强烈推荐正己烷正庚烷筛板精馏塔的设计毕业论文.docx

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强烈推荐正己烷正庚烷筛板精馏塔的设计毕业论文

化工原理课程设计

题目

正己烷-正庚烷分筛板塔的设计

系（院）

化学与化工系

专业

化学工程与工艺

班级

2011级化工本1班

学生姓名

侯小敏

学号

指导教师

贾冬梅

职称

副教授

二〇一三年十一月

课程设计任务书

一、课题名称

正己烷—正庚烷分离筛板塔精馏塔设计

二、设计参数

（1）设计规模：

苯―甲苯混合液处理量_____3___ta

（2）生产制度：

年开工300天，每天三班8小时连续生产

（3）原料组成：

正己烷含量为40％-50%（质量百分率，下同）

（4）分离要求：

塔顶苯含量不低于___99__%，塔底苯含量不大于__0.2___％

（5）建厂地区：

大气压为760mmHg、自来水年平均温度为20℃的某地

三、设计内容（包括设计、计算、论述、实验、应绘图纸等根据目录列出大标题即可）

1、设计方案的选定

2、精馏塔的物料衡算

3、塔板数的确定

4、精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算（加热物料进出口温度、密度、粘度、比热、导热系数）

5、精馏塔塔体工艺尺寸的计算

6、塔板主要工艺尺寸的计算

7、塔板的流体力学验算

8、塔板负荷性能图（精馏段）

9、换热器设计

10、馏塔接管尺寸计算

11、制生产工艺流程图（带控制点、机绘，A2图纸）

12、绘制板式精馏塔的总装置图（包括部分构件）（手绘，A1图纸）

13、撰写课程设计说明书一份（设计说明书的基本内容：

⑴课程设计任务书；⑵课程设计成绩评定表；⑶中英文摘要；⑷目录；⑸设计计算与说明；⑹设计结果汇总；⑺小结；⑻参考文献）

14、有关物性数据可查相关手册

15、注意事项

●写出详细计算步骤，并注明选用数据的来源

●每项设计结束后列出计算结果明细表

●设计最终需装订成册上交

四、进度计划（列出完成项目设计内容、绘图等具体起始日期）

1.设计动员，下达设计任务书0.5天

2.收集资料，阅读教材，拟定设计进度1-2天

3.初步确定设计方案及设计计算内容5-6天

4.绘制总装置图2-3天

5.整理设计资料，撰写设计说明书2天

6.设计小结及答辩1天

前言1

第一章概述2

1.1精馏操作对塔设备的要求2

1.2板式塔的类型及性能评价2

1.3筛板塔的介绍2

第二章主塔设备设计计算3

2.1精馏塔的物料衡算3

2.1.1原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数3

2.1.2原料液及塔顶、塔底产品含正己烷摩尔分数和平均摩尔质量4

2.1.3物料衡算5

2.2理论板数的计算5

2.2.1常压下正己烷-正庚烷气液平衡组成与温度的关系5

2.2.2求q值及q线方程7

2.2.3全塔效率ET9

2.2.4实际板层数求解10

2.3精馏塔正己烷-正庚烷物性参数的计算10

2.3.1操作温度10

2.3.2平均摩尔质量10

2.3.3液相平均表面张力计算11

2.3.5操作压力计算12

2.3.6液相平均密度计算12

3.1塔体主要尺寸计算14

3.1.1塔径的计算14

3.1.2精馏塔有效高度的计算17

3.2塔板主要工艺尺寸计算17

3.2.1溢流装置计算17

3.2.2堰长18

3.2.3溢流堰高度18

3.2.4弓形降液管宽度和截面积19

3.2.5降液管底隙高度19

