化工原理課程設(shè)計(jì)---苯-甲苯冷凝器工藝設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　課程設(shè)計(jì)（論文）</b></p><p>　　題 目 名 稱 苯-甲苯冷凝器工藝設(shè)計(jì) </p><p>　　課 程 名 稱 化工原理 </p><p>　　學(xué) 生 姓 名 <

2、;/p><p>　　學(xué) 號(hào) </p><p>　　系 、專 業(yè) 生化系2007級(jí)化學(xué)工程與工藝 </p><p>　　指 導(dǎo) 教 師 </p><p>　　2009年 1 月 7 日</p><p>

3、;<b>　　目錄</b></p><p>　　一、課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) ………………………………………………………… 3</p><p>　　二、概述 ………………………………………………………………………… 5</p><p>　　三、設(shè)計(jì)依據(jù) ……………………………………………………………………8</p><p>

4、　　四、工藝設(shè)計(jì)計(jì)算 ……………………………………………………………8</p><p>　　五、物料橫算 ………………………………………………………………… 8</p><p>　　2.1 精餾塔物料橫算 ………………………………………………………… 8</p><p>　　2.2 預(yù)熱期物料橫算 ………………………………………………………… 9<

5、/p><p>　　2.3 冷凝器物料橫算 ……………………………………………………… 10</p><p>　　2.4 再沸器物料橫算 …………………………………………………………11</p><p>　　六、熱量橫算 ………………………………………………………………… 12</p><p>　　3.1 預(yù)熱器熱量橫算 ………………………

6、………………………………… 12</p><p>　　3.2 冷凝器熱量橫算 ………………………………………………………… 13</p><p>　　3.3 再沸器熱量橫算 ………………………………………………………… 15</p><p>　　七、設(shè)備設(shè)計(jì)與選型 ………………………………………………………… 17</p><p>　　八、

7、設(shè)備設(shè)計(jì) …………………………………………………………………… 17</p><p>　　1、精餾塔理論塔板數(shù)………………………………………………………… 17</p><p>　　2、確定實(shí)際塔板數(shù)N，確定實(shí)際加料位置 x………………………………17</p><p>　　3、流體流徑選擇……………………………………………………………… 18</p>

8、<p>　　4、冷凝器熱負(fù)荷……………………………………………………………… 18</p><p>　　5、流體兩端溫度的確定……………………………………………………… 18</p><p>　　6、總傳熱系數(shù)………………………………………………………………… 19</p><p>　　7、換熱面積…………………………………………………………………… 19

9、</p><p>　　8、初選管程及單管長(zhǎng)度……………………………………………………… 19</p><p>　　9、筒體直徑計(jì)算……………………………………………………………… 19</p><p>　　10、數(shù)據(jù)核算……………………………………………………………………20</p><p>　　九、設(shè)備選型 …………………………………………

10、…………………………24</p><p>　　十、總結(jié)……………………………………………………………………………29</p><p>　　十一、參考文獻(xiàn) …………………………………………………………………30</p><p>　　十二、致謝………………………………………………………………………… 31</p><p>　　十三、附工程圖紙……

11、………………………………………………………… 32</p><p>　　06級(jí)化學(xué)工程專業(yè)《化工原理》課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)</p><p>　　設(shè)計(jì)課題：苯-甲苯精餾裝置進(jìn)料冷凝器設(shè)計(jì)</p><p><b>　　一、設(shè)計(jì)條件</b></p><p>　　1、年產(chǎn)苯：20000噸 　</p><p>

12、　　2、產(chǎn)品苯組成：C6H699% (質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同) 、C6H5 -CH31%</p><p>　　3、原料液為常溫液體；原料組成：C6H6 40% , C6H5 -CH3 60%</p><p>　　4、分離要求：塔釜苯含量≤1%</p><p><b>　　二、設(shè)計(jì)內(nèi)容</b></p><p>　　物

13、料衡算（精餾塔、預(yù)熱器、冷凝器、再沸器）</p><p>　　熱量衡算（預(yù)熱器、冷凝器、再沸器）</p><p><b>　　精餾塔理論塔板數(shù)</b></p><p><b>　　冷凝器熱負(fù)荷計(jì)算</b></p><p><b>　　冷凝器換熱面積計(jì)算</b></p>

14、;<p>　　冷凝器結(jié)構(gòu)、材質(zhì)選擇</p><p>　　冷凝器結(jié)構(gòu)尺寸、工藝尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算等</p><p>　　冷凝器總傳熱系數(shù)的校核</p><p>　　9、冷凝器裝配圖的繪制</p><p><b>　　三、設(shè)計(jì)要求</b></p><p><b>　　1、設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)

15、介 </b></p><p>　　對(duì)給定或選定的工藝流程、主要設(shè)備的型式進(jìn)行簡(jiǎn)要的論述。 </p><p><b>　　2、工藝設(shè)計(jì)</b></p><p>　　選定工藝參數(shù)，對(duì)單個(gè)設(shè)備作出衡算示意圖，進(jìn)行物料衡算、熱量衡算，以表格形式表達(dá)衡算結(jié)果，其中的數(shù)據(jù)（非給定數(shù)據(jù)）及計(jì)算公式（經(jīng)驗(yàn)公式）必須交待來(lái)源（即何種參考書(shū)目，并在參

