广州大学生命科学学院
化 工 原 理 课 程 设 计
（苯---甲苯二元混合物 连续精馏装置的设计）
2012.12
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一 设计概述 3
（一）课程设计的目的 --------------------------------------------------------------------------------------------------- 3 （二）课程设计的内容 --------------------------------------------------------------------------------------------------- 3 （三）精馏操作对塔设备的要求 -------------------------------------------------------------------------------------- 3 （四）板式塔的类型 ------------------------------------------------------------------------------------------------------ 3
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二 塔的设计和流程工艺的设计 4
（一）塔类型的确定 ------------------------------------------------------------------------------------------------------ 4 （二）工艺流程的设计 --------------------------------------------------------------------------------------------------- 4
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三 设计方案中参数的确定 5
（一）确定操作压力 ------------------------------------------------------------------------------------------------------ 5 （二）确定进料状态 ------------------------------------------------------------------------------------------------------ 5 （三）确定加热方式 ------------------------------------------------------------------------------------------------------ 5 （四）确定冷却方式 ------------------------------------------------------------------------------------------------------ 5 （五）热能的利用 --------------------------------------------------------------------------------------------------------- 6
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四 塔的工艺计算 6
（一）精馏塔的物料衡算 ------------------------------------------------------------------------------------------------ 7 （二）塔板数的确定 ------------------------------------------------------------------------------------------------------ 8
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五、塔的工艺条件及有关物性数据计算 14
（一）. 操作压强（二）. 操作温度
Pm ----------------------------------------------------------------------------------------------------14
tm ----------------------------------------------------------------------------------------------------14 Mm -----------------------------------------------------------------------------------------------15
（三）. 平均分子量（四）. 平均密度
?m ---------------------------------------------------------------------------------------------------15
?m ---------------------------------------------------------------------------------------------16
（五）. 液体表面张力（六）. 液体粘度
?Lm --------------------------------------------------------------------------------------------------17
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六、精馏塔的塔体工艺尺寸计算 18
（一）. 塔径D的计算 -------------------------------------------------------------------------------------------------18 （二）. 溢流装置 --------------------------------------------------------------------------------------------------------20 （三）. 塔板布置 --------------------------------------------------------------------------------------------------------21 （四）. 筛孔数n与开孔率? -----------------------------------------------------------------------------------------21 （五）.塔的精馏段有效高度Z---------------------------------------------------------------------------------------22
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七、筛板流体力学验算 23
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（一）. 气体通过筛板压降相当的液柱高度hP -----------------------------------------------------------------23 （二）. 雾沫夹带量