3.3塔板布置20

3.3.1塔板的分块20

3.3.2边缘区宽度确定20

3.3.3开孔区面积计算20

3.3.4筛孔计算及其排列21

3.4筛板的流体力学验算21

3.4.1塔板压降21

3.4.2气体通过液层的阻力计算22

3.4.3液体表面张力的阻力计算23

3.4.4液沫夹带24

3.4.5漏液24

3.4.6液泛25

3.5塔板负荷性能图26

3.5.1漏液线26

3.5.2液沫夹带线26

3.5.3液相负荷下限线27

3.5.4液相负荷上限线28

3.5.5液泛线28

第五章热量衡算32

5.1焓值衡算32

5.2回流液的焓33

5.3塔顶馏出液的焓34

5.4冷凝器消耗的焓34

5.5进料口的焓34

5.6塔底残液的焓34

5.7再沸器35

第六章附属设备设计35

6.1冷凝器的选择35

6.2再沸器的选择36

6.3泵的选择37

6.3.1进料泵37

6.3.2回流泵37

6.4接管的设计38

6.4.1进料管（313.15K）38

6.4.2回流管38

6.4.3塔顶蒸气出料管39

6.4.5法兰40

6.5筒体与封头40

6.6裙座40

6.7人孔与手孔41

6.8塔总体高度的设计41

6.8.1.塔的顶部空间高度41

6.8.2塔底空间高度41

6.8.3塔体空间高度41

设计感想42

参考文献42

附录43

前言

设计是工程建设的工程，对工程建设起着主导和决定性的作用，决定着工业现代化对的水平。

在化工设计中，化工单元设备的设计是整个化工过程和装置设计的核心和基础。

并贯穿于设计过程的始终。

课程设计是本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，是使学生体察实际工问题复杂性、学习化工知识的初次尝试。

通过成设计，要求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，在规定时间内完成的化工设计任务，从而得到化工工程设计的初步训练。

我们应在以下几个方面进行训练：

①查阅资料、选用公式和收集数据的能力②综合分析任务要求、确定化工工艺流程、进行设备选型，并提出保证正常通过、安全运行所需要的检测和计量参数，同事还要考虑劳动条件和环境保护的有效措施③正确、迅速的进行工程计算④掌握化工设计的基本程序和方法

精馏是分离液体混合物最常用的一种单元操作，在化工、炼油、石油化工等工业得到广泛应用。

精馏过程在能量驱动下，使气、液两相多次接触和分离，利用各组分挥发度的不同，使挥发组分由液相向气相转移，实现原料混合物中各组分分离，该过程是同时进行传热传质过程。

本次设计任务为设计一定处理量的分离乙酸乙酯-乙酸丁酯混合物的精馏塔。

板式精馏塔也是很早出现的一种板式塔，20世纪50年代起对板式精馏塔进行了大量工业规模的研究，逐步掌握了筛板塔的性能，并形成了较完善的设计方法。

与泡罩塔相比，板式精馏塔具有下列优点：

生产能力（20%——40%）塔板效率（10%——50%）而且结构简单，塔盘造价减少40%左右，安装，维修都较容易。

而在板式精馏塔中，筛板塔有结构比浮阀塔更简单，易于加工，造价约为泡罩塔的60％，为浮阀塔的80％左右，处理能力大等优点，综合考虑更符合本设计的要求。

所以说化工原理课程设计是化工原理教学的一个重要环节，完成以单元操作为主的一次设计实践。

通过课程设计使学生掌握化工设计的基本程序和方法，并在查阅技术资料、选用公式和数据、用简洁文字和图表表达设计结果、制图以及计算机辅助计算等能力方面得到一次基本训练，在设计过程中还应培养学生树立正确的设计思想和实事求是、严肃负责的工作作风。

