《化工原理》课程设计

《化工原理》课程设计

一．任务书

1．设计任务

题目：浮阀式连续精馏塔

数据：处理量：年处理含苯40％（质量分率，以下同）苯－甲苯混合液120000（80000、50000、30000）吨。

物料温度：20℃

操作要求：常压精馏、塔顶产品含苯97％、塔低产品含苯＜2％。间接蒸汽加热，加热蒸汽为饱和水蒸气，压强400Kpa（绝压）。冷却水入口温度15℃。年工作天数300天。

二．设计内容

1．工艺流程选定

2．精馏塔工艺尺寸计算及塔板结构计算

3．塔板构造图（2＃图）

4．工艺流程图（方格纸）

三．目的

1．培养运用所学知识，特别是《化工原理》解决化工实际问题的能力。

2．学到进行化工设计的基本程序。

3．训练查阅技术资料，选用公式、数据计算的能力。

4．要有正确的设计思想，考虑到技术上的可行性，经济上的合理性。

5．用简捷的文字和图表表达设计结果。

四．精馏塔设计的基本内容和要求

1．设计内容

①选定精馏方案

②进行精馏塔工艺计算，结构设计

③将设计结果编写成设计说明书，绘制设备图（1张）

④附属设备的计算和选型

2．设计说明书的内容

①设计题目（任务书）

②说明书的目录（标题、页次）

③精馏方案的说明论证（附一流程图）包括进料状态；产品的冷凝、冷却；

塔型的优点；塔低加热方式等

④工艺计算包括物料衡算、塔板数求算、进料位置确定

⑤精馏塔板设计（包括H T、D、塔板布置）

⑥辅助设备的选型设计（冷凝器、接管尺寸）

⑦设计结果汇总（课本P176）

⑧结束语（设计的自我评述和有关问题的分析讨论）

⑨设计参考资料（书名、作者、出版单位）

五．注意事项

1．设计不同于解题，答案不是唯一的。

2．要有严肃认真的态度，训练独立分析讨论问题的能力。

3．整个设计由论述、计算、画图三部分组成，三者同等重要。

板式精馏塔设计

一．生产工艺流程设计

化工装置设计中，生产工艺流程设计的目的是，确定生产方式之后，以流程图的形式表示出由原料到产品的整个生产过程中物料被加工的顺序，及各段物料的流向。并表示出生产中采用的化工操作单元及设备。

1．化工工艺流程草图

便于进行物料衡算和热量衡算。定性地标出物料由原料转化为产品的变化、流向及所采用的化工过程及设备。

2．带控制点的流程图

此图表示出全部工艺设备、物料管线、阀件、设备的辅助管线以及工艺和自控仪表、图例、符号等。

二．精馏塔的工艺设计

1．流程的选择

精馏装置是由精馏塔、再沸器、冷凝器等设备组成。精馏塔消耗的热量很多，

绝大部分用于反复蒸发回流液，其余被塔顶冷凝器中的冷却水及残液冷却剂带走。塔的热效率低，节能是确定流程时应考虑的一个重要问题。从经济方面考虑，尽量利用整个系统的热能，降低费用；另一方面要考虑操作的稳定性，保证质量。例如：塔顶蒸汽冷凝放出大量热，但能位低，不能作塔釜热源；釜残液温度虽高，若直接预热料液，传热系数小（液—液换热）且采用温控措施。总之在确定流程时需要考虑经济和操作控制等因素。

2．塔压的选择

确定操作压力时，应根据精馏物料的工艺特性，兼技术上的可行性和经济上的合理性进行考虑。一般除热敏性物料外，凡常压精馏能达到要求的都应采用常压，对热敏性或混合液沸点过高宜采用减压，对常压下气态物料应采用加压精馏。

3．进料状态

料液的热状态与所需的塔板数目、加料板的位置及塔径的大小有密切的关系。五种进料状况中以泡点进料最常见。这种进料的优点是塔的操作易控制，不受季节气温变化的影响，而且精馏段、提馏段可采用相同的塔径，在设计和制造上较为方便，但需增设预热器。

4．加热方式

蒸馏釜的加热方式大都采用间接蒸汽加热，设置再沸器。

5．回流比的选择

回流比R不仅影响理论塔板数，还影响加热蒸汽量和冷却水的消耗量，影响塔径、再沸器和冷凝器的尺寸及塔板的结构尺寸等。

选择适宜的回流比，主要从经济观点出发，力求使设备费和操作费之和最低。

初设计时采用经验值R＝（1.1～2.0）R

min 。R

min

对于泡点加料可用公式计算。

6．估算塔板效率

塔板效率的确定对设计能否满足生产要求有很重要的意义。由于影响效率的因素复杂，一般采用经验值，或用经验公式和关联图来计算。

本设计采用《化工过程及设备设计》P166图4.5（奥康奈尔精馏塔效率关联图）来估算塔效率。

E

T

——全塔效率

α——塔顶、塔低平均温度下的相对挥发度，也可取塔顶、塔低挥发度的平均值。

α＝√α顶α底

对于理想物系α＝p A 0/p B o

p A 0、 p B o ——A 、B 纯组分的饱和蒸汽压，可用安托尼方程求得

0log B

p A t C

=-

+ t ——物系温度℃ p 0——饱和蒸汽压KP a A 、B 、C ——安托尼常数

苯－甲苯的安托尼常数表

μL ——取塔顶、塔低平均温度下，根据进料组成计算的液体平均粘度mP a s

∑Ｌｉ

Ｌｉμ＝ｘμ μLi ——液态组分i 的粘度mP a s ，温度取平均值；

x i ——进料中组分的摩尔分率 也可用公式

－０．２４５

Ｔ

ＬＥ＝０．４９（αμ） 7．实际板数计算

T P T

N N E =

8.塔高计算

H=(n-n f -n p -1)H T +H d +H b +n f H f +n p H p H ——塔高（不包括裙座）m

H d ——塔顶空间（不包括封盖部分）m