課程設計---苯-甲苯溶液連續(xù)板式精餾塔設計

1、<p><b>　　課程設計任務書</b></p><p>　　專業(yè) 班級 學生姓名 </p><p>　　發(fā)題時間： 年 月 日</p><p><b>　　課題名稱</b></p><p>　　苯-甲苯溶

2、液連續(xù)板式精餾塔設計</p><p>　　課題條件（文獻資料、儀器設備、指導力量）</p><p><b>　?。ㄒ唬┰O計任務</b></p><p>　　(1) 處理能力：　7萬　　 T/h。</p><p>　　(2) 原料苯-甲苯溶液組成： (苯的質(zhì)量分數(shù)): </p><p>　　(3)

3、產(chǎn)品要求：塔頂苯的組成(質(zhì)量分數(shù)):</p><p>　　塔底苯組成(質(zhì)量分數(shù)): 。（二）操作條件：</p><p>　?。?）生產(chǎn)方式：連續(xù)操作，中間加料，泡點回流</p><p>　　（2）生間時間：每年以300天計算，每天24小時</p><p>　　（3）進料狀況： 泡點進料 </p><p&

4、gt;　　（4）回流比：自選，</p><p>　?。?）塔釜加熱方式：間接蒸汽加熱</p><p>　?。?）塔頂冷凝用冷卻水，冷卻水進口溫度：25℃</p><p>　　試設計一板式精餾塔，完成該生產(chǎn)任務。</p><p><b>　　設計任務</b></p><p>　　1 確定設計方案，繪

5、制工藝流程圖。</p><p><b>　　2塔的工藝計算。</b></p><p>　?。?）精餾塔的物料衡算；</p><p>　　（2）最佳回流比的確定（3）塔板數(shù)的確定.</p><p><b>　　3塔工藝尺寸的計算</b></p><p><b>　　

6、（1）板間距；</b></p><p><b>　?。?）塔徑；</b></p><p>　?。?）塔盤結構設計；</p><p>　　4塔板的流體力學核算；</p><p><b>　　5繪出負荷性能圖</b></p><p>　　6輔助設備的計算與選型<

7、/p><p>　　確定塔頂冷凝器、塔底再沸器的計算，加料泵，回流泵型號。</p><p><b>　　7附件尺寸確定</b></p><p>　　塔頂空間、塔底空間、人孔、裙座、封頭、進出管口等。</p><p>　　8設計計算結果匯總表</p><p><b>　　9設計結果評價</

8、b></p><p>　　10、繪制精餾塔裝配圖</p><p>　　11、編制設計說明書</p><p><b>　　設計所需技術參數(shù)</b></p><p>　　物性數(shù)據(jù)：熱容、粘度、密度、表面張力和飽和蒸氣壓等。</p><p><b>　　設計說明書內(nèi)容</b>

9、</p><p><b>　　1封面</b></p><p><b>　　2任務書</b></p><p>　　3《課程設計》綜合成績評定表</p><p><b>　　4中英文摘要。</b></p><p><b>　　5目錄及頁碼</

10、b></p><p><b>　　6概述</b></p><p>　　7按設計任務順序說明</p><p><b>　　8結語</b></p><p>　　簡述設計體會，收獲，提出建議等。</p><p>　　9參考文獻10附精餾塔裝配圖及流程圖</p>

11、<p>　　進度計劃（列出完成項目設計內(nèi)容、繪圖等具體起始日期）</p><p>　　1 設計動員，下達設計任務書 2010.6.21</p><p>　　2 搜集資料，閱讀教材，擬訂設計進度 2010.6.21—6.22</p><p>　　3 設計計算（包括電算）

12、 2010.6.23—6.29</p><p>　　4 繪圖 2010.6.30—7.1</p><p>　　5 整理設計資料，撰寫設計說明書 2010.7.2—7.3</p><p>　　6 設計小結及答辯

13、 2010.7.3—7.4</p><p>　　指導教師（簽名）： 2010 年 6 月 21日 </p><p>　　學科部（教研室）主任（簽名）： 2010 年 6 月 21日 </p><p><b>　　說明：</b></p><p>　　1．學生

