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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 武汉工程大学邮电与信息工程学院武汉工程大学邮电与信息工程学院 课程设计说明书课程设计说明书 论文题目 论文题目 苯苯 甲苯分离过程板式精馏塔设计甲苯分离过程板式精馏塔设计 学学 号 号 7402130113 学生姓名 学生姓名 祁祁 泽泽 彦彦 专业班级 专业班级 07 过控过控 01 班班 指导教师 指导教师 程程 玉玉 洁洁 总评成绩 总评成绩 2010 年年 7 月月 2 日日 武汉工程大学邮电与信息工程学院课程设计说明书 邮电与信息工程学院邮电与信息工程学院 课程设计任务书课程设计任务书 一 课题名称一 课题名称 苯苯 甲苯分离过程板式精馏塔设计甲苯分离过程板式精馏塔设计 二 课题条件 原始数据 二 课题条件 原始数据 一 设计方案的选定一 设计方案的选定 原料 苯 甲苯原料 苯 甲苯 年处理量 年处理量 55000t 原料组成 甲苯的质量分率 原料组成 甲苯的质量分率 0 65 料液初温 料液初温 30 30 操作压力 回流比 单板压降 自选操作压力 回流比 单板压降 自选 进料状态 饱和液体进料进料状态 饱和液体进料 塔顶产品浓度 塔顶产品浓度 98 5 塔底釜液含甲苯量不低于塔底釜液含甲苯量不低于 97 质量分率 质量分率 塔顶采用全凝器 泡点回流塔顶采用全凝器 泡点回流 塔釜 饱和蒸汽间接塔釜 饱和蒸汽间接 直接加热直接加热 塔板形式 筛板塔板形式 筛板 生产时间 生产时间 330 天天 年 每天年 每天 24h 运行运行 冷却水温度 冷却水温度 20 35 设备形式 筛板塔设备形式 筛板塔 武汉工程大学邮电与信息工程学院课程设计说明书 厂址 武汉地区厂址 武汉地区 三 设计内容 包括设计 计算 论述 实验 应绘图纸三 设计内容 包括设计 计算 论述 实验 应绘图纸 等根据目录列出大标题即可 等根据目录列出大标题即可 1 设计方案的选定设计方案的选定 2 精馏塔的物料衡算精馏塔的物料衡算 3 塔板数的确定塔板数的确定 4 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 加热物料精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 加热物料 进出口温度 密度 粘度 比热 导热系数 进出口温度 密度 粘度 比热 导热系数 5 精馏塔塔体工艺尺寸的计算精馏塔塔体工艺尺寸的计算 6 塔板主要工艺尺寸的计算塔板主要工艺尺寸的计算 7 塔板的流体力学验算塔板的流体力学验算 8 塔板负荷性能图 精馏段 塔板负荷性能图 精馏段 9 换热器设计换热器设计 10 馏塔接管尺寸计算馏塔接管尺寸计算 11 制生产工艺流程图 带控制点 机绘 制生产工艺流程图 带控制点 机绘 A2 图纸 图纸 12 绘制板式精馏塔的总装置图 包括部分构件 绘制板式精馏塔的总装置图 包括部分构件 手绘 手绘 A1 图纸 图纸 13 撰写课程设计说明书一份撰写课程设计说明书一份 设计说明书的基本内容设计说明书的基本内容 课程设计任务书课程设计任务书 课程设计成绩评定表课程设计成绩评定表 中英文摘要中英文摘要 武汉工程大学邮电与信息工程学院课程设计说明书 目录目录 设计计算与说明设计计算与说明 设计结果汇总设计结果汇总 小结小结 参考文献参考文献 14 有关物性数据可查相关手册有关物性数据可查相关手册 15 注意事项注意事项 写出详细计算步骤 并注明选用数据的来源写出详细计算步骤 并注明选用数据的来源 每项设计结束后列出计算结果明细表每项设计结束后列出计算结果明细表 设计最终需装订成册上交设计最终需装订成册上交 四 进度计划 列出完成项目设计内容 绘图等具体起始四 进度计划 列出完成项目设计内容 绘图等具体起始 日期 日期 1 设计动员 下达设计任务书设计动员 下达设计任务书 0 5 天天 2 收集资料 阅读教材 拟定设计进度收集资料 阅读教材 拟定设计进度 1 2 天天 3 初步确定设计方案及设计计算内容初步确定设计方案及设计计算内容 5 6 天天 4 绘制总装置图绘制总装置图 2 3 天天 5 整理设计资料 撰写设计说明书整理设计资料 撰写设计说明书 2 天天 武汉工程大学邮电与信息工程学院课程设计说明书 6 设计小结及答辩设计小结及答辩 1 天天 指导教师 签名 指导教师 签名 年年 月月 日日 学科部 教研室 主任 签名 学科部 教研室 主任 签名 年年 月月 日日 说明 说明 1 学生进行课程设计前 指导教师应事先填好此任务书 学生进行课程设计前 指导教师应事先填好此任务书 并正式打印 签名 经学科部 教研室 主任审核签字后 并正式打印 签名 经学科部 教研室 主任审核签字后 正式发给学生 设计装订时应将此任务书订在设计说明书正式发给学生 设计装订时应将此任务书订在设计说明书 首页 首页 2 如果设计技术参数量大 可在任务书后另设附表列出 如果设计技术参数量大 可在任务书后另设附表列出 3 所有签名均要求手签 所有签名均要求手签 以示负责 以示负责 武汉工程大学邮电与信息工程学院课程设计说明书 目目 录录 摘摘 要要 I I AbstractAbstract IIII 第一章第一章 