资料
前 言
化工原理课程设计培养学生化工设计力重教学环节通课程设计初步掌握化工设计基础知识设计原方法学会种手册方法物理性质化学性质查找方法技巧掌握种结果校核画出工艺流程塔板结构等图形设计程中仅考虑理行性考虑生产安全性济合理性
化工生产常需进行液体混合物分离达提纯回收组分目精馏利液体混合物中组分挥发度助次部分汽化部分冷凝达轻重组分分离方法塔设备般分阶跃接触式连续接触式两类前者代表板式塔者代表填料塔
筛板塔泡罩塔相较具列特点：生产力105板效率提高产量15左右压降降低30左右外筛板塔结构简单消耗金属少塔板造价减少40左右安装容易便清理检修次课程设计年处理含苯质量分数36苯甲苯混合液4万吨筛板精馏塔设计塔设备化工炼油生产中重设备气(汽)液液液两相间进行紧密接触达相际传质传热目
设计程中应考虑设计精馏塔具较生产力满足工艺求外定潜力节省源综合利余热济合理冷水进出口温度高低方面影响冷水量方面影响需传热面积操作费设备费均影响设计否合理利热R等直接关系生产程济问题
目录
第章 绪 1
11 精馏条件确定 1
111 精馏加热方式 1
112 精馏进料状态 1
113 精馏操作压力 1
12 确定设计方案 1
121 工艺操作求 2
122 满足济求 2
123 保证安全生产 2
第二章 设计计算 3
21 设计方案确定 3
22 精馏塔物料衡算 3
221 原料液进料量塔顶塔底摩尔分率 3
222 原料液塔顶塔底产品均摩尔质量 3
223 物料衡算 3
23 塔板计算 4
231 理板数NT求取 4
232 全塔效率计算 6
233 求实际板数 7
234 效塔高计算 7
24 精馏塔工艺条件关物性数计算 8
241 操作压力计算 8
242 操作温度计算 8
243 均摩尔质量计算 8
244 均密度计算 10
245 液体均表面张力计算 11
246 液体均黏度计算 12
247 气液负荷计算 13
25 塔径计算 13
26 塔板工艺尺寸计算 15
261 溢流装置计算 15
262 塔板布置 18
27 筛板流体力学验算塔板压降 19
271 精馏段筛板流体力学验算塔板压降 19
272 提馏段筛板流体力学验算塔板压降 21
28 塔板负荷性图 23
281 精馏段塔板负荷性图 23
282 提馏段塔板负荷性图 26
第三章 设计结果览表 30
第四章 板式塔结构 31
41 塔顶空间 31
42 塔底空间 31
43 孔 31
44 塔高 31
第五章 致谢 34
参考文献 35
第章 绪
11 精馏条件确定
精馏方案适工业生产中苯甲苯溶液二元物系中进行苯提纯精馏塔苯塔产品求纯度高求塔顶塔底产品时合格普通精馏温度控制远远达求实际生产程控制中采灵敏板控制达求苯塔采温差控制
111 精馏加热方式
蒸馏釜加热方式通常采间接蒸汽加热设置沸器时采直接蒸汽加热然直接蒸汽加热蒸汽断通入塔底溶液起稀释作塔底易挥发物损失量相情况塔底残液中易挥发组分浓度应较低塔板数稍增加采直接蒸汽加热时加热蒸汽压力高釜中压力便克服蒸汽喷出孔阻力釜中液柱静压力
精馏进料状态
进料状态直接影响进料线（q线）操作线衡关系相位置整塔热量衡算影响泡点进料相：采冷进料分离求定条件需理板数少需预热器塔釜热负荷（般需采直接蒸汽加热）总热量基衡进料温度波动较操作易控制采露点进料分离求定条件需理板数进料前预热器负荷耗时精馏段提馏段升蒸汽量变化较操作易控制受外界条件影响
泡点进料介二者间优点受外界干扰塔精馏段提馏段升蒸汽量变化较便设计制造操作控制设计采泡点进料
113 精馏操作压力
精馏操作常压进行苯沸点低适合常压操作需进行减压操作加压操作时苯物系高温易发生分解聚合等变质反应液体（混合气体）必加压减压精馏方面加压减压精馏量消耗常压操作物系般加压减压精馏
12 确定设计方案
确定设计方案总原条件量采科学技术新成生产达技术先进济合理求符合优质高产安全低消耗原必须具体考虑点：
工艺操作求