14、進行課程設計前，指導教師應事先填好此任務書，并正式打印、簽名，經(jīng)學科部（教研室）主任審核簽字后，正式發(fā)給學生。設計裝訂時應將此任務書訂在設計說明書首頁。</p><p>　　2．如果設計技術參數(shù)量大，可在任務書后另設附表列出。</p><p>　　3. 所有簽名均要求手簽,以示負責。</p><p><b>　　機電工程學院</b></p

15、><p>　　《課程設計》綜合成績評定表</p><p>　　指導教師簽名： 學科部主任簽名：</p><p>　　年 月 日 年 月 日</p><p><b>　　摘要： </b></p&g

16、t;<p>　　設計一座苯-甲苯連續(xù)精餾塔，根據(jù)物性特征，產(chǎn)品產(chǎn)量和工程、經(jīng)濟合理性來確定塔型和操作條件；通過對原料，產(chǎn)品的要求和物性參數(shù)的確定以及對塔體主尺寸的計算，工藝設計和附屬設備選型的設計，完成對苯-甲苯精餾工藝流程和主體設備的設計。 </p><p>　　關鍵詞：塔型，塔體，設備，流程 </p><p>　　Abstract: </p><p&g

17、t;　　I need to design an benzol - toluene continuous distillation. According to the characteristics of properties, product production and engineering, economic rationality to determine the type of the tower and operationa

18、l conditions .Thinking about the requirements of raw materials and product and the determination of physical parameters, I can calculate of the size of the column , design the process and select the ancillary equipment ,

19、 then complete the benzol - toluene distillation process and the</p><p>　　Key words: type, size, ancillary equipment, process </p><p><b>　　目 錄 </b></p><p>　　1.設計任務及要求

20、8</p><p>　　1.1 設計背景8</p><p>　　1.2 設計條件9</p><p>　　1.3 設計要求9</p><p>　　1.4 設計說明書的主要內(nèi)容9</p><p>　　1.5 塔型選擇10</p><p>　　2. 操作條件的確定11</p>

21、<p>　　2.1 操作壓力11</p><p>　　2.2 進料狀態(tài)11</p><p>　　2.3 加熱方式11</p><p>　　2.4 熱能利用11</p><p>　　3.物料的工藝計算12</p><p>　　3.1相對揮發(fā)度13</p><p>　　3.2

22、回流比R的確定14</p><p>　　3.3 物料平衡16</p><p>　　3.4 理論塔板層數(shù)的確定17</p><p>　　4. 基本物性數(shù)據(jù)計算18</p><p><b>　　4.1精餾段18</b></p><p>　　4.2 提餾段20</p><

23、p>　　4.3 全塔的流量22</p><p>　　5. 塔徑的計算23</p><p>　　6. 塔板結構尺寸的確定24</p><p>　　6.1 確定塔板的流型24</p><p>　　6.2 塔板尺寸25</p><p>　　6.3 弓形降液管26</p><p>　　

24、6.3.1 堰上液流高度26</p><p>　　6.3.2 堰高26</p><p>　　6.3.3 溢流管底與塔盤間距離h027</p><p>　　6.4 浮閥數(shù)目及排列27</p><p>　　6.4.1 浮閥數(shù)目27</p><p>　　6.4.2 排列27</p><p>

25、;　　6.4.3 校核28</p><p>　　7. 流體力學驗算29</p><p>　　7.1 板壓降的校核29</p><p>　　7.2 漏液驗算29</p><p>　　7.3 液泛驗算30</p><p>　　7.4 霧沫夾帶驗算30</p><p>　　8.負荷性能圖

26、31</p><p>　　8.1 漏液線31</p><p>　　8.2 霧沫夾帶上限線31</p><p>　　8.3 液泛線31</p><p>　　8.4 液體負荷上限線32</p><p>　　8.5 液相負荷下限線32</p><p>　　8.6 操作性能負荷圖32<

27、/p><p>　　9. 塔體結構32</p><p>　　9.1 塔高的計算34</p><p><b>　　9.2 筒體34</b></p><p><b>　　9.3 封頭34</b></p><p><b>　　9.4 裙座34</b><

28、;/p><p>　　10.各接管尺寸的確定35</p><p>　　10.1進料管35</p><p>　　10.2 釜殘液出料管35</p><p>　　10.3 回流液管36</p><p>　　10.4 塔頂上升蒸汽管36</p><p>　　10.5 法蘭36</p>