文献综述文献综述 1 1 第二章第二章 设计方案的确定设计方案的确定 3 3 2 12 1 操作条件的确定操作条件的确定 3 3 2 22 2 确定设计方案的原则确定设计方案的原则 4 4 第三章第三章 塔体计算塔体计算 5 5 3 13 1 设计方案的确定设计方案的确定 5 5 3 23 2 精馏塔的物料衡算精馏塔的物料衡算 5 5 第四章第四章 塔板计算塔板计算 7 7 4 14 1 塔板数的确定塔板数的确定 7 7 4 24 2 精馏段的计算精馏段的计算 1010 4 34 3 提留段的计算提留段的计算 2323 第五章第五章 塔附件设计塔附件设计 3737 5 15 1 附件的计算附件的计算 3737 5 25 2 附属设备设计附属设备设计 4040 设计小结设计小结 4343 附录附录 4444 武汉工程大学邮电与信息工程学院课程设计说明书 I 摘摘 要要 精馏是分离液体混合物最常用的一种单元操作 在化工精馏是分离液体混合物最常用的一种单元操作 在化工 炼油炼油 石油化工等工业中得到广泛的应用 本设计的题目石油化工等工业中得到广泛的应用 本设计的题目 是苯是苯 甲苯二元物系板式精馏塔的设计 在确定的工艺要求甲苯二元物系板式精馏塔的设计 在确定的工艺要求 下 确定设计方案 设计内容包括精馏塔工艺设计计算 塔下 确定设计方案 设计内容包括精馏塔工艺设计计算 塔 辅助设备设计计算 精馏工艺过程流程图 精馏塔设备结构辅助设备设计计算 精馏工艺过程流程图 精馏塔设备结构 图 设计说明书 图 设计说明书 关键词 板式塔 苯关键词 板式塔 苯 甲苯 工艺计算 结构图甲苯 工艺计算 结构图 武汉工程大学邮电与信息工程学院课程设计说明书 II Abstract Distillation separation is the most commonly used liquid mixture of a unit operation in chemical petrochemical and other industries refining widely applied This design is the subject of benzene morpholine toluene binary system a type of distillation process of design in determining the request design scheme Design content includes distillation distillation process flowcharts distillation equipment structure and design specification Keyword Series platetower Benzene methylbenzene Distillation process distillation equipment structure 武汉工程大学邮电与信息工程学院课程设计说明书 1 第一章第一章 文献综述文献综述 塔设备是炼油 化工 石油化工等生产中广泛应用的气塔设备是炼油 化工 石油化工等生产中广泛应用的气 液传质设备 根据塔内气液接触部件的结构型式 可分为板液传质设备 根据塔内气液接触部件的结构型式 可分为板 式塔和填料塔 板式塔内设置一定数目的塔板 气体以鼓泡式塔和填料塔 板式塔内设置一定数目的塔板 气体以鼓泡 或喷射形式穿过板上液层进行质热传递 气液相组成呈阶梯或喷射形式穿过板上液层进行质热传递 气液相组成呈阶梯 变化 属逐级接触逆流操作过程 填料塔内装有一定高度的变化 属逐级接触逆流操作过程 填料塔内装有一定高度的 填料层 液体自塔顶沿填料表面下流 气体逆流向上 也有填料层 液体自塔顶沿填料表面下流 气体逆流向上 也有 并流向下者 与液相接触进行质热传递 气液相组成沿塔高并流向下者 与液相接触进行质热传递 气液相组成沿塔高 连续变化 属微分接触操作过程 连续变化 属微分接触操作过程 工业上对塔设备的主要要求是 工业上对塔设备的主要要求是 1 生产能力大 生产能力大 2 传热 传质效率高 传热 传质效率高 3 气流的摩擦阻力小 气流的摩擦阻力小 4 操作稳定 适应性强 操作弹性大 操作稳定 适应性强 操作弹性大 5 结构简单 材料 结构简单 材料 耗用量少 耗用量少 6 制造安装容易 操作维修方便 此外 还 制造安装容易 操作维修方便 此外 还 要求不易堵塞 耐腐蚀等 要求不易堵塞 耐腐蚀等 板式塔大致可分为两类 板式塔大致可分为两类 1 有降液管的塔板 如泡 有降液管的塔板 如泡 罩 浮阀 筛板 导向筛板 新型垂直筛板 蛇形 罩 浮阀 筛板 导向筛板 新型垂直筛板 蛇形 S 型 型 多降液管塔板 多降液管塔板 2 无降液管的塔板 如穿流式筛板 栅 无降液管的塔板 如穿流式筛板 栅 板 板 穿流式波纹板等 工业应用较多的是有降液管的塔板 穿流式波纹板等 工业应用较多的是有降液管的塔板 如浮阀 筛板 泡罩塔板等 如浮阀 筛板 泡罩塔板等 苯的沸点为苯的沸点为 80 1 熔点为 熔点为 5 5 在常温下是一种无 在常温下是一种无 色 味甜 有芳香气味的透明液体 易挥发 苯比水密度低 色 味甜 有芳香气味的透明液体 易挥发 苯比水密度低 武汉工程大学邮电与信息工程学院课程设计说明书 2 密度为密度为 