设计出流程设备首先必须保证产品达务规定求质量稳定求流体流量压头稳定入塔料液温度状态稳定需采取相应措施次定设计方案需定操作弹性处流量应定范围进行调节必时传热量进行调整必位置装置调节阀门路中安装备支线计算传热面积选取操作指标时应考虑生产波动次考虑必需装置仪表(温度计压强计流量计等)装置位置便通仪表观测生产程否正常帮助找出正常原便采取相应措施
满足济求
节省热电消耗减少设备基建费前述蒸馏程中适利塔顶塔底废热节约生蒸汽冷水减少电消耗冷水出口温度高低方面影响冷水量方面影响需传热面积操作费设备费影响样回流操作费设备费影响
保证安全生产
例苯属毒物料蒸汽弥漫车间塔指定常压操作塔压力塔骤冷产生真空会塔受破坏需安全装置
三项原生产中样重化工原理课程设计中第原应作较考虑第二原作定性考虑第三原求作般考虑
第二章 设计计算
21 设计方案确定
设计采连续精馏流程饱液体进料塔顶升蒸汽采全凝器冷凝冷凝液泡点部分回流塔余部分产品冷器冷送储罐该物系属易分离物系回流较操作回流取回流2倍塔釜采饱蒸汽间接加热塔底产品冷送储罐
22 精馏塔物料衡算
原料液进料量塔顶塔底摩尔分率
（生产力）进料量：F85000t年
苯摩尔质量 MA7811Kgmol
甲苯摩尔质量 MB9213Kgmol
原料液塔顶塔底产品均摩尔质量
物料衡算
原料处理量
总物料衡算 FD+W137kmolh
苯物料衡算
联立解：
D5943Kmolh W7757Kmolh
23 塔板计算
理板数NT求取
(1) 相挥发度求取
查 温度组成 图td80℃ tw926℃（表2）
取td80℃时
取 td926℃时
(2)回流求取
饱液体进料q1q线垂直线根相衡方程
回流
衡曲线正常情况取回流R(112)Rmin
R15Rmin216
（3） 精馏塔气液相负荷
(4)操作线方程
精馏段操作线方程
提馏段操作线方程
(5)逐板法求理板数计算程
相衡方程
变形：
精馏段操作线方程
提馏段操作线方程
精馏段操作线相衡方程进行逐板计算：
精馏段理板数n7
提馏段操作线相衡方程继续逐板计算：
提馏段理板数n8（包括沸器）
全塔效率计算
td80℃ tw926℃
计算出 tm935℃ 根表6分查苯甲苯均温度粘度
差法计算出
均粘度公式
根奥康奈尔（O`connell）公式计算全塔效率
233 求实际板数
精馏段实际板层数
提馏段实际板层数
全塔塔板28块进料板第14块板
效塔高计算
精馏段效塔高
提馏段效塔高
精馏段提馏段设孔高度600mm
效塔高
24 精馏塔工艺条件关物性数计算
241 操作压力计算
塔顶操作压力P＝1013 kPa
层塔板压降 △P＝07 kPa
进料板压力＝1013+07×13＝1104kPa
塔底操作压力1013+07×15＝1118kPa
精馏段均压力＝（1013+1104）2＝10585 kPa
提馏段均压力（1104+1118）2 1111kPa
操作温度计算
80℃
℃
℃
精馏段均温度（ 80+926）2 863℃
提馏段均温度（926+107）2 998℃
243 均摩尔质量计算
塔顶均摩尔质量计算
x10959
进料板均摩尔质量计算
面理板算法＝0654 ＝043
塔底均摩尔质量计算
001相衡方程0026
精馏段均摩尔质量
提馏段均摩尔质量
均密度计算
①气相均密度计算
理想气体状态方程计算精馏段均气相密度
提馏段均气相密度
②液相均密度计算
液相均密度式计算
tD＝80℃查手册
塔顶液相质量分率 求
tf＝9206℃查线图
塔顶液相质量分率
求
c塔底液相均密度计算
tw＝107℃
塔顶液相质量分率
精馏段液相均密度
提馏段液相均密度
液体均表面张力计算
公式：
a塔顶液相均表面张力计算
tD＝80℃查手册
b进料板液相均表面张力计算
tF＝9206℃查线图
c塔底液相均表面张力计算
tw＝107℃查线图
精馏段液相均表面张力
提馏段液相均表面张力
液体均黏度计算
公式：查手册