16、考文獻(xiàn)中列出）。</p><p><b>　　3、設(shè)備計(jì)算</b></p><p>　　選擇設(shè)備的結(jié)構(gòu)形式，并說(shuō)明理由。進(jìn)行設(shè)備的結(jié)構(gòu)尺寸和工藝尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算。</p><p><b>　　4、輔助設(shè)備選型</b></p><p>　　典型輔助設(shè)備的主要工藝尺寸的計(jì)算，設(shè)備規(guī)格型號(hào)的選定。</

17、p><p>　　5、設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的編寫(xiě)</p><p>　　要求嚴(yán)格按照邵陽(yáng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）格式進(jìn)行編寫(xiě)。設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)應(yīng)按順序包括以下內(nèi)容： </p><p>　　(1)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)封面；(2)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)； (3)目錄； (4)概述（設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介）； (5)工藝計(jì)算（物料衡算、熱量衡算）； (6)設(shè)備設(shè)計(jì)（主要設(shè)備設(shè)計(jì)、輔助設(shè)備設(shè)計(jì)或選型）； (7)設(shè)計(jì)總結(jié)、評(píng)述； (8

18、) 參考資料； (9)致謝；（10）附工程圖紙。</p><p>　　6、繪制主要設(shè)備的裝配圖</p><p>　　用A1圖紙繪制預(yù)熱器裝配圖（圖面應(yīng)包括設(shè)備主視圖、俯（左）視圖局部視圖等，并配備明細(xì)表、管口表、技術(shù)性能表、技術(shù)要求等），要求采用CAD制圖。</p><p><b>　　概 述</b></p><p>

19、　　課程設(shè)計(jì)是綜合應(yīng)用本門(mén)課程和有關(guān)先修課程所學(xué)知識(shí)，完成以單元操作為主的一次設(shè)計(jì)實(shí)踐，是培養(yǎng)我們實(shí)際動(dòng)手能力的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，是從學(xué)生走向工程師必然程序。通過(guò)課程設(shè)計(jì)能使我們掌握工程設(shè)計(jì)的基本程序和方法，并在查閱技術(shù)資料，選用公式和數(shù)據(jù)，用簡(jiǎn)潔的文字、圖表表達(dá)設(shè)計(jì)結(jié)果及制圖等能力方面得到一次基本訓(xùn)練。在設(shè)計(jì)過(guò)程中我們更應(yīng)該注重樹(shù)立正確的設(shè)計(jì)思想和實(shí)事求是、嚴(yán)肅認(rèn)真的工作作風(fēng)。為我們將來(lái)更快的融入社會(huì)，更好的適應(yīng)新的工作提供有力的保障。&

20、lt;/p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)僅對(duì)苯—甲苯混合液體的精餾裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)苯年產(chǎn)量為20000噸。根據(jù)生產(chǎn)要求設(shè)計(jì)苯—甲苯精餾裝置，蒸餾是化工生產(chǎn)中分離均相液體混合物的典型單元操作，其歷史悠久，應(yīng)用廣泛。蒸餾的基本原理是將液體混合物部分汽化、全部冷凝，利用其中各個(gè)組分揮發(fā)度不同而將其分離。其本質(zhì)是液、氣相間的質(zhì)量傳遞和熱量傳遞。為使分離徹底，以獲得較純的產(chǎn)品，工業(yè)生產(chǎn)中常采用多次部分汽化、多次全部冷凝的方法——

21、精餾。</p><p>　　精餾過(guò)程通常是在塔設(shè)備內(nèi)完成的。</p><p>　　預(yù)熱器、冷凝器、再沸器是精餾過(guò)程必不可少的設(shè)備。他們承擔(dān)著將物料預(yù)熱、氣化、冷凝等重要任務(wù)。而固定管板式換熱器更是因其具有工藝簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、工藝設(shè)計(jì)成熟、熱效率較高等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛的應(yīng)用，尤其在很多大工業(yè)生產(chǎn)中。</p><p>　　預(yù)熱器是一種廣泛使用的工藝設(shè)備，是化工行業(yè)中主要的

22、工藝設(shè)備之一。根據(jù)換熱條件，采用水蒸氣作為加熱介質(zhì)，選用列管式換熱器。用飽和水蒸汽對(duì)冷流體加熱屬于一側(cè)為恒溫流體的傳熱。由于傳熱溫差為51.4℃，溫差較大所以需在殼體上設(shè)置膨脹節(jié)。由于物料需要拆卸清洗，故要采用浮頭式換熱器。浮頭式換熱器適用于殼體與管束間壁溫差較大或殼程介質(zhì)易結(jié)垢的場(chǎng)合。由于介質(zhì)為苯和水蒸氣，所以苯走管程，水蒸氣走殼程。</p><p>　　冷凝器同樣是一種廣泛使用的精餾工藝設(shè)備,在煉油,化工行業(yè)