第一章概述

精馏过程是现代化工生产中应用极为广泛的传质过程，其目的是利用混合液中各组分挥发度的不同将各组进行分离，并达到规定要求。

塔设备是化工、石油化工、生物化工、制药等生产过程广泛采用的起、液传输设备根据塔内气、液接触构件的结构形式，可分为板式塔和填料塔两大类。

1.1精馏操作对塔设备的要求

精馏过程是气（汽）、液两相间的传质单元操作过程，而作为传质所用的塔设备，必须要能使气（汽）、液两相在塔板处得到充分的接触。

评价塔设备性能指标有以下几点：

（1）生产能力：

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）操作弹性：

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）压降：

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。

1.2板式塔的类型及性能评价

按照塔内气液流动的方式，可将塔板分为错流式与逆流式。

错流式塔板上带有降液管，在每层塔板上保持一定的液层厚度，气体垂直穿过液层，但对整个塔板来说，两相为逆流流动。

错流式塔板广泛应用于精馏、吸收等传质操作中。

逆流塔板也称穿流板，板上不设降液管，气液两相同时由板上孔道逆向穿流而过。

栅板、淋降筛板等都属于逆流塔板。

这种塔板的结构虽简单，板面利用率也高，但需要更高的气速才能维持板上液层，操作范围较小，分离效率也很低，工业上应用也很少。

塔板板式塔的主要构件，在几种主要类型错流塔板中，应用最早的是泡罩塔，目前使用最广的是筛板塔和浮阀塔。

1.3筛板塔的介绍

筛板塔板简称筛板，筛板上开有许多均匀分布的小孔，根具孔径大小，分为小孔径（孔径为3-8mm）筛板和大孔径（孔径为10-25mm）筛板两类。

筛孔在塔板上通常做正三角形排列。

在正常的操作气速下，通过筛板上升的气流，应能阻止液体经筛孔向下泄露。

筛孔塔板的优点是：

结构简单，造价低廉，气体压降小，板上液面落差也较小，生产能力及板效率均较泡罩塔高。

其主要缺点：

操作弹性小，筛孔小时容易堵塞。

采用大孔径筛板可能避免堵塞，而且由于气速的提高，生产能力增大。

到20世纪50年代初，对筛板塔的结构、性能做了较充分的研究，价值设计和控制水平的提高，故近年来筛板塔的应用日趋广泛。

第二章主塔设备设计计算

2.1精馏塔的物料衡算

2.1.1原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数

正己烷的摩尔质量

正庚烷的摩尔质量

原料处理量为：

2.1.2原料液及塔顶、塔底产品含正己烷摩尔分数和平均摩尔质量

2.1.3物料衡算

总物料衡算

正己烷物料衡算

联立解得=1805kg

6.8.3塔体空间高度

设计感想

我利用这几天的时间完成了对正己烷和正庚烷筛板精馏塔的课程设计，设计的目的是分离正己烷和正庚烷这两种物质，我认为课程设计是一门很严谨的学科，也是一门将理论与实际相结合的课程，我再设计塔的过程运用在化工原理课上学到的很多知识，设计刚开始时我们没有我们需要的数据，所以在这个方面我遇到了一些问题，我到图书馆查数据，但是不全，最后在化工热力学课本上找到了相应的数据，解决了一些问题。

我们组一起画了气液平衡相图，开始了基本数据的计算，之后开始附属设备的计算及选型。

在设计过程中，通过查各种文献增加了我的专业知识，开阔了我的视野，也提高了查找文献课专业信息和搜集数据的能力。

虽然我设计的塔不能应用于实际的生产中，但凭着我的严谨的科学精神，对自己设计的塔经过再三的校核，不能有一丝马虎。

我发现书面的设计远远简单于实际生产中的设备。

为了设计更符合实际的设备，我需要学习更多的专业知识，考虑的更全面。

化工原理课程设计三周。

我从老师了解到化工原理课程设计是培养我们化工设计能力的重要教学环节，通过课程设计使我们初步掌握化工设计的基础知识、设计原则及方法；学会各种手册的使用方法及物理性质、化学性质的查找方法和技巧；掌握各种结果的校核，能画出工艺流程、塔板结构等图形；在设计过程中不仅要考虑理论上的可行性，还要考虑生产上的安全。

这次设计的书写中对格式的要求很严格，在老师的指导下我们按毕业设计的格式要求完成课程设计。

这为我们毕业设计做了准备课程设计培养了我严谨的态度，并且学会了解决问题的能力与方法，对自己的专业有了感想的认识，增强了解决和分析实际问题的能力，明白了课堂学习与实际工作的差距，找到了学习中的不足，并且改正了这些不足，

参考文献

[1]柴诚敬主编的《化工原理》第二版（上册）高等教育出版社

[2]柴诚敬主编的《化工原理》第二版（下册）高等教育出版社

[3]冯江全、冷一欣等主编的《化工原理课程设计》第二版中国石化出版社

[4]董大勤、高炳军、董俊华等主编的《化工设备机械基础》第四版化学工业出版社

[5]冯新、宣爱国、周彩荣等主编的《化工热力学》化工工业出版社

[6]张宇英、张克武等主编的《分子热力学性质手册》化学工业出版社2009

附录

带控制点的工艺流程图

板式精馏塔的总布置图

塔板图

题目：

化工原理课程设计

提交日期：

2013年11月28日学生签名：

侯小敏

学号

学院

化学与化工系

课程编号

课程名称

化工原理课程设计

指导教师

贾冬梅

教师评语：

成绩评定：

分指导教师签名：

年月日