0 88g ml 但其分子质量比水重 苯难溶于水 但其分子质量比水重 苯难溶于水 1 升升 水中最多溶解水中最多溶解 1 7g 苯 但苯是一种良好的有机溶剂 溶解苯 但苯是一种良好的有机溶剂 溶解 有机分子和一些非极性的无机分子的能力很强 有机分子和一些非极性的无机分子的能力很强 甲苯是最简单 最重要的芳烃化合物之一 在空气中 甲苯是最简单 最重要的芳烃化合物之一 在空气中 甲苯只能不完全燃烧 火焰呈黄色 甲苯的熔点为甲苯只能不完全燃烧 火焰呈黄色 甲苯的熔点为 95 沸点为沸点为 111 甲苯带有一种特殊的芳香味 与苯的气味类 甲苯带有一种特殊的芳香味 与苯的气味类 似 似 在常温常压下是一种无色透明 清澈如水的液体 密 在常温常压下是一种无色透明 清澈如水的液体 密 度为度为 0 866 克 厘米克 厘米 3 对光有很强的折射作用 折射率 对光有很强的折射作用 折射率 1 4961 甲苯几乎不溶于水 甲苯几乎不溶于水 0 52 g l 但可以和二硫化碳 但可以和二硫化碳 酒精 乙醚以任意比例混溶 在氯仿 丙酮和大多数其他常酒精 乙醚以任意比例混溶 在氯仿 丙酮和大多数其他常 用有机溶剂中也有很好的溶解性 甲苯的粘性为用有机溶剂中也有很好的溶解性 甲苯的粘性为 0 6 mPa s 也就是说它的粘稠性弱于水 甲苯的热值为 也就是说它的粘稠性弱于水 甲苯的热值为 40 940 kJ kg 闪点为 闪点为 4 燃点为 燃点为 535 分离苯和甲苯 可以利用二者沸点的不同 采用塔式设分离苯和甲苯 可以利用二者沸点的不同 采用塔式设 备改变其温度 使其分离并分别进行回收和储存 板式精馏备改变其温度 使其分离并分别进行回收和储存 板式精馏 塔 浮法塔都是常用的塔类型 可以根据不同塔各自特点选塔 浮法塔都是常用的塔类型 可以根据不同塔各自特点选 择所需要的塔 择所需要的塔 筛板是在塔板上钻有均布的筛孔 呈正三角形排列 上筛板是在塔板上钻有均布的筛孔 呈正三角形排列 上 升气流经筛孔分散 鼓泡通过板上液层 形成气液密切接触升气流经筛孔分散 鼓泡通过板上液层 形成气液密切接触 的泡沫层 或喷射的液滴群 的泡沫层 或喷射的液滴群 筛板塔是筛板塔是 1932 年提出的 当时主要用于酿造 其优点是结年提出的 当时主要用于酿造 其优点是结 构简单 制造维修方便 造价低 气体压降小 板上液面落构简单 制造维修方便 造价低 气体压降小 板上液面落 武汉工程大学邮电与信息工程学院课程设计说明书 3 差较小 相同条件下生产能力高于浮阀塔 塔板效率接近浮差较小 相同条件下生产能力高于浮阀塔 塔板效率接近浮 阀塔 其缺点是稳定操作范围窄 小孔径筛板易堵塞 不适阀塔 其缺点是稳定操作范围窄 小孔径筛板易堵塞 不适 宜处理粘性大的 脏的和带固体粒子的料液 但设计良好的宜处理粘性大的 脏的和带固体粒子的料液 但设计良好的 筛板塔仍具有足够的操作弹性 对易引起堵塞的物系可采用筛板塔仍具有足够的操作弹性 对易引起堵塞的物系可采用 大孔径筛板 故近年我国对筛板的应用日益增多 所以在本大孔径筛板 故近年我国对筛板的应用日益增多 所以在本 设计中设计该种塔型 设计中设计该种塔型 武汉工程大学邮电与信息工程学院课程设计说明书 3 第二章第二章 设计方案的确定设计方案的确定 2 12 1 操作条件的确定操作条件的确定 确定设计方案是指确定整个精馏装置的流程 各种设备确定设计方案是指确定整个精馏装置的流程 各种设备 的结构型式和某些操作指标 例如组分的分离顺序 塔设备的结构型式和某些操作指标 例如组分的分离顺序 塔设备 的型式 操作压力 进料热状态 塔顶蒸汽的冷凝方式等 的型式 操作压力 进料热状态 塔顶蒸汽的冷凝方式等 下面结合课程设计的需要 对某些问题作些阐述 下面结合课程设计的需要 对某些问题作些阐述 2 1 12 1 1 操作压力操作压力 蒸馏操作通常可在常压 加压和减压下进行 确定操作蒸馏操作通常可在常压 加压和减压下进行 确定操作 压力时 必须根据所处理物料的性质 兼顾技术上的可行性压力时 必须根据所处理物料的性质 兼顾技术上的可行性 和经济上的合理性进行考虑 例如 和经济上的合理性进行考虑 例如 采用减压操作有利于分采用减压操作有利于分 离相对挥发度较大组分及热敏性的物料 但压力降低将导致离相对挥发度较大组分及热敏性的物料 但压力降低将导致 塔径增加 同时还需要使用抽真空的设备 塔径增加 同时还需要使用抽真空的设备 对于沸点低 在对于沸点低 在 常压下为气态的物料 则应在加压下进行蒸馏 当物性无特常压下为气态的物料 则应在加压下进行蒸馏 当物性无特 殊要求时 一般是在稍高于大气压下操作 但在塔径相同的殊要求时 一般是在稍高于大气压下操作 但在塔径相同的 情况下 适当地提高操作压力可以提高塔的处理能力 有时情况下 适当地提高操作压力可以提高塔的处理能力 有时 应用加压蒸馏的原因 则在于提高平衡温度后 便于利用蒸应用加压蒸馏的原因 则在于提高平衡温度后 便于利用蒸 汽冷凝时的热量 或可用较低品位的冷却剂使蒸汽冷凝 从汽冷凝时的热量 或可用较低品位的冷却剂使蒸汽冷凝 从 而减少蒸馏的能量消耗 而减少蒸馏的能量消耗 2 1 22 1 2 进料状态进料状态 进料状态与塔板数 塔径 回流量及塔的热负荷都有密进料状态与塔板数 塔径 回流量及塔的热负荷都有密 切的联系 在实际的生产中进料状态有多种 但一般都将料切的联系 