化工原理课程设计.docx
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化工原理课程设计
1.1前言
课程设计是本课程教学中综合性和初中性较强的教学环节，是理论联系实际的桥梁，是学习化工设计基本知识的初次尝试。
也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。
蒸馏是利用液体混合物中个组分挥发度的不同并借助于多次部分汽化和部分冷凝达到轻重组分分离的方法。
蒸馏操作在石油化工中占有重要的地位，一般占基建投资费用的50%到90%。
为此，掌握气液平衡关系，熟悉各种塔型的操作特性对选择，设计和分析分离过程中的各种参数是很重要的。
蒸馏过程操作方式可分为间歇蒸馏和连续蒸馏。
间歇蒸馏是一种不稳定的操作过程，主要应用于批量生产或某些有特殊要求的场合；连续蒸馏为稳态的连续过程，是化工生产常用的方法。
蒸馏过程按蒸馏方式可分为简单蒸馏、平衡蒸馏、精馏和特殊精馏。
简单蒸馏是一种单级蒸馏操作，常以间歇方式进行。
平衡蒸馏又称闪蒸，也是一种单级蒸馏操作，常以连续方式进行。
简单蒸馏和平衡蒸馏一般用于较易分离的体系或分离要求不高的体系。
对于较难分离的体系可采用精馏，用普通清馏不能分离体系则可采用特殊精馏。
特殊精馏是在物系中加第三组分，改变分离组分的活度系数，增大组分间的相对挥发度，达到有效分离的目的。
特殊精馏有萃取精馏、恒沸蒸馏和盐溶精馏等。
精馏过程按操作压强可分为常压精馏、加压精馏和减压精馏。
一般说来，当总压强增大时，平衡时气相浓度与液相浓度接近，对分离不利，但对在常压下为气态的混合物可采用加压精馏；沸点高又是热敏性的混合液，可采用减压精馏。
目录
第一章概述………………………………………………………………………………………1
1.1课程设计安排表………………………………………………………………………………1
1.2设计方案简介…………………………………………………………………………………3
1.3工艺流程图及其说明…………………………………………………………………………3
第二章工艺设算及其主体设备的设计………………………………………………………4
2.1设计方案的确定………………………………………………………………………………4
2.2物料衡算………………………………………………………………………………………4
2.2.1原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量………………………………………4
2.2.2物料衡算……………………………………………………………………………4
2.3塔板数的确定…………………………………………………………………………………4
2.3.1理论板层数NT的求取………………………………………………………………4
2.3.2实际板层数的求取…………………………………………………………………6
2.4精馏塔的工艺条件及有关物性的数据……………………………………………………6
2.4.1操作压强……………………………………………………………………………6
2.4.2操作温度……………………………………………………………………………6
2.4.3平均摩尔质量………………………………………………………………………7
2.4.4苯-甲苯混合物的密度……………………………………………………………7
2.4.5苯-甲苯混合物的表面张力………………………………………………………8
2.4.5苯-甲苯混合物的表面张力………………………………………………………8
2.4.6苯-甲苯混合物的平均粘度………………………………………………………8
2.5塔体工艺尺寸的设计计算…………………………………………………………………8
2.5.1塔径…………………………………………………………………………………9
2.5.2塔高…………………………………………………………………………………10
2.6塔板工艺尺寸的设计计算…………………………………………………………………10
2.7.1溢流装置……………………………………………………………………………10
2.7.2塔板布置……………………………………………………………………………11
2.7塔板流动力学验算……………………………………………………………………………11
2.8.1塔板压降……………………………………………………………………………11
2.8.2液面落差……………………………………………………………………………12
2.8.3漏液…………………………………………………………………………………12
2.8.4液泛夹带……………………………………………………………………………12
2.8.5液泛…………………………………………………………………………………13
2.9负荷性能图…………………………………………………………………………………13
2.9.1漏液线………………………………………………………………………………13
2.9.2液沫夹带线…………………………………………………………………………13
2.9.3液泛线………………………………………………………………………………14
2.9.4液相负荷下限线………………………………………………………………………15
2.9.5液相负荷上限线………………………………………………………………………15
第三章精馏塔接管尺寸计算………………………………………………………………16
3.1进料管道………………………………………………………………………………………16
3.2塔顶回流液管道………………………………………………………………………………16
3.3塔底料液排出管道……………………………………………………………………………16
3.4塔顶蒸气体积流量……………………………………………………………………………16
3.5塔底蒸气进口管道……………………………………………………………………………16
第四章辅助设备的计算与选型………………………………………………………………17
4.1换热器…………………………………………………………………………………………17
4.1.1换热器的选型…………………………………………………………………………17
4.1.2流体流动空间及流速…………………………………………………………………17