23、中是主要的工藝設(shè)備之一。根據(jù)換熱條件,采用水作為冷卻介質(zhì),選用列管式換熱器.用自來(lái)水對(duì)熱流體冷卻屬于一側(cè)為恒溫流體的傳熱。由于傳熱溫差小于50℃，不設(shè)置膨脹節(jié)。由于介質(zhì)為苯蒸氣和水，所以水走殼程，苯走管程。</p><p>　　工業(yè)再沸器主要有容積式與虹吸式兩種，本次設(shè)計(jì)選用容積式再沸器，用水蒸氣作為加熱介質(zhì)，物料走管程，蒸氣走殼程。</p><p>　　原料液為含苯40%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同

24、）、甲苯60%的混合溶液，溫度為20℃。分離要求為塔釜苯含量不大于1%，塔頂產(chǎn)品含苯99%、甲苯1%。年產(chǎn)量20000（噸）。</p><p>　　苯：分子式C6H6，分子量78.11，相對(duì)密度0.8794g/cm3(20℃)。熔點(diǎn)5.51℃，沸點(diǎn)80.1℃，燃點(diǎn)為562.22℃，在常溫常壓下是無(wú)色透明的液體，并具強(qiáng)烈的特殊芳香氣味，有毒。苯遇熱、明火易燃燒、爆炸，苯蒸氣與空氣混合物的爆炸限是1.4～8.0%。常

25、態(tài)下，苯的蒸氣密度為2.77，蒸氣壓13.33kPa(26.1 ℃)。苯是常用的有機(jī)溶劑，不溶于水，能與乙醇、氯仿、乙醚、二硫化碳、四氯化碳、冰醋酸、丙酮、油等混溶，因此常用作合成化學(xué)制品和制藥的中間體及溶劑。苯能與氧化劑發(fā)生劇烈反應(yīng)，如五氟化溴、氯氣、三氧化鉻、高氯酸、硝酰、氧氣、臭氧、過(guò)氯酸鹽、(三氯化鋁+過(guò)氯酸氟)、(硫酸+高錳酸鹽)、過(guò)氧化鉀、(高氯酸鋁+乙酸)、過(guò)氧化鈉等。.苯是染料、塑料、合成橡膠、合成樹(shù)脂、合成纖維、合成藥

26、物和農(nóng)藥等的重要原料，也是涂料、橡膠、膠水等的溶劑，也可以作為燃料。</p><p>　　甲苯：分子式CH3（C6H5），分子量92.14，相對(duì)密度0.866g/cm3(20℃)。熔點(diǎn)-95℃，沸點(diǎn)110.8℃。在常溫下呈液體狀，無(wú)色、易燃。不溶于水，溶于乙醇、乙醚和丙酮。甲苯容易發(fā)生氯化，生成苯—氯甲烷或苯三氯甲烷，它們都是工業(yè)上很好的溶劑；它還容易硝化，生成對(duì)硝基甲苯或鄰硝基甲苯，它們都是染料的原料；它還容易

27、磺化，生成鄰甲苯磺酸或?qū)妆交撬?，它們是做染料或制糖精的原料。甲苯的蒸汽與空氣混合形成爆炸性物質(zhì)，因此它可以制造梯思梯炸藥。</p><p>　　分離苯與甲苯的生產(chǎn)工藝：精餾法，膜分離法，萃取法。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)采用浮閥精餾塔。其優(yōu)點(diǎn)為：</p><p>　　1．生產(chǎn)能力大，由于塔板上浮閥安排比較緊湊，其開(kāi)孔面積大于泡罩塔板，生產(chǎn)能力比泡罩塔板大 20

28、%～40%，與篩板塔接近。 2．操作彈性大，由于閥片可以自由升降以適應(yīng)氣量的變化，因此維持正常操作而允許的負(fù)荷波動(dòng)范圍比篩板塔，泡罩塔都大。 3．塔板效率高，由于上升氣體從水平方向吹入液層，故氣液接觸時(shí)間較長(zhǎng)，而霧沫夾帶量小，塔板效率高。 4．塔的造價(jià)較低，浮閥塔的造價(jià)是同等生產(chǎn)能力的泡罩塔的 50%～80%，但是比篩板塔高 20%～30%。</p><p>　　5．塔的造價(jià)較低，浮閥塔的造價(jià)是

29、同等生產(chǎn)能力的泡罩塔的 50%～80%，但是比篩板塔高 20%～30%。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)依據(jù)</b></p><p>　　1.1苯—甲苯精餾裝置進(jìn)料冷凝器設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)</p><p>　　1.2產(chǎn)品苯組成：C6H699% (質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同) 、C6H5 -CH31%</p><p>　　1.3原料液為常溫

30、液體；原料組成：C6H6 40% , C6H5 -CH3 60%</p><p>　　1.4分離要求：塔釜苯含量≤1%</p><p><b>　　工藝設(shè)計(jì)計(jì)算</b></p><p>　　第一部分 物料衡算</p><p>　　2.1 精餾塔物料衡算</p><p>　　2.1.