在实际的生产中进料状态有多种 但一般都将料 武汉工程大学邮电与信息工程学院课程设计说明书 4 液预热到泡点或接近泡点才送入塔中 这主要是由于此时塔液预热到泡点或接近泡点才送入塔中 这主要是由于此时塔 的操作比较容易控制 不致受季节气温的影响 此外 在泡的操作比较容易控制 不致受季节气温的影响 此外 在泡 点进料时 精馏段与提馏段的塔径相同 为设计和制造上提点进料时 精馏段与提馏段的塔径相同 为设计和制造上提 供了方便 供了方便 2 1 32 1 3 加热方式加热方式 蒸馏釜的加热方式通常采用间接蒸汽加热 设置再沸器 蒸馏釜的加热方式通常采用间接蒸汽加热 设置再沸器 有时也可采用直接蒸汽加热 然而 直接蒸汽加热 由于蒸有时也可采用直接蒸汽加热 然而 直接蒸汽加热 由于蒸 汽的不断通入 对塔底溶液起了稀释作用 在塔底易挥发物汽的不断通入 对塔底溶液起了稀释作用 在塔底易挥发物 损失量相同的情况下 塔底残液中易挥发组分的浓度应较低 损失量相同的情况下 塔底残液中易挥发组分的浓度应较低 因而塔板数稍有增加 采用直接蒸汽加热时 加热蒸汽的压因而塔板数稍有增加 采用直接蒸汽加热时 加热蒸汽的压 力要高于釜中的压力 以便克服蒸汽喷出小孔的阻力及釜中力要高于釜中的压力 以便克服蒸汽喷出小孔的阻力及釜中 液柱静压力 对于苯液柱静压力 对于苯 甲苯溶液 一般采用甲苯溶液 一般采用 1 1 2 0KPa 表 表 压 压 2 22 2 确定设计方案的原则确定设计方案的原则 确定设计方案总的原则是在可能的条件下 尽量采用科确定设计方案总的原则是在可能的条件下 尽量采用科 学技术上的最新成就 使生产达到技术上最先进 经济上最学技术上的最新成就 使生产达到技术上最先进 经济上最 合理的要求 符合优质 高产 安全 低消耗的原则 为此 合理的要求 符合优质 高产 安全 低消耗的原则 为此 必须具体考虑如下几点 必须具体考虑如下几点 2 2 12 2 1 满足工艺和操作的要求满足工艺和操作的要求 所设计出来的流程和设备 首先必须保证产品达到任务所设计出来的流程和设备 首先必须保证产品达到任务 规定的要求 而且质量要稳定 这就要求各流体流量和压头规定的要求 而且质量要稳定 这就要求各流体流量和压头 武汉工程大学邮电与信息工程学院课程设计说明书 5 稳定 入塔料液的温度和状态稳定 从而需要采取相应的措稳定 入塔料液的温度和状态稳定 从而需要采取相应的措 施 其次所定的设计方案需要有一定的操作弹性 各处流量施 其次所定的设计方案需要有一定的操作弹性 各处流量 应能在一定范围内进行调节 必要时传热量也可进行调整 应能在一定范围内进行调节 必要时传热量也可进行调整 因此 在必要的位置上要装置调节阀门 在管路中安装备用因此 在必要的位置上要装置调节阀门 在管路中安装备用 支线 计算传热面积和选取操作指标时 也应考虑到生产上支线 计算传热面积和选取操作指标时 也应考虑到生产上 的可能波动 再其次 要考虑必需装置的仪表的可能波动 再其次 要考虑必需装置的仪表 如温度计 如温度计 压强计 流量计等压强计 流量计等 及其装置的位置 以便能通过这些仪表及其装置的位置 以便能通过这些仪表 来观测生产过程是否正常 从而帮助找出不正常的原因 以来观测生产过程是否正常 从而帮助找出不正常的原因 以 便采取相应措施 便采取相应措施 2 2 22 2 2 满足经济上的要求满足经济上的要求 要节省热能和电能的消耗 减少设备及基建费用 如前要节省热能和电能的消耗 减少设备及基建费用 如前 所述在蒸馏过程中如能适当地利用塔顶 塔底的废热 就能所述在蒸馏过程中如能适当地利用塔顶 塔底的废热 就能 节约很多生蒸汽和冷却水 也能减少电能消耗 又如冷却水节约很多生蒸汽和冷却水 也能减少电能消耗 又如冷却水 出口温度的高低 一方面影响到冷却水用量 另方面也影响出口温度的高低 一方面影响到冷却水用量 另方面也影响 到所需传热面积的大小 即对操作费和设备费都有影响 同到所需传热面积的大小 即对操作费和设备费都有影响 同 样 回流比的大小对操作费和设备费也有很大影响 样 回流比的大小对操作费和设备费也有很大影响 2 2 32 2 3 保证安全生产保证安全生产 例如苯属有毒物料 不能让其蒸汽弥漫车间 又如 塔例如苯属有毒物料 不能让其蒸汽弥漫车间 又如 塔 是指定在常压下操作的 塔内压力过大或塔骤冷而产生真空 是指定在常压下操作的 塔内压力过大或塔骤冷而产生真空 都会使塔受到破坏 因而需要安全装置 都会使塔受到破坏 因而需要安全装置 以上三项原则在生产中都是同样重要的 但在化工原理以上三项原则在生产中都是同样重要的 但在化工原理 课程设计中 对第一个原则应作较多的考虑 对第二个原则课程设计中 对第一个原则应作较多的考虑 对第二个原则 武汉工程大学邮电与信息工程学院课程设计说明书 6 只作定性的考虑 而对第三个原则只要求作一般的考虑 只作定性的考虑 而对第三个原则只要求作一般的考虑 第三章第三章 塔体计算塔体计算 3 13 1 设计方案的确定设计方案的确定 本设计采用连续精馏流程 饱和液体进料 塔顶上升蒸本设计采用连续精馏流程 饱和液体进料 塔顶上升蒸 汽采用全凝器冷凝 冷凝液在泡点下一部分回流至塔内 其汽采用全凝器冷凝 冷凝液在泡点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 该物系属于易分离物余部分经产品冷却器冷却后送至储罐 