29、<p><b>　　11設備設計37</b></p><p>　　11.1 預熱器37</p><p>　　11.2 再沸器37</p><p>　　11.3 全凝器38</p><p>　　11.4 冷凝器38</p><p>　　11.5 泵的揚程計算與選型39<

30、;/p><p><b>　　課程設計小結40</b></p><p><b>　　參考文獻</b></p><p><b>　　1、全塔物料衡算：</b></p><p>　?、?原料液、塔頂產(chǎn)品和塔釜產(chǎn)品的摩爾分率：</p><p>　　表1 苯和甲

31、苯的物理性質(zhì)</p><p><b>　　==0.346</b></p><p><b>　　=0.97</b></p><p><b>　　=0.007</b></p><p>　?、?原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量</p><p>　　=0.3

32、46×78.11+(1-0.346)×92.13=87.28Kg/mo</p><p>　　=0.9778.11+(1-0.97)92.13=76.04Kg/mol</p><p>　　=0.007×78.11+(1-0.007)92.13=92.03Kg/mol</p><p>　?、?物料衡算原料處理量

33、 </p><p>　　=(10+0.1×6)t/h=10.6t/h=121.43Kmol/h</p><p>　　總物料衡算 121.43=D+W</p><p>　　苯物料衡算 121.430.346=0.97D+0.007W</p><p><b>　　聯(lián)立解得 </b

34、></p><p>　　塔頂產(chǎn)品流量:D=42.75 Kmol/h</p><p>　　塔釜產(chǎn)品流量:W=78.68 Kmol/h</p><p><b>　　2、分段物料衡算 </b></p><p>　　⑴.平衡常數(shù)計算lgP1*=6.02232-1206.350/(t+220.237) 

35、 安托尼方程 </p><p>　　LgP2*=6.07826-1343.943/(t+219.377)  安托尼方程</p><p>　　當t=80.1℃ 時P1*=101.31kPa，P2*=38.96kPa,α1=2.600</p><p>　　當t=110.6℃  時P1*=237.66k

36、Pa，P2*=101.26kPa, α2=2.3470=9.74%﹤30%</p><p><b>　　⑵.最小回流比計算</b></p><p>　　泡點進料：q=1 xe=xF=0.346</p><p><b>　?、牵亓鞅群筒僮骶€</b></p><p>　　令R=ARm

37、in=1.791A</p><p><b>　　精餾段操作線方程：</b></p><p><b>　　,</b></p><p><b>　　提溜段操作線方程：</b></p><p>　　表2 各A值下的操作線方程各項系數(shù)</p><p>　　由試差

38、得 A=1.5(詳情見說明書)</p><p>　　所以 R=2.6865</p><p><b>　　相平衡方程</b></p><p><b>　　精餾段操作線方程：</b></p><p><b>　　提溜段操作線方程：</b></p><p>&

39、lt;b>　?、?理論板計算</b></p><p><b>　　逐板計算：</b></p><p>　??；精餾段操作線方程：</p><p>　　表3 精餾段逐板計算</p><p>　　因為X7＜0.346＜X8</p><p>　　所以改用提留段方程進行逐板計算：</

40、p><p>　??；提溜段操作線方程：,</p><p>　　表4 提溜段逐板計算</p><p>　　X17<0.007<X16計算完成</p><p>　　因為塔頂全回凝 所以理論塔板數(shù)位17－1=16塊，精餾段所需理論板為6塊，提溜段所需理論板為10塊。加料板為第七塊。</p><p>　　3、 

41、實際塔板數(shù)和板效率的計算      </p><p><b>　?、拧⑺敎囟扔嬎?lt;/b></p><p><b>　　帶入數(shù)據(jù)即 ： </b></p><p>　　由excel試差得tD=81.96℃</p><p>　?、?進料溫度和精

42、餾段板效率計算</p><p>　　假設精餾段的板效率為0.5，實際塔板數(shù)為6/0.5=12</p><p>　　則進料板處的壓力PF=PD+（6/0.5）×0.7=113.7kPa</p><p>　　代入泡點方程計算的tF=100.9℃</p><p>　　所以精餾段的平均溫度℃</p><p>　　此時

