PAGE《化工原理》課程設(shè)計標(biāo)題學(xué)院專業(yè)班級姓名學(xué)號指導(dǎo)教師目錄(一)設(shè)計題目ＨYPＥRＬINＫ\ｌ＂_Ｔoｃ26０60"二、產(chǎn)品與設(shè)計方案簡介?2HYPEＲLINK\l"_Ｔoｃ110４7”（一)產(chǎn)品性質(zhì)、質(zhì)量指標(biāo) 3HYPERＬＩＮＫ＼l＂_Ｔｏc１76３2"（二)設(shè)計方案簡介?３ＨＹＰERＬINK\ｌ"＿Tｏc９7１２”（三)工藝流程及說明?3HＹPERＬINK\ｌ"＿Toc1７9０0”三、工藝計算及主體設(shè)備設(shè)計?4HYＰEＲＬＩNK\l"_Tｏc11555”（一)精餾塔的物料衡算?4ＨYPEＲＬINＫ＼ｌ"_Toｃ1２27０”1)原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分率 4HYＰＥRＬIＮＫ\ｌ＂_Toｃ５２2９＂2)原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量?5HYPERＬINK＼l”_Toｃ7614”３)原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾流率?5ＨYPERＬＩＮK\l"＿Ｔoc９489"（二）塔板數(shù)的確定?5ＨYPERLIＮK＼l"＿Ｔoc3６3９"１）理論塔板數(shù)的確定?５ＨＹPERＬIＮＫ\l"_Ｔoｃ23191”2）實際塔板數(shù)?7HＹＰERＬINK＼l＂_Toc36９8”（三）精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計算 8ＨYPＥRＬINK＼ｌ＂＿Tｏc22１73”1)操作壓力的計算?8HＹＰERLINK\l＂_Ｔoc１75０＂２）操作溫度的計算?８ＨＹＰEＲＬINＫ＼ｌ"_Toc42”3)平均摩爾質(zhì)量計算?8HYＰＥRＬINＫ\l"_Ｔoｃ18８53”4)平均密度計算 1０HYＰEＲＬIＮＫ\l"_Toc47３9＂5)液相平均表面張力?10ＨＹPERＬＩＮK\ｌ"_Toｃ14０5８"６）液相平均粘度計算?11HYＰEＲLＩNＫ\ｌ＂_Toc1０４9３”四、精餾段的塔體工藝尺寸的計算?11(ＨＹＰERLＩNK\l＂_Ｔｏｃ28253"一）塔徑的計算?11HYＰERLINK＼ｌ"_Ｔoc１38１2"（二)精餾塔有效高度的計算?１1HＹＰERLIＮK\ｌ"_Ｔoc261９＂五、塔板工藝結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計與計算?1２HＹPEＲLＩＮＫ＼ｌ＂_Tｏｃ３0１３0＂（一)溢流裝置?12HYPERLＩＮＫ＼l”＿Ｔoc3２278＂（二）塔板布置?13HYＰERLINK\l＂＿Toｃ１472０＂(三）開孔率n和開孔率?13HYPＥRLINK＼ｌ＂_Toc１8７６5”六、塔板上的流體力學(xué)驗算?１4HYPＥＲLINK\ｌ"_Tｏc１6８０1＂（一)氣體通過篩板壓降和的驗算?14ＨYPERＬＩNK\l”＿Toc7１７6”(二)霧沫夾帶量的驗算?１５ＨYＰＥRLINK＼l"_Tｏｃ1711８＂（三)漏液的驗算?１5HYＰERLINＫ\l＂_Tｏc２75６8＂（四）液泛的驗算?１5HYPERLＩＮＫ\ｌ”_Tｏc６89１"七、塔板負(fù)荷性能圖 １6(ＨYPERＬINK＼l"_Toｃ689１”一)．漏液線（氣相負(fù)荷下限線） １6（ＨYPＥＲLIＮK\l"_Toc6８91＂二)。液沫夾帶線?16(HYＰERLIＮK＼l＂_Toc6891＂三）．液相負(fù)荷下限線 1７（HYPEＲＬＩNK＼l＂_Ｔoc６８9１”四）。液相負(fù)荷上限線?17（ＨYPERＬＩNK\ｌ”_Ｔoc６891”五).液泛線?17ＨYPＥRLINK\ｌ"_Toｃ1９２21”八、篩板式精餾塔設(shè)計計算結(jié)果?1９HＹPERＬINK\l"＿Toc4１53”九、主要符號說明?20ＨＹＰERLINK\ｌ"_Toc24５９0＂十、結(jié)果與結(jié)論?