塔顶液相均黏度计算
tD＝80℃查线图
a 进料板液相均黏度计算
tF＝9206℃查线图
b 塔底液相均黏度计算
tw＝107℃查线图
精馏段液相均黏度
提馏段液相均黏度
气液负荷计算
精馏段：
提馏段：
25 塔径计算
塔板间距HT选定重塔高塔径物系性质分离效率塔操作弹性塔安装检修等关参表示验关系选取
表21 板间距塔径关系
塔径DTm
03～05
05～08
08～16
16～24
24～40
板间距HTmm
200～300
250～350
300～450
350～600
400～600
精馏段：
初选板间距取板液层高度
查史密斯关联图 C200070式
校正物系表面张力
取安全系数07（安全系数06—08）
标准塔径圆整16m空塔气速073ms
提馏段：
初选板间距取板液层高度
查史密斯关联图 C200065式
校正物系表面张力
取安全系数07（安全系数06—08）
标准塔径圆整20m空塔气速046ms
精馏段提溜段相较知道二者塔径致根塔径选择规定相差二塔径取二者中较设计塔时候塔径取2m
26 塔板工艺尺寸计算
溢流装置计算
精馏段
塔径D＝2m选单溢流弓形降液采行受液盘精馏段项计算：a)溢流堰长：单溢流区（06～08）D取堰长060D060×2012m
b)出口堰高：
查液流收缩系数计算图
图21液流收缩系数计算图
查E104
c)降液宽度降液面积：
查弓形降液宽度面积图
图22弓形降液宽度面积
利计算液体降液中停留时间检验降液面积
（5s符合求）
d)降液底隙高度：
取液体通降液底隙流速（007025ms）
式
满足条件降液底隙高度设计合理
e)受液盘
采行形受液盘设进堰口深度60mm
提馏段
塔径D＝2m选单溢流弓形降液采行受液盘精馏段项计算： a)溢流堰长：单溢流区lW（06～08）D取堰长060D060×2012m
b)出口堰高：
查液流收缩系数计算图液流收缩系数E
查E104
c)降液宽度降液面积：
查弓形降液宽度面积图
利计算液体降液中停留时间检验降液面积
d)降液底隙高度：
取液体通降液底隙流速（007025ms）
满足条件降液底隙高度设计合理
e)受液盘
采行形受液盘设进堰口深度60mm
塔板布置
a)塔板分块
D≥1200mm塔板采分块式塔极分4块精馏段：
取边缘区宽度
塔边缘区宽度取30—50mm里取
安定区宽度
D12m<15m
b)开孔区面积
计算开孔区面积
筛孔数开孔率：
例处理物系腐蚀性选碳钢板取筛板直径筛孔正三角形排列取孔中心距t
层板开孔面积
气体通筛孔气速：
27 筛板流体力学验算塔板压降
精馏段筛板流体力学验算塔板压降
(1) 干板阻力计算干板阻力式计算：
查筛板塔汽液负荷子曲线图
图23
液柱
(2) 气体通液层阻力计算
气体通液层阻力式计算
查充气系数关联图
(3) 液体表面张力阻力计算
液体表面张力产生阻力式计算：
气体通层塔板液柱高度式计算：
气体通层塔板压降：
(2) 液面落差
筛板塔液面落差设计塔径液流量均忽略液面落差影响
(3) 溢流液泛
防止塔发生液泛降液液层高应服式表示关系：
塔板设进口堰
苯—甲苯物系属般物系取：
设计中会发生液泛现象
(4) 雾沫夹带
雾沫夹带式计算：
液沫夹带量允许范围
(5) 漏液
筛板塔漏液点气速公式计算：
稳定系数
设计中明显漏液
提馏段筛板流体力学验算塔板压降
(1)干板阻力计算干板阻力式计算：
查筛板塔汽液负荷子曲线图
(2) 气体通液层阻力计算
查充气系数关联图
(3) 液体表面张力阻力计算
液体表面张力产生阻力式计算：
气体通层塔板液柱高度式计算：
气体通层塔板压降：
(2) 液面落差
筛板塔液面落差设计塔径液流量均忽略液面落差影响
(3) 溢流液泛
防止塔发生液泛降液液层高应服式表示关系：
塔板设进口堰
苯—甲苯物系属般物系取：
设计中会发生液泛现象
(4) 雾沫夹带
雾沫夹带式计算：
液沫夹带量允许范围
(5) 漏液