43、苯的黏度為μ1(mPa.s)=0.286，甲苯的黏度為μ2(mPa.s)=0.289</p><p><b>　　所以平均黏度</b></p><p>　?。?.286×0.346+0.289×0.654=0.288</p><p><b>　　精餾段板效率 ：</b></p>

44、<p>　　0.17-0.616lg0.288=0.503</p><p><b>　　與假設值相近。</b></p><p>　?、?塔釜溫度和提溜段板效率計算</p><p>　　假設提餾段的板效率為0.55，實際塔板數(shù)10/0.55=19</p><p>　　則進料板處的壓力PW=PF+19×0

45、.7=127kPa</p><p>　　代入泡點方程計算的tW=118.43℃</p><p>　　所以提餾段的平均溫度℃</p><p>　　此時苯的黏度為μ1(mPa.s)=0.240，甲苯的黏度為μ2(mPa.s)=0.245</p><p><b>　　所以平均黏度</b></p><p>

46、;　　精餾段板效率 0.17-0.616lg0.243=0.55</p><p><b>　　由以上可得</b></p><p>　　精餾段實際板層數(shù)12,提餾段實際板層數(shù)19</p><p>　　總的塔板數(shù)N=12+19=31</p><p><b>　　進料板在第13塊板</b>&l

47、t;/p><p>　　4、精餾塔的工藝條件及有關物性數(shù)據(jù)的計算 ⑴.操作壓力計算 塔頂操作壓力＝ 105.3 kPa</p><p>　　進料板壓力＝113.7kPa</p><p>　　塔底操作壓力=127 kPa</p><p>　　每層塔板壓降 △P＝0.7 kPa</p><p><b>　　精餾段

48、平均壓力</b></p><p><b>　　提餾段平均壓力</b></p><p><b>　?、?操作溫度計算</b></p><p>　　依據(jù)操作壓力，由泡點方程通過試差法計算出泡點溫度，其中苯、甲苯的飽和蒸氣壓由 安托尼方程計算，計算過程略。計算結果如下： 塔頂溫度＝81.96℃進料板溫度＝100

49、.9℃ </p><p>　　塔底溫度=118.43℃</p><p><b>　　精餾段平均溫度℃</b></p><p>　　提餾段平均溫度℃⑶.平均摩爾質(zhì)量計算 塔頂平均摩爾質(zhì)量計算 由,代入相平衡方程得1=0.928</p><p>　　進料板平均摩爾質(zhì)量計算 </p><p>　

50、　由上面理論板的算法，得＝0.536， ＝0.316</p><p>　　塔底平均摩爾質(zhì)量計算</p><p>　　由w=0.003,由相平衡方程，得yw=0.007</p><p>　　精餾段平均摩爾質(zhì)量 </p><p><b>　　提餾段平均摩爾質(zhì)量</b></p><p>　　⑷.平

51、均密度計算 ①氣相平均密度計算 由理想氣體狀態(tài)方程計算，精餾段的平均氣相密度即 </p><p>　　提餾段的平均氣相密度</p><p>　?、谝合嗥骄芏扔嬎?液相平均密度依下式計算，即 塔頂液相平均密度的計算 由tD＝81.96℃，查手冊得 </p><p>　　塔頂液相的質(zhì)量分率 </p><p>　　進料板液相平

52、均密度的計算，</p><p>　　由tF=100.9℃，查手冊得</p><p>　　進料板液相的質(zhì)量分率 </p><p>　　塔底液相平均密度的計算 由tw＝118.43℃，查手冊得 </p><p>　　塔底液相的質(zhì)量分率 </p><p>　　精餾段液相平均密度為 </p><

53、p>　　提餾段液相平均密度為</p><p>　　⑸ 液體平均表面張力計算 液相平均表面張力依下式計算，即 塔頂液相平均表面張力的計算 由 tD＝81.96℃，查手冊得 σ1=20.88mN/m σ2=21.35 mN/mσL,D,m=0.97×20.88+(1-0.97)×21.35=20.89 mN/m進料板液相平均表面張力的計算 由tF＝100.9℃，查手冊得<

54、;/p><p>　　σ1=18.55m N/m σ2=19.24mN/mσL,F,m=0.32×18.55+0.68×19.24=19.02 mN/m</p><p>　　塔底液相平均表面張力的計算 由 tD＝118.43℃，查手冊得 σ1=16.43 mN/m σ2=17.34 mN/mσL,Wm=0.003×16.43+(1-0.003)×1

