第一篇化工原理课程设计任务书1.1设计题目苯-甲苯连续精馏（浮阀）塔的设计1.2设计任务1、精馏塔设计的工艺计算及塔设备计算（1）流程及操作条件的确定；物料衡算及热量衡算；（2）塔板数的计算；（3）塔板结构设计（塔板结构参数的确定、流动现象校核、负荷性能图）；（4）塔体各接管尺寸的确定；（5）冷却剂与加热剂消耗量的估算。
2.设计说明及讨论3.绘制设计图（1）流程图（A4纸）；（2）塔盘布置图（8开坐标纸）；（3）工艺条件图（1号绘图纸）。
1.3原始设计数据1、原料液：苯-甲苯，其中苯含量为35 %（质量），常温；2、馏出液含苯：99.2 %（质量）；3、残液含苯： 0.5 %（质量）；4、生产能力：4000 (kg/h).第二篇流程及流程说明为了能使生产任务长期固定，适宜采用连续精流流程。
贮罐中的原料液用机泵泵入精馏塔，塔釜再沸器用低压蒸汽作为热源加热料液，精馏塔塔顶设有全凝器，冷凝液部分利用重力泡点回流部分连续采出到产品罐（具体流程见附图）。
在流程确定方案选择上，本设计尽可能的减少固定投资，降低操作费用，以期提高经济效益。
1、加料方式的选择：设计任务年产量虽小，但每小时4000Kg的进料量，为维持生产稳定，采用高位槽进料，从减少固定投资，提高经济效益的角度出发，选用泡点进料的加料方式。
2、回流方式的选择：塔的生产负荷不大，从降低操作费用的角度出发，使用列管式冷凝器，利用重力泡点回流,同时也减少了固定投资。
3、再沸器的选择：塔釜再沸器采用卧式换热器，使用低压蒸汽作为热源，做到了不同品位能源的综合利用，大大降低了能源的消耗量。
第三篇 设计计算3.1全塔的物料衡算1、将任务书中的质量分数换算成摩尔分数，进料h km ol 4000=F35%78.110.33835%78.1165%92.13F x ==+（摩尔百分数）0.5%78.110.005890.5%99.5%92.13W x ==+（摩尔百分数）99.2%78.110.99399.2%78.110.8%92.13D x ==+（摩尔百分数）2、求平均分子量，将h kg 换算成 h km ol进料处: 78.110.38892.130.61286.69kg kmol F M =⨯+⨯= 塔顶处: 78.110.99392.130.00778.21kg kmol D M =⨯+⨯= 塔釜处: 78.110.0058992.130.9941192.05kg kmol W M =⨯+⨯= 进料: kmol/h 46.144000/86.69==F 3、全塔的物料衡算由物料衡算得：F F DF W DF x W x D x =+⎧⎨⨯=⨯+⨯⎩代入数据得： ⎩⎨⎧⨯+⨯=⨯+=993.000589.0388.014.4614.46D W DW解之得： ⎩⎨⎧==h kmol 86.17hkmol 28.28D W3.2相对挥发度α及回流比Rα：1、求全塔平均相对挥发度表3-11 2 3 4 5 6 7 8 9 t C。
80.1 84 88 92 96 100 104 108 110.6 x 1.000 0.816 0.651 0.504 0.373 0.257 0.152 0.057 0 y 1.000 0.919 0.825 0.717 0.594 0.456 0.300 0.125 0（1）塔内温度的计算：采用内插法计算塔内的温度1）塔顶：由于采用全凝器，因此10.993D x y ==。
查表可知，在80.1℃与84℃之间，y 值很接近，因此这两点之间可近似看作为直线，设此直线方程为：t ky b =+，代入80.1℃与84℃时的y 值：⎩⎨⎧+⨯=+=b k b k 919.0841.80 解得：⎩⎨⎧=-=25.12815.48b k 即直线方程为：48.15128.25t y =-+ 将y 1=0.993代入方程解得t 1=t D =80.39℃ 2）塔底：x W ＝0.00589，设直线方程为：t=kx+b ，代入108℃与110.6℃时的x 值：⎩⎨⎧=+=b b k 6.110057.0108 解得：⎩⎨⎧=-=6.1106.45b k 所以直线方程为：t=-45.6x+110.6 将x W ＝0.00589代入方程解出t W =110.3℃。
3）进料：F x =0.388，设直线方程为t=kx+b ，代入92℃到96℃的x 值：⎩⎨⎧+=+=b k b k 373.096504.092 解得：⎩⎨⎧=-=4.1075.30b k 所以直线方程为：t=-30.5x+107.4 将F x ＝0.388代入方程解出t F =95.57℃。