筛板塔漏液点气速公式计算：
稳定系数
设计中明显漏液
28 塔板负荷性图
281 精馏段塔板负荷性图
(1)漏液线
：
整理：
操作范围取值式计算出值计算结果列表
表22 漏液线计算结果
0003 0004 0005 0006 001
122 124 1254 127 132
表数作出漏液线1
(2)雾沫夹带线
限：
操作范围取值式计算出值计算结果列表
表23 雾沫夹带线计算结果
0003 0004 0005 0006 001
4001 389 379 3696 3361
表数作出液沫夹带线2
(3)液相负荷限线
直堰取堰液层高度作液体负荷标准
作出气体流量关垂直液相负荷限线3
(4)液相负荷限线
作液体降液中停留时间限
作出气体流量关垂直液相负荷限线4
(5)液泛线
E104：
代入
整理：
操作范围取Ls值式计算出Vs值计算结果列表24
表24
Ls (m3s)
0003
0004
0005
0006
001
Vs (m3s)
974
946
913
881
718
图24 精馏段负荷性图
282 提馏段塔板负荷性图
(1)漏液线
整理：
操作范围取值式计算出值计算结果列
表25 漏液线计算结果
0003 0004 0005 0006 001
092 092 093 094 080
表数作出漏液线1
(2)雾沫夹带线
求：
操作范围取值式计算出值计算结果列表
表26 液沫夹带线计算结果
0003 0004 0005 0006 001
3626 3527 3436 3357 304
表数作出液沫夹带线2
(3)液相负荷限线
直堰取堰液层高度作液体负荷标准
作出气体流量关垂直液相负荷限线3
(4)液相负荷限线
作液体降液中停留时间限
作出气体流量关垂直液相负荷限线4
(5)液泛线
E10412：
代入
整理：
操作范围取Ls值式计算出Vs值计算结果列表
表27
Ls(m³s)
0003
0004
0005
0006
001
Vs (m³s)
124
1228
1217
1206
1166
第三章 设计结果览表
项目
符号
单位
计算数
精馏段
提留段
段均压强
Pm
kPa
10585
1111
段均温度
tm
℃
863
998
均流量
气相
VS
m3s
147
146
液相
LS
m3s
0036
0086
实际塔板数
N
块
7
8
板间距
HT
m
040
040
塔效高度
Z
m
48
56
塔径
D
m
2
2
空塔气速
u
ms
073
046
塔板液流形式
单流型
单流型
溢流型式
弓形
弓形
堰长
lw
m
12
12
堰高
hw
m
0046
004
溢流堰宽度
Wd
m
0198
0198
底受业盘距离
ho
m
00375
009
板清液层高度
hL
m
006
006
孔径
do
mm
50
50
孔间距
t
mm
20
20
孔数
n
7219
7219
开孔面积
m2
0142
0142
筛孔气速
uo
ms
1035
1035
塔板压降
hP
kPa
0525
0540
液体降液中停留时间
τ
s
526
526
降液清液层高度
Hd
m
0127
013
雾沫夹带
kg液kg气
000732
000657
负荷限
雾沫夹带控制
雾沫夹带控制
负荷限
漏液控制
漏液控制
第四章 板式塔结构
板式塔部装塔板降液物流进出口孔（手孔）基座沫器等附属装置般塔板设计板间距安装外处根需决定间距
41 塔顶空间
塔顶空间指塔层塔板塔顶间距利出塔气体夹带液滴沉降段远高板间距（甚高出倍）塔塔顶空间取
42 塔底空间
塔底空间指塔层塔底间距值两素决定①塔底驻液空间贮存液量停留3~5min更长时间（易结焦物料缩短停留时间）定②塔底液面层塔板间1~2m间距塔值塔取
43 孔
般隔6~8层塔板设孔设孔处板间距等600mm孔直径般450~500mm伸出塔体筒体长200~250mm孔中心距操作台约800~1200mm塔设计7块板设孔两