ev的验算 ----------------------------------------------------------------------------------------24
（三）. 漏液的验算 -----------------------------------------------------------------------------------------------------24 （四）. 液泛验算 --------------------------------------------------------------------------------------------------------25
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八、塔板负荷性能图 26
(一)精馏段------------------------------------------------------------------------------------------------------------------26 （二）提馏段 --------------------------------------------------------------------------------------------------------------29
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九、板式塔的结构与附属设备设计 33
（一）塔体结构 -----------------------------------------------------------------------------------------------------------33 （二）塔板结构 -----------------------------------------------------------------------------------------------------------34
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十、 辅助设备设计或选型 34
（一）冷凝器 --------------------------------------------------------------------------------------------------------------34 （二）再沸器 --------------------------------------------------------------------------------------------------------------35 （三）接管管径的计算和选择-----------------------------------------------------------------------------------------35
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十一、设计结果一览表 37 参考文献 40 总结 40
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一 设计概述
（一）课程设计的目的
1、根据设计任务，查阅资料，选用公式和搜集数据的能力；
2、依据综合分析设计任务要求，确定化工工艺流程，进行设备选型； 3、培养学生迅速准确进行工程计算的能力；
4、培养学生用简洁的文字，清晰的图表来表达自己设计思想的能力。
（二）课程设计的内容
（1）设计方案的简介
（2）主要设备的工艺设计计算 （3）典型辅助设备的选型和计算 （4）工艺流程简图
（5）主体设备工艺条件图
完整的化工原理课程设计报告由设计说明书和图纸两部分组成；
（三）精馏操作对塔设备的要求
精馏所进行的是气(汽)、液两相之间的传质，而作为气(汽)、液两相传质所用的塔设备，首先必须要能使气(汽)、液两相得到充分的接触，以达到较高的传质效率。但是，为了满足工业生产和需要，塔设备还得具备下列各种基本要求：
(１) 气(汽)、液处理量大，即生产能力大时，仍不致发生大量的雾沫夹带、拦液或液泛等破坏操作的现象。
(２) 操作稳定，弹性大，即当塔设备的气(汽)、液负荷有较大范围的变动时，仍能在较高的传质效率下进行稳定的操作并应保证长期连续操作所必须具有的可靠性。
(３) 流体流动的阻力小，即流体流经塔设备的压力降小，这将大大节省动力消耗，从而降低操作费用。对于减压精馏操作，过大的压力降还将使整个系统无法维持必要的真空度，最终破坏物系的操作。 (４) 结构简单，材料耗用量小，制造和安装容易。 (５) 耐腐蚀和不易堵塞，方便操作、调节和检修。 (６) 塔内的滞留量要小。
实际上，任何塔设备都难以满足上述所有要求，同时，上述要求中有些也是互相矛盾的。不同的塔型各有某些独特的优点，设计时应根据物系性质和具体要求，抓住主要矛盾，进行选型。
（四）板式塔的类型
气－液传质设备主要分为板式塔和填料塔两大类。精馏操作既可采用板式塔，也可采用填料塔。 板式塔为逐级接触型气－液传质设备，其种类繁多，根据塔板上气－液接触元件的不同，可分为泡罩塔、浮阀塔、筛板塔、等多种。
其中对主要的板式塔类型进行介绍： 泡罩塔是历史悠久的板式塔，长期以来，在蒸馏、吸收等单元操作使用的设备中曾占有主要的地位，泡罩塔具有以下优点：
（1）.操作弹性大（2）.无泄漏（3）.液气比范围大4）.不易堵塞
泡罩他的不足之处在于结构复杂、造价高、安装维修方便以及气相压力降较大。
浮阀塔是在泡罩塔的基础上发展起来的，取消了升气管和泡罩，在塔板开孔上设有浮动的浮阀，浮阀可根据气体流量上下浮动，自行调节，使气缝速度稳定在某一数值。浮阀塔在操作弹性、塔板效率、压降、生产能力以及设备造价等方面比泡罩塔优越。但在处理粘稠度大的物料方面，又不及泡罩塔可靠。浮阀塔广泛用于精馏、吸收以及脱吸等传质过程中。 浮阀塔之所以这样广泛地被采用，是因为它具
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有下列特点：
(１) 处理能力大，比同塔径的泡罩塔可增加20～40％，而接近于筛板塔。
(２) 操作弹性大，一般约为5～9，比筛板、泡罩、舌形塔板的操作弹性要大得多。 (３) 塔板效率高，比泡罩塔高15％左右。
(４) 压强小，在常压塔中每块板的压强降一般为400～660N/m2。 (５) 液面梯度小。
(６) 使用周期长。粘度稍大以及有一般聚合现象的系统也能正常操作。
(７) 结构简单，安装容易，制造费为泡罩塔板的60～80％,为筛板塔的120～130％。
二 塔的设计和流程工艺的设计 （一）塔类型的确定
本次化工课程设计要设计一个精馏分离甲醇和水的二元混合物的精馏塔，设计任务适合筛板塔的精馏。而筛板塔是在塔板上钻有均匀分布的筛孔，上升空气流经筛板塔分散，鼓泡通过板上液层，形成汽液密切接触的泡沫层。筛板塔具有以下优点：结构简单，制造维修方便，造价低，相同条件下生产能力高于浮阀塔，塔板效率接近于浮阀塔。
（二）工艺流程的设计
根据设计任务进行下面的工艺流程设计：苯，甲苯混合物进原料预热装置加热到泡点后，送入精馏塔，。塔顶上升蒸汽经全凝器冷凝后，一部分作为回流，其余的产品有冷却器冷去后送至贮槽。塔釜采用间接蒸汽加热向再沸器供热，他地产品经冷却送至贮槽。流程图如下：
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