该物系属于易分离物 系 最小回流比比较小 故操作回流比取最小回流比的系 最小回流比比较小 故操作回流比取最小回流比的 2 倍 塔釜采用饱和蒸汽间接加热 塔底产品冷却后送至储罐 倍 塔釜采用饱和蒸汽间接加热 塔底产品冷却后送至储罐 3 23 2 精馏塔的物料衡算精馏塔的物料衡算 3 2 13 2 1 原料液级塔顶 塔底产品的摩尔分率原料液级塔顶 塔底产品的摩尔分率 苯的摩尔质量苯的摩尔质量 molKgMA 11 78 甲苯的摩尔质量甲苯的摩尔质量 molKgMB 13 92 417 0 13 92 65 0 11 78 35 0 11 78 35 0 F X 987 0 13 92 015 0 11 78 985 0 11 78 985 0 D X 035 0 13 92 97 0 11 78 03 0 11 78 03 0 W X 3 2 23 2 2 原料液及塔顶 塔底产品的平均摩尔质量原料液及塔顶 塔底产品的平均摩尔质量 molKgMF 28 8613 92 417 0 1 11 78417 0 molKgMD 29 7813 92 987 0 1 11 78987 0 武汉工程大学邮电与信息工程学院课程设计说明书 7 molKgMW 64 9113 92 035 0 1 11 78035 0 3 2 33 2 3 物料衡算物料衡算 原料处理量原料处理量 hkmolF 49 80 28 86 6945 总物料衡算总物料衡算 WD 49 80 苯物料衡算苯物料衡算 WD 035 0987 0 417 0 49 80 联立解得联立解得 hkmolW hkmolD 226 48 26 332 武汉工程大学邮电与信息工程学院课程设计说明书 8 第四章第四章 塔板计算塔板计算 4 14 1 塔板数的确定塔板数的确定 4 1 14 1 1 理论板数理论板数的求取的求取 T N 1 相对挥发度的求取相对挥发度的求取 苯的沸点为苯的沸点为 80 1 甲苯额沸点为 甲苯额沸点为 110 63 110 63 1 1 当温度为当温度为 80 1 80 1 时时 006 2 79 220 1 80 033 1211 0355 6 lg AP 591 1 482 219 1 80 8 1344 07954 6 lg BP 解得解得 KPaPA34 101 KPaPB96 38 武汉工程大学邮电与信息工程学院课程设计说明书 9 2 2 当温度为当温度为 110 63 时时 376 2 79 22063 110 033 1211 0355 6 lg AP 006 2 482 21963 110 8 1344 07954 6 lg BP 解得解得 KPaPA95 237 KPaPB34 101 则有则有 600 296 3831 101 1 348 234 10195 237 2 47 2348 2600 2 21 2 最小回流比的求取最小回流比的求取 由于是饱和液体进料 有由于是饱和液体进料 有 q 1 q 线为一垂直线 故线为一垂直线 故 根据相平衡方程有 根据相平衡方程有417 0 FP xx 639 0 417 0 147 2 1 417 0 47 2 1 1 P P P x x y 最小回流比为最小回流比为 57 1 417 0 639 0 639 0 987 0 min PP PD xy yx R 回流比为最小回流比的回流比为最小回流比的 2 倍 即倍 即 14 3 57 122 min RR 3 精馏塔的气 液相负荷精馏塔的气 液相负荷 hKmolRDL 29 10126 3214 3 hKmolDRV 56 13326 34 14 3 1 1 hKmolqFLL 79 18149 8029 101 hKmolVV 56 131 4 操作线方程操作线方程 武汉工程大学邮电与信息工程学院课程设计说明书 10 精馏段操作线方程精馏段操作线方程 238 076 0 114 3 987 0 1014 14 3 11 1 xx R x x R R y n D nn 提馏段操作线方程提馏段操作线方程 013 0 36 1 1 m w mm x WqFL Wx x WqFL qFL y 两操作线交点横坐标为两操作线交点横坐标为 417 0 114 3 417 0 114 3 1 1 qR xqxR x DF f 理论板计算过程如下理论板计算过程如下 武汉工程大学邮电与信息工程学院课程设计说明书 11 W f D xxy xy xy xy xy xxy xy xy xy xy xy xy xxy 035 0 06 0 054 0 123 0 1 0215 0 168 0 332 0 254 0 457 0 346 0 567 0 433 0 654 0 548 0 751 0 675 0 838 0 79 0 903 0 886 0 949 0 936 0 974 0 968 0 987 0 1313 1212 1111 1010 99 88 77 66 55 44 33 22 11 相平衡 相平衡 相平衡 相平衡 相平衡 相平衡 相平衡 相平衡 相平衡 相平衡 相平衡 相平衡 相平衡 总理论板数为总理论板数为 13 包括蒸馏釜 包括蒸馏釜 精馏段理论板数为 精馏段理论板数为 7 第 第 8 块板为进料板 块板为进料板 4 1 24 1 2 实际板数的求取实际板数的求取 取全塔效率为取全塔效率为 0 