化工原理课程设计

目录

一、化工原理课程设计任务书 (2)

1.设计条件 (2)

2. 设计内容 (2)

二、文献综述 (3)

三、设计方案的确定及工艺流程图 (5)

1.浮阀筛板塔流程工艺图 (5)

2. 设计方案的确定 (5)

3.确定设计方案的原则 (6)

四、塔体计算 (8)

1.精馏塔的物料衡算 (8)

N的求取： (8)

2.理论板数T

3.塔板计算及板间距计算: (12)

4.塔板布置 (15)

五、对精馏段塔板进行流体力学验算及负荷性能图核算 (18)

1.精馏塔段流体力学验算： (18)

2.精馏段进行塔板负荷性能的核算 (19)

六、提馏段流力学验算及负荷性能核算 (22)

1.提馏塔段流体力学验算： (22)

2. 提留段塔板负荷性能核算 (23)

七、辅助设备大概计算 (26)

1.预热器热负荷及换热面积计算： (26)

2.冷凝器热负荷及换热面积计算： (27)

3.再沸器热负荷及换热面积计算： (27)

八、设计结果一览表 (28)

九、总结 (29)

十、参考文献 (31)

一、化工原理课程设计任务书

1.设计条件

2.设计内容

1）设计方案的确定及流程说明

2）塔的工艺计算

3）塔与塔主要工艺尺寸的设计

（1）塔高、塔径及塔板尺寸结构的确定

（2）塔板的流体力学验算

（3）塔板的负荷性能图

4）设计结果概要或设计一览表

5）辅助设备选择及说明

6）生产工艺流程图及精馏塔的工艺条件图

7) 对本设计的评述或有关问题的分析讨论 工厂选择 武汉地区

精馏对象 甲苯—邻二甲苯

精馏塔类型 浮阀筛板塔

进料量 F=12 (t/h)

残液组成 X W =0.045

进料组成 x F =0.42

进料热状态 q=0.6

单板压降 ≤0.7kPa

产品要求 X D =0.92

操作条件 常压精馏（塔顶表压4MPa ）

二、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：（1）生产能力大；（2）传热、传质效率高；（3）气流的摩擦阻力小；（4）操作稳定，适应性强，操作弹性大；（5）结构简单，材料耗用量少；（6）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。

板式塔大致可分为两类：（1）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、S型、多降液管塔板；（2）无降液管的塔板，如穿流式筛板（栅板）、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。

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-95 ℃，沸点为111 ℃。甲苯带有一种特殊的芳香味（与苯的气味类似），在常温常压下是一种无色透明，清澈如水的液体，密度为0．866克／厘米3，对光有很强的折射作用（折射率：1,4961）。甲苯几乎不溶于水(0,52 g/l)，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40.940 kJ/kg，闪点为 4 ℃，燃点为535 ℃。邻二甲苯无色透明液体，有类似甲苯的臭味。密度0.88(水＝1)、3.66(空气＝1)，凝固点-25.5℃，沸点144.4℃，闪点30℃，自燃点463℃，爆炸极限1％～7％。用作溶剂和涂料生产。

分离甲苯与邻二甲苯，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。

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，形成气液密切接触的泡沫层（或喷射的液滴群）。筛板塔是1932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。

三、设计方案的确定及工艺流程图

1.浮阀筛板塔流程工艺图

2.设计方案的确定

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。下面结合课程设计的需要，对某些问题作些阐述。

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和经济上的合理性进行考虑。例如，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，但压力降低将导致塔径增加，同时还需要使用抽真空的设备。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，从而减少蒸馏的能量消耗。

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。

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，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液柱静压力。对于甲苯-邻二甲苯溶液，一般采用1.1~2.0KPa（表压）。

3.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，必须具体考虑如下几点：

1）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规定的要求，而且质量要稳定，这就要求各流体流量和压头稳定，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