44 塔高
全塔高145m外虹吸式沸器较低位置安置裙座取较15m
基础数
表1 苯甲苯物理性质
项目
分子式
分子量M
沸点（℃）
界温度tC（℃）
界压强PC（kPa）
苯A
C6H6
7811
801
2885
68334
甲苯B
C6H5—CH3
9213
1106
31857
41077
表2 苯甲苯饱蒸汽压
温度
801
85
90
95
100
105
105
kPa
10133
1169
1355
1557
1792
2042
240
kPa
400
460
540
633
743
860
10133
表3 常温苯—甲苯气液衡数（[2]：例1—1附表2）
温度
801
85
90
95
100
105
液相中苯摩尔分率
1000
0780
0581
0412
0258
0130
汽相中苯摩尔分率
1000
0900
0777
0630
0456
0262
表4 纯组分表面张力([1]：附录图7)
温度
80
90
100
110
120
苯
甲苯
2127
2169
2006
2059
1885
1994
1766
1841
1649
1731
表5 组分液相密度([1]：附录图8)
温度(℃)
80
90
100
110
120
苯kg
815
8039
7925
7803
7689
甲苯kg
810
8002
7903
7803
770
表6 液体粘度µ（[1]：）
温度(℃)
80
90
100
110
120
苯（mPs）
0308
0279
0255
0233
0215
甲苯（mPs）
0311
0286
0264
0254
0228
表7常压苯——甲苯气液衡数
温度t℃
液相中苯摩尔分率x
气相中苯摩尔分率y
11056
000
000
10991
100
250
10879
300
711
10761
500
112
10505
100
208
10279
150
294
10075
200
372
9884
250
442
9713
300
507
9558
350
566
9409
400
619
9269
450
667
9140
500
713
9011
550
755
8080
600
791
8763
650
825
8652
700
857
8544
750
885
8440
800
912
8333
850
936
8225
900
959
8111
950
980
8066
970
988
8021
990
9961
8001
1000
1000
第五章 致谢
两星期课程设计终完次课程设计感触仅仅知识学掌握时明白做道理通次课程设计更加扎实掌握关化工原理方面知识设计程中然遇问题次次思考遍遍检查终找出原暴露出前期方面知识欠缺验足实践出真知通亲动手制作掌握知识纸谈兵
开始阶段老师解基知识着学指导容完成次设计设计程中认真学研究独立完成项目做出成果时心里真兴奋次实验明白深刻道理：团队精神固然重担努力亲身历样心里会踏实学东西会更
通次课程设计历学知识熟悉量课程容懂许做事方法谓中受益匪浅想许门课程初意接课题完成分组刻起立志努力做全做万事开头难简单物料衡算开始设计题目中操作条件转化化工原理课程物料衡算相关变量终物料衡算正确计算出然回流确定应化工原理中计算式出回流然通分析确定放倍数求出实际回流样理塔板数计算通复杂序计算出
回顾起课程设计感慨颇理实践段日子里说苦甜学东西时仅巩固前学知识学书没学知识通次课程设计懂理实际相结合重理知识远远够学理知识实践相结合起理中出结真正社会服务提高实际动手力独立思考力设计程中遇问题说困难重重喜终解决
感谢赫老师教导帮助感谢学相互支持起问题探讨交流开拓思路课程设计时轻松愉快
参考文献
1夏清陈常贵化工原理册天津：天津学出版社2005
2柴诚敬刘国维等化工原理课程设计[M]天津：天津科学技术出版社1995
3陈均志李雷化工原理实验课程设计北京：化学工业出版社2008