52 则有 则有 1446 1352 0 7 精 N 1061 9 52 0 5 提 N 武汉工程大学邮电与信息工程学院课程设计说明书 12 4 24 2 精馏段的计算精馏段的计算 4 2 14 2 1 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 1 操作压力的计算操作压力的计算 塔顶的操作压力塔顶的操作压力 KPaPD 3 1054 3 101 每层塔板的压降每层塔板的压降 KPaP7 0 进料板压力进料板压力 KPaPF 1 115147 03 105 精馏段平均压力精馏段平均压力 KPa Pm2 1102 11153 105 2 操作温度的计算操作温度的计算 依据操作压力 由泡点方程通过试差法计算出泡点温度 依据操作压力 由泡点方程通过试差法计算出泡点温度 其中苯 甲苯的饱和蒸汽有安托尼方程计算 计算结果如下 其中苯 甲苯的饱和蒸汽有安托尼方程计算 计算结果如下 塔顶温度塔顶温度 CtD 49 80 进料板温度进料板温度 CtF 72 94 精馏段平均温度精馏段平均温度 Ctm 6 872 72 9449 80 3 平均摩尔质量计算平均摩尔质量计算 塔顶平均摩尔质量的计算塔顶平均摩尔质量的计算 由理论板的计算过程可知 由理论板的计算过程可知 987 0 1 D xy968 0 1 x molKgMVDm 29 7813 92 987 0 1 11 78987 0 molKgMLDm 56 7813 92 968 0 1 11 78968 0 进料板平均摩尔质量的计算进料板平均摩尔质量的计算 武汉工程大学邮电与信息工程学院课程设计说明书 13 由理论板的计算过程可知 由理论板的计算过程可知 697 0 F y417 0 F x molKgMVFm 36 8213 92 697 0 1 11 78697 0 molKgMLFm 28 8613 92 417 0 1 11 78417 0 精馏段的平均摩尔质量为精馏段的平均摩尔质量为 molKgM Vm 33 802 36 8229 78 molKgM Lm 42 822 28 8656 79 4 平均密度计算平均密度计算 气相平均密度计算气相平均密度计算 由理想气体状态方程式计算 即由理想气体状态方程式计算 即 3 93 2 15 27386 89 314 8 33 80 2 110 mKg RT Mp m Vmm Vm 液相平均密度计算液相平均密度计算 液相平均密度计算依下式计算 即 液相平均密度计算依下式计算 即 LB B LA A Lm aa 1 塔顶液相平均密度的计算 塔顶液相平均密度的计算 由由 查液体在不同温度下的密度表得 查液体在不同温度下的密度表得 CtD 49 80 3 5 813mKg A 3 9 808mKg B 9 808 015 0 5 813 985 0 1 LDm 3 44 813mKg LDm 进料板液相平均密度的计算 进料板液相平均密度的计算 由由 查液体在不同温度下的密度表得 查液体在不同温度下的密度表得 CtF 72 94 3 5 794mKg A 3 5 791mKg B 武汉工程大学邮电与信息工程学院课程设计说明书 14 377 0 13 92 417 0 1 11 78417 0 11 78417 0 A a 5 791 623 0 5 794 377 0 1 LFm 3 6 792mKg LDm 精馏段的平均密度为 精馏段的平均密度为 3 03 8032 6 79244 813 mKg Lm 5 液体平均表面张力的计算液体平均表面张力的计算 液相平均表面张力依下式计算 即 液相平均表面张力依下式计算 即 n i iiLm x 1 塔顶液相平均表面张力的计算 塔顶液相平均表面张力的计算 由由 查液体表面张力共线图得 查液体表面张力共线图得 CtD 49 80 mmN A 32 21 mmN B 52 21 mmN LDm 32 2152 21 987 0 1 32 21987 0 进料板液相平均表面张力的计算 进料板液相平均表面张力的计算 由由 查液体表面张力共线图得 查液体表面张力共线图得 CtF 72 94 mmN A 20 19 mmN B 12 21 mmN LFm 32 2012 21 417 0 1 2 19417 0 精馏段平均表面张力为 精馏段平均表面张力为 mmN Lm 82 202 32 2032 21 6 液体平均黏度计算液体平均黏度计算 液相平均黏度依下式计算 即 液相平均黏度依下式计算 即 iiLm x lglg 塔顶液相平均黏度的计算 塔顶液相平均黏度的计算 武汉工程大学邮电与信息工程学院课程设计说明书 15 由由 查气体黏度共线图得 查气体黏度共线图得 CtD 49 82 smPa A 301 0 smPa B 315 0 315 0 lg013 0 301 0 lg987 0 lg LDm smPa LDm 301 0 精馏段液相平均黏度的计算 精馏段液相平均黏度的计算 由由 查气体黏度共线图得 查气体黏度共线图得 CtF 72 94 sPa A 261 0 smPa B 271 0 271 0 lg583 0 261 0 lg417 0 lg LFm smPa LFm 266 0 精馏段液相平均黏度为 精馏段液相平均黏度为 smPa Lm 284 0 2 266 0 301 0 4 2 