1、化工原理课程设计分离苯甲苯的常压连续浮阀式精馏塔姓名专业过程装备与控制工程学号山东大学二一四年十一月化工原理课程设计目录一、设计任务书（一）设计题目（二）设计条件（三）设计内容二、塔板的工艺设计（一）精馏塔的全塔物料衡算（二）塔板数的确定（三）精馏塔工艺条件及相关物性数据的计算（四）塔径的计算（五）塔板工艺尺寸计算（六）塔板流体力学验算（七）塔板负荷性能图三、塔板设计一览表四、塔高的设计计算五、总装图六、设计总结七、参考文献化工原理课程设计一、设计任务书（一）设计题目分离苯甲苯的常压连续浮阀式精馏塔（二）设计条件进料组成40苯（摩尔分率，下同）分离要求溜出液组成中苯为95釜残液组成中苯为5处理
2、量每小时100千摩尔苯甲苯混合液进料热状况泡点进料回流比最小回流比的15倍相对挥发度为247工作压强常（三）设计内容1）工艺计算确定塔板数2）精馏塔主要结构尺寸设计A、确定塔高和塔径B、精馏段一块塔板结构设计C、塔板流体力学验算及负荷性能图3）设计一览表4）总装图化工原理课程设计二、塔板的工艺设计设计计算过程备注精馏塔全塔物料衡算相平衡方程NNNNNYYYYX4714721精馏段操作线方程111RXXRRYDNN提馏段操作线方程WNWNNXRDFXRDFRXDRDFXDRFRDY111111泡点进料40,1FQEXXXQ4814062206220950MINEEEDXYYXR222481515
3、1MINRR其中，57205040050950WFWDXXXXDF精馏段操作线方程为295006894012229501222222111NNDNNXXRXXRRY提馏段操作线方程为化工原理课程设计02440487610501222157212225722221111NNWNNXXXRDFXRDFRY塔板数计算第一块塔板上升的蒸汽组成9501DXY从第一块板下降的液体组成88500950471472950471472111YYX由第二块板上升的气相组成90510295008850068940295006894012XY第二块板下降的液体组成794309051047147290510471472
4、222YYX由第三块板上升的气相组成84260295007943068940295006894023XY由第三块板下降的液体组成684308426047147284260471472333YYX如此反复计算766804Y，571004X688605Y，472405X620706Y，398506X04化工原理课程设计6XQX第七块板上升的气相组成换提馏段操作线计算56840024403985048761024404876167XY347805684047147256840471472777YYX如此反复计算493008Y，282508X395809Y，209609X2874010Y，140301
5、0X1843011Y，0838011X1003012Y，0432012X050WX所需总理论板数为12块，第六块加料，精馏段需5块除以全塔效率可得最终需要22块塔板，第十一块加料。计算全塔效率TE,气体体积流量SV,液体体积流量SL由表查得CTOD1181，CTOW64107CTTTOWDM369426110711812由内插法得化工原理课程设计SAM269027909036949010027902550P苯SAM276028609036949010028602640P甲苯SAM273202760602690406040PXIIL甲苯苯SAM675027320472PL由OCONNELL图查得
6、全塔效率为55TEKMOLM/KG81781920501178950顶KMOLM/KG528619260117840进KMOLMMM/KG67822528681782进顶精又3/732MKGV，3/806MKGLVVSMDRMVV360013600精精,LLSMRDMLL36003600精精又222R,3890FDHKMOLFD/93810038903890SMVS/0517323600678293812223SMLS/00250806360067829382223气相流量SMVS/0513，液相流量SMLS/002503，气相密度3/732MKGV，液相密度3/806MKGV，物系表面张力M
7、MN/20。化工原理课程设计塔板工艺尺寸计算塔径欲求塔径应先求出空塔气速U，而MAXU安全系数）UVVLCMAXU式中C可由史密斯关联图查出，横标的数值为04090732806051002505050VLHHVL取板间距MHT450，取板上液层高度MHL070，则图中参数为MHHLT380070450。根据以上数值，查得08020C08020CCSMU/3721732732806080MAX取安全系数为06，则空塔气速为SMUU/82037216060MAX塔径MUVDS277182005144按标准塔径圆整为MD41塔截面积225414MDAT实际空塔气速SMU/6820541051化工原理
