课程设计任务书课程名称综合课程设计1 课程代码80s06210设计时间指导教师专业班级一、课程设计任务（题目）及要求（一）设计任务：筛板塔设计在一常压操作的连续精馏塔内分离苯、甲苯混合物，原料液处理量为5500kg/h、组成为0.5(苯的质量分数，下同)，要求塔顶馏出液的组成为0.96，塔底釜液的组成为0.01。

设计条件如下：操作压力4kPa(塔顶表压)进料热状况自选回流比自选单板压降≤0.7kPa全塔效率E T=52%气候条件忽略试根据上述工艺条件作出筛板塔的设计计算。

设计基本资料见主要参考资料。

（二）设计要求1、学生应在老师指导下独立完成，题目不可更换。

2、查阅相关资料，自学具体课题中涉及到的新知识。

3、最后提交的课程设计成果包括：a) 课程设计说明书纸质文件。

b) 课程设计说明书电子文件。

c) 课程设计计算电子表格文件。

二、对课程设计成果的要求（包括课程设计说明书、图纸、图表、实物等软硬件要求）1、分析课程设计题目的要求；2、写出详细设计说明；3、写出详细计算过程、经验值的取舍依据；4、设计完成后提交课程设计说明书；5、设计说明书应内容充实、写作规范、项目填写正确完整、书面整洁、版面编排符合要求。

6、计算过程使用的符号符合参考资料中的要求，设计内容按参考资料[2]121页设计示例执行。

理论塔板数的求取用逐板计算法。

A f和W d的求取按自己推导的公式进行。

三、主要参考资料[1] 贾绍义，柴诚敬.化工原理课程设计.天津大学出版社,2002年6月.[2] 陈敏恒，潘鹤林.化工原理（少学时）.华东理工大学出版社，2008年8月.指导教师（签名）：教研室主任（签名）：安阳工学院化工原理课程设计说明书系别：化学与环境工程学院专业： 09级有机化工生产技术2班学生姓名：王馨锐指导教师：黄建平2011年 5月日摘要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﹑石油化工等工业中得到广泛的应用。

本设计的题目是苯—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。

关键词：板式塔；苯--甲苯；工艺计算；结构图目录一设计方案的确定 (1)二精馏塔的物料算 (1)1、原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 (1)2、原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 (1)3、物料衡算 (1)三塔板数的确定.......................................................................................................... .(2)1、理论板层数N T的求取 (2)1. 1求最小回流比及操作回流比 (2)1. 2求精馏塔的气，液相负荷 (2)1. 3求操作线方程 (2)1. 4逐板法计算理论板数 (2)2、实际板层数的求取 (3)四精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算（以精馏段为例） (4)1、操作压力计算 (4)2、操作温度计算 (4)3、平均摩尔质量计算 (4)4、平均密度计算 (5)5、液体平均表面张力计算 (6)6、液体平均粘度计算 (6)五精馏塔塔体工艺尺寸计算 (7)1、塔径的计算 (7)2、精馏塔有效高度计算 (8)六塔板主要工艺尺寸计算 (8)1、溢流装置计算............................................................................................... . (8)1. 1堰长l w. (8)1. 2溢流堰高度 (8)1. 3弓形降液管宽度W d和截面积A t (8)1. 4降液管底隙高度h0 (9)2、塔板布置 (9)2.1塔板的分块 (9)2.2边缘区宽度确定 (9)3.3开孔区面积计算................................................................................ .. (9)4.4筛孔计算及其排列 (9)七筛板的流体力学验算 (10)1、塔板压降 (10)1.1干板阻力h c计算 (10)1.2气体通过液层的阻力h1计算 (10)1.3液体表面张力的阻力h计算 (10)2、液面落差 (11)3、泡沫夹带 (11)4、漏液 (11)5、液泛 (12)八塔板负荷性能图 (12)1、漏液线 (12)2、液沫夹带线 (14)3、液相负荷下限线 (15)4、液相负荷上限线 (15)5、液泛线 (15)九筛板塔设计计算结果 (17)十参考资料 (19)【设计计算】（一）设计方案的确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，应采用连续精馏流程。

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入精馏塔内。

塔顶上升蒸汽采用全冷凝器冷凝，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。

（二）精馏塔的物料衡算1）原料液及塔顶，塔底产品的摩尔分率苯的摩尔质量 M A =78.11 kg/kmol 甲苯的摩尔质量 M B =92.13 kg/kmol0.5/78.110.5410.5/78.110.5/92.13F x ==+ 0.96/78.11=0.9660.95/78.110.04/92.13D x =+0.01/78.110.0120.01/78.110.99/92.13W x ==+2）原料液及塔顶，塔底产品的平均摩尔质量 0.541*78.11(10.541)*92.1384.55F M =+-= kg/kmol 0.966*78.11(10.966)*92.1378.59D M =+-= kg/kmol0.012*78.11(10.012)*92.1391.96W M =+-= kg/kmol3）物料衡算 原料处理量550065.0584.55m Fq F m ===总物料衡算 F=D+W 40.76=D+W 苯物料衡算 F D WF x D x W x =+65.05*0.541=0.966D+0.012W联立解得 D=36.00kmol/h W=29.05kmol/h（三）塔板数确定1) 理论版层数T N 的求取1.求最小回流比及操作回流比 苯-甲苯的相对挥发度为2.74因q=1 所以F x = D x =0.541混合物的相平衡方程为qqq x x y )1(1-+=αα 0.747q y = 故最小回流比为 min 0.9660.747 1.0630.7470.541D q q qx y R y x --===--取操作回流比为 min 22*1.063 2.13R R ===2.求精馏塔的气，液相负荷2.13*36.0076.68L R D ===h kmol / (1)(2.131)*36.00V R D =+=+=h k m o l /'76.6865.0514L L F =+=+=h k m o l /'112.6V V ==h k m o l /3.求操作线方程 精馏段操作线方程为2.130.9660.6810.319112.1312.131D n i n n n x R y x x x R R +=+=+=+++++提馏段操作线方程 1//11.2580.25811n n w n R F D F D y x x x R R ++--=-++图解法求理论板层数，求解结果为T N =12.5，进料板位置F N =64．实际板层数的求取精馏段实际板层数 5/0.521N ==精 提留段实际板层数 7.5/0.52N ==提（四）精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算1）操作压力计算塔顶操作压力 k P a P D 3.10543.101=+=每层塔板压降 k P a p 7.0=∆进料板压力 105.30.7*10112F P k P a =+= 精馏段平均压力(105.3112.3)/2108.8m P kPa =+=2）操作温度计算依据操作压力，有泡点方程通过试差法计算出泡点温度，其中苯、甲苯的饱和蒸汽压由安托尼方程计算，计算过程略。