24 2 2 精馏塔的塔体工艺尺寸计算精馏塔的塔体工艺尺寸计算 1 塔径的计算塔径的计算 精馏段的气 液相体积流率为 精馏段的气 液相体积流率为 sm VM V Vm Vm S 017 1 93 2 3600 56 13333 80 3600 3 sm LM L Lm Lm S 0029 0 03 8033600 42 8229 101 3600 3 由由 式中 式中 C 由由求取 其中求取 其中由筛板由筛板 V VL Cu max 2 0 20 20 L CC 20 C 塔汽液负荷因子曲线图查取 图横坐标为塔汽液负荷因子曲线图查取 图横坐标为 0472 0 93 2 03 803 3600017 1 36000029 0 2 1 2 1 V L h h V L 取板间距取板间距 板上液层高度 板上液层高度 则 则mHT4 0 mhL06 0 mhH LT 34 006 04 0 武汉工程大学邮电与信息工程学院课程设计说明书 16 查筛板塔汽液负荷因子曲线图得查筛板塔汽液负荷因子曲线图得070 0 20 C 071 0 20 82 20 070 0 20 070 0 2 02 0 L C smCu V VL 302 1 87 2 87 2 2 808 0777 0 max 取安全系数为取安全系数为 0 7 则空塔气速为 则空塔气速为 smuu 821 0 173 1 7 07 0 max m u V D S 256 1 821 0 14 3 017 1 44 按标准塔径圆整后为按标准塔径圆整后为 mD4 1 塔截面积为 塔截面积为 222 593 1 4 1785 0 785 0 mDAT sm A v u T S 661 0 593 1 017 1 2 精馏塔有效高度的计算精馏塔有效高度的计算 精馏段有效高度为 精馏段有效高度为 m2 54 01 141 精精T HNZ 提馏段有效高度为 提馏段有效高度为 m6 34 01 101 提提T HNZ 在进料板上方开一人孔 其高度为在进料板上方开一人孔 其高度为 0 8m 故精馏塔的有效 故精馏塔的有效 高度为 高度为 m6 98 06 32 58 0 提精 ZZZ 4 2 3 4 2 3 塔板主要工艺尺寸的计算塔板主要工艺尺寸的计算 1 溢流装置计算溢流装置计算 武汉工程大学邮电与信息工程学院课程设计说明书 17 因塔径因塔径 可选用单溢流弓形降液管 采用凹形受液 可选用单溢流弓形降液管 采用凹形受液mD4 1 盘 各项计算如下 盘 各项计算如下 1 堰长堰长 w l 取取 mDlw924 0 4 166 0 66 0 2 溢流堰高度溢流堰高度 w h 由由 选用平直堰 堰上液层高度 选用平直堰 堰上液层高度由下式计算 由下式计算 owLow hhh ow h 即 即 3 2 1000 84 2 w h ow l L Eh 近似取近似取 E 1 则 则mhow014 0 924 0 36000029 0 1 1000 84 2 3 2 取板上清液层高度取板上清液层高度mmhL60 故故mhhh owLw 046 0 014 0 06 0 3 弓形降液管宽度弓形降液管宽度和截面积和截面积 d W f A 由由 查弓形降液管参数图得 查弓形降液管参数图得 66 0 D lw 0722 0 T f A A 124 0 D Wd 则 则 2 111 0 539 1 0722 0 mAf mWd1736 0 4 1124 0 验算液体在降液管中停留时间 即 验算液体在降液管中停留时间 即 ss L HA h Tf 5 3 15 36000029 0 4 0111 0 3600 3600 故降液管设计合理 故降液管设计合理 4 降液管底隙的流速降液管底隙的流速 则 则 smu 08 0 0 m ul L h w h 039 0 08 0 924 0 3600 36000029 0 3600 0 0 mmhhw006 0 007 0039 0 046 0 0 武汉工程大学邮电与信息工程学院课程设计说明书 18 故降液管底隙高度设计合理 故降液管底隙高度设计合理 选用凹形受液盘 深度选用凹形受液盘 深度 mmh w 50 2 塔板布置塔板布置 塔板的分块 因塔板的分块 因 故塔板采用分块式 查塔板 故塔板采用分块式 查塔板mmD800 块数表得塔板分为块数表得塔板分为 4 块 块 边缘区宽度确定 边缘区宽度确定 取取 mWW ss 065 0 mWc035 0 开孔区面积计算 开孔区面积开孔区面积计算 开孔区面积计算为 计算为 a A sin 180 2 1222 r x rxrxAa 其中其中 mWW D x sd 511 0 065 0 124 0 7 0 2 mW D r c 665 0 035 0 7 0 2 故故 21222 210 1 665 0 511 0 sin665 0 180 14 3 511 0 665 0 511 0 2mAa 筛孔计算及其排列 由于苯和甲苯没有腐蚀性 可选用筛孔计算及其排列 由于苯和甲苯没有腐蚀性 可选用 碳钢板 取筛孔直径碳钢板 取筛孔直径 筛孔按正三角形排列 筛孔按正三角形排列 mm3 mmd5 0 取孔中心距取孔中心距 t 为 为 mmdt15533 0 筛孔数目筛孔数目 n 为 为 个6211 015 0 210 0 155 1 155 1 2 2 t A n a 开孔率为 开孔率为 1 10 