所以全塔的平均温度 t =357.953.11039.80++=95.42℃（2）塔内平均相对挥发度：采用内插法计算塔内平均温度下的相对挥发度设直线方程x=kt+b,代入92℃到96℃之间的x 的值⎩⎨⎧+=+=b k b k 96373.092504.0 解得：⎩⎨⎧=-=517.303275.0b k 所以直线方程为：x=-0.03275t+3.517 将t =95.42℃代入方程解出x =0.392设直线方程y=kt+b,代入92℃到96℃之间的y 的值⎩⎨⎧+=+=b k b k 96594.092717.0 解得：⎩⎨⎧=-=546.303075.0b k 所以直线方程为：y=-0.03075t+3.546 将t =95.42℃代入方程解出y =0.612 ∵y -1y =xx-1α 将x =0.392，y =0.612代入 得：α=2.452、求回流比R （1）最小回流比Rmin由y -1y =xx -1α，代入α=2.45整理得：y=x 45.112.45x + ○1 由于采用泡点进料，所以q=1,故q 线方程为x e =F x =0.388 ○2 联立○1、○2 ，求解得：⎩⎨⎧==608.0388.0e e y xR min ＝75.1388.0608.0608.0993.0=--=--e e e D x y y x（2）确定最适宜操作回流比R一般取R ＝（1.2～2.0）R min ，然后在其间取适当值，通过计算作图，从而找出最适宜操作回流比R 。
其中X=1R -R min +R ，Y=1N -N min+N ，Y=)1(75.0567.0X - N min =--•-αlg /)11lg(ww D Dx x x x 由下表3-2可以看出，当R=1.35R min =2.50时，所得的回流比费用最小，即最适宜回流比R=2.50。
表3-23.3求理论塔板数求解方法：采用逐板法计算理论板数，交替使用操作线方程和相平衡关系。
精馏段：操作线方程：D n n x R x R R y 1111+++=+将R=2.50代入方程得：150.2993.0150.250.21+++=+nn x y 即：284.0714.01+=+n n x y相平衡关系为： xy 45.112.45x+=⇒ x=y 45.145.2y -对于第一层塔板：ｙ１＝ｘＤ＝0.993 ，由相平衡关系求得：x １=0.983 (其中相对挥发度取 2.45)。
将x１代入操作线方程得：y 2=0.714×0.983+0.284=0.986。
然后再次应用相平衡关系即可求得x 2=0.966（之后α取全塔平均相对挥发度）。
依次求解可求得其他值，如下表所列：表3-3y 1 0.993 x 1 0.983 y 2 0.986 x 2 0.966 y 3 0.974 x 3 0.939 y 4 0.954 x 4 0.894 y 5 0.922 x 5 0.828 y 6 0.875 x 6 0.741 y 7 0.813 x 7 0.640 y 8 0.741 x 8 0.539 Y 9 0.669 x 9 0.452 y 100.607x 100.387x y n n -⇒1(利用操作线方程)y x n n ⇒(利用相平衡关系)由表可以看出，x 9>x e >x 10,因此第10层为进料层，从第10层开始进入提镏段。
提镏段：操作线方程：W n nx WL Wx W L L y -'-'-''='+1其中：L=RD=2.50×17.86=44.65 kmol/hqF L L +='=90.79 koml/hq=1代入方程得：00266.0452.11-'='+n nx y 将x 10代入提馏段操作线方程方程求得y 11=0.559，之后用相平衡关系即可求得x 11=0.341。
同理可求出其他值，如下表所列：表3-4由表可看出x 20> W x >x 21，因此理论减去塔釜相当的一层塔板，理论塔板数在19和20块之间，又：212020x x x x w --=00326.000730.00.00589-0.00730-=0.35，所以理论塔板数为19.35块（不含塔釜）。
其中精馏段9块，提馏段10.35块，第10块为进料板。
3.4 确定全塔效率E T 并求解实际塔板数1、确定全塔效率 利用奥康奈尔的经验公式()245.049.0-=L T E αμ其中：α—全塔平均温度下的平均相对挥发度；μL —全塔平均温度下的液相粘度, mPa.s ；对于多组分的液相粘度：μμL i Li x =∑其中：μLi —液态组分i 的粘度, mPa.s ；x i — 液相中组分i 的摩尔分率；（1）全塔平均温度的求解：查表3-1，采用内插法求得:塔顶温度：t D =80.39℃ 进料温度：t F =95.57℃ 塔底温度：t W =110.3℃ 精馏段平均温度为：98.87257.9539.80=+=m t ℃提馏段平均温度为：94.10223.11057.95=+='mt ℃全塔平均温度为：42.95=t ℃（2）全塔平均温度下的相对挥发度的求解：用内插法求得当t =95.42℃时，x =0.392,y =0.612,（3）全塔平均温度下的液相粘度的求解：根据液体粘度共线图查得：在95.42℃下， 苯液体的粘度为μ1=0.234 mPa.s ， 甲苯的液体粘度为μ2=0.264 mPa.s ∴μμL iLix =∑=0.392⨯0.234+（1-0.392）⨯0.264=0.252mPa.s因此()245.049.0-=L T E αμ=()245.0252.045.249.0-⨯=0.5522、确定实际塔板数实际板数：05.35552.035.19===T T E N N ，取36块。