化工原理課程設(shè)計--苯——甲苯二元物系板式精餾塔的設(shè)計

1、<p>　　化工原理課程設(shè)計任務(wù)書 </p><p>　　1. 設(shè)計題目 ： 苯——甲苯二元物系板式精餾塔的設(shè)計</p><p><b>　　2. 設(shè)計條件 ：</b></p><p>　　

2、常 壓： （絕壓）</p><p>　　處理 量：　 100Kmol/h</p><p><b>　　進料組成： </b></p><p><b>　　餾出液組成：</b></p><p>　　釜液組成： （以上均為摩爾分率）</p><p>　　塔頂全凝器

3、 泡點回流</p><p><b>　　回流比： </b></p><p><b>　　加料狀態(tài)： </b></p><p><b>　　單板壓降： </b></p><p>　　3．設(shè) 計 任 務(wù) ：</p><p>　　1.完成該精餾塔的工

4、藝設(shè)計（包括物料衡算、熱量衡算、篩板塔的設(shè)計計算）。</p><p>　　2．繪制帶控制點的工藝流程圖、精餾塔設(shè)備條件圖。</p><p>　　3．撰寫精餾塔的設(shè)計說明書。</p><p>　　目 錄</p><p><b>　　前 言１</b></p><p><b&g

5、t;　　摘 要２</b></p><p>　　第一章 緒 論３</p><p>　　1.1精餾流程設(shè)計方案的確定 ...................................................3</p><p><b>　　1.2設(shè)計思路3</b></p><p>　　

6、1.2.1精餾方式的選定3</p><p>　　1.2.2加熱方式４</p><p>　　1.2.3操作壓力的選?。?lt;/p><p>　　1.2.4回流比的選擇４</p><p>　　1.2.5塔頂冷凝器的冷凝方式與冷卻介質(zhì)的選擇４</p><p>　　1.2.6板式塔的選擇４</p><

7、;p>　　1.2.7 關(guān)于附屬設(shè)備的設(shè)計４</p><p>　　第二章 精餾塔工藝設(shè)計計算６</p><p><b>　　2.1物料衡算６</b></p><p>　　2.1.1塔的物料衡算６</p><p>　　2.2板數(shù)的確定６</p><p>　　2.2.1操作回流比的

8、求取６</p><p>　　2.2.2 求精餾塔氣液相負(fù)荷７</p><p>　　2.2.3 操作線方程的確定７</p><p>　　2.2.4精餾塔理論塔板數(shù)及理論加料位置７</p><p>　　2.2.5全塔效率的計算８</p><p>　　第三章 精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計算１０<

9、/p><p>　　3.1操作壓強 P的計算１０</p><p>　　3.2操作溫度 １０</p><p>　　3.3物性數(shù)據(jù)計算１０</p><p>　　3.3.1平均摩爾質(zhì)量計算１０</p><p>　　3.3.2平均密度的計算１１</p><p>　　3.3.3液體平均表面張力計算１

10、２</p><p>　　3.4 精餾塔體工藝尺寸的計算１２</p><p>　　3.4.1塔徑的計算１２</p><p>　　3.5 精餾段塔和塔板主要工藝尺寸計算１３</p><p>　　3.5.1精餾塔有效高度的計算１３</p><p>　　3.5.2溢流裝置計算１３</p><p

11、>　　3.5.3塔板布置１４</p><p>　　3.6篩板的流體力學(xué)驗算１５</p><p>　　3.6.1塔板壓降１５</p><p>　　3.6.2液沫夾帶量ev的驗算１５</p><p>　　3.6.3 漏液的驗算１６</p><p>　　3.6.4液泛驗算１６</p><

12、p>　　3.7塔板負(fù)荷性能圖１６</p><p>　　3.7.1 漏液線１６</p><p>　　3.7.2液沫夾帶線１７</p><p>　　3.7.3液相負(fù)荷下限線１７</p><p>　　3.7.4液相負(fù)荷上限線１７</p><p>　　3.7.5液泛線１８</p><p&g

13、t;　　3.8板式塔的結(jié)構(gòu)１９</p><p>　　3.8.1塔體結(jié)構(gòu)１９</p><p>　　3.8.2 塔板結(jié)構(gòu)１９</p><p>　　第四章 熱量衡算20</p><p>　　4．1熱量衡算20</p><p>　　4.1.1塔頂熱量20</p><p>　　4.1.2塔

14、底熱量20</p><p><b>　　計算結(jié)果總匯22</b></p><p><b>　　致 謝23</b></p><p><b>　　參考文獻24</b></p><p><b>　　主要符號說明25</b></p>&l

15、t;p><b>　　主要符號說明26</b></p><p><b>　　附錄27</b></p><p><b>　　前 言</b></p><p>　　課程設(shè)計是化工原理課程的一個非常重要的實踐教學(xué)內(nèi)容。不僅能夠培養(yǎng)學(xué)生運用所學(xué)的化工生產(chǎn)的理論知識，解決生產(chǎn)中實際問題的能力，還能夠培養(yǎng)