4贾绍义柴敬诚化工原理课程设计天津：天津学出版社2002
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前 言
化工原理课程设计培养学生化工设计力重教学环节通课程设计初步掌握化工设计基础知识设计原方法学会种手册方法物理性质化学性质查找方法技巧掌握种结果校核画出工艺流程塔板结构等图形设计程中仅考虑理行性考虑生产安全性济合理性
化工生产常需进行液体混合物分离达提纯回收组分目精馏利液体混合物中组分挥发度助次部分汽化部分冷凝达轻重组分分离方法塔设备般分阶跃接触式连续接触式两类前者代表板式塔者代表填料塔
筛板塔泡罩塔相较具列特点：生产力105板效率提高产量15左右压降降低30左右外筛板塔结构简单消耗金属少塔板造价减少40左右安装容易便清理检修次课程设计年处理含苯质量分数36苯甲苯混合液4万吨筛板精馏塔设计塔设备化工炼油生产中重设备气(汽)液液液两相间进行紧密接触达相际传质传热目
设计程中应考虑设计精馏塔具较生产力满足工艺求外定潜力节省源综合利余热济合理冷水进出口温度高低方面影响冷水量方面影响需传热面积操作费设备费均影响设计否合理利热R等直接关系生产程济问题
目录
第章 绪 1
11 精馏条件确定 1
111 精馏加热方式 1
112 精馏进料状态 1
113 精馏操作压力 1
12 确定设计方案 1
121 工艺操作求 2
122 满足济求 2
123 保证安全生产 2
第二章 设计计算 3
21 设计方案确定 3
22 精馏塔物料衡算 3
221 原料液进料量塔顶塔底摩尔分率 3
222 原料液塔顶塔底产品均摩尔质量 3
223 物料衡算 3
23 塔板计算 4
231 理板数NT求取 4
232 全塔效率计算 6
233 求实际板数 7
234 效塔高计算 7
24 精馏塔工艺条件关物性数计算 8
241 操作压力计算 8
242 操作温度计算 8
243 均摩尔质量计算 8
244 均密度计算 10
245 液体均表面张力计算 11
246 液体均黏度计算 12
247 气液负荷计算 13
25 塔径计算 13
26 塔板工艺尺寸计算 15
261 溢流装置计算 15
262 塔板布置 18
27 筛板流体力学验算塔板压降 19
271 精馏段筛板流体力学验算塔板压降 19
272 提馏段筛板流体力学验算塔板压降 21
28 塔板负荷性图 23
281 精馏段塔板负荷性图 23
282 提馏段塔板负荷性图 26
第三章 设计结果览表 30
第四章 板式塔结构 31
41 塔顶空间 31
42 塔底空间 31
43 孔 31
44 塔高 31
第五章 致谢 34
参考文献 35
第章 绪
11 精馏条件确定
精馏方案适工业生产中苯甲苯溶液二元物系中进行苯提纯精馏塔苯塔产品求纯度高求塔顶塔底产品时合格普通精馏温度控制远远达求实际生产程控制中采灵敏板控制达求苯塔采温差控制
111 精馏加热方式
蒸馏釜加热方式通常采间接蒸汽加热设置沸器时采直接蒸汽加热然直接蒸汽加热蒸汽断通入塔底溶液起稀释作塔底易挥发物损失量相情况塔底残液中易挥发组分浓度应较低塔板数稍增加采直接蒸汽加热时加热蒸汽压力高釜中压力便克服蒸汽喷出孔阻力釜中液柱静压力
精馏进料状态
进料状态直接影响进料线（q线）操作线衡关系相位置整塔热量衡算影响泡点进料相：采冷进料分离求定条件需理板数少需预热器塔釜热负荷（般需采直接蒸汽加热）总热量基衡进料温度波动较操作易控制采露点进料分离求定条件需理板数进料前预热器负荷耗时精馏段提馏段升蒸汽量变化较操作易控制受外界条件影响
泡点进料介二者间优点受外界干扰塔精馏段提馏段升蒸汽量变化较便设计制造操作控制设计采泡点进料
113 精馏操作压力
精馏操作常压进行苯沸点低适合常压操作需进行减压操作加压操作时苯物系高温易发生分解聚合等变质反应液体（混合气体）必加压减压精馏方面加压减压精馏量消耗常压操作物系般加压减压精馏
