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武汉工程大学邮电与信息工程学院课程设计说明书设计题目：苯甲苯混合液的筛板精馏塔设计学 号：0842050115 学生姓名：钱娴静 桂林 占兴学 刘婷专业班级：08制药01班 指导教师：孙安琪总评成绩： 2011 年 6 月 23 日目 录摘 要IAbstractII第一章 概述11.1精馏塔设计任务21.2精馏塔设计方案的选定2第二章 精馏塔的工艺设计3第三章 精馏段工艺条件及有关物性数据计算53.2精馏塔的塔体工艺尺寸计算83.3塔板主要工艺尺寸的计算93.4筛板的校核113.5塔板负荷性能13第四章.附件的计算25一、接管25二、塔体总高度26三、辅助设备27摘 要本设计任务为精馏塔分离苯-甲苯混合物。对于二元混合物的分离，采用连续精馏过程。设计中采用泡点进料，将原料液通过预热器加热至泡点后送人精馏塔内。塔顶上升蒸气采用全器冷凝，冷凝液在泡点温度下一部分回流至塔内，其余部分经产品冷却器冷却后送至储罐。该物系属易分离物系，最小回流比较小，所以在设计中把操作回流比取最小回流比的2倍。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。关键词： 分离 苯 甲苯 AutoCAD 筛板精馏塔 设计计算AbstractThis design task is the mixture of Benzene- toluene separation column. For binary mixtures of separation, adopt continuous distillation process. Design using bubble point feeding, liquid materials will be by preheater heated to send people after bubble point within the column. Tower adopts the device up steam condensate condensation, the bubble point temperature within the next part of the backflow to the tower and the rest part of the products sent to tank after cooler. The thing they belong easy separating content is relatively small, minimum backflow, in the design so take the operating reflux ratio twice the minimum reflux ratio. Column reactor by adopting indirect steam heating, bottom products by cools sent to tank.Keywords: Separation Benzene toluene AutoCAD Sieve plate distillation column Design and calculation第一章 概述化工生产中所处理的原料，中间产物，粗产品几乎都是由若干组分组成的混合物，而且其中大部分都是均相物质。生产中为了满足储存，运输，加工和使用的需求，时常需要将这些混合物分离为较纯净或几乎纯态的物质。 精馏是分离液体混合物最常用的一种单元操作，在化工，炼油，石油化工等工业得到广泛应用。精馏过程在能量计的驱动下，使气、液两相多次直接接触和分离，利用液相混合物中各相分挥发度的不同，使挥发组分由液相向气相转移，难挥发组分由气相向液相转移。实现原料混合物中各组成分离该过程是同时进行传质传热的过程。本次设计任务为设计一定处理量的分离乙醇和水混合物精馏塔。板式精馏塔也是很早出现的一种板式塔，20世纪50年代起对板式精馏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，板式精馏塔具有下列优点：生产能力（20%40%）塔板效率（10%50%）而且结构简单，塔盘造价减少40%左右，安装，维修都较容易。1在本设计中我们使用筛板塔，筛板塔的突出优点是结构简单，造价低。合理的设计和适当的操作筛板塔能满足要求的操作弹性，而且效率高。采用筛板可解决堵塞问题，适当控制漏液。筛板塔是最早应用于工业生产的设备之一，五十年代之后，通过大量的工业实践逐步改进了设计方法和结构。近年来与浮阀塔一起成为化工生产中主要的传质设备。为减少对传质的不利影响，可将塔板的液体进入区制成突起的斜台状，这样可以降低进口处的速度，使塔板上气流分布均匀。筛板塔多用不锈钢板或合金制成，使用碳钢的比较少。实际操作表明，筛板在一定程度的漏夜状态下操作使其板效率明显下降，其操作的负荷范围比泡罩塔窄，但设计良好的塔其操作弹性仍可达到2-3。