２（一)設(shè)計題目試設(shè)計一座苯－氯苯連續(xù)精餾塔，要求年產(chǎn)純度為__＿_96％__的氯苯__＿２0０00__＿噸／年，塔頂餾出液中含氯苯不得高于_＿_2。5％＿__，原料液中含苯＿__５6％___（以上均為質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。（二)操作條件１）塔頂壓力４ｋPa(表壓）２)進料熱狀態(tài)泡點進料3)回流比R=１.6Rｍiｎ４）塔底加熱蒸氣壓力０．5Mpａ(表壓）5）單板壓降≤０．７kPa。(三）塔板類型篩孔塔板(四)工作日每年工作日為３0０天,每天2４小時連續(xù)運行.(五)設(shè)計內(nèi)容1、設(shè)計說明書的內(nèi)容１）精餾塔的物料衡算;2）塔板數(shù)的確定;３)精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計算;４)精餾塔的塔體工藝尺寸計算；5）塔板主要工藝尺寸的計算；6)塔板的流體力學(xué)驗算；7）塔板負(fù)荷性能圖；８)精餾塔接管尺寸計算；9)對設(shè)計過程的評述和有關(guān)問題的討論.２、設(shè)計圖紙要求：1）繪制生產(chǎn)工藝流程圖（Ａ３號圖紙）;２）繪制精餾塔設(shè)計條件圖(Ａ３號圖紙)。設(shè)計任務(wù)２苯-氯苯分離過程板式精餾塔的設(shè)計序號進料中苯含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）塔釜氯苯含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù))塔頂氯苯含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)）生產(chǎn)能力(噸／年)856％96％2。5％20０00PAGEPAGE19設(shè)計計算書一、設(shè)計方案的確定本任務(wù)是分離苯—氯苯混合物。對于二元混合物的分離，應(yīng)采用連續(xù)精餾流程，本設(shè)計采用板式塔連續(xù)精餾。設(shè)計中采用泡點進料,將原料液通過預(yù)熱器加熱至泡點后送進精餾塔內(nèi)。塔頂上升蒸氣采用全凝器冷凝,冷凝液在泡點下一部分回流至塔內(nèi),其余部分冷卻后送至儲物罐。該物系屬易分離物系,最小回流比較小,故操作回流比取最小回流比的1．４倍，且在常壓下操作。塔釜采用間接蒸汽加熱，塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送至儲物罐。（三)工藝流程及說明首先,苯和氯苯的原料混合物進入原料罐，在里面停留一定的時間之后,通過泵進入原料預(yù)熱器，在原料預(yù)熱器中加熱到泡點溫度，然后,原料從進料口進入到精餾塔中。因為被加熱到泡點,混合物中只有液相混合物，此時液相混合物在精餾塔中下降.由塔底產(chǎn)生的氣相混合物上升到塔頂上方的全凝器中,這些氣相混合物被降溫到泡點，其中的部分液態(tài)停留一定的時間然后進入苯的儲罐,最后作為塔頂產(chǎn)品（餾出液）采出，而其中的另一部分液態(tài)重新回到精餾塔中，這個過程就叫做回流。液相混合物就從塔底一部分進入再沸器中,在再沸器中被加熱產(chǎn)熱的氣體重新回到精餾塔中而產(chǎn)生的液體則作為附殘液采出。塔里的混合物不斷重復(fù)前面所說的過程,而進料口不斷有新鮮原料的加入。最終，完成苯與氯苯的分44%44%氯苯原料儲存原料預(yù)熱精餾再沸氯苯儲存分配冷凝冷卻苯儲存冷卻二、精餾塔物料衡算（以輕組分計算）1。原料液及塔頂、塔釜產(chǎn)品的摩爾分率苯的摩爾質(zhì)量氯苯的摩爾質(zhì)量２。原料液及塔頂、塔釜產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量3。