55、7.34=17.3374mN/m精餾段液相平均表面張力為 σLm=（20.89+19.02）/2=19.96 mN/m</p><p>　　提餾段液相平均表面張力為 σ`Lm=（19.02+17.337）/2=18.18mN/m</p><p>　?。?） 氣液負荷計算</p><p>　　精餾段：R=2.6865</p><p>&

56、lt;b>　　提餾段：</b></p><p>　　5、 精餾塔的塔體工藝尺寸計算 (1) 塔徑的計算</p><p>　　塔板間距HT的選定很重要，它與塔高、塔徑、物系性質(zhì)、分離效率、塔的操作彈性，以及塔的安裝、檢修等都有關。可參照下表所示經(jīng)驗關系選取。</p><p>　　表5 板間距與塔徑關系</p><p>&l

57、t;b>　　對精餾段：</b></p><p>　　初選板間距，取板上液層高度，</p><p><b>　　故；</b></p><p>　　查天大教材第108頁得C20=0.071；依式</p><p><b>　　校正物系表面張力為</b></p><p&

58、gt;　　可取安全系數(shù)為0.8，則（安全系數(shù)0.6—0.8），</p><p><b>　　故</b></p><p>　　按標準,塔徑圓整為1.4m</p><p><b>　　m2</b></p><p><b>　　則空塔氣速u==</b></p><

59、p><b>　　對提餾段：</b></p><p>　　初選板間距，取板上液層高度，</p><p><b>　　故；</b></p><p>　　查天大教材第108頁得C20=0.0680；依式</p><p><b>　　校正物系表面張力</b></p>

60、<p>　　可取安全系數(shù)為0.8，則（安全系數(shù)0.6—0.8），</p><p><b>　　故</b></p><p>　　按標準,塔徑圓整為1.4m,</p><p><b>　　m2</b></p><p><b>　　u==</b></p>&

61、lt;p>　　則空塔氣速0.752m/s。</p><p>　　綜合精餾段和提餾段知塔徑應該取1.4m。</p><p>　　6、塔板主要工藝尺寸的計算</p><p><b>　　.溢流裝置計算 </b></p><p>　　因塔徑D＝1.4m，可選用單溢流弓形降液管，采用平行受液盤。</p>&l

62、t;p>　　對精餾段各項計算如下： </p><p>　　a)溢流堰長：單溢流去lW=（0.6～0.8）D，取堰長為0.7D=0.7×1.4=0.98m</p><p><b>　　b)出口堰高：</b></p><p><b>　　，</b></p><p>　　查天大教材第111

63、頁，知E=1.031式</p><p><b>　　可得</b></p><p><b>　　故</b></p><p>　　c)降液管的寬度與降液管的面積：</p><p>　　由查天大教材第113頁得，</p><p><b>　　故，</b><

64、;/p><p>　　利用教材134頁計算液體在降液管中停留時間以檢驗降液管面積，</p><p>　　即（大于5s，符合要求）</p><p>　　d)降液管底隙高度：取液體通過降液管底隙的流速（0.07---0.25）</p><p>　　天大教材第112頁：符合（）</p><p><b>　　e)受液盤&l

65、t;/b></p><p>　　采用平行形受液盤，不設進堰口，深度為60mm</p><p><b>　　同理可以算出提餾段</b></p><p>　　a)溢流堰長：單溢流去lW=（0.6～0.8）D，取堰長為0.7D=0.7×1.4=0.98m</p><p><b>　　b)出口堰高：&l

66、t;/b></p><p><b>　　由</b></p><p>　　查教材134頁，知E=1.037,依式</p><p><b>　　可得</b></p><p><b>　　故</b></p><p>　　c)降液管的寬度與降液管的面積：&

67、lt;/p><p>　　由查（教材121頁）得，</p><p>　　故， </p><p>　　利用(教材134頁)計算液體在降液管中停留時間以檢驗降液管面積，</p><p>　　即（大于5s，符合要求）</p><p>　　d)降液管底隙高度：取液體通過降液管底隙的流速（0.07---0.2

