化工原理设计概述

1、广州大学生命科学学院化工原理课程设计精馏塔设计 设计项目：甲醇水混合溶液精馏塔设计姓名：班级：学号：指导教师：邹汉波设计日期：2021年1月9日-1月20日目录化工原课程设计任务书 5前言 7第一部分工艺流程的选择及示意图81.1 工艺概述81.2基本原理81.3设计方案原则81.4 设计步骤91.5设计方案的内容91.6操作压力91.7加热方式 101.8进料状态101.9回流比111.10热能利用111.11工艺流程示意图 12第二部分 精馏塔全塔物料衡算142.1原料液及塔顶、塔底产品的摩尔质量 142.2.原料液、塔顶、塔底产品的平均摩尔质量142.3塔板数的确定 152.4热量衡算22第三部分 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 243.1操作压力的计算 243.2操作温度的计算 253.3平均摩尔质量计算 253.4平均密度计算 263.5液体平均张力计算 273.6液体平均粘度计算 283.7气液相负荷的计算 28第四部分 精馏塔的塔体工艺尺寸计算 294.1板间距的选定 293.6塔径的确定 29第五部分 溢流装置的计算325.1 溢流堰345.2受液盘345.3 弓

2、形降液管的宽度和横截面积345.4降液管底隙高度h0 355.5塔板布置及浮阀数目与排列36第六部分 塔板的流体力学计算436.1 气体通过浮阀塔板的压降436.2 液泛466.3 雾沫夹带476.4 漏液校核516.5 塔的负荷性能图51第七部分 精馏塔的结构设计587.1筒体与封头58 7.2 裙座587.3人孔597.4吊柱607.5除沫器617.6接管627.7法兰的选择647.8塔总体高度的设计667.9塔的附属设备 68冷凝器 70再沸器70第八部分设计结果总结 70参考文献 72化工原理课程设计说明书以及个人总结73化工原理课程设计任务书班级 生物工程141班 姓名李世民 学号 1414200085设计题目：甲醇水连续精馏塔的设计一、设计任务：试设计一连续浮阀精馏塔以分离苯-甲苯混合物。具体工艺参数如下：1、原料处理量：年处理 20000 吨 甲醇水混合液体。2、原料液中苯含量： 30%（质量）。3、产品要求：馏出液中的甲醇的含量为 99.5%（质量）。塔顶易挥发组分的回收率 99.9 %设备的年实际生产时间为7200h。二、设计条件：1、加热方式：间接蒸汽加热，蒸汽压力

3、为1.02.5kg/cm2。2、操作压力：常压。3、进料状况：饱和液体进料。4、冷却水进口温度： 30 ，出口温度自定。5、塔板形式：浮阀塔板。三、应完成的工作量：1、确定全套精馏装置的流程，绘制工艺流程示意图。2、精馏塔的工艺设计，塔的结构尺寸设计。3、有关附属设备的设计和选型，编写设计说明书一份。4、绘制精馏塔的装配图一张（一号图纸）。5、对设计过程的评述和有关问题的讨论。指导老师：邹汉波2021年 1 月 3日前言课程设计是化工原理课程教学中综合性和实践性较强的教学环节，是理论联系实际的桥梁，是使学生体察工程实际问题复杂性的初次尝试。通过化工原理课程设计，学生能综合运用本课程和前修课程的基本知识，进行融会贯通的独立思考，在规定时间内完成指定的化工设计任务，从而得到化工工程设计的初步训练。通过课程设计，要求学生了解工程设计的基本内容，掌握化工设计的主要程序和方法，培养学生分析和解决工程实际问题的能力。同时，通过课程设计，还可以是学生树立正确的设计思想，培养实事求是、严肃认真、高度负责的科学作风。在课程设计中，熟练查阅文献资料、搜集有关数据、正确选用公式，在兼顾技术上先进性、可行性，

4、经济上合理性的前提下，综合分析设计任务要求，严格按照常用数据算图，化工设备常用材料性能以及画工图例国标规定进行设计，确定化工工艺流程，进行设备选型，并提出保证过程正常、安全运行所需要的检测和计量参数，同时还要考虑改善劳动条件和环境保护的有效措施。化工生产常需进行二元液相混合物的分离以达到提纯或回收有利用价值组分的目的，精馏是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液化或多次部分冷凝达到轻重组分分离目的的方法。精馏操作在化工、石油化工或轻工等工业生产中占有重要的地位。为此，掌握气液相平衡关系，熟悉各种塔形的操作特性，对选择、设计和分析分离中的各种参数是非常重要的。塔设备是化工、炼油生产中最重要的设备类型之一。本设计是针对工业生产中的苯甲苯溶液这一二元物质中进行苯的提纯精馏方案，根据给出的原料性质及组成、产品性质及组成，对精馏塔进行设计和物料衡算。通过设计核算及试差等计算初步确定精馏塔的进料、塔顶、塔底操作条件及物料组成。同时对精馏的基本结构包括塔的主要尺寸进行了计算和选型，对塔顶冷凝器。塔底再沸器。相关管道尺寸及储罐等进行了计算和选型。在计算设计过程中参考了有关化工原理、化学工