8、课程设计溢流装置选用单溢流弓形降液管，不设进口堰。各项计算如下堰长WL取堰长DLW660，即MLW924041660出口堰高WH利用公式OWLWHHH采用平直堰，堰上液层高度OWH可依如下公式计算321000842WHOWLLEH近似取E1，则可由列线图查出OWH值因MLW9240，HMLH/93600002503，由该图查得MHOW010，则MHW060。弓形降液管宽度DW和面积FA通过图求取DW及FA，因为660DLW查得07210TFAA,1240DWD,则2111054107210MAFMWD1740411240验算液体在降液管中停留时间，即化工原理课程设计SLHALHASTFHTF9
9、81900250450111036005S故降液管尺寸可用。降液管底隙高度OH3600OWSOWHOULLULLH取降液管底隙处液体流速SMUO/130，则020130924000250OH取MHO020塔板布置及浮阀数目与排列取阀孔动能因子10OF，求孔速OUSMFUVOO/673210，求每层塔板上的浮阀数，有1464145603904051422OOSUDVN取边缘区宽度MWC060，破沫区宽度MWS100，计算塔板上的鼓泡区面积，即ARCSIN1802222RXRXRXAAMWDRC6400602412化工原理课程设计MWWDXSD426010174024122222001640426
10、0ARCSIN640180426064042602MAA浮阀排列方式采用等腰三角形叉排。取同一横排的孔心距MMMT075075，则估算排间距T，即MMNTATA900900750146001考虑到到塔的直径较大，必须采用分块式塔板，而各分块板的支承与衔接也要占去一部分鼓泡区面积，因此排间距不宜采用MM90，而应小于此值，按MMT75，MMT65以等腰三角形叉排方式作图。排得阀数152个按N152重新核算孔速及阀孔动能因数SMU/7851520390405120重新核算阀孔动能因数55973278500VUF阀孔动能因数0F变化不大，仍在912范围内化工原理课程设计塔板开孔率8117856820
11、0UU塔板流体力学验算（1）气相通过浮阀塔板的压强降，有DLCPHHHH干板阻力SMUVOC/06673217317382518251因OUOCU，故干板阻力为MUHLC0340806056919919175017500液柱板上充气液层阻力本设备分离苯和甲苯的混合液，即液相为碳氢化合物，可取充气系数500，则MHHLL0350070500液柱液体表面张力所造成的阻力此阻力很小，忽略不计。因此，与气体流经一层浮阀塔板的压强降所相当的液柱高度为MHP069003500340液柱则，单板压降PAGHPLP5468198060690（2）淹塔为了防止淹塔现象的发生，要求控制降液管化工原理课程设计中清液
12、层高度，WTDHHH其中，DLPDHHHH与气体通过塔板的压强降所相当的液柱高度PH前已计算出MHP0690液柱液体通过降液管的压头损失因不设进口堰，故MHLLHWSD0028002092400025015301530220液柱板上液层高度前已选定板上液层高度为MHL070则MHD1420002800700690取50，又已选定MHT450，MHW060。则MHHWT255006045050可见WTDHHH,符合防止淹塔的条件（3）雾沫夹带对于泛点率，有化工原理课程设计泛点率100361BFLSVLVSALCZLV及泛点率100780TFVLVSAKCV板上液体流径长度MWDZDL052117
13、4024012板上液流面积23181111025412MAAAFTB苯和甲苯为正常系统，取物性系数01K，又查得泛液点负荷系数1260FC，则泛点率433100541126001052100250361732806732051及泛点率440541126001780732806732051两式计算出的泛点率都在80以下，故可知雾沫夹带量能够满足/10气液KGKGEV的要求。（4）塔板负荷性能图化工原理课程设计即，泛点率B361AKCZLVFLSVLVS按泛点率为80计算如下80031811260010521361732806732SSLV整理得SSLV247292由上式知雾沫夹带线为直线，则在操