16、學(xué)生的工程意識。健全合理的知識結(jié)構(gòu)可發(fā)揮應(yīng)有的作用。</p><p>　　此次化工原理設(shè)計是精餾塔的設(shè)計。精餾塔是化工生產(chǎn)中十分重要的設(shè)備。精餾塔內(nèi)裝有提供氣液兩相逐級接觸的塔板，利用混合物當(dāng)中各組分揮發(fā)度的不同將混合物進行分離。在精餾塔中，塔釜產(chǎn)生的蒸汽沿塔板之間上升，來自塔頂冷凝器的回流液從塔頂逐漸下降，氣液兩相在塔內(nèi)實現(xiàn)多次接觸，進行傳質(zhì)傳熱過程，輕組分上升，重組分下降，使混合物達到一定程度的分離。精餾塔的

17、分離程度不僅與精餾塔的塔板數(shù)及其設(shè)備的結(jié)構(gòu)形式有關(guān)，還與物料的性質(zhì)、操作條件、氣液流動情況等有關(guān)。本設(shè)計我們使用篩板塔。其突出優(yōu)點為結(jié)構(gòu)簡單，造價低板上液面落差小，氣體壓強低，生產(chǎn)能力較大，氣體分散均勻，傳質(zhì)效率較高。篩板塔是最早應(yīng)于手工業(yè)生產(chǎn)的設(shè)備之一。合理的設(shè)計和適當(dāng)?shù)牟僮骱Y板塔能夠滿足要求的操作彈性而且效率高。采用篩板塔可解決堵塞問題適當(dāng)控制漏夜實際操作表明，篩板在一定程度的漏液狀態(tài)下，操作是板效率明顯降低，其操作的負(fù)荷范圍較泡罩

18、塔窄，但設(shè)計良好的篩板塔其操作彈性仍可達到標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　精餾是分離液體混合物（含可液化的氣體混合物）最常用的一種單元操作，在化工、煉油、石油化工等工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。精餾過程在能量劑驅(qū)動下（有時加質(zhì)量劑），使氣、液兩相多次直接接觸和分離，利用液相混合物中各組分揮發(fā)度的不同，使易揮發(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)原料混合物中各組分的分離。該過程是同時進行傳熱、傳質(zhì)的過程。為實現(xiàn)

19、精餾過程，必須為該過程提供物流的貯存、輸送、傳熱、分離、控制等的設(shè)備、儀表。由這些設(shè)備、儀表等構(gòu)成精餾過程的生產(chǎn)系統(tǒng)，即本次所設(shè)計的精餾裝置。</p><p>　　課程設(shè)計是讓同學(xué)們理論聯(lián)系實踐的重要教學(xué)環(huán)節(jié)，是對我們進行的一次綜合性設(shè)計訓(xùn)練。通過課程設(shè)計能使我們進一步鞏固和加強所學(xué)的專業(yè)理論知識，還能培養(yǎng)我們獨立分析和解決實際問題的能力。更能培養(yǎng)我們的創(chuàng)新意識、嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的學(xué)習(xí)態(tài)度。</p><

20、;p>　　當(dāng)代大學(xué)生應(yīng)具有較高的綜合能力，解決實際生產(chǎn)問題的能力，課程設(shè)計是一次讓我們接觸實際生產(chǎn)的良好機會，我們應(yīng)充分利用這樣的時機認(rèn)真去對待每一項任務(wù)，為畢業(yè)論文等奠定基礎(chǔ)。更為將來打下一個穩(wěn)固的基礎(chǔ)。</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本次設(shè)計是針對二元物系的精餾問題進行分析、選取、計算、核算、繪圖等，是較完整的精餾設(shè)計過程

21、。我們對此塔進行了工藝設(shè)計，包括它的輔助設(shè)備及進出口管路的計算，畫出了塔板負(fù)荷性能圖，并對設(shè)計結(jié)果進行了匯總。</p><p>　　此次設(shè)計的篩板塔是化工生產(chǎn)中主要的氣液傳質(zhì)設(shè)備。此設(shè)計的精餾裝置包括精餾塔，再沸器，冷凝器等設(shè)備，熱量自塔釜輸入，物料在塔內(nèi)經(jīng)多次部分氣化與部分冷凝進行精餾分離，由塔頂產(chǎn)品冷凝器中的冷卻介質(zhì)將余熱帶走。本文是精餾塔及其進料預(yù)熱的設(shè)計，分離摩爾分?jǐn)?shù)為0.45的苯—甲苯溶液，使塔頂產(chǎn)品苯

22、的摩爾含量達到98.5%，塔底釜液摩爾分?jǐn)?shù)為1.5%。</p><p>　　綜合工藝操作方便、經(jīng)濟及安全等多方面考慮，本設(shè)計采用了篩板塔對苯-甲苯進行分離提純，塔板為碳鋼材料，按照逐板計算求得理論板數(shù)為15。根據(jù)經(jīng)驗式算得全塔效率為0.532。塔頂使用全凝器，部分回流。精餾段實際板數(shù)為14，提餾段實際板數(shù)為16。實際加料位置在第13塊板。精餾段彈性操作為3.12。塔徑為1.6m。通過板壓降、漏液、液泛、液沫夾帶的

23、流體力學(xué)驗算，均在安全操作范圍內(nèi)。確定了操作點符合操作要求。</p><p>　　關(guān)鍵詞：苯-甲苯、精餾、逐板計算、負(fù)荷性能圖、精餾塔設(shè)備結(jié)構(gòu)</p><p>　　第一章 緒 論</p><p>　　篩板精餾塔是煉油、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。它的出現(xiàn)僅遲于泡罩塔20年左右，當(dāng)初它長期被認(rèn)為操作不易穩(wěn)定，在本世紀(jì)50年代以前，它的使用遠不

