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1 课程设计任务书 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -3 2 前言- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 3
2.1塔设备的化工生产中的作用和地位- - - - - - - - - - - - - 3 2.2设计方案- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 4 2.3符号说明- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 5 3 物料衡算- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -5
3.1进料组成- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -- - 5 3.2全塔物料衡算- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -3 3.3相对挥发度确定- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 6 3.4理论塔板数和进料位置确定- - - - - - - - - - - - - - - - - - -7 3.5实际板数和实际进料位置确定- - - - - - - - - - - - - - - - - 8 3.6精馏塔的气液负荷- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -- 9 4 热量衡算- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -11
4.1塔顶冷却水用量- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 11 4.2塔釜饱和水蒸气用量- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -11 4.3液体平均表面张力- - - - - - - - - - - - - - - - - -- - - - - - - -12 5 塔板工艺尺寸计算- - - - - - - - - - - -- - - - - - - - - - - -- - - - -12
5.1塔径计算- - - - - - - - - - - -- - - - - - -- - -- - - - - - -- - - - -12 5.2溢流装置- - - - - - - - - - - -- - - - - - -- - - - -- - - - - - - - - 13 5.3弓形降液管宽度和截面- -- - - - - - -- - - - -- - - - - - - - - 15 5.4降液管底隙高度- - - - - - - - -- - - - - - -- - - - -- - - - - - - 17 5.5筛孔计算及其排列- - - - - - -- - - - --- - - - - - - - - - - - - -17 5.6塔有效高度的计算- - - - - -- - - - ---- - - - --- - - - - - - - - 18 6 塔板流体力学验算- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 19
6.1气相通过浮阀塔板的压强降- - - - - - - - - - - - - - - - - - -19 6.2淹塔- - - - - - - - - - - - - - - -- -- - -- - - - -- - - - - - -- - - - --20 6.3雾沫夹带- - - - - - - - - - - - -- -- - -- - - - -- - - - - - -- - - - -21
7 塔板负荷性能图 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 21
7.1、雾沫夹带线 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -21 7.2、液泛线- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 22 7.3、液相负荷上限线 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - --23 7.4、漏液线- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 23 7.5、液相负荷下限线- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 25 9 辅助设备的计算及选型- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -26 9.1、裙座- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -- - - - -26 9.2、吊柱- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -- - - - -26 9.3、冷凝器的选择 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -- 26 9.3、再沸器的选择 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -- 27 10 计算结果列表（参考资料）- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -28 附表：性能负荷图等- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -29
第1节 设计任务书
题 目：苯－乙苯双组分均相混合液常压精馏塔设计。 工艺条件及数据：
⑴原料液量10000kg/h，含苯57%(质量分率，下同)，料液可视为理想溶液； ⑵馏出液含苯95%，残液含乙苯98%； ⑶泡点进料。 操作条件：
⑴常压操作；
⑵回流液温度为塔顶蒸汽露点；
⑶间接蒸汽加热，加热蒸汽压力为5kgf/cm2(绝压)； ⑷冷却水进口温度25℃，出口温度50℃； ⑸设备热损失为加热蒸汽供热量的5%。 设计成果：
设计说明书一份 设计图纸包括负荷性能图、塔盘布量图、浮阀塔（或筛板塔）工艺条件图。
第2节 前言
2.1塔设备的化工生产中的作用和地位 塔设备是化工、石油化工和炼油等生产中最重要的设备之一。它可使气（或汽）液或液液两相进行紧密接触，达到相际传质及传热的目的。可在塔设备中完成的常见操作有：精馏、吸收、解吸和萃取等。此外，工业气体的冷却与回收、气体的湿法静制和干燥，以及兼有气液两相传质和传热的增湿、减湿等。 在化工厂、石油化工厂、炼油厂等中，塔设备的性能对于整个装置的产品产量、质量、生产能力和消耗定额，以及三废处理和环境保护等各个方面，都有重大的影响。据有关资料报道，塔设备的投资费用占整个工艺设备投资费用的较大比例；它所耗用的钢材重量在各类工艺设备中也属较多。因此，塔设备的设计和研究，受到化工炼油等行业的极大重视。 2.2设计方案
本设计任务为分离苯－乙苯双组分均相混合液。对于二元混合物的分离，应采用连续精馏。精馏过程的流程设计如下：
如图1所示。原料液由高位槽经过预热器预热后进入精馏塔内。操作时连续的从再沸器中取出部分液体作为塔底产品（釜残液）再沸器中原料液部
分汽化，产生上升蒸汽，依次通过各层塔板。塔顶蒸汽进入冷凝器中全部冷凝或部分冷凝，然后进入贮槽再经过冷却器冷却。并将冷凝液借助重力作用送回塔顶作为回流液体，其余部分经过冷凝器后被送出作为塔顶产品。为了使精馏塔连续的稳定的进行，流程中还要考虑设置原料槽。产品槽和相应的泵,有时还要设置高位槽。且在适当位置设置必要的仪表（流量计、温度计和压力表）。以测量物流的各项参数。
设计方案简介：
设计中采用泡点进料，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1.5倍。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。加料方式采用直接流入塔内，采用泡点进料，即热状态参数q=1.0。具体如下： 塔型的选择：
本设计中采用筛板塔。筛板塔的优点是结构比浮阀塔更简单，易于加工，造价约为泡罩塔的60％，为浮阀塔的80％左右。 处理能力大，比同塔径的泡罩塔可增加10～15％。塔板效率高，比泡罩塔高15％左右。压降较低。缺点是塔板安装的水平度要求较高，否则气液接触不匀。 设计的依据与技术来源：
本设计依据于精馏的原理（即利用液体混合物中各组分挥发度的不同并借助于多次部分汽化和部分冷凝使轻重组分分离），并在满足工艺和操作的要求，满足经济上的要求，保证生产安全的基础上， 对设计任务进行分析并做出理论计算。
2.3符号说明
英文字母 hc——与平板压强相当的液柱高度，Ls——液体体积流量，m3/h m
——塔板开孔区面积，m2 希腊字母
Aan——筛孔数目
Af——降液管截面积，m
2 P——操作压力，kPa Ao——筛孔区面积，m2 ?P——气体通过每层筛板的压降，kPa AT——塔的截面积，m
2 T——理论板层数 C——负荷因子，无因次 t——筛孔的中心距，m C20——表面张力为20mN/m的 u——空塔气速，m/s do——筛孔直径，m D——塔径，m uo'——液体通过降液体系的速度，m/s
ev——液沫夹带量，kg液/kg气 R——回流比 Vs——气体体积流量，m/s
Rmin——最小回流比 Wc——边缘无效区宽度，m HT——塔板间距，m K——稳定系数
H——板式塔高度，m Hd——降液管内清夜层高度，m HF——进料处塔板间距，m lw——堰长，m
Lh——液体体积流量，m3/h
M——平均摩尔质量，kg/kmol Wd——弓形降液管高度，m
T——平均温度，℃ Ws——破沫区宽度，m
g——重力加速度，m/s2 Fo——筛孔气相动触因子 hl——出口堰与沉降管距离，m ?——筛板厚度，m ?
——液体在降液管内停留时间，s hd——与液体流过降液管压强降 ?——粘度mPa·s相当的液柱高度
m ?——密度，kg/m3
hf——板上清液高度，m ? ——表面张力，mN/m ho——降液管的底隙高度，m h ow ——堰上液层高度， m Hw——出口堰高度，m