31、1根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)特點(diǎn)，取年平均工作日為300天，則平均苯產(chǎn)量為：</p><p>　　GD== 2777.78kg/h（本次設(shè)計(jì)以小時(shí)產(chǎn)量為計(jì)算基準(zhǔn)）</p><p>　　2.1.2精餾塔物料衡算示意圖： </p><p>　　2.1.3已知各組分質(zhì)量分?jǐn)?shù):</p><p>　　由于C6H6分子量為78，C6H5 —CH3分子量為，則：&l

32、t;/p><p>　　塔頂出料組成 xD==0.9915 </p><p>　　塔進(jìn)料組成 xF==0.4402</p><p>　　塔底出料組成 xW==0.0118</p><p>　　故各組分的摩爾分?jǐn)?shù)為：</p><p>　　產(chǎn)品的平均相對(duì)分子質(zhì)量=0.9915×78+（1－0.9915

33、）×92 = 78.12</p><p>　　故 D=== 35.56 kmol/h</p><p>　　2.1.4用摩爾分率計(jì)算進(jìn)料量及塔頂采出量 ： </p><p><b>　　F = D + W</b></p><p>　　FxF = DxD + WxW</p><p>&l

34、t;b>　　代入數(shù)據(jù)易解得：</b></p><p>　　F = 81.32kmol/h W = 45.76kmol/h</p><p>　　2.1.5精餾塔物料衡算表</p><p>　　表2-1精餾塔物的料衡算表</p><p>　　2.2 預(yù)熱器物料衡算</p><p>　　2.2.1預(yù)熱

35、器是工作在精餾塔與貯槽或者精餾塔與精餾原料的的提供工序。根據(jù)精餾的特點(diǎn)，可對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的物料衡算：</p><p>　　物料衡算示意圖： </p><p>　　進(jìn)料=出料 </p><p>　　2.2.2熱器物料橫算表：</p><p>　　表2-2 預(yù)熱器物料橫算表</p>

36、<p>　　2.3 冷凝器物料衡算</p><p>　　2.3.1 物料橫算示意圖：</p><p>　　2.3.2 最小回流比的確定</p><p>　　由《化工原理》下冊(cè)中例1-1附表3的苯-甲苯氣液平衡數(shù)據(jù)：</p><p>　　由CAD作圖(右圖所示)： </p><p>　　可讀出Y軸截距為：0.

37、3943</p><p><b>　　故</b></p><p>　　則 Rmin=1.51 </p><p>　　取R = 1.5 Rmin， </p><p>　　故R=2.27 取R=2.3</p><p>　　2.3.3 物料橫算</p><p>　　

38、V = (R+1)D = 35.56×(2.3+1) </p><p>　　= 117.35 kmol/h </p><p>　　L = RD = 2.3×35.56 </p><p>　　= 81.79kmol/h</p><p>　　2.3.4 冷凝器物料衡算表</p><p>　

39、　表2-3冷凝器物料衡算表</p><p>　　2.4 再沸器的物料衡算</p><p>　　2.4.1 物料衡算示意圖：</p><p>　　2.4.2 物料橫算： </p><p>　　V=V’=117.35 kmol/h L’=V’+W=117.35+45.76=163.11 kmol</p&

40、gt;<p>　　根據(jù)實(shí)際回流比作出平衡級(jí)數(shù)圖：</p><p><b>　　平</b></p><p><b>　　平衡級(jí)數(shù)圖</b></p><p>　　再沸器為第一層塔板，從圖中讀得第一層塔板的=0.0125</p><p><b>　　= +WxW</b>

41、</p><p>　　163.11×=117.35×0.0125+45.76×0.0118</p><p><b>　　=0.0123</b></p><p>　　2.4.3 再沸器物料橫算表</p><p>　　表2.4.4再沸器的物料衡算表</p><p>　　第

42、二部分 熱量衡算</p><p>　　在Excel上試差得各位置溫度為：</p><p>　　3.1 預(yù)熱器的熱量衡算</p><p>　　3.1.1 已知條件：本工藝采用0.1Mpa（絕壓）飽和水蒸汽加熱，物料進(jìn)料溫度20℃，出料溫度為精餾塔的泡點(diǎn)溫度。</p><p>　　3.1.2 變化過(guò)程：物料從20℃升溫到泡點(diǎn)溫度，加熱蒸汽從飽和

43、蒸汽變?yōu)轱柡退?lt;/p><p>　　3.1.3 預(yù)熱器物料組成表</p><p><b>　　預(yù)熱器物料橫算表</b></p><p>　　3.1.4 進(jìn)、出料狀態(tài)：</p><p>　　進(jìn)口狀態(tài)：20℃，液態(tài)</p><p>　　出口狀態(tài)：94.13℃液態(tài)</p><p&g

44、t;　　3.1.5 各組分熱力學(xué)參數(shù)見(jiàn)下表：</p><p>　　根據(jù)已知條件查閱《化工原理》附表十[1]、附表十一[1]</p><p>　　表3-2 預(yù)熱器物料參數(shù)</p><p>　　3.1.6 物料升溫所吸收的熱量</p><p>　　Q吸= (m1Cp1+ m2Cp2)t</p><p>　　= (2756.