24、如泡罩塔普遍。其后因急于尋找一種簡單而價廉的塔型，對其性能的研究不斷深入，已能作出比較有把握的設(shè)計，使得篩板塔又成為應(yīng)用最廣的一種類型。</p><p>　　1.1精餾流程設(shè)計方案的確定</p><p>　　本設(shè)計任務(wù)為分離苯-甲苯混合物。對于二元混合物的分離，應(yīng)采用連續(xù)精餾流程。設(shè)計中采用氣液混合物進料，將原料液通過預(yù)熱器加熱至溫度后送入精餾塔內(nèi)。塔頂上升蒸氣采用全凝器冷凝，冷凝液在泡點

25、下一部分回流至塔內(nèi)，其余部分作為塔頂產(chǎn)品冷卻后送至儲罐。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流比的2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。流程參見附圖。</p><p><b>　　1.2設(shè)計思路</b></p><p>　　在本次設(shè)計中，我們進行的是苯和甲苯二元物系的精餾分離，簡單蒸餾和平衡蒸餾只能達到組分的部分增濃，如何利用兩組分

26、的揮發(fā)度的差異實現(xiàn)高純度分離，是精餾塔的基本原理。實際上，蒸餾裝置包括精餾塔、原料預(yù)熱器、蒸餾釜、冷凝器、釜液冷卻器和產(chǎn)品冷卻器等設(shè)備。蒸餾過程按操作方式不同，分為連續(xù)蒸餾和間歇蒸餾，我們這次所用的就是篩板式連續(xù)精餾塔。蒸餾是物料在塔內(nèi)的多次部分汽化與多次部分冷凝所實現(xiàn)分離的。熱量自塔釜輸入，由冷凝器和冷卻器中的冷卻介質(zhì)將余熱帶走。在此過程中，熱能利用率很低，有時后可以考慮將余熱再利用，在此就不敘述。要保持塔的穩(wěn)定性，流程中除用 泵直接

27、送入塔原料外也可以采用高位槽?；亓鞅仁蔷s操作的重要工藝條件。選擇的原則是使設(shè)備和操作費用之和最低。在設(shè)計時要根據(jù)實際需要選定回流比。</p><p>　　1.2.1精餾方式的選定</p><p>　　本設(shè)計采用連續(xù)精餾操作方式，其特點是：連續(xù)精餾過程是一個連續(xù)定態(tài)過程，能小于間歇精餾過程，易得純度高的產(chǎn)品。</p><p><b>　　1.2.2加熱方式

28、</b></p><p>　　本設(shè)計采用間接蒸汽加熱，加熱設(shè)備為再沸器。本設(shè)計不易利用直接蒸汽加熱，因為直接蒸汽的加入，對釜內(nèi)溶液起一定稀釋作用，在進料條件和產(chǎn)品純度，輕組分收率一定前提下，釜液濃度相應(yīng)降低，故需在提餾段增加塔板以達到生產(chǎn)要求，從而又增加了生產(chǎn)的費用，但也增加了間接加熱設(shè)備。</p><p>　　1.2.3操作壓力的選取</p><p>

29、　　本設(shè)計采用常壓操作，一般，除了熱敏性物料以外，凡通過常壓蒸餾不難實現(xiàn)分離要求，并能用江河水或循環(huán)水將餾出物冷凝下來的系統(tǒng)都應(yīng)采用常壓蒸餾。在化工設(shè)計中有很多加料狀態(tài)，這次設(shè)計中采用氣液混合物進料。</p><p>　　1.2.4回流比的選擇</p><p>　　對于一般體系最小回流比的確定可按常規(guī)方法處理，但對于某些特殊體系，如乙醇水體系則要特殊處理，該體系最小回流比Rmin的求取應(yīng)通

30、過精餾段操作線與平衡線相切得到。而適宜回流比R的確定，應(yīng)體現(xiàn)最佳回流比選定原則即裝置設(shè)備費與操作費之和最低，我們推薦以下簡化方法計算各項費用，從而確定最佳回流比。一般經(jīng)驗值為R=(1.1-2.0)Rmin.</p><p>　　1.2.5塔頂冷凝器的冷凝方式與冷卻介質(zhì)的選擇</p><p>　　塔頂選用全凝器，因為后繼工段產(chǎn)品以液相出料，但所得產(chǎn)品的純度低于分凝器，因為分凝器的第一個分凝器

31、相當(dāng)于一塊理論板。</p><p>　　塔頂冷卻介質(zhì)采用自來水，方便、實惠、經(jīng)濟。</p><p>　　1.2.6板式塔的選擇</p><p>　　板式塔工藝尺寸設(shè)計計算的主要內(nèi)容包括：板間距、塔徑、塔板型式、溢流裝置、塔板布置、流體力學(xué)性能校核、負(fù)荷性能圖以及塔高等。其設(shè)計計算方法可查閱有關(guān)資料。著重應(yīng)注意的是：塔板設(shè)計的任務(wù)是以流經(jīng)塔內(nèi)氣液的物流量、操作條件和系