化工原理课程设计是培养学生化工设计能力的重要教学环节，通过课程设计使我们初步掌握化工设计的基础知识、设计原则及方法；学会各种手册的使用方法及物理性质、化学性质的查找方法和技巧；掌握各种结果的校核，能画出工艺流程、塔板结构等图形。在设计过程中不仅要考虑理论上的可行性，还要考虑生产上的安全性、经济合理性。在设计过程中应考虑到设计的业精馏塔具有较大的生产能力满足工艺要求，另外还要有一定的潜力。节省能源，综合利用余热。经济合理，冷却水进出口温度的高低，一方面影响到冷却水用量。另一方面影响到所需传热面积的大小。即对操作费用和设备费用均有影响，因此设计是否合理的利用热能等直接关系到生产过程的经济问题。2本课程设计的主要内容是设计过程的物料衡算，塔工艺计算，塔板结构设计以及校核。1.1精馏塔设计任务在一常压操作的连续精馏塔内分离苯-甲苯混合液。已知原料液的年处理量为3.5万吨，原料组成为0.491(苯的质量分率)，要求塔顶馏出液的组成为0.975，塔底釜液含甲苯量不低于0.05（质量分率）。 设计条件如下： 操作压力进料热状态回流比单板压降全塔效率建厂地址塔顶常压Q=1自选0.7kPaET=52%武汉地区试根据上述工艺条件作出筛板塔的设计1.2精馏塔设计方案的选定本设计任务为分离苯-甲苯混合物。对于二元混合物的分离，采用连续精馏流程。设计中采用泡点进料，将原料液通过预热器加热至泡点后送人精馏塔内。塔顶上升蒸气采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点温度下一部分回流至塔内，其余部分产品经冷却器冷却后送至储罐。该物系属易分离物系，最小回流比较小，故操作回流比取最小回流比的2倍。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。第二章 精馏塔的工艺设计2.1精馏塔的物料衡算2.1.1原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率：苯的摩尔质量： 甲苯的摩尔质量： 2.1.2原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量： 2.1.3物料衡算：总料 原料处理量 总物料衡算： 苯物料衡算： 联立方程解得：2.2塔板数的确定2.2.1理论板层数N的求取求最小回流比及操作回流比取q=1， 由相平衡方程 得 故最小回流比为：取操作回流比为：求精馏塔的气、液相负荷求操作线方程精馏段操作线方程为：提留段操作线方程为：求理论塔板数由逐板计算法得：气相组成y液相组成x=0.957=0.900=0.917=0.8165=0.858=0.7097=0.783=0.954=0.701=0.4870.491=0.624=0.402=0.512=0.298=0.375=0.195=0.239=0.113=0.131=0.05756kPa，故取出口气速，故查表取 （2）回流液管径DR冷凝器安装在塔顶时，冷凝液靠重力回流，一般流速为0.20.5m/s，速度太大，则冷凝器的高度也相应增加。用泵回流时，速度可取1.52.5m/s。 故取，则 而则查标准系列取。 （3）进料管径dF料液由高位槽进塔时，料液流速取0.40.8m/s。由泵输送时，流速取为1.52.5 m/s。采用直管出料管。取，则 而则查标准系列取（4）釜液排除管径dW釜液流出的速度一般取0.51.0m/s。二、塔体总高度 板式塔的塔高如图所示，塔体总高度（不包括裙座）由下式决定： 中 HD塔顶空间，m； HB塔底空间，m；HT塔板间距，m；HT开有人孔的塔板间距，m； HF进料段高度，m； Np实际塔板数；S人孔数目（不包括塔顶空间和塔底空间的人孔）。1塔顶空间HD 塔顶空间指塔内最上层塔板与塔顶空间的距离。为利于出塔气体夹带的液滴沉降，其高度应大于板间距，通常取HD为（ 1.52.0）HT。若图塔高示意图需要安装除沫器时，要根据除沫器的安装要求确定塔顶空间。2人孔数目 人孔数目根据塔板安装方便和物料的清洗程度而定。对于处理不需要经常清洗的物料，可隔810块塔板设置一个人孔；对于易结垢、结焦的物系需经常清洗，则每隔46块塔板开一个人孔。人孔直径通常为450mm。3塔底空间HB塔底空间指塔内最下层塔板到塔底间距。其值视具体情况而定：当进料有15分钟缓冲时间的容量时，塔底产品的停留时间可取35分钟，否则需有1015分钟的储量，以保证塔底料液不致流空。塔底产品量大时，塔底容量可取小些，停留时间可取35分钟；对易结焦的物料，停留时间应短些，一般取11.5分钟。4.进料板空间HF5筒体壁厚选8mm。6封头本设计采用椭圆形封头，由于公称直径m，查的曲面高度=250mm,厚度=10mm,直边高度40mm，内表面积F=1.21，容积V=0.162,选用封头10006 JB1154-73.7裙座的相关尺寸计算基础环内坏径其中取基础环的内外径与裙座截面内径的差为200mm考虑到再沸器，裙座高度取3m。