45、03×1.84+4224.05×1.84)×(94.13-20) </p><p>　　= 952077.33kJ/h</p><p>　　假定熱損失Q損=3%Q放；由熱平衡：0.97Q放=Q吸得</p><p>　　Q放=Q吸/0.97=981523.02kJ/h</p><p>　　3.1.7 加熱介質(zhì)消耗量

46、</p><p>　　假設(shè)加熱蒸汽量為m，則：</p><p>　　kg/h </p><p>　　3.2、 冷凝器的熱量衡算</p><p><b>　　20℃水</b></p><p>　　80.5℃ 苯9075.71kg/h

47、 苯9075.71kg/h 80.5℃</p><p>　　甲苯91.67kg/h 甲苯91.76kg/h </p><p><b>　　40℃水</b></p><p>　　圖2.2 . 全凝器熱量衡算圖</p><p>　　3.2.1用CAD作出笨--甲苯泡點(diǎn)、露點(diǎn)圖

48、</p><p>　　從圖中讀出露點(diǎn)溫度為80.5℃。</p><p>　　3.2.2 進(jìn)料狀況及冷卻介質(zhì)：</p><p>　　物料進(jìn)料為氣體，在露點(diǎn)溫度下冷凝為液體，溫度為80.5℃，冷卻介質(zhì)為冷卻</p><p>　　進(jìn)口溫度20℃，選定出口溫度40℃。</p><p>　　3.2.3．冷凝器物料衡算表</

49、p><p>　　3.2.4各組分熱力學(xué)參數(shù)見(jiàn)下表：</p><p>　　查《化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊(cè)》得：汽化潛熱（kJ/kg）</p><p>　　由內(nèi)差法得：r苯=393.73 kJ/kg ， r甲苯=379.09 kJ/kg</p><p>　　3.2.5計(jì)算放熱量</p><p>　　Q放=9075.71&#

50、215;393.73+97.67×379.09=3610326.27kJ/h</p><p>　　3.2.6 冷卻介質(zhì)量</p><p>　　冷凝水的平均溫度：Tm==30℃</p><p>　　查《化工原理》附錄六（水的物理性質(zhì)）：30℃時(shí)，Cp=4.17kJ/(kg*℃)</p><p>　　取Q吸=3%Q，則Q吸=97%Q放=

51、0.97×3610326.27=3502016.48 kJ/h</p><p>　　由Q吸=Cp水mt得：</p><p>　　冷卻介質(zhì)量=41950.37 kg/h</p><p>　　冷凝器熱負(fù)荷為：q== =1002.87kJ/s</p><p>　　3.3 再沸器的熱量衡算</p><p><b

52、>　　110.37℃</b></p><p>　　苯1.0Kmol/h</p><p>　　110.048℃ 苯2.01Kmol/h 甲苯116.35Kmol/h110.07℃</p><p>　　甲苯161.10Kmol/h 苯0.54Kmol/h </p><p&

53、gt;　　甲苯45.22 Kmol/h </p><p>　　120KPa 120℃飽和水蒸汽</p><p>　　圖2.3 再沸器熱量衡算圖</p><p>　　由于進(jìn)出口的溫度相差較小,塔釜產(chǎn)品的顯熱變化可以忽略.</p><p>　　取進(jìn)出口平均溫度下的潛熱 t==110.209℃</p><p>　　由《化

54、工設(shè)計(jì)手冊(cè)》下冊(cè)圖19-122得:

55、

56、 </p><p><b>　　苯的潛熱 </b></p><p><b>　　甲苯的潛熱 </b></p><p><b>　　假定熱損失</b></p><p&g

57、t;<b>　　==</b></p><p>　　再沸器用0.3Mpa，133.3℃飽和水蒸汽加熱。</p><p><b>　　設(shè)備設(shè)計(jì)與選型</b></p><p>　　第一部分 設(shè)備設(shè)計(jì)</p><p>　　1、精餾塔理論塔板數(shù)</p><p>　　1.1精餾段操作線

58、方程</p><p>　　精餾段操作線： </p><p>　　代入數(shù)據(jù)得：y=0.6946x+0.3028</p><p><b>　　1.2 q線方程</b></p><p>　　物系為泡點(diǎn)進(jìn)料，其熱狀態(tài)參數(shù)q=1</p><p>　　1.3提餾段操作線方程</p><

59、;p><b>　　提餾段操作線：</b></p><p>　　代入數(shù)據(jù)得：y=1.4280x-0.00124</p><p>　　2、求取理論板數(shù)NT，確定實(shí)際塔板數(shù)N，確定實(shí)際加料位置 x</p><p>　　2.1 用作圖法計(jì)算理論塔數(shù)NT</p><p>　　由圖1.4得理論塔板數(shù)(包括再沸器),第10塊為