32、統(tǒng)物性為依據(jù)，確定具有良好性能（壓降小、彈性大、效率高）的塔板結(jié)構(gòu)與尺寸。塔板設(shè)計的基本思路是：以通過某一塊板的氣液處理量和板上氣液組成，溫度、壓力等條件為依據(jù)，首先參考設(shè)計手冊上推薦數(shù)據(jù)初步確定有關(guān)的獨立變量，然后進行流體力學(xué)計算，校核其是否符合所規(guī)定的范圍，如不符合要求就必須修改結(jié)構(gòu)參數(shù)，重復(fù)上述設(shè)計步驟直到滿意為止。最后給制出負(fù)荷性能圖，以確定適宜操作區(qū)和操作彈性。塔高的確定還與塔頂空間、塔底空間、進料段高度以及開人孔數(shù)目的取值有

33、關(guān)，可查資料[2]。</p><p><b>　　表1-1 參數(shù)選取</b></p><p>　　1.2.7 關(guān)于附屬設(shè)備的設(shè)計</p><p>　　附屬設(shè)備的設(shè)計主要有：</p><p>　　1）熱量衡算求取塔頂冷凝器、冷卻器的熱負(fù)荷和所需的冷卻水用量；再沸器的熱負(fù)荷和所需的加熱蒸氣用量；</p><

34、;p>　　2）選定冷凝器和再沸器的型式求取所需的換熱面積并查閱換熱器標(biāo)準(zhǔn)，提出合適的換熱器型號；</p><p>　　第二章 精餾塔工藝設(shè)計計算</p><p><b>　　2.1物料衡算</b></p><p>　　2.1.1塔的物料衡算</p><p>　?。?）苯的摩爾質(zhì)量：</p>&l

35、t;p>　　甲苯的摩爾質(zhì)量：=92.13</p><p>　?。?）原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量：</p><p><b>　　（3）物料衡算</b></p><p><b>　　總物料衡算： </b></p><p>　　即 …………………………………………（1）

36、 </p><p>　　易揮發(fā)組分物料衡算： </p><p>　　即 …………………………………（2）</p><p>　　由(1)和(2)解得</p><p><b>　　2.2板數(shù)的確定</b></p><p>　　2.2.1操作回流比的求取 <

37、/p><p>　　（1）相對揮發(fā)度的計算</p><p>　　根據(jù)化學(xué)工程手冊109頁Antoine方程常數(shù)（有機物值）得</p><p>　　由表可知t的共用區(qū)間為6＜t＜104℃又因為甲苯的正常沸點為110.6℃，苯的沸點為80.1℃</p><p>　　所以80.1℃＜t＜104.0℃。 因此取10個溫度點：81℃、82℃、85℃、87℃、

38、89℃、90℃、92℃、93℃、95℃、100℃</p><p>　　由于純組分的飽和蒸氣壓與溫度的關(guān)系通?？杀硎境扇缦碌慕?jīng)驗式</p><p>　　當(dāng)t=81℃時，將A、B、C分別代得：苯</p><p><b>　　甲苯：</b></p><p>　　則=104.1598 =40.1850</p>

39、<p>　　2）=107.5526 =41.8475 3）=117.7237 =46.2981 </p><p>　　4）=124.9081 =49.4707 5）=132.4295 =52.8153 </p><p>　　6）=136.3198 =54.5542 7）=144.3662 =58.1693 8) =

40、148.5250 =60.0472 9）=157.1206 =63.9481 10）=180.2941 =74.5878</p><p>　　因為苯-甲苯屬于理想物系所以烏拉爾定律代入=/ </p><p>　　則 =104.1598/46.0108=2.5795</p><p>　　同理 α2=2.57

41、02 α3=2.5427 α4=2.5074 α5=2.5074 α6=2.4988 </p><p>　　α7=2.4818 α8=2.4735 α9=2.4570 α10=2.4172</p><p><b>　　則 </b></p><p>　　（2）求最小回流比及操作回流比。<

42、;/p><p><b>　　進料線方程為</b></p><p>　　當(dāng)q=0.97 =0.45時 </p><p>　　相平衡方程為兩式聯(lián)立</p><p>　　即 </p><p>　　得 </p><p>　　故最小回流比為：

43、Rmin==</p><p>　　取操作回流比為：R=2Rmin==2.90</p><p>　　2.2.2 求精餾塔氣液相負(fù)荷</p><p><b>　　精餾段： </b></p><p><b>　　提餾段：</b></p><p>　　2.2.3 操作線方程的確定&l

44、t;/p><p>　　精餾段操作線方程： </p><p>　　提餾段操作線方程： </p><p>　　2.2.4精餾塔理論塔板數(shù)及理論加料位置</p><p>　　采用相平衡方程與操作線方程式利用逐板計算法</p><p>　　由知聯(lián)立精提餾段操作線方程</p><p>　　得

45、 </p><p>　　第一塊塔板上升氣相組成為==0.985 </p><p>　　從第一塊塔板下降的液體組成</p><p>　　=/2.51-1.51=0.98/2.51-1.51 0.98=0.9632</p><p>　　由第二塊塔板上升氣相組成為</p><p>　　同理

46、 </p><p>　　y6=0.7818 x6=0.5880 y7=0.6936 x7= 0.4742 ﹤ </p><p>　　所以第9塊塔板上升氣相組成由提餾段操作線方程計算</p><p>　　則 </p><p>　　同理 =0.2856 y10=0.3745 x10=0.1926

