化工原理课程设计指导书
苯-甲苯物系精馏塔的设计
目 录
第一部分 筛板塔设计
一、绪论
Ⅰ化工原理课程设计的目的与要求…………………………………………………………2 Ⅱ化工原理课程设计的内容………………………………………………………………………2 Ⅲ设计步骤…………………………………………………………………………………………3
1、 收集基础数据……………………………………………………….…………………3 2、 工艺流程的选择………………………………………………………………………3 3、 做全塔的物料平衡……………………………………………………………………4 4、 操作线方程…………………………………………………………………………5 5、 理论板数和实际板数………………………………………………………….…………5 6、 精馏塔的工艺条件及有关物性数据计算………………………………….…………6 7、 精馏塔塔体和工艺尺寸的计算……………………………………………….………9 8、 筛板流体力学验算……………………………………………….…………………… 12 9、 塔板负荷性能的计算………………………………………………………….……13 10、负荷性能图………………………………………………………………..…16 11、计算结果一览表……………………………………………………………………17 二、参考文献………………………………………………………………………………….…18
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筛板塔设计
绪论
Ⅰ化工原理课程设计的目的与要求
课程设计是《化工原理》课程的一个总结性教学环节，是培养学生综合运用本门课程及有关选修课程的基本知识去解决某一设计任务的一次训练。在整个教学计划中，它也起着培养学生独立工作能力的重要作用。
课程设计不同于平时的作业，在设计中需要学生自己做出决策，即自己确定方案，选择流程，查取资料，进行过程和设备计算，并要对自己的选择做出论证和核算，经过反复的分析比较，择优选定最理想的方案和合理的设计。所以，课程设计是培养学生独立工作能力的有益实践。
通过课程设计,学生应该注重以下几个能力的训练和培养：
1. 查阅资料，选用公式和搜集数据(包括从已发表的文献中和从生产现场中搜集)的能力；
2. 树立既考虑技术上的先进性与可行性，又考虑经济上的合理性，并注意到操作时的劳动条件和环境保护的正确设计思想，在这种设计思想的指导下去分析和解决实际问题的能力；
3. 迅速准确的进行工程计算的能力； 4、正确的设计思想和认真负责的设计态度。
设计应结合实际进行，力求经济、实用、可靠和先进。
设计应对生产负责。设计中的每一数据，每一笔一划都要准确可靠，负责到底。 5、独立的工作能力及灵活运用所学知识分析问题和解决问题的能力。
通过理论课的学习和部分实验的接触，已经掌握了不少理论知识和一些生产实际知识，如何运用所学知识去分析和解决实际问题是至关重要的，本课程设计的目的也是如此。
化工原理课程设计是应用化学专业学生在校期间第一次进行的设计，要求每个同学独立完成一个实际装置（本次设计为精馏装置）的设计。设计中应对精馏原理、操作、流程及设备的结构、制造、安装、检修进行全面考虑，最终以简洁的文字、表格及图纸正确地把设计表达出来。本次设计是在教师指导下，由学生独立进行的设计。因此，对学生的独立工作能力和实际工作能力是一次很好的锻炼机会，是培养化工技术人员的一个重要环节。
由于所用资料不同，各种经验公式和数据可能会有一些差别。设计者应尽可能了解这些公式、数据的来历、实用范围，并能正确地运用。
设计前，学生应该详细阅读设计指导书、任务书，明确设计目的、任务及内容。设计中安排好自己的工作，提高工作效率。
Ⅱ化工原理课程设计（精馏装置）的内容
1、选择流程，画流程图。
2、做物料衡算，列出物料衡算表。 3、确定操作条件（压力、温度）。 4、选择合适回流比，计算理论板数。
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5、工艺设计及验算，化负荷性能曲线图。