计算结果如下： 塔顶温度 81.5D t =0C 进料板温度 99.0F t =0C精馏段平均温度 (81.599)/290.25m t =+=0C3）平均摩尔质量计算由 10.966D x y == 查平衡曲线得10.916x =0.96678.11(10.966)92.1V D m M =⨯+-⨯= kg/kmol 0.91678.11(10.916)92.L D m M =⨯+-⨯= kg/kmol进料板平均摩尔质量计算 0.692F y = 0.462F x =0.692*78.11(10.692)*92.1382.43VFm M =+-= 0.462*78.11(10.462)*92.1385.65LFm M =+-= 精馏段平均摩尔质量(785982.43)/280.51Vm M =+=。

(79.2985.65)/282.47Lm M =+= 4)平均密度计算1.气相平均密度计算由理想气体状态方程式计算，即 108.8*80.51 2.908.314*(90.25273.15)m Vm Vm mP M RT ρ===+2.液相平均密度计算液相平均密度依 i i Lm a ρρ//1∑=计算 塔顶液相平均密度计算 由 81.5D t =0C ，查手册得3/7.812m kg A =ρ 808.4B ρ= kg/3m 1813.30.96/812.70.04/808.4LD m ρ==+ kg/3m进料板液相平均密度计算 由 99F t =0C ，查手册得1.793=A ρ kg/m 3 790.97B ρ= kg/m 3进料板液相的质量分率 0.462*78.110.4210.462*78.110.538*92.13A a ==+1791.90.42/793.10.58/790.8LF mρ==+ kg/m3精馏段液相平均密度为(813.3791.9)/2802.6Lm ρ=+= kg/m 35）液体平均表面张力计算液相平均表面张力依i i Lm x σσ∑=计算塔顶液相平均表面张力的计算由 81.5D t =0C 查图得m mN A /24.21=σ m mN B /42.21=σ 0.966*21.240.034*21.4L D m σ=+= mmN /进料板液相平均表面张力的计算 由 99F t =0C ，查手册得m mN A /90.18=σ m mN B /0.20=σ 0.462*18.900.538*20.019.49LFm σ=+= m mN / 精馏段液相平均表面张力为 (21.2519.49)/2Lm σ=+= mmN /6）液相平均年度的计算液相平均粘度依i i Lm u x u ∑=lg 计算 塔顶液相平均粘度的计算 由 81.5D t =0C 查图得0.302A μ= mPa ·s 0.306B μ= mPa ·s l g 0.966l g (0.302)0.034L D m μ=+ 解出 302.0=LDm μ s mPa ⋅ 进料板液相平均粘度的计算有 99F t =0C ，查手册得256.0=A μs mPa ⋅ 265.0=B μs mPa ⋅ lg 0.462*lg(0.256)0.538lg(0.265)LFm μ=+ 解出 0.261LFm μ=s mPa ⋅ 精馏段液相平均表面粘度为282.02/)261.0302.0(=+=Lm μs m P a ⋅ （五）精馏塔的塔体工艺尺寸计算1）塔径的计算精馏段的气、液相体积流率为112.68*80.510.86936003600*2.90Vm s Vm VM V ρ===m3/s76.68*82.470.0021836003600*802.6Lm s LmLM L ρ===m3/s由 Vmax ρρρVL Cu -=式中C由2.02020⎪⎭⎫⎝⎛=L C C σ计算，其中的C 20由图查取查取图的横坐标为1/21/20.00218*3600802.60.04170.869*3600 2.90h L h V L V ρρ⎛⎫⎛⎫== ⎪⎪⎝⎭⎝⎭取板间距 m H T 40.0=,板上液层高度 m h L 06.0= 则 m h H L T 34.006.040.0=-=- 查书图的 072.020=C 0.20.22020.37()0.072()0.07232020LC C σ===m a x 802.62.900.07231.201/2.90u m s -== 取安全系数为0.8，则空塔气速为m a x 0.80.8*1.2010.96u u===s m / 44*0.8691.07*0.841sV D uππ===m按标准塔径圆整后为m D 0.1= 塔截面积为222785.00.1*44mD A T ===ππ实际空塔气速为 0.8691.1070.785u ==s m / 2）精馏塔有效高度的计算精馏塔有效高度为N 1(101)*0.4 3.6T Z H =-=-=精精（）m 提馏段有效高度为N 1(151)*0.4 5.6T Z H =-=-=提提（）m 在进料板上方开一人孔，其高度为m 8.0 故精馏塔的有效高度为Z Z 0.8 3.6 5.60.810Z =++=++=提精m （六）塔板主要工艺尺寸的计算 1）溢流装置计算因塔径0.1=D m ，可选用单溢流弓形降液管，采用凹形受液盘。