47、 y11=0.2496 x11=0.1170 </p><p>　　=0.1497 =0.0656 =0.0343 ﹤</p><p>　　所需總理論板數(shù): 15塊(包括再沸器)</p><p>　　進料位置：第8塊 精餾段需7塊板 </p><p>　　2.2.5全塔效率的計算</p>

48、<p>　?。?）查苯-甲苯的氣液平衡數(shù)據(jù)，由內(nèi)差法求得</p><p><b>　　得=93.41℃</b></p><p><b>　　得=80.5℃</b></p><p><b>　　得℃</b></p><p>　　精餾段平均溫度 ℃&

49、lt;/p><p>　　提餾段平均溫度 ℃</p><p>　　(2)液相平均黏度的計算</p><p>　　由℃時查書“液體黏度共線圖”可得 </p><p><b>　　當(dāng)℃時， </b></p><p>　　當(dāng)=93.41℃時 ， </p>&

50、lt;p>　　當(dāng)℃時， </p><p>　　根據(jù)液相平均黏度公式</p><p>　　塔頂液相平均黏度計算</p><p>　　當(dāng)℃時 </p><p>　　進料板液相平均黏度的計算</p><p><b>　　當(dāng)=93.41℃時</b></p>

51、<p>　　塔底液相平均黏度的計算</p><p><b>　　當(dāng)℃時</b></p><p><b>　　則液相平均黏度為</b></p><p>　　(3)全塔效率的計算</p><p>　　∴精餾段實際板數(shù) </p><p>　　提餾段實際板數(shù) （包

52、括塔釜）</p><p>　　第三章 精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計算</p><p>　　3.1操作壓強 P的計算</p><p>　　取每層塔板壓降為 則</p><p>　　塔頂壓強 </p><p>　　進料板壓強 </p>

53、<p>　　塔底壓強 </p><p>　　精餾段平均壓強 </p><p>　　提餾段平均壓強 </p><p><b>　　3.2操作溫度 </b></p><p>　　塔頂溫度： =80.5℃</p>&

54、lt;p>　　進料溫度： =93.41℃</p><p>　　塔底溫度： ℃</p><p>　　精餾段平均溫度： </p><p>　　提餾段平均溫度： </p><p><b>　　3.3物性數(shù)據(jù)計算</b></p><

55、p>　　3.3.1平均摩爾質(zhì)量計算</p><p>　?。?）塔頂： </p><p>　?。?）進料板: </p><p>　?。?）塔底: </p><p>　?。?）精餾段平均摩爾質(zhì)量：</p><p>　　氣相： </p><p>　

56、　液相： </p><p>　?。?）提餾段平均分子量：</p><p>　　氣相： </p><p>　　液相： </p><p>　　3.3.2平均密度的計算</p><p>　　（1）氣相平均密度的計算</p><p>　　精餾段平均密度:

57、 </p><p>　　提餾段平均密度: </p><p>　?。?）液相平均密度 的計算 </p><p>　　由式 求相應(yīng)的液相密度。</p><p>　　①塔頂平均密度的計算：</p><p>　　=80.5℃時,查《化工原理》 (上)得 </p><

58、p>　?、趯τ谶M料板： =93.41℃時得 </p><p>　　③對于塔底：℃時得 </p><p>　?。?）精餾段平均液相密度: </p><p>　　提餾段平均液相密度: </p><p>　　3.3.3液體平均表面張力計算 </p><p

59、><b>　　依下式計算</b></p><p>　?。?）對于塔頂： </p><p>　　（2）對于進料板： </p><p>　?。?）對于塔底： </p><p>　?。?）精餾段平均表面張力： </p><p>　　提餾段平均表面張力： </p&g

60、t;<p>　　3.4 精餾塔體工藝尺寸的計算</p><p>　　3.4.1塔徑的計算</p><p>　?。?）精餾段的氣液體積流率為</p><p><b>　?。ㄓ墒剑?lt;/b></p><p>　　由史密斯關(guān)聯(lián)圖查取，圖的橫坐標(biāo)為</p><p>　　取板間距HT=0.4m

61、 板上液層高度hL=0.06m HT -hL=0.4 -0.06=0.34m</p><p><b>　　查得史密斯關(guān)聯(lián)圖到</b></p><p>　　取安全系數(shù)為0.7，則空塔速度為</p><p>　　塔徑 按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整為 </p><p>　　（2）提餾段氣液相體積流率計算</

62、p><p>　　其中的查史密斯關(guān)聯(lián)圖，圖的橫坐標(biāo)為</p><p>　　取板間距HT=0.4m 板上液層高度hL=0.06m HT -hL=0.4 -0.06=0.34m</p><p><b>　　查史密斯關(guān)聯(lián)圖得到</b></p><p>　　取安全系數(shù)為0.7，則空塔速度為</p><p>

63、;　　塔徑 按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整為 </p><p>　　根據(jù)上述精餾段和提留段塔徑的計算，可知全塔塔徑為 </p><p>　　截面積 </p><p>　　實際空塔氣速 </p><p>　　3.5 精餾段塔和塔板主要工藝尺寸計算</p><p>　　

64、3.5.1精餾塔有效高度的計算</p><p>　　在進料板上方開一個小孔，氣高度為0.8m</p><p>　　故精餾塔的有效高度為 </p><p>　　3.5.2溢流裝置計算</p><p>　　因，可采用單溢流弓型降液管，采用凹形受液盤，不設(shè)進口堰，各項計算如下：</p><p>　?。?）溢流堰長 <