物料衡算原料處理量總物料衡算苯物料衡算聯(lián)立解得三、塔板數(shù)的確定1。理論板數(shù)NＴ的求?。ǎ?由手冊查得苯—氯苯物系的氣液平衡數(shù)據(jù),繪出ｘ-y圖,見圖1.80９０1０01101２０13０13１.8１０１.331３6．６6１7９。99２34.６02９９．９93７8.65３８6。651９.7３２7．33３9.０７53.３372。４０9５．86101．331．0000.６770。４４20．26５0。１2７０。0１９0．00０1。０0００．9130．78５0.６130。37６０.07２0.0０0圖１圖解法求最小回流比(2）由于泡點進料q＝1，在圖上作直線x=0．９８6交對角線于ａ點,作直線ｘ=0.64７交平衡線于q點，連接a、ｑ兩點,過q點作橫軸的平行線交縱軸于一點,讀得圖1x-y圖yq＝0.9００9，則最小回流比如下：取操作回流比為（3)求精餾塔的氣、液相負(fù)荷(4）求操作線方程精餾段操作線方程提餾段操作線方程（５)圖解法求理論板層數(shù)如附圖1，將x=0．6４7帶入精餾段操作線方程，得出ｙ=0。848，在圖中找出該點記為d，連接ａd兩點即得精餾段操作線;在對角線上找到c點（０。0５7,0。０57)，連接cｄ兩點即得提餾段操作線。自a點開始在操作線和平衡線之間作階梯線。求解結(jié)果為：總理論板層數(shù)進料板位置實際板層數(shù)的求解(試差法）假設(shè)總板效率ET=０。６０精餾段實際板層數(shù)提餾段實際板層數(shù)（不包括再沸器)實際板層數(shù)為13(不包括再沸器）四、精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計算１.操作壓力的計算塔頂操作壓力每層塔板壓降進料板壓力精餾段平均壓力２．操作溫度的計算(表1苯、氯苯Aｎtｏiｎe常數(shù)數(shù)據(jù)表ABC溫度范圍(K）苯6．０1９０7１204.682－53.０72279—３776.068321236．034—４8。９935３－42２6．36071466。０8３－１５．４44２0-５21氯苯6．104161431．８3—55.515335－40５6．６29881897.4１5.2140５—597①假設(shè)塔頂?shù)呐蔹c溫度，則純組分的飽和蒸氣壓為對苯對氯苯代入泡點方程和露點方程，得故假設(shè)正確,塔頂溫度為②假設(shè)塔頂?shù)倪M料板溫度,則純組分的飽和蒸氣壓為對苯對氯苯代入泡點方程和露點方程，得假設(shè)正確,故進料板溫度為精餾段平均溫度3．平均摩爾質(zhì)量的計算塔頂:由,查平衡曲線得進料板:由圖理論板得,查平衡曲線得精餾段平均摩爾質(zhì)量４。平均密度的計算（１）氣相平均密度計算由理想氣體狀態(tài)方程計算，得精餾段(2）液相平均密度計算塔頂時,進料板時，精餾段液相平均密度為5．液相平均表面張力的計算塔頂時，查得進料板時,查得精餾段液相平均表面張力為液體平均粘度計算塔頂時,進料板時，精餾段液相平均粘度為五、塔體工藝尺寸計算1．塔徑的計算（１)精餾段由式中C由公式計算，其中可由史密斯關(guān)聯(lián)圖查出，圖的橫坐標(biāo)為取板間距，板上液層高度,則由史密斯關(guān)系圖得取安全系數(shù)為0．６,則空塔氣速為統(tǒng)一按照《塔板結(jié)構(gòu)參數(shù)系列化標(biāo)準(zhǔn)(單溢流型)》將塔徑圓整后取Ｄ=1。０m。塔截面積實際空塔氣速2.塔高的計算(1）精餾塔的有效高度精餾段提餾段在進料板上方開一人孔，提餾段中開一個人孔，其高度為0．8ｍ，則有效高度為六、塔板主要工藝尺寸計算根據(jù)塔徑和液體流量，選用單溢流弓形降液管、凹形受液盤，塔板采用單流和分塊式組裝。１.溢流裝置的計算(1)堰長:(2）堰高：由，選用平直堰，堰上液層高度由弗蘭西斯公式求得精餾段：取,則(３）降液管面積當(dāng)時,查表得塔的相對操作面積為（4）液體在降液管里停留的時間精餾段故降液管設(shè)計合理(５）降液管底隙高度精餾段和降液管下端的液體流速分別取精餾段=0。