12 确定设计方案
确定设计方案总原条件量采科学技术新成生产达技术先进济合理求符合优质高产安全低消耗原必须具体考虑点：
工艺操作求
设计出流程设备首先必须保证产品达务规定求质量稳定求流体流量压头稳定入塔料液温度状态稳定需采取相应措施次定设计方案需定操作弹性处流量应定范围进行调节必时传热量进行调整必位置装置调节阀门路中安装备支线计算传热面积选取操作指标时应考虑生产波动次考虑必需装置仪表(温度计压强计流量计等)装置位置便通仪表观测生产程否正常帮助找出正常原便采取相应措施
满足济求
节省热电消耗减少设备基建费前述蒸馏程中适利塔顶塔底废热节约生蒸汽冷水减少电消耗冷水出口温度高低方面影响冷水量方面影响需传热面积操作费设备费影响样回流操作费设备费影响
保证安全生产
例苯属毒物料蒸汽弥漫车间塔指定常压操作塔压力塔骤冷产生真空会塔受破坏需安全装置
三项原生产中样重化工原理课程设计中第原应作较考虑第二原作定性考虑第三原求作般考虑
第二章 设计计算
21 设计方案确定
设计采连续精馏流程饱液体进料塔顶升蒸汽采全凝器冷凝冷凝液泡点部分回流塔余部分产品冷器冷送储罐该物系属易分离物系回流较操作回流取回流2倍塔釜采饱蒸汽间接加热塔底产品冷送储罐
22 精馏塔物料衡算
原料液进料量塔顶塔底摩尔分率
（生产力）进料量：F85000t年
苯摩尔质量 MA7811Kgmol
甲苯摩尔质量 MB9213Kgmol
原料液塔顶塔底产品均摩尔质量
物料衡算
原料处理量
总物料衡算 FD+W137kmolh
苯物料衡算
联立解：
D5943Kmolh W7757Kmolh
23 塔板计算
理板数NT求取
(1) 相挥发度求取
查 温度组成 图td80℃ tw926℃（表2）
取td80℃时
取 td926℃时
(2)回流求取
饱液体进料q1q线垂直线根相衡方程
回流
衡曲线正常情况取回流R(112)Rmin
R15Rmin216
（3） 精馏塔气液相负荷
(4)操作线方程
精馏段操作线方程
提馏段操作线方程
(5)逐板法求理板数计算程
相衡方程
变形：
精馏段操作线方程
提馏段操作线方程
精馏段操作线相衡方程进行逐板计算：
精馏段理板数n7
提馏段操作线相衡方程继续逐板计算：
提馏段理板数n8（包括沸器）
全塔效率计算
td80℃ tw926℃
计算出 tm935℃ 根表6分查苯甲苯均温度粘度
差法计算出
均粘度公式
根奥康奈尔（O`connell）公式计算全塔效率
233 求实际板数
精馏段实际板层数
提馏段实际板层数
全塔塔板28块进料板第14块板
效塔高计算
精馏段效塔高
提馏段效塔高
精馏段提馏段设孔高度600mm
效塔高
24 精馏塔工艺条件关物性数计算
241 操作压力计算
塔顶操作压力P＝1013 kPa
层塔板压降 △P＝07 kPa
进料板压力＝1013+07×13＝1104kPa
塔底操作压力1013+07×15＝1118kPa
精馏段均压力＝（1013+1104）2＝10585 kPa
提馏段均压力（1104+1118）2 1111kPa
操作温度计算
80℃
℃
℃
精馏段均温度（ 80+926）2 863℃
提馏段均温度（926+107）2 998℃
243 均摩尔质量计算
塔顶均摩尔质量计算
x10959
进料板均摩尔质量计算
面理板算法＝0654 ＝043
塔底均摩尔质量计算
001相衡方程0026
精馏段均摩尔质量
提馏段均摩尔质量
均密度计算
①气相均密度计算
理想气体状态方程计算精馏段均气相密度
提馏段均气相密度
②液相均密度计算
液相均密度式计算
tD＝80℃查手册
塔顶液相质量分率 求
tf＝9206℃查线图
塔顶液相质量分率
求
c塔底液相均密度计算
tw＝107℃
塔顶液相质量分率
精馏段液相均密度
提馏段液相均密度
液体均表面张力计算
公式：
a塔顶液相均表面张力计算
tD＝80℃查手册