65、;/p><p>　　(2) 溢流堰高度 </p><p>　　選平直堰，堰上液高度為，近似取E=1，</p><p>　　取板上清液層高度 故 </p><p>　　(3)弓形降液管的寬度與降液管的面積</p><p>　　由 查弓型降液管圖 得 Wd/D=0.148，Af/AT=0.072&l

66、t;/p><p>　　故 </p><p>　　計算液體在降液管中停留時間</p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　故降液管設(shè)計合理。</b></p><p>　?。?）降液管底隙高度h0</p><p>　　取

67、液體通過降液管底隙的流速，</p><p>　　依下式計算降液管底隙高度h0</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>　　3.5.3塔板布置</b></p><p><b>　　（1）塔般的分塊&l

68、t;/b></p><p>　　因，故塔板采用分塊式。由文獻（一）查表5-3得，塔板分為4塊。</p><p>　?。?）邊緣區(qū)寬度確定 取。</p><p>　?。?）開孔區(qū)面積計算 </p><p><b>　　其中：</b></p><p>　　故

69、</p><p>　?。?）篩孔數(shù) n 與開孔率 φ</p><p>　　本設(shè)計所處理的物系無腐蝕性，可選用碳鋼板，取篩孔直徑。</p><p>　　篩孔按正三角形排列，取 孔中心距為 </p><p>　　取篩孔的孔徑 d0=5mm</p><p>　　塔板上篩孔數(shù)目為 </p>&

70、lt;p><b>　　個</b></p><p>　　塔板開孔區(qū)的開孔率φ </p><p>　　開孔率在5-15%范圍內(nèi)，符合要求。</p><p>　　氣體通過篩孔的氣速 </p><p>　　3.6篩板的流體力學(xué)驗算</p><p><b>　　3.6.

71、1塔板壓降</b></p><p>　?。?）干板阻力計算： 干板阻力，由查文獻（1）中圖5-10得 C0=0.772</p><p><b>　　液柱</b></p><p>　?。?）氣流穿過板上液層的阻力hl計算</p><p>　　查文獻（1）中5-11，得。 </p>

72、<p>　　故 液柱</p><p>　?。?）液體表面張力的阻力計算</p><p>　　液體表面張力所產(chǎn)生的阻力</p><p><b>　　液柱</b></p><p>　　氣體通過每層塔板的液柱高度</p><p>　　氣體通過每層塔板的壓降為</p>

73、<p><b>　?。ㄔO(shè)計允許值）</b></p><p>　?。?）液面落差 </p><p>　　對于篩板塔液面落差很小，但本例的塔徑和液流量均不大，故可忽略。</p><p>　　3.6.2液沫夾帶量ev的驗算</p><p><b>　　塔板上鼓泡層的高度</b></

74、p><p>　　kg液/kg氣<0.1 kg液/kg氣</p><p>　　∴ev在本設(shè)計中在允許范圍內(nèi)，精餾段在設(shè)計負(fù)荷下不會發(fā)生過量液沫夾帶。</p><p>　　3.6.3 漏液的驗算</p><p>　　對篩板塔，漏夜點氣速為</p><p><b>　　實際孔速 </b><

75、/p><p>　　篩板的穩(wěn)定性系數(shù) </p><p>　　該值大于1.5，符合設(shè)計要求。故本設(shè)計中精餾段在設(shè)計負(fù)荷下無明顯漏液。</p><p><b>　　3.6.4液泛驗算</b></p><p>　　為防止降液管液泛的發(fā)生，應(yīng)使降液管中清液層高度</p><p>　　甲醇—水物

76、系屬一般物系，取，則</p><p>　　而 </p><p><b>　　板上不設(shè)進口堰，則</b></p><p><b>　　液柱<0.198m</b></p><p>　　故在本設(shè)計中不會發(fā)生液泛現(xiàn)象。</p><p>　　3.7塔板負(fù)荷性能圖

77、</p><p><b>　　3.7.1 漏液線</b></p><p>　　由 </p><p><b>　　得 </b></p><p><b>　　則 </b></p><p>　　在操作范圍內(nèi)，任取幾個Ls

78、值，依上式計算出Vs的值，計算結(jié)果見下表3-1 </p><p><b>　　表3-1</b></p><p>　　由上表數(shù)據(jù)可做出漏液線1</p><p>　　3.7.2液沫夾帶線</p><p>　　取霧沫夾帶極限值 依式 </p><p><b>

79、;　　式中 </b></p><p>　　即 </p><p>　　故 </p><p>　　則 </p><p>　　在操作范圍內(nèi)，任取幾個Ls值，依上式計算出Vs的值，計算結(jié)果見表3-2： </p><p><b>　　表3-2&

80、lt;/b></p><p>　　由上表數(shù)據(jù)即可做出液沫夾帶線2</p><p>　　3.7.3液相負(fù)荷下限線 </p><p>　　對于平直堰，取堰上層高度作為最小液體負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)。</p><p><b>　　取 </b></p><p>　　據(jù)此可作出與氣體流量無關(guān)的垂直液相負(fù)荷下限線

