p><p>　　Φ——液體密度校正

130、系數(shù)</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]陳敏恒．化工原理[M]．北京：化學工業(yè)出版社(第三版)，2003</p><p>　　[2]賈紹義，柴誠敬．化工原理課程設計[M]．天津：天津大學出版社，2002</p><p>　　[3]馬江權，冷一欣．化工原理課程設計[M]．北京：中國石化

131、出版社，2009</p><p>　　[4]譚天恩，麥本熙化工原理[M]．北京：化學工業(yè)出版社（第二版），1998 </p><p>　　[5]王漢松．石油化工設計手冊（第1卷），石油化工基礎數(shù)據(jù)．北京：化學</p><p>　　工業(yè)出版社，2002</p><p>　　[6]中石化集團上海工程有限公司．化工工藝設計手冊（上冊）．北京：化學&

132、lt;/p><p>　　工業(yè)出版社，2003</p><p>　　[7]化工設計手冊編輯委員會．化學工程手冊：第1篇化工基礎數(shù)據(jù)．北京：化學工業(yè)出版社，1986</p><p>　　[8]李功樣，陳蘭英，崔英德主編．常用化工單元設備設計[M]．廣州：華南理工大學出版社，2003</p><p>　　[9]涂偉萍，陳佩珍，程達芬．化工工程及設備設計