60、進(jìn)料板.</p><p><b>　　2.2 求塔板效率</b></p><p>　　根據(jù)《化工原理》下冊(cè)公式3—35</p><p>　　—塔頂與塔底平均溫度下的相對(duì)揮發(fā)度</p><p>　　—塔頂與塔底的平均液相黏度,mPa·s.</p><p>　　塔頂與塔底平均溫度℃</

61、p><p>　　根據(jù)苯與甲苯的飽和蒸汽壓公式可以計(jì)算出平均溫度下的苯與甲苯的飽和蒸汽壓</p><p>　　苯: ; 甲苯: </p><p>　　苯與甲苯可以看作理想溶液 </p><p>　　由《化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》下冊(cè)查得塔頂溫度下苯與甲苯的液相黏度</p><p>　　苯:0.3064mPa·s;

62、 甲苯:0.3069mPa·s</p><p><b>　　塔頂?shù)?=</b></p><p>　　由《化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》下冊(cè)查得塔底溫度下苯與甲苯的液相黏度</p><p>　　苯:0.2338m Pa·s; 甲苯: 0.2449m Pa·s</p><p><b>　　塔

63、底的2=</b></p><p><b>　　平均黏度: </b></p><p>　　考慮到精餾塔型式及結(jié)構(gòu)比較高效,所以適當(dāng)提高塔板效率</p><p>　　2.3 塔內(nèi)實(shí)際塔板數(shù)N</p><p>　　圓整后取28塊（不包括再沸器）</p><p>　　2.4 實(shí)際加料位置x&

64、lt;/p><p>　　，圓整后取15塊。 </p><p><b>　　3、流體流徑的選擇</b></p><p>　　根據(jù)流體流徑的選擇規(guī)則以得出結(jié)論：冷凝水走管間，物料走管內(nèi)。</p><p>　　4、冷凝器的熱負(fù)荷q</p><p><b>　　kJ/s&l

65、t;/b></p><p>　　Q ——管程流體吸收的熱量</p><p>　　5、流體兩端溫度的確定</p><p>　　物料進(jìn)口、出口溫度為泡點(diǎn)溫度80.5℃</p><p>　　冷卻介質(zhì)進(jìn)口溫度20℃,出口溫度40℃</p><p>　　傳熱溫度差（按逆流方式計(jì)算）：</p><p>

66、;<b>　　℃ </b></p><p><b>　　6、總傳熱系數(shù)</b></p><p>　　按照資料初選傳熱系數(shù)K=520W/m2℃</p><p><b>　　7、換熱面積S</b></p><p>　　8、初選管程數(shù)及單管長(zhǎng)度</p><p&g

67、t;　　8.1 確定管程流速：</p><p>　　根據(jù)資料管程流體速度取u=15m/s</p><p>　　8.2 流通截面積A</p><p>　　苯、甲苯的密度分別為ρ苯=2.687kg/m3、ρ甲苯=3.169 kg/m3 </p><p>　　由表2-1精餾塔物的料衡算表知mS甲苯=91.76kg/h、mS苯=9075.71kg/

68、h</p><p><b>　　則m3/h</b></p><p><b>　　=0.063m2</b></p><p>　　8.3 單程換熱管數(shù)n及管長(zhǎng)L</p><p>　　選定換熱管規(guī)格為φ25×2.5mm</p><p>　　則換熱管數(shù)=200.6根<

69、/p><p><b>　　取整得n=201根</b></p><p><b>　　單根管長(zhǎng)=2.7m</b></p><p><b>　　取單管長(zhǎng)度L=3m</b></p><p><b>　　9、筒體直徑計(jì)算</b></p><p>

70、　　9.1 管中心距：t =1.25do=1.25×25=31.25mm；取t =32mm</p><p>　　最外列管中心距筒壁b′=2do=2×25=50mm</p><p>　　9.2 中心線上布管數(shù)：本設(shè)計(jì)采用正三角形排列，則</p><p>　　=15.6；取整nc=16</p><p>　　9.3 筒體直徑

71、：DN= t (nc-1)+2b′=0.032×(16-1)+4×0.025=0.58m</p><p>　　圓整至規(guī)格尺寸D=0.6m=600mm</p><p><b>　　10、數(shù)據(jù)核算</b></p><p>　　10.1按照算出數(shù)據(jù)在CAD中作圖：</p><p>　　得實(shí)際管數(shù)n=217根

72、</p><p>　　10.2 實(shí)際換熱面積及流通面積</p><p><b>　　S′=nπdoL</b></p><p>　　=217×3.14×0.025×3</p><p>　　=51.1m2</p><p>　　A′= nπdi2/4=217×

73、;3.14×0.022/4=0.068m2</p><p>　　管程實(shí)際流速=1.39m/s</p><p><b>　　則</b></p><p>　　10.3 當(dāng)量直徑為：</p><p><b>　　mm</b></p><p><b>　　殼