6、正确选择合适的附属设备如换热器，离心泵等。 7、完成塔板设计。 8、编写设计计算说明书。
设计结束时，学生应交的作业有：工艺流程图一张,塔板结构图一张:包括一主视图，一俯视图，一剖面图，两个局部放大图。设计说明书一份。
Ⅲ、设计步骤
精馏装置设计的内容与步骤大致如下：
1、收集基础数据
设计所需的基础数据包括： ①进料流量及组成。 ②分离要求。
③原料的热力学状态。
④冷却介质及其温度、加热介质及温度。 ⑤物性数据（如密度、表面张力等）。
上述基础数据中①、②两项由设计任务给出。③、④两项若任务中未曾给出，则应根据具体情况确定。物性数据可从有关资料中查取。
2、工艺流程的选择
精馏装置一般包括塔顶冷凝器，塔釜再沸器，原料预热器及流体输送泵等。流程选择应结合实际进行，考虑经济性、稳定性。如进料是否需要预热、冷凝器的型式及布置、及再沸器的型号等。
当塔顶需汽相出料时，采用分凝器，除此之外，一般均采用全凝器。对于小塔，通常将冷凝器放于塔顶，采用重力回流。对于大塔，冷凝器可放至适当位置，用泵进行强制回流。
再沸器的型式有立式与卧式、热虹吸式与强制循环式之外。当传热量较小时，选用立式热式再沸器较为有利。传热量较大时，采用卧式热虹吸式再沸器。当塔釜物料粘度很大，或易受热分解时，宜采用泵强制循环型再沸器。几种再沸器型式如图1所示。
精馏装置中，塔顶蒸汽的潜热和塔釜残液的显热可以被用于预热进料。塔顶蒸汽潜热大，而温度较低，塔釜残液温度高，而显热的热量少。在考虑这些热量的利用时要注意经济上的合理性及操作上的稳定性。
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3、做全塔的物料守恒
物料衡算与操作线方程
通过全塔物料衡算，可以求出精馏产品的流量、组成和进料流量、组成之间的关系。物料衡算主要解决以下问题：
（1）根据设计任务所给定的处理原料量、原料浓度及分离要求（塔顶、塔底产品的浓度）计算出每小时塔顶、塔底的产量；
（2）在加料热状态q和回流比R选定后，分别算出精馏段和提馏段的上升蒸汽量和下降液体量；
（3）写出精馏段和提馏段的操作线方程，通过物料衡算可以确定精馏塔中各股物料的流量和组成情况，塔内各段的上升蒸汽量和下降液体量，为计算理论板数以及塔径和塔板结构参数提供依据。
精馏塔的物料衡算
原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率
苯的摩尔质量为78Kg/KmoL，甲苯的摩尔质量为92Kg/KmoL 料液浓度：含苯质量分数为0.4，换算成摩尔分数为
（0.4?78）?（0.4?78?0.6?98）
塔底产品浓度：甲苯含量不低于0.96，在此取0.96，则苯的质量分数为0.04，换算成摩尔分数为
÷（0.04?78?0.96÷92） （0.04÷78）
塔顶产品浓度：甲苯含量不大于0.04，在此取0.04，则苯的质量分数为0.96，换算成摩尔分数为
÷（0.96?78?0.04÷92） （0.96÷78）
则可得xF=0.44 xD=0.966 xw=0.047
原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 MF=0.44×78+（1-0.44）×92=85.84Kg/KmoL MD=0.966×78+（1-0.966）×92=78.476Kg/KmoL Mw=0.047×78+（1-0.047）×92=91.342Kg/KmoL 物料衡算
已知处理量为9t/h换算成摩尔流量： F=9000÷85.84=104.85KmoL/h 总物料 F = D + W 易挥发组分FχF = DχD + WχW
D?FxF?xWxD?xWxD?xFxD?xW 代入数值得D=44.838KmoL/h
W?F 代入数值得W=60.012KmLo/h
则F=104.85KmoL/h D =44.838KmoL/h W=60.012KmLo/h
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