14、作范围内任取两个SL值，依式计算出相应的SV值列于附表1中。据此，可作出雾沫夹带线（1）/3KGMLS00020010/3KGMVS224204附表1（2）液泛线DLLCDLPWTHHHHHHHHHH由上式确定液泛线。忽略式中H，带入各关系，有36001000842115302345320220WSWOWSLVWTLLEHHLLGUHH化工原理课程设计因物系一定，塔板结构尺寸一定，则TH,WH，WL,V,L,0及等均为定值，而0U与SV又有如下关系，即NDVUS2004式中阀孔数N与阀孔数0D亦为定值，因此可将上式简化为SV和SL的如下关系式3222SSSDLCLBAV即32220551014
15、481650027960SSSLLV或322273372516023905SSSLLV在操作范围内任取若干个SL值，依上式计算出相应的SV值列于附表2中/3KGMLS0001000500090013/3KGMVS551440297111附表2化工原理课程设计据表中数据作出液泛线（2）（3）液相负荷上限线液体的最大流量应保证在降液管中停留时间不低于S53由前知，液体在降液管内停留的时间为SLHAHTF533600取S5作为液体在降液管中停留时间的下限，则SMHALTFS/010545011105MAX求出上限液体流量SL值（常数）。在SSLV图上液相负荷上限线为与气体流量SV无关的竖直线（3）（
16、5）漏液线对于F1型重阀，依500VUF计算，则VU50。又知0204NUDVS则得SMNDVVS/5490732515203904543220据此作出与液体流量无关的水平漏液线（4）化工原理课程设计（6）液相负荷下限线取堰上液体MHOW0060作为液相负荷下限条件，依OWH的计算式计算出SL下限值，一次作出液相负荷下限线，该线为与气相流量无关的竖直线（5）00603600100084232MINWSLLE取1E，则SMLLWS/0008036009240184210000060360018421000006032323MIN根据以上各式可分别作出塔板负荷性能图上的（1）、（2）、（3）、（4
17、）及（5）共五条线化工原理课程设计塔板负荷性能图化工原理课程设计化工原理课程设计塔径设计一览表浮阀塔板工艺设计计算结果项目数值及说明备注塔径/DM板间距/THM塔板形式空塔气速/UMS堰长/WLM堰高/WHM板上液层高度/LHM降液管低隙高度0/HM浮阀数/N个阀孔气速0/UMS阀孔动能因数0F临界阀孔气速/UMS孔心距/TM排间距/TM单板压降/PPAP液体在降液管内停留时间/S降液管内清液层高度/DHM泛点率/气相负荷上限3MAX/SVMS气相负荷下限3MIN/SVMS操作弹性140450682092400600700215261000750065化工原理课程设计设计计算过程备注塔高计算所
18、以H40022624506650300240014000MM塔总高为14M化工原理课程设计总装图化工原理课程设计设计总结通过本次设计，让自己进一步对精馏塔的认识加深，体会到课程设计是我们所学专业课程知识的综合应用的实践训练，也深深感受到做一件事，要做好是那么的不容易。在本次设计中，我结合书本与网上的一些知识来完成了自己的课程设计。在此次设计中虽然自己做了近两周时间,深深体会到计算时的繁锁。计算时有许多是根据老师指定数据来算的如塔板间距、上液层高度、加热蒸汽压强，质量流量等，这些对于我们这些只学了一些简单的理论知识的学生来说简直是难上加难，以至于自己再算到这些时，算了一次又一次，才满足了工艺要求
19、。再次，虽然，自己经过很长时间来完成自己的设计内容的计算，一遍又遍，但还是觉得不算苦，必定有一句“千里之行，始于足下”。再完成设计内容后那就是选择工艺流程图，然而自己对工艺流程图的绘制却不知无从下手。最后，工艺流程是自己在结合书本上和老师给的参考图形，根据我们的设计要求选择了这个工艺流程。在确定此次工艺流程图之后，自己也用CAD画一遍花了一天的时间把工艺流程图画完。也感觉到自己CAD的不行，以后要花时间来练习。短短的几周课程设计，使我发现了自己所掌握的知识是真正如此的缺乏，自己综合应用所学的专业知识能力是如此的不足，几年来的学习了那么多的课程，今天才知道自己并不会灵活综合应用，在今后一定要不断加强。相信此次课程设计训练对自己的今后工作都会有一定的帮助。最后，也感谢老师给我们的帮助，给予我们这次锻炼的宝贵机会。化工原理课程设计参考文献1陈敏恒，潘鹤林，齐明斋化工原理第二版华东理工大学出版社2陈英男常用化工单元设备的设计上海华东理工大学出版社3廖希亮，张敏计算机绘图清华大学出版社4李功祥，等常用化工单元设备的设计华南理工大学出版社