15 5 907 0 907 0 22 00 t d A A a 武汉工程大学邮电与信息工程学院课程设计说明书 19 气体通过筛孔的气速为 气体通过筛孔的气速为 sm A V u s 32 8 210 1 101 0 017 1 0 0 4 2 4 4 2 4 筛板的流体力学验算筛板的流体力学验算 1 塔板压降塔板压降 干板阻力干板阻力计算 干板阻力由下式计算 计算 干板阻力由下式计算 c h 2 0 0 2 1 C u g h L V c 由由 查筛板塔汽液负荷因子曲线图得 查筛板塔汽液负荷因子曲线图得67 1 35 0 d772 0 0 C 故故液柱mhc0216 0 772 0 32 8 03 803 93 2 051 0 2 气体通过液层的阻力气体通过液层的阻力 计算 气体通过液层的阻力计算 气体通过液层的阻力由由 l h L h 下式计算 即下式计算 即 L hh 1 sm AA V u fT s a 712 0 111 0 539 1 017 1 22 1 93 2712 0 2121 0 mskguF Va 查充气系数关联图得查充气系数关联图得 61 0 故故 液柱mhh L 0367 0 014 0 046 0 61 0 1 液体表面张力的阻力液体表面张力的阻力计算 液体表面张力所产生的阻计算 液体表面张力所产生的阻 h 力力由下式计算 即 由下式计算 即 h 液柱m gd h L L 0021 0 005 0 81 9 03 803 1082 2044 3 0 气体通过每层塔板的液柱高度气体通过每层塔板的液柱高度按下式计算 按下式计算 p h 武汉工程大学邮电与信息工程学院课程设计说明书 20 液柱mhhhh lcp 0604 0 0021 0 0367 0 0216 0 气体通过每层塔板的压降为 气体通过每层塔板的压降为 KpaPaghp Lpp 7 0 8 47581 9 03 8030604 0 2 液面落差液面落差 对于筛板塔 液面落差很小 且本设计的塔径和液流量对于筛板塔 液面落差很小 且本设计的塔径和液流量 均不大 故可忽略液面落差的影响 均不大 故可忽略液面落差的影响 3 液沫夹带液沫夹带 液沫夹带按下式计算 液沫夹带按下式计算 气液 气液 KgKg KgKg hH u e LT a L V 1 0 0078 0 06 0 5 240 0 712 0 1082 20 107 5 5 2 107 5 2 3 3 6 2 3 6 故在本设计中液沫夹带量故在本设计中液沫夹带量在允许的范围内 在允许的范围内 V e 4 漏液漏液 对筛板塔 漏液点气速对筛板塔 漏液点气速按下式计算 按下式计算 min 0 u sm hhCAVu VLLs 2978 5 93 2 03 803 0021 0 06 0 13 0 0056 0 772 0 4 4 13 0 0056 0 4 4 00min min 0 实际孔速实际孔速 min 0 0 32 8 usmu 稳定系数为稳定系数为5 157 1 2978 5 32 8 min 0 0 uuK 故在本设计中无明显漏液 故在本设计中无明显漏液 5 液泛液泛 为防止塔内发生液泛 降液管内液层高为防止塔内发生液泛 降液管内液层高应服从下式所表应服从下式所表 d H 示的关系 即 示的关系 即 wTd hHH 武汉工程大学邮电与信息工程学院课程设计说明书 21 苯苯 甲苯物系属一般物系 取甲苯物系属一般物系 取 则 则 5 0 液柱mhH wT 223 0 046 04 0 5 0 而而 dLpd hhhH 板上不设进口堰 板上不设进口堰 按下式计算 按下式计算 d h 液柱muhd00056 0 0604 0 153 0 153 0 2 2 0 液柱mHd121 0 00056 0 06 0 0604 0 故本设计中不会发生液泛现象 故本设计中不会发生液泛现象 wTd hHH 4 2 5 4 2 5 精馏段塔板负荷性能图精馏段塔板负荷性能图 1 漏液线漏液线 由由 VLowws hhhCAVu 13 00056 0 4 4 00min min 0 32 1000 84 2 w h ow l L Eh 得 得 32 32 32 00min 0 0914 0 0096 087 6 93 2 03 803 0216 0 924 0 3600 1 1000 84 2 046 0 13 0 0056 0 210 1101 0 772 0 4 4 1000 84 2 13 0 0056 0 4 4 S s VL w h ws L L h l L EhACV 在操作范围内 任取几个在操作范围内 任取几个值 依上式计算出值 依上式计算出值 计算结值 计算结 s L s V 果列于下表果列于下表 表表 4 1 漏液线计算结果漏液线计算结果 0 0006 0 0030 0 0045 3 smLs 0 014 0 696 0 737 3 smVs 武汉工程大学邮电与信息工程学院课程设计说明书 22 0 755 0 839 由上表数据即可作出漏液线由上表数据即可作出漏液线 1 2 液沫夹带线液沫夹带线 以以为限 求为限 求关系如下 关系如下 气液 kg 1 0 kgev ss LV 由由 1 0 2 2285 0 373 1 1082 20

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