5、程手册、冷换设备工艺计算手册等方面的资料。为精馏塔的设计计算提供了技术支持和保证。通过对精馏塔进行设计和物料衡算等方面的计算，进一步加深了对化工原理、石油加工单元过程原理等的理解深度，开阔了视野，提高了计算、绘图、计算机的使用等方面的知识和能力。第一部分工艺流程的选择及示意图1.1 工艺概述精馏是分离液体混合物（含可液化的气体混合物）最常用的一种单元操作，在化工、炼油、石油化工等工业中得到广泛的应用。精馏过程在能量剂驱动下（有时加质量剂），使气液两相多次直接接触和分离，利用液相混合物中各组分的挥发度的不同。使易挥发组分由液相向气相转移，难挥发组分由气相向液相转移，实现原料混合液中各组分的分离。根据生产上的不同要求，精馏操作可以是连续的或间歇的，有些特殊的物系还可采用衡沸精馏或萃取精馏等特殊方法进行分离。本设计任务为分离苯一甲苯混合物，由于对物料没有特殊的要求，可以在常压下操作。对于二元混合物的分离，应采用连续精馏流程。设计中采用泡点进料，将原料液通过预热器加热至泡点后送人精馏塔内。塔顶上升蒸气采用全凝器冷凝，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。塔底设置再

6、沸器采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。其中由于蒸馏过程的原理是多次进行部分汽化和冷凝，热效率比较低，但塔顶冷凝器放出的热量很多，但其能量品位较低，不能直接用于塔釜的热源，在本次设计中设计把其热量作为低温热源产生低压蒸汽作为原料预热器的热源之一，充分利用了能量。1.2 基本原理在化工、轻工、石油等生产过程中，混合物的分离是生产过程中的重要过程。原料和中间产品有许多是由几个组分液相组成的均相混合物，为了对某些组分进行提纯或回收其中的有用组分以达到生产的目的，通常需要对混合物进行分离，蒸馏是分离液体混合物的典型单元操作，它通过加热造成气、液两相物系，利用物系的各组分挥发度不同的特性以实现分离的目的。当混合物中各组分的挥发度相差不大，而又有较高的分离要求时，宜采用精馏。由于苯比甲苯在同样的条件下更容易挥发，所以本设计采用精馏，其中苯为易挥发组分，甲苯为难挥发组分。1.3 确定设计方案原则总的原则是尽可能多地采用先进的技术，使生产达到技术先进、经济合理的要求，符合优质、高产、安全、低能耗的原则，具体考虑以下几点：(1) 满足工艺和操作的要求 所设计出来的流程和设备能保证得到质量稳定的产品。由于工业上原料的浓度、温度经常有变化，因此设计的流程与设备需要一定的操作弹性，可方便地进行流量和传热量的调节。设置必需的仪表并安装在适宜部位，以便能通过这些仪表来观测和控制生产过程。(2) 满足经济上的要求 要节省热能和电能的消耗，减少设备与基建的费用，如合理利用塔顶和塔底的废热，既可节省蒸汽和冷却介质的消耗，也能节省电的消耗。回流比对操作费用和设备费用均有很大的影响，因此必须选择合适的回流比。冷却水的节省也对操作费用和设备费用有影响，减少冷却水用量，操作费用下降，但所需传热设备面积增加，设备费用增加。因此，设计时应全面考虑，力求总费用尽可能低一些。(3) 保证生产安全 生产中应防止物料的泄露，生产和使用易燃物料车间的电器均应为防爆产品。塔体大都安装在室外，为能抵抗大自然的破坏，塔设备应具有一定刚度和强度。1.4 设计步骤板式精馏塔的设计大体按以下步骤进行：(1) 确定设计方案；(2) 平衡级计算和理论塔板的确定；(3) 塔板的选择；(4) 实际板数的确定；(5) 塔体流体力学计算；(6) 管路及附属设备的计算与选型；(7) 撰写设计说明书和绘图

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