0625-0。05３=0。0099ｍ６。2塔板布置的計算（1）塔板的分塊因，故塔板采用分塊式。查表5-3得，塔板分為3塊.(2）邊緣區(qū)寬度確定取,。（３)開孔區(qū)面積計算開孔區(qū)面積按式(5-1２)計算，即其中故(４）篩板計算及其排列本例所處理的物系無腐蝕性,可選用的碳鋼板,取篩孔直徑。篩孔按正三角形排列，取孔中心距t為篩孔數(shù)目n為開孔率為氣體通過閥孔的氣速為7.塔板的流體力學(xué)驗算7。1塔板壓降(1)干板阻力的計算由,查圖５—10得，，故（2）氣體通過液層阻力的計算氣體通過液層的阻力由式(5－２０）計算，即查圖5－１１，得，故液柱（3)液體表面張力的阻力的計算液體表面張力所產(chǎn)生的阻力由式（5—２3）計算,即液柱氣體通過每層塔板的液柱高度可按下式計算，即液柱氣體通過每層塔板的壓降為（設(shè)計允許值)7.2液面落差對于篩板塔，液面落差很小,且本例的塔徑和液流量均不大，故可忽略液面落差的影響。7．3液沫夾帶（1)精餾段故故在本設(shè)計中液沫夾帶量在允許范圍內(nèi)７．４漏液對篩板塔,漏液點氣速可由式（5—2５)計算，即實際孔速。穩(wěn)定系數(shù)為故在本設(shè)計中無明顯漏液7．５液泛為防止塔內(nèi)發(fā)生液泛，降液管內(nèi)液層高度應(yīng)服從式(5—32)的關(guān)系,即苯—氯苯物系屬于一般物系,取，則而板上不設(shè)進口堰，可由式(５-30）計算,即液柱液柱故在本設(shè)計中不會發(fā)生液泛現(xiàn)象。8.探班負(fù)荷性能圖８.1精餾段塔板負(fù)荷性能圖(1）漏液線（氣相負(fù)荷下限線)由得整理得在操作范圍內(nèi),任取幾個值，依上式計算出值,計算結(jié)果列于表5－4。0．０0060．00150.0０３0０.00450．３230．332０。3430。３5３由上表數(shù)據(jù)即可作出漏液線１。(2)液沫夾帶線(氣相負(fù)荷上限線)以為限,求關(guān)系如下：故整理得在操作范圍內(nèi)任取幾個值,依上式算出相應(yīng)的值列于下表中0.０００６０.０01５0．０03０0。00451．00１0.9400.８610.796依表中數(shù)據(jù)在圖中做出液沫夾帶線2.（3）液相負(fù)荷下限線對于平直堰、取堰上液層高度作為最小液體負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)。由式(5—7）得取整理上式得依此值在VS-ＬS圖中作線即為液相負(fù)荷下限線3。（４）液相負(fù)荷上限線以作為液體在降液管中停留時間的下限依此值在VＳ—ＬＳ圖中作線即為液相負(fù)荷上限線４。(5)液泛線令,,,聯(lián)立得忽略將的關(guān)系式代入上式，并整理得式中故或在操作范圍內(nèi),任取幾個任取幾個,依上式計算出的值列于表中。0．00０6０.００１5０.003０0。０0451．１481.1061。04９0。995依此值在VS—LS圖中作線即為液泛線⑤將以上5條線標(biāo)繪于圖中，即為精餾段負(fù)荷性能圖,見圖2.由圖知,本設(shè)計塔上限為液泛控制,下限為漏液控制。讀圖，故操作彈性為由圖知，本設(shè)計塔上限為液泛控制，下限為漏液控制.讀圖,故操作彈性為序號精餾段項目數(shù)值1平均溫度ｔm/℃88.82平均壓力ｐｍ/ｋＰａ107．83氣相流量Vｓ/（m３/s）0．５６４液相流量Ｌｓ/（m3/ｓ)0．0０28５汽相平均密度（kｇ/m３）2.86６實際總塔板數(shù)1３7塔徑/m１8板間距/m0。4２9溢流形式單溢流1０降液管形式弓形1１堰長／m0.6６12堰高/m0．0６2513板上液層高度/ｍ０．0814堰上液層高度/ｍ０。017515降液管底隙高度/m0。０5３16安定區(qū)寬度/m0．09517邊緣區(qū)寬度/m0。351８開孔區(qū)面積/ｍ20．５3２19篩孔直徑/m0。005２0篩孔數(shù)目２７312