81、3。</p><p>　　3.7.4液相負(fù)荷上限線 </p><p>　　取作為液體在降液管中的停留時間的下限</p><p><b>　　則 </b></p><p>　　據(jù)此可作出與氣體流量VS無關(guān)的垂直線，液相負(fù)荷上限線4。</p><p><b>　　3.7.5液泛

82、線</b></p><p>　　令 </p><p>　　由 </p><p>　　故 </p><p>　　即 </p><p>　　在操作范圍內(nèi)，任取幾個Ls值，依上式計算出Vs的值，計算結(jié)果見下表3-3</p>

83、<p><b>　　表</b></p><p><b>　　表3-3</b></p><p>　　由上表數(shù)據(jù)即可作出液泛線5 根據(jù)以上方程可作出篩板塔的負(fù)荷性能圖。</p><p>　　精餾塔負(fù)荷性能圖見圖3—1</p><p><b>　　圖3-1</b>&l

84、t;/p><p>　　1.在負(fù)荷性能圖上，作出操作點，與原點連接，即為操作線。</p><p>　　2.從塔板負(fù)荷性能圖中可看出，按生產(chǎn)任務(wù)規(guī)定的氣相和液相流量所得到的操作點P在適宜操作區(qū)的適中位置，說明塔板設(shè)計合理。</p><p>　　3.因為液泛線在液沫夾帶線的上方，所以塔板的氣相負(fù)荷上限由液沫夾帶控制，操作下限由漏液線控制。</p><p&g

85、t;　　4.按固定的液氣比，從負(fù)荷性能圖中可查得氣相負(fù)荷上限Vsmax=2.15 m3/s,氣相負(fù)荷下限Vsmin=0.69 m3/s，所以可得</p><p><b>　　故操作彈性為</b></p><p>　　塔板的這一操作彈性在合理的范圍(3～5)之內(nèi)，由此也可表明塔板設(shè)計是合理的。</p><p><b>　　3.8板式塔的

86、結(jié)構(gòu)</b></p><p><b>　　3.8.1塔體結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　板式塔內(nèi)部裝有塔板、降液管、各物流的進出口及人孔（手孔）、基坐、</p><p>　　除沫器等附屬裝置。除一般塔板按設(shè)計間距安裝外，其它處根據(jù)需要決定</p><p><b>　　其間距。</b>&

87、lt;/p><p><b>　　1、塔頂空間</b></p><p>　　塔頂空間指塔內(nèi)最上層塔板與塔頂?shù)拈g距。為利于出塔氣體夾帶的液滴沉降，此段遠高于板間距，取1.0m。</p><p><b>　　2、塔底空間</b></p><p>　?。?）、塔底儲液空間依儲液量停留3－5min或更長時間而定。

88、</p><p>　?。?）、塔底液面至下層塔板之間要有1.5m的間距。</p><p><b>　　3、人孔</b></p><p>　　對于的板式塔，為安裝、檢修的要求，每隔8層塔板設(shè)一人孔，本塔共開3個人孔。提餾段開2個人孔精餾段開1個。人孔處板間距為800mm，直徑為500mm，其伸出塔體的筒長為200mm。</p>&l

89、t;p><b>　　4、塔高</b></p><p>　　有效塔高 H =(n－nF－nP－1)HT+nFHF+nPHP+HP+HB</p><p>　　=(30－1－3－1)×0.45+1×0.5+3×0.8+1+1.5</p><p><b>　　=15.4m</b><

90、/p><p>　　3.8.2 塔板結(jié)構(gòu)</p><p>　　塔徑為1.6m，超過800mm，故采用整塊式；由于鋼度、安裝、檢修等要求，多將塔板分成數(shù)塊送入塔內(nèi)。為了檢修方便，取一塊板作為通道板，通道板的寬度取400mm。</p><p>　　第四章 熱量衡算</p><p><b>　　4．1熱量衡算</b></p

91、><p>　　表4—1苯—甲苯的蒸發(fā)潛熱與臨界溫度</p><p><b>　　4.1.1塔頂熱量</b></p><p><b>　　其中 </b></p><p>　　則: 0C 時</p><p>　　苯: </p>&

92、lt;p><b>　　蒸發(fā)潛熱 </b></p><p><b>　　甲苯: </b></p><p><b>　　蒸發(fā)潛熱 </b></p><p><b>　　4.1.2塔底熱量</b></p><p>　　其中

93、 </p><p><b>　　則: 0C </b></p><p>　　苯: </p><p><b>　　蒸發(fā)潛熱 </b></p><p><b>　　甲苯: </b></p><p>　　蒸發(fā)潛熱

94、 </p><p><b>　　計算結(jié)果總匯</b></p><p><b>　　致 謝 </b></p><p>　　課程設(shè)計對于我們是一次嚴(yán)峻的考驗，綜合檢驗了學(xué)過的知識，培養(yǎng)了我們理論聯(lián)系實際的能力。幫助我們更加深入的理解了化工生產(chǎn)單元操作以及設(shè)計要求，使我們所學(xué)的知識不局限于書本，

95、鍛煉了我們工程設(shè)計思維能力。通過對這次化工原理的課程設(shè)計使我增長了許多實際的知識，也在大腦中確立了一個關(guān)于化工生產(chǎn)的一個輪廓。</p><p>　　本次化工原理的課程設(shè)計使我對化工行業(yè)有了一個更深層次的認(rèn)識。在設(shè)計中鍛煉了我查閱資料和文獻的能力，提高了我對知識進行歸納、整理和總結(jié)的本領(lǐng)，培養(yǎng)了我勤奮思考、努力專研、艱苦奮斗、持之以恒等許多優(yōu)秀的品質(zhì)。我相信這在我以后的工作必將成為一筆不可或缺的財富。當(dāng)然在這次設(shè)計