68、5）</p><p>　　依([2]：式3—11)：符合（）</p><p><b>　　(2) 塔板布置 </b></p><p>　　精餾段①塔板的分塊 因D≥800mm，故塔板采用分塊式。查天大教材第118頁得，塔極分為4塊。</p><p>　　a)由教材131頁得：取邊緣區(qū)寬度Wc=0.04m(30～50m

69、m),安定區(qū)寬度，（當D〈1.5m時，Ws=60～75mm〉</p><p>　　b)依(教材128頁)：計算開空區(qū)面積</p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　提餾段：</b></p><p>　　(1)取邊緣區(qū)寬度Wc=0.04m(30～50mm),安定區(qū)寬度，（當D

70、〈1.5m時，Ws=60～75mm〉</p><p>　　(2)依(教材128頁)：計算開空區(qū)面積</p><p><b>　　，</b></p><p>　　7、 篩板的流體力學驗算 </p><p>　　塔板的流體力學計算，目的在于驗算預選的塔板參數(shù)是否能維持塔的正常操作，以便決定對有關塔板參數(shù)進行必要的調(diào)整，最后還

71、要作出塔板負荷性能圖。(1) 氣體通過篩板壓強相當?shù)囊褐叨扔嬎?</p><p><b>　　精餾段：</b></p><p>　　a)干板壓降相當?shù)囊褐叨龋阂?，查《干篩孔的流量系數(shù)》(見教材132頁圖)得，C0=0.78由式</p><p>　　b)氣體穿過板上液層壓降相當?shù)囊褐叨龋?lt;/p><p>

72、;　　有天大教材第151頁得：，</p><p>　　由與關聯(lián)圖查得板上液層充氣系數(shù)=0.62，依式</p><p>　　c)克服液體表面張力壓降相當?shù)囊褐叨龋?lt;/p><p><b>　　依式，</b></p><p><b>　　故</b></p><p><b&

73、gt;　　則單板壓強：</b></p><p>　　(2) 液面落差 對于篩板塔，液面落差很小，且本例的塔徑和液流量均不大，故可忽略液面落差的影響。 (3) 霧沫夾帶</p><p>　　故在設計負荷下不會發(fā)生過量霧沫夾帶。</p><p><b>　　(4) 漏液</b></p><p><b&g

74、t;　　由式</b></p><p>　　篩板的穩(wěn)定性系數(shù)，故在設計負荷下不會產(chǎn)生過量漏液。</p><p><b>　　(5) 液泛</b></p><p>　　為防止降液管液泛的發(fā)生，應使降液管中清液層高度</p><p><b>　　依式， </b></p><

75、p><b>　　而</b></p><p>　　由教材133頁得：取，則</p><p>　　故在設計負荷下不會發(fā)生液泛。</p><p>　　根據(jù)以上塔板的各項液體力學驗算，可認為精餾段塔徑及各項工藝尺寸是適合的。</p><p>　　8 、塔板負荷性能圖 </p><p>　　精餾段：

76、(1) 漏液線 </p><p>　　在操作范圍內(nèi)，任取幾個Ls值，依上式計算出Vs值，計算結果列于表6。 </p><p>　　表6 由Ls值計算Vs值</p><p>　　由上表數(shù)據(jù)即可作出漏液線。 </p><p>　　(2) 霧沫夾帶線 以 ev＝0.1kg液/kg氣為限，求 Vs-Ls關系如下： 由 由 </p&g

77、t;<p><b>　　整理得 </b></p><p>　　在操作范圍內(nèi)，任取幾個Ls值，依上式計算出Vs值，計算結果列于表7。 表7 ev＝0.1kg液/kg氣時由Ls值計算Vs值</p><p>　　由上表數(shù)據(jù)即可作出液沫夾帶線2。</p><p>　　(3) 液相負荷下限線 對于平直堰，取堰

78、上液層高度hOW＝0.006m作為最小液體負荷標準。由式3-21得</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。 (4) 液相負荷上限線 以θ＝4s作為液體在降液管中停留時間的下限 據(jù)此可作出與氣體流量元關的垂直液相負荷上限線0.0474。 (5) 液泛線 令 由聯(lián)立得忽略hσ，將hOW與Ls，hd與Ls，hc與Vs的關系式代人上式，并整理得 式中：將有關的數(shù)據(jù)代入