74、程流通面積：m2</b></p><p>　　由附表六[1]查得：30℃下的冷卻水的密度ρ水=995.7kg/m3</p><p><b>　　殼程流速：m/s</b></p><p>　　因0.5 m/s＜0.6 m/s＜2.4 m/s，故符合要求。</p><p>　　10.4 流體流動(dòng)阻力（壓強(qiáng)降）的計(jì)

75、算`</p><p>　　10.4.1 管程流體阻力：摩擦阻力計(jì)算</p><p>　　式中：P1——每程直管的壓降，</p><p>　　P2——局部阻力（包括回彎；進(jìn)、出口等），</p><p><b>　　NS——?dú)こ虜?shù)</b></p><p>　　NP——為一殼程的管程數(shù)</p&g

76、t;<p>　　Fi ——結(jié)垢校正因數(shù)，無(wú)因次。φ25×2.5mm的管子取Fi=1.4， φ19×2 mm的管子取Fi=1.5</p><p>　　查附表四[1]得管程流體物理特性：</p><p>　　苯、甲苯密度分別為ρ苯=2.687kg/m3、ρ甲苯=3.169kg/m3</p><p>　　粘度分別為μ苯=0.306

77、7mPa·s、μ甲苯=0.3098mPa·s</p><p><b>　　故 kg/m3</b></p><p>　　μ=0.9915μ苯 +0.0085μ甲苯 =0.9915×0.3067+0.0085×0.3098=0.3067 mPa·s</p><p>　　根據(jù)資料表1-2[1]選管壁

78、粗糙度ε=0.15</p><p><b>　　則</b></p><p>　　由圖1-25查得：摩擦系數(shù)λ=0.035</p><p><b>　　Pa</b></p><p><b>　　所以Pa</b></p><p>　　10.4.2 殼程阻力損

79、失</p><p><b>　　式中：；</b></p><p>　　uo——按殼程流通截面計(jì)算所得的殼程流速</p><p>　　NB——折流擋板數(shù)目,de——?dú)こ痰漠?dāng)量直徑</p><p><b>　　查附錄九[1]得：</b></p><p>　　30℃下的水蒸氣的密

80、度ρ=995.7kg/m3黏度μ=0.8007 mPa·s</p><p><b>　　則：</b></p><p>　　Pa=35.78kPa</p><p>　　10.5 總傳熱系數(shù)的核算</p><p>　　10.5.1管程傳熱系數(shù)</p><p>　　查定性溫度tm=(Ts+Tw

81、)/2=(80.54+30)/2=55.25℃下</p><p>　　苯、甲苯的物理特性參數(shù):</p><p>　　由附錄十七[1]查得：苯、甲苯的密度分別是ρ苯=841.52 kg/m3</p><p>　　ρ甲苯=833.79kg/m3</p><p>　　由附錄十五[1]查得：液態(tài)苯、甲苯的粘度分別是μ苯=0.4057mPa·

82、s、</p><p>　　μ苯甲=0.3934mPa·s</p><p>　　由附錄十一[1]查得：液態(tài)苯、甲苯的導(dǎo)熱系數(shù)分別是λ苯=133.39mW/m℃</p><p>　　λ甲苯=129.99mW/m℃</p><p>　　由附錄十一[1]查得：苯、甲苯的汽化潛熱分別是△H苯=410.62KJ/kg</p>&l

83、t;p>　　△H甲苯=393.64KJ/kg</p><p>　　則：則：ρL=0.9915×841.52+0.0085×833.79=841.45 kg/m3</p><p><b>　　ρV= kg/m3</b></p><p>　　μL=0.9915×0.4056+0.0085×0.3933=

84、0.4056μPa·s </p><p>　　λL=0.9915×133.38+0.0085×0.129.98=133.36mW/m℃</p><p>　　△H v=0.9915×410.6+0.0085×393.6=410.48 kJ/kg</p><p>　　△t=Ts-Tw=80.5-30=50.5℃</

85、p><p>　　管內(nèi)冷凝傳熱膜系數(shù)求算:</p><p><b>　　水平管：</b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　=1117.445</b></p><p>　　10.5.2殼程傳熱系數(shù)</p><

86、;p>　　30℃下冷卻水的物理特性參數(shù)</p><p>　　查附表六[1]知：導(dǎo)熱系數(shù)λ=61.76 ×10-2W/m℃</p><p>　　密度ρ=995.7kg/m3、黏度μ=0.8007 mPa·s</p><p>　　普朗特?cái)?shù)Pr=5.42</p><p><b>　　則</b><

87、/p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　= 3838.79</b></p><p>　　查附表二十二[1]知：管外污垢熱阻Rso=1.7197×10-4m2K/W</p><p>　　管內(nèi)污垢熱阻Rsi=0.8598×10-4m2K/W</p>

88、<p>　　查資料P512附錄[5] 不銹鋼導(dǎo)熱系數(shù)λ=16.93 W/m2℃</p><p><b>　　=</b></p><p>　　= 15.61×10-4</p><p><b>　　則：W/m2℃</b></p><p>　　故換熱設(shè)計(jì)符合要求。</p&g