4.1.3物性数据的确定………………………………………………………………………17
4.1.4传热面积………………………………………………………………………………17
4.2冷凝器…………………………………………………………………………………………18
4.2.1换热器的选型…………………………………………………………………………18
4.2.2流体流动空间及流速…………………………………………………………………18
4.2.3物性数据的确定………………………………………………………………………18
4.2.4传热面积………………………………………………………………………………18
4.3再沸器…………………………………………………………………………………………19
4.3.1物性数据………………………………………………………………………………19
4.3.2传热面积和工艺结构尺寸……………………………………………………………19
筛板塔连续精馏组分分离苯-甲苯工艺设计结果汇总表…………………………………………20
设计总结报告………………………………………………………………………………………21
参考文献……………………………………………………………………………………………22
符号说明……………………………………………………………………………………………23
参考文献：
[1]许文林，主编.化工单元操作及设备课程设计.北京：
科学出版社，2013
[2]贾绍义.柴成敬主编.化工传质与分离过程.北京：
化学工业出版社，2004
[3]贾绍义.柴诚敬主编.化工原理课程设计.天津：
天津大学出版社，2002
[4]匡国柱.化工单元过程及设备课程设计.北京：
化学工业出版社，2006
[5]谭天恩.《化工原理》上，下册.北京：
化学工业出版社2014
符号说明
Ap——塔板鼓泡区面积，m2；
Af——降液管截面积，m2；
A0——筛孔面积，m2；
AT——塔截面积，m2；
C——负荷系数，无因次；
C20——20dyn/cm时的负荷系数，无因次
Cf——泛点负荷系数，无因次；
Cp——比热，kJ/kg&S226;K；
d0——筛孔直径，m；
D——塔径，m；
D——塔顶产品流量，kmol/h或kg/h；
eV——雾沫夹带量，kg（液）/kg（气）；
E——液流收缩系数，无因次；
ET——总板效率或全塔效率，无因次；
F——原料流量，kmol/h或kg/h；
g——重力加速度，m/s2；
hd——干板压降，m；
hd——液体通过降液管的压降，m；
ht——气相通过塔板的压降，m；
hf——板上鼓泡层高度，m；
hl——板上液层的有效阻力，m；
hL——板上液层高度，m；
h0——降液管底隙高度，m；
h0w——堰上液层高度，m；
hp——与单板压降相当的液柱高度，m；
hW——溢流堰高度，m；
hσ——与克服表面张力的压强降相当的柱高度，m；
Hd——降液管内清液层高度，m；
HT——塔板间距，m；
I——物质的焓，kJ/kg；
K——稳定系数，无因次；
lW——堰长，m；
LS——塔内液体流量，m3/s；
M——分子量；
n——筛孔总数；
NT——理论板数；
N——实际板数；
P——操作压强，Pa；
ΔP——单板压强，Pa；
ΔPp——通过一层塔板的压强降Pa/层；
q——进料热状况参数，无因次；
Q——热负荷，kJ/h；
QB——再沸器热负荷，kJ/h；
QC——全凝器热负荷，kJ/h；
QL——热负荷损失，kJ/h；
r——汽化潜热，kJ/kg；
R——气体常数，8314J/kmol&S226;K；
R——回流比，无因次；
t——温度，℃或K；
t——孔心距，m；
T——温度，℃或K；
TS——塔顶温度，℃或K；
T`S——回流液温度，℃或K；
u——空塔气速，m/s；
Ua——按板上层液上方有效流通面积计的气速，m/s；
Umax——极限空塔气速，m/s；
u0——筛孔气速，m/s；
u0M——漏液点气速，m/s；
u’o——降液管底隙处液体流速，m/s；
V——精馏段上升蒸气量，kmol/h；
Vh——塔内气相流量，m3/h；
Vs——塔内气相流量，m3/s；
V’——提馏段上升蒸气量，kmol/h；
W——釜残液流量，kmol/h或kg/h；
Wh——加热蒸气量，kg/h；
Wc——边缘区宽度，m；
Wd——弓形降液管的宽度，m；
WS——破沫区宽度，m；
x——液相组成，摩尔分率；
y——气相组成，摩尔分率；
Z——塔的有效高度，m。
希腊字母
α——相对挥发度，无因次；
εo——板上液层充气系数，无因次；
τ——液体在降液管内停留时间，无因次；
ρ——密度，kg/m3；
μ——粘度，mPa&S226;s；
Φ——校正系数，无因次。
第一章概述
1.2前言
课程设计是本课程教学中综合性和初中性较强的教学环节，是理论联系实际的桥梁，是学习化工设计基本知识的初次尝试。
也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。
蒸馏是利用液体混合物中个组分挥发度的不同并借助于多次部分汽化和部分冷凝达到轻重组分分离的方法。
蒸馏操作在石油化工中占有重要的地位，一般占基建投资费用的50%到90%。
为此，掌握气液平衡关系，熟悉各种塔型的操作特性对选择，设计和分析分离过程中的各种参数是很重要的。
蒸馏过程操作方式可分为间歇蒸馏和连续蒸馏。
间歇蒸馏是一种不稳定的操作过程，主要应用于批量生产或某些有特殊要求的场合；连续蒸馏为稳态的连续过程，是化工生产常用的方法。
蒸馏过程按蒸馏方式可分为简单蒸馏、平衡蒸馏、精馏和特殊精馏。
简单蒸馏是一种单级蒸馏操作，常以间歇方式进行。
平衡蒸馏又称闪蒸，也是一种单级蒸馏操作，常以连续方式进行。
简单蒸馏和平衡蒸馏一般用于较易分离的体系或分离要求不高的体系。
对于较难分离的体系可采用精馏，用普通清馏不能分离体系则可采用特殊精馏。
特殊精馏是在物系中加第三组分，改变分离组分的活度系数，增大组分间的相对挥发度，达到有效分离的目的。
特殊精馏有萃取精馏、恒沸蒸馏和盐溶精馏等。
精馏过程按操作压强可分为常压精馏、加压精馏和减压精馏。
一般说来，当总压强增大时，平衡时气相浓度与液相浓度接近，对分离不利，但对在常压下为气态的混合物可采用加压精馏；沸点高又是热敏性的混合液，可采用减压精馏。
精馏段
提馏段
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