8吊柱设计对于较高的室内无框架的整体塔,在塔顶设计吊住,对于补充和更换填料、安装和拆卸内件,即经济又方便的一项设施,一般取15m以上的塔物设吊住。本设计中塔高度大，因此设吊住。因设计塔径D=1800mm，可选用吊住500kg。s=1000mm,L=3400mm,H=1000mm。材料为A3。三、辅助设备1全凝器全凝器的热负荷式中，V塔顶上升蒸汽摩尔流率，kmol/hQc冷凝器的热负荷KJ/h,分别为苯、甲苯的气化热kJ/kg出料液温度：80.13（饱和蒸汽）80.13（饱和液体）以循环水为冷却介质，冷却水入口温度t1=25,出口温度t2=45温度推动力： 由于是低黏度有机物和水的混合液，取总传热系数C，则传热面积： 带入数据选型2原料预热器原料预热温度：30C82.3C（泡点温度）采用130C过热饱和蒸汽加热平均温度： 平均温度下查表得 取总传热系数：由：C 得： 换热面积选型3.再沸器（同冷凝器）料液温度：92.05C110.06C（泡点温度）采用130C过热饱和蒸汽加热平均温度： 平均温度下查表得 取总传热系数：由：C 得： 换热面积1.1.1 （四号字 黑体 1.5倍行距）正文 （小四号字 宋体 1.5倍行距；所有英文采用Times New Roman字体）论文应分章节撰写，每章另起一页。各章节标题要突出重点，简明扼要，字数不超过15（不得使用标点符号，不得加引用文献标识）。章节层次不超过3级题序，并尽量统一。关于引用参考文献引用文献标示应置于所引内容最末句的右上角，所引文献编号用数字置于“ ”中，如“xxxxxxxxx1”。关于公式书写 论文中的公式应在公式编辑器中编写，不宜直接写在文档中。公式中常量采用正体、变量采用斜体。全文的公式一律按章编号使用，并一律右对齐。 (1.1)关于表格的规范使用表序按章编排，如第1章的第1个表为“表1-1”等。表序与表名之间空1格，表名中不允许出现标点符号。表序与表名置于表上，居中排写。全表如用统一单位，将单位符号移至右上角，加圆括号。表中数据空缺的格内加“”。表内文字或数字上、下或左右相同时，采用通栏处理方式，不允许用“”，“同上”之类的写法。注意是三线表！（表就三根线组成）表1-1 参数计算结果（居中，段前、段后均设置为5磅）计算结果参数列表参数一参数二参数三参数四对象1对象2对象3关于插图的规范使用插图应与文字紧密配合，文图相符。每个图均应有图题（由图号和图名组成）。图号按章编排，图题置于图下居中书写。插图与图题不得排写于两页。其中有数字坐标的，必须表明坐标单位。 (a) 源图像SPOT XS2 (b) 源图像SPOT XS3图1.1 源图像图题置于图下，居中。段前、段后均设置为5磅。总结 精馏是一种利用回流是液体混合物得到高纯度分离的蒸馏方法，是工业上应用最广的液体混合物分离单元操作，广泛应用于石油、化工、轻工、食品、冶金等领域。典型的精馏设备是连续精馏装置，包括精馏塔、塔底再沸器、塔顶全凝器/冷凝器。 本设计采用筛板板式精馏塔完成指定分离任务，设计书中包括物料衡算和能量衡算；以及塔板数的确定，塔板工艺尺寸的确定，再沸器、全凝器的选型等内容。限于设计者自身的知识水平，设计中不甚明了甚至出现错误的地方，还望指导老师予以指正。感想通过课程设计使我们初步掌握化工设计的基础知识、设计原则及方法；学会各种手册的使用方法及物理性质、化学性质的查找方法和技巧；掌握各种结果的校核，能画出工艺流程、塔板结构等图形；理解计算机辅助设计过程，利用编程使计算效率提高。在设计过程中不仅要考虑理论上的可行性，还要考虑生产上的安全性和经济合理性我对于精馏单元操作的认识得到了进一步的升华。它给了我一个非常好的锻炼如何将理论与实际相结合的机会，教会了我如何通过文献查找自己所需数据的能力。在平常的化工原理课程学习中总是只针对局部进行了计算，而对参数之间的相互关联缺乏认识。平时的作业总会有题设条件，我们不必考虑数据来源，但在设计中大量用到了物性参数是需要我们自己去查取。在课程设计中，我使用到了大量以前没有细化的知识。它让我意识到了各门各科之间内在错综复杂的联系，提升了我将知识统合为一的能力。而在实际工作中，这种需要面对自己不熟悉甚至是不了解领域内的知识的场合是司空见惯的，所以课程设计对于我文献检索能力的培养令我受益匪浅，为以后的工作积累了经验，增强了信心课程设计设计帮助我更好的熟悉了Word、Excel、AutoCAD的操作。平常上网经常听说这些软件，但真正接触却不多，我们需要重新应用那些学过但是已经淡忘的使用技巧。致 谢 本课题在进行过程中得到孙安琪老师的悉心指导。论文行文过程中，孙老师多次帮助我分析思路，开拓视角，在我遇到困难想放弃的时候给予我最大的支持和鼓励。孙老师严谨求实的治学态度，踏实坚韧的工作精神，将使我终生受益。再多华丽的言语也显苍白。在此，谨向孙老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。 感谢这两周来，化工原理所有老师对我学习上的帮助，正是您们的辛勤工作，才使我得以顺利地完成课程设计，浓浓师