89、t;<p><b>　　第二部分 設(shè)備選型</b></p><p><b>　　(1)封頭</b></p><p>　　選取橢圓形封頭，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)為：JB/T 4373—95，其厚度和圓筒相等，即6mm</p><p><b>　　(2)筒體</b></p><p&g

90、t;　　筒體長(zhǎng)L=3000mm，公稱直徑DN=600mm，厚度δ=6mm</p><p>　　tm =(20+40)/2=30℃，Tm =80.5℃</p><p>　　Tm－tm=80.5－30=50.5℃＞50℃，故需設(shè)置膨脹節(jié)</p><p>　　(3)壓力容器法蘭（甲型）及墊片</p><p><b>　　(4)管板<

91、/b></p><p>　　固定管板式換熱器的管板的主要尺寸：</p><p><b>　　(5)布管限定圓</b></p><p>　　(6)拉桿的直徑、數(shù)量和尺寸：</p><p><b>　　(7)拉桿孔</b></p><p><b>　　dn=12m

92、m</b></p><p>　　l2=1.5dn=1.5×12=18mm</p><p>　　(8)換熱管與管板的連接</p><p><b>　　(9)接管</b></p><p>　　A、冷凝水進(jìn)出口接管的直徑計(jì)算</p><p><b>　　取u=2m/s時(shí)&

93、lt;/b></p><p><b>　　m </b></p><p>　　采用φ108×4mm熱軋無(wú)縫鋼管，實(shí)際物料進(jìn)出口管內(nèi)流速為：</p><p>　　m/s </p><p>　　B、物料蒸氣進(jìn)出口接管的直徑計(jì)算</p><p>　　取u2=13.8

94、9m/s，則：m</p><p>　　采用φ325×12.5mm熱軋無(wú)縫鋼管，實(shí)際蒸氣進(jìn)出口管內(nèi)流速為：</p><p><b>　　m/s</b></p><p><b>　　(10)管法蘭</b></p><p><b>　　(11)支座</b></p>

95、;<p>　　本設(shè)計(jì)選用鞍式支座（BI型）</p><p><b>　　總結(jié)</b></p><p>　　對(duì)于本次的課程設(shè)計(jì)，主要是解決相應(yīng)的工業(yè)生產(chǎn)中的物系分離，精餾作為一項(xiàng)比較常用的、成熟的工藝，有著其獨(dú)特之處。其在化工行業(yè)的應(yīng)用難以替代。</p><p>　　本次的設(shè)計(jì)任務(wù)是苯——甲苯的精餾分離塔，通過(guò)設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)，讓我對(duì)精餾

96、塔有了更深一步的認(rèn)識(shí)，了解、熟悉了板式塔的設(shè)計(jì)，并能進(jìn)行一定量、一定分離要求的塔設(shè)計(jì)。</p><p>　　在本次課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，我發(fā)現(xiàn)了很多以前在課程學(xué)習(xí)時(shí)的不足之處，讓我在意識(shí)和認(rèn)識(shí)上得到了提高，課程設(shè)計(jì)綜合了好幾門(mén)學(xué)科的知識(shí)讓我深深地體會(huì)到了學(xué)科間的貫穿和聯(lián)系，同時(shí)也讓我發(fā)現(xiàn)并改善了其他學(xué)習(xí)學(xué)科時(shí)的不足，有了一個(gè)全新的認(rèn)識(shí)。</p><p>　　此次課程設(shè)計(jì)還讓我學(xué)習(xí)了尋找解決問(wèn)題的

97、途徑、思路，學(xué)會(huì)了如何查找所需的資料，在比較中設(shè)計(jì)選擇、優(yōu)化方案，是我的思路較之前更加縝密、態(tài)度更為審慎。</p><p><b>　　參考資料：</b></p><p>　　[1]、《化工原理上冊(cè)》 天津科學(xué)技術(shù)出版社 姚玉英主編</p><p>　　[2]、《化工原理下冊(cè)》 天津科學(xué)技術(shù)出版社 姚玉英主編</p>

98、<p>　　[3]、《化工工藝制圖》 化學(xué)工業(yè)出版社 周大軍、揭嘉主編</p><p>　　[4]、<化工機(jī)械基礎(chǔ)》 第二版 化學(xué)工業(yè)出版社 陳國(guó)桓 主編</p><p>　　[5]、<化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)下冊(cè)》 第一版 化學(xué)工業(yè)出版社 國(guó)家醫(yī)藥管理局上海醫(yī)藥設(shè)計(jì)院編</p><p>　　[6]《數(shù)據(jù)物性手冊(cè)》</p

99、><p><b>　　致謝</b></p><p>　　在xx老師的悉心指導(dǎo)下，本次的課程設(shè)計(jì)達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。他嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)，深深地感染和激勵(lì)著我。從課題的開(kāi)端到項(xiàng)目的最終完成，始終都在耐心地指導(dǎo)設(shè)計(jì)并不時(shí)地鼓勵(lì)我。每前進(jìn)一步都離不開(kāi)他的督導(dǎo)，在此向老師表示忠心的感謝！</p><p>　　最后，我還要感謝與