化工原理课程设计设计题目：甲苯混合液浮阀塔设计专业：过程装备与控制工程班级：学号：学生姓名：指导教师：2013年07月01日板式塔设计任务书一、设计题目苯-甲苯混合液浮阀精馏塔设计二、设计条件1、年处理量：苯-甲苯混合液8吨/小时；2、泡点进料，进料苯含量为41%（质量分率，下同）；3、塔顶苯含量不低于96%；塔底苯含量不高于4%4、塔顶压力4Kpa（表压）；单板压降≤0.7Kpa；常压操作（101.325kpa）；5、回流比R /R min：自取三、设计任务完成精馏塔工艺设计，运用最优化方法确定最佳操作参数；精馏设备设计，有关附属设备的设计和选用；绘制生产工艺流程图，塔板结构简图和塔板负荷性能图；编制设计说明书。
1、设计方案的确定及工艺流程的说明；2、精馏塔的物料衡算；3、塔板数的确定；4、精馏塔的工艺条件及有关的物性数据的计算。
5、精馏塔塔体工艺尺寸的计算；6、塔板主要工艺尺寸的计算；7、塔板流体力学的验算；8、塔板负荷性能图；9、精馏塔接管尺寸计算；10、塔顶冷凝器、塔底再沸器选型计算；11、绘制生产工艺流程图；12、绘制塔板结构简图；13、绘制精馏塔设计条件图；14、对设计过程的评述和有关问题的讨论；四、设计要求1、设计步骤详细清楚，每项设计结束后列出计算结果明细表；2、选用的计算公式、图表、数据正确并注明来源，符号和单位要统一。
3、要求能用计算机软件来辅助设计及绘图。
4、设计说明书要求字迹工整，装订成册上交。
五、设计时间：两周序言化工原理课程设计是综合运用《化工原理》课程和有关先修课程（《物理化学》，《化工制图》等）所学知识，完成一个单元设备设计为主的一次性实践教学，是理论联系实际的桥梁，在整个教学中起着培养学生能力的重要作用。
通过课程设计，要求更加熟悉工程设计的基本内容，掌握化工单元操作设计的主要程序及方法，锻炼和提高学生综合运用理论知识和技能的能力，问题分析能力，思考问题能力，计算能力等。
精馏是分离液体混合物（含可液化的气体混合物）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应用。
精馏过程在能量剂驱动下（有时加质量剂），使气液两相多次直接接触和分离，利用液相混合物中各组分的挥发度的不同，使易挥发组分由液相向气相转移，难挥发组分由气相向液相转移，实现原料混合液中各组分的分离。
根据生产上的不同要求，精馏操作可以是连续的或间歇的，有些特殊的物系还可采用恒沸精馏或萃取精馏等特殊方法进行分离。
本设计的题目是苯-甲苯连续精馏浮阀塔的设计，即需设计一个精馏塔用来分离易挥发的苯和不易挥发的甲苯，采用连续操作方式，需设计一板式塔将其分离。
目录1、设计方案的确定与说明 (7)1.1苯-甲苯物性 (7)1.2 操作条件的确定 (7)1.2.1 操作压力 (7)1.2.2 进料状态 (8)1.2.3 加热方式 (8)1.2.4 冷却剂与出口温度 (8)1.2.5 热能的利用 (9)1.3 确定设计方案的原则 (9)1.3.1 满足工艺和操作的要求 (9)1.3.2 满足经济上的要求 (10)1.4 本设计方案的流程和概述 (10)2、塔板的工艺设计 (11)2.1塔物料衡算 (11)2.1.1原料液及塔顶、塔顶产品摩尔分率的计算 (11)2.1.2原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 (11)2.1.3 物料衡算 (11)2.2塔板数的确定 (12)2.2.1挥发度的确定 (12)2.2.2回流比R的求取 (12)2.2.3实际板数的求取 (12)2.3 精馏塔的工艺条件及有关物性的计算 (13)2.3.1操作压力计算 (13)2.3.2操作温度的计算 (14)2.3.3平均摩尔质量的计算 (14)2.3.4平均密度的计算 (14)2.3.5液体的平均表面张力的计算 (15)2.3.6液体平均粘度计算 (16)2.4精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (16)2.4.1塔径的计算 (16)2.4.2精馏塔有效高度的计算 (17)2.5塔板工艺结构尺寸的计算 (17)2.5.1溢流装置计算 (17)2.5.2浮阀数目、浮阀排列及塔板布置 (19)2.6塔板流体力学验算 (20)2.6.1计算气相通过浮阀塔板的压降 (20)2.6.2液泛 (22)2.6.3计算雾沫夹带量 (23)2.7精馏段塔板负荷性能图 (24)2.7.1雾沫夹带上限线 (24)2.7.2液泛线 (25)2.7.3液相负荷上限线 (27)2.7.4气体负荷下限线（漏液线） (27)2.7.5液相负荷下限线 (27)2.8浮阀塔设计结果汇总 (29)3、附属设备及主要附件的选型计算 (30)3.1接管尺寸计算 (30)3.1.1进料管 (30)3.1.2回流管 (30)3.1.3塔底出料管 (30)3.1.4塔顶蒸汽出料管 (30)3.1.5塔底进气管 (32)3.1.6筒体和封头 (31)3.1.7除沫器 (31)3.1.8裙座 (33)3.1.9人孔 (33)3.2塔总体高度的设计 (34)3.2.1塔的顶部空间高度 (34)3.2.2塔的底部空间高度 (34)3.2.3塔立体高度 (34)3.3冷凝器的设计 (34)3.3.1确定物性参数 (34)3.3.2计算总传热系数 (34)3.3.3工艺结构尺寸计算 (34)3.3.4换热器核算 (34)3.3.5计算总传热系数 (34)3.3.6工艺结构尺寸计算 (34)3.4再沸器的设计 (40)3.4.1前期数据准备 (34)3.4.2估计设备尺寸 (34)3.4.2传热系数的校核 (34)3.4.3换热器核算 (34)3.4.4计算总传热系数 (34)3.4.5工艺结构尺寸计算 (34)设计小结 (43)参考文献..................................................... 错误!未定义书签。
1、设计方案的确定与说明1.1苯-甲苯物性苯的沸点为80.1℃，熔点为5.5℃，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，密度为0.88g/ml，但其分子质量比水重。
苯难溶于水，1升水中最多溶解1.7g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。
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(0.52g/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 ℃。
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。
1.2 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、余热利用方案以及安全、调节机构和测量控制仪表的设置等。
下面结合课程设计的需要，对某些问题作些阐述。
1.2.1 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。
1.2.2 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。
1.2.3 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。
有时也可采用直接蒸汽加热。
若塔底产物近于纯水，而且在浓度稀薄时溶液的相对挥发度较大(如酒精与水的混合液)，便可采用直接蒸汽加热。
直接蒸汽加热的优点是：可以利用压力较低的蒸汽加热；在釜内只须安装鼓泡管，不须安置庞大的传热面。
这样，可节省一些操作费用和设备费用。
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。
但对有些物系(如酒精与水的二元混合液)，当残液的浓度稀薄时，溶液的相对挥发度很大，容易分离，故所增加的塔板数并不多，此时采用直接蒸汽加热是合适的。
值得提及的是，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。
对于酒精水溶液，一般采用0.4~0.7KPa（表压）。
饱和水蒸汽的温度与压力互为单值函数关系，其温度可通过压力调节。
同时，饱和水蒸汽的冷凝潜热较大，价格较低廉，因此通常用饱和水蒸汽作为加热剂。
但若要求加热温度超过180℃时，应考虑采用其它的加热剂，如烟道气或热油。
当采用饱和水蒸汽作为加热剂时，选用较高的蒸汽压力，可以提高传热温度差，从而提高传热效率，但蒸汽压力的提高对锅炉提出了更高的要求。
同时对于釜液的沸腾，温度差过大，形成膜状沸腾，反而对传热不利。
1.2.4 冷却剂与出口温度冷却剂的选择由塔顶蒸汽温度决定。
如果塔顶蒸汽温度低，可选用冷冻盐水或深井水作冷却剂。
如果能用常温水作冷却剂，是最经济的。
水的入口温度由气温决定，出口温度由设计者确定。
冷却水出口温度取得高些，冷却剂的消耗可以减少，但同时温度差较小，传热面积将增加。
冷却水出口温度的选择由当地水资源确定，但一般不宜超过50℃，否则溶于水中的无机盐将析出，生成水垢附着在换热器的表面而影响传热。
1.2.5 热能的利用精馏过程是组分反复汽化和反复冷凝的过程，耗能较多，如何节约和合理地利用精馏过程本身的热能是十分重要的。
选取适宜的回流比，使过程处于最佳条件下进行，可使能耗降至最低。
与此同时，合理利用精馏过程本身的热能也是节约的重要举措。