96、中的收獲還不止這些，更主要的是它給了我一種設(shè)計的思想，使我們認(rèn)識到了實際化工生產(chǎn)過程和基礎(chǔ)理論的聯(lián)系與差別，教我如何面對自己在實際中遇到的問題。</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，更覺得學(xué)好基礎(chǔ)知識的重要性。在此次的設(shè)計過程中，使我認(rèn)識到了實際化工生產(chǎn)過程和基礎(chǔ)理論的聯(lián)系與差別. 我國的化工事業(yè)還不是很發(fā)達，而且相對外國來說還很落后，因此對我們每一位將來從事化工行業(yè)的大學(xué)生來

97、說，現(xiàn)在豐富自己的知識，為以后工作能得心應(yīng)手做好準(zhǔn)備，也為我國的化工事業(yè)的發(fā)展貢獻自己的一份力量。</p><p>　　現(xiàn)在的我百感交加。這一路走來雖累，但很有價值，痛并快樂著。通過幾周的化工原理的課程設(shè)計，讓我感觸最深的是：紙上得來終覺淺，覺知此事要躬行。理論很好的運用于實際是我們學(xué)習(xí)的目的，因此在實踐中充分鍛煉自己運用知識的能力是我們面臨就業(yè)的學(xué)生的當(dāng)務(wù)之急。</p><p>　　在本

98、次設(shè)計中將以前學(xué)過的知識加以綜合運用，不僅培養(yǎng)了我的自學(xué)能力，也提高了我對復(fù)雜問題的分析能力。通過這次學(xué)習(xí)與設(shè)計實踐，加深了我對化工生產(chǎn)過程的理解和認(rèn)識，也對以往學(xué)過的知識加以鞏固。</p><p>　　此次設(shè)計不僅鞏固了所學(xué)的的化工原理知識,更極大拓寬了我的知識面，讓我認(rèn)識了實際化工生產(chǎn)過程和理論的聯(lián)系和差別，這對將來的畢業(yè)設(shè)計無疑將起到重要的作用。但因自己學(xué)識有限，設(shè)計中一定有很多疏漏和錯誤之處，懇請老師同學(xué)

99、批評指正。最難忘的是得到了老師和同學(xué)們的熱心指導(dǎo)使得我的設(shè)計工作得以圓滿完成。在此，向他們表示衷心的感謝！謝謝你們！</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1].石油化工手冊</p><p>　　[2].陳敏恒，叢德滋，方圖南，齊鳴齋，化工原理（下冊），第二版，北京，化學(xué)工業(yè)出版社，1999年</p>

100、<p>　　[3].陳敏恒，叢德滋，方圖南，齊鳴齋，化工原理（上冊），第二版，北京，化學(xué)工業(yè)出版社，1999年</p><p>　　[4].賈紹義，柴誠敬，化工原理課程設(shè)計，天津，天津大學(xué)出版社，2002年</p><p>　　[5].陳常貴，柴誠敬，姚玉英，化工原理（下冊），天津，天津大學(xué)出版社，2002年</p><p>　　[6].圖偉萍，陳佩珍，

101、程達芳，化工過程及設(shè)備設(shè)計，北京，化學(xué)工業(yè)出版社，2003年</p><p>　　[7].唐倫成，化工原理課程設(shè)計簡明教程，哈爾濱，哈爾濱工程大學(xué)出版社，2005年</p><p>　　[8].劉光啟，馬連湘，劉杰，化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊（有機卷），北京，化學(xué)工業(yè)出版社，2002年</p><p>　　[9]. 劉光啟，馬連湘，劉杰，化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊（無機卷），北

102、京，化學(xué)工業(yè)出版社，2002年</p><p>　　[10].崔鴻斌，AtuoCAD2007中文版使用教程，北京，人民郵電出版社，2006年</p><p>　　[11].羅傳義，時景榮，VBA程序設(shè)計，吉林，吉林科學(xué)技術(shù)出版社，2003年</p><p><b>　　主要符號說明</b></p><p><b&g

103、t;　　主要符號說明</b></p><p><b>　　附錄</b></p><p><b>　　1主要基礎(chǔ)數(shù)</b></p><p>　　附表1-1苯和甲苯的物理性質(zhì)</p><p>　　附表1-2常壓下苯—甲苯的汽液平衡數(shù)據(jù)</p><p><b>

104、;　　2飽和蒸汽壓</b></p><p>　　苯，甲苯的飽和蒸汽壓可用Antoine 方程求算，即：</p><p>　　式中 t---- 物系溫度,℃</p><p>　　P* ----飽和蒸汽壓，KPa</p><p>　　A,B,C----Antoine常數(shù)</p><p>　　其值見附表：

105、 附表2-1苯和甲苯的Antoine常數(shù)</p><p>　　3甲醇和水各種物性數(shù)據(jù)</p><p>　　附表3-1苯和甲苯的液相密度</p><p>　　附表3-2液體的表面張力</p><p><b>　　附表3-3液體黏度</b></p><p>　　附表3-4液體汽