b进料板液相均表面张力计算
tF＝9206℃查线图
c塔底液相均表面张力计算
tw＝107℃查线图
精馏段液相均表面张力
提馏段液相均表面张力
液体均黏度计算
公式：查手册
塔顶液相均黏度计算
tD＝80℃查线图
a 进料板液相均黏度计算
tF＝9206℃查线图
b 塔底液相均黏度计算
tw＝107℃查线图
精馏段液相均黏度
提馏段液相均黏度
气液负荷计算
精馏段：
提馏段：
25 塔径计算
塔板间距HT选定重塔高塔径物系性质分离效率塔操作弹性塔安装检修等关参表示验关系选取
表21 板间距塔径关系
塔径DTm
03～05
05～08
08～16
16～24
24～40
板间距HTmm
200～300
250～350
300～450
350～600
400～600
精馏段：
初选板间距取板液层高度
查史密斯关联图 C200070式
校正物系表面张力
取安全系数07（安全系数06—08）
标准塔径圆整16m空塔气速073ms
提馏段：
初选板间距取板液层高度
查史密斯关联图 C200065式
校正物系表面张力
取安全系数07（安全系数06—08）
标准塔径圆整20m空塔气速046ms
精馏段提溜段相较知道二者塔径致根塔径选择规定相差二塔径取二者中较设计塔时候塔径取2m
26 塔板工艺尺寸计算
溢流装置计算
精馏段
塔径D＝2m选单溢流弓形降液采行受液盘精馏段项计算：a)溢流堰长：单溢流区（06～08）D取堰长060D060×2012m
b)出口堰高：
查液流收缩系数计算图
图21液流收缩系数计算图
查E104
c)降液宽度降液面积：
查弓形降液宽度面积图
图22弓形降液宽度面积
利计算液体降液中停留时间检验降液面积
（5s符合求）
d)降液底隙高度：
取液体通降液底隙流速（007025ms）
式
满足条件降液底隙高度设计合理
e)受液盘
采行形受液盘设进堰口深度60mm
提馏段
塔径D＝2m选单溢流弓形降液采行受液盘精馏段项计算： a)溢流堰长：单溢流区lW（06～08）D取堰长060D060×2012m
b)出口堰高：
查液流收缩系数计算图液流收缩系数E
查E104
c)降液宽度降液面积：
查弓形降液宽度面积图
利计算液体降液中停留时间检验降液面积
d)降液底隙高度：
取液体通降液底隙流速（007025ms）
满足条件降液底隙高度设计合理
e)受液盘
采行形受液盘设进堰口深度60mm
塔板布置
a)塔板分块
D≥1200mm塔板采分块式塔极分4块精馏段：
取边缘区宽度
塔边缘区宽度取30—50mm里取
安定区宽度
D12m<15m
b)开孔区面积
计算开孔区面积
筛孔数开孔率：
例处理物系腐蚀性选碳钢板取筛板直径筛孔正三角形排列取孔中心距t
层板开孔面积
气体通筛孔气速：
27 筛板流体力学验算塔板压降
精馏段筛板流体力学验算塔板压降
(1) 干板阻力计算干板阻力式计算：
查筛板塔汽液负荷子曲线图
图23
液柱
(2) 气体通液层阻力计算
气体通液层阻力式计算
查充气系数关联图
(3) 液体表面张力阻力计算
液体表面张力产生阻力式计算：
气体通层塔板液柱高度式计算：
气体通层塔板压降：
(2) 液面落差
筛板塔液面落差设计塔径液流量均忽略液面落差影响
(3) 溢流液泛
防止塔发生液泛降液液层高应服式表示关系：
塔板设进口堰
苯—甲苯物系属般物系取：
设计中会发生液泛现象
(4) 雾沫夹带
雾沫夹带式计算：
液沫夹带量允许范围
(5) 漏液
筛板塔漏液点气速公式计算：
稳定系数
设计中明显漏液
提馏段筛板流体力学验算塔板压降
(1)干板阻力计算干板阻力式计算：
查筛板塔汽液负荷子曲线图
(2) 气体通液层阻力计算
查充气系数关联图
(3) 液体表面张力阻力计算
液体表面张力产生阻力式计算：
气体通层塔板液柱高度式计算：
气体通层塔板压降：
(2) 液面落差
筛板塔液面落差设计塔径液流量均忽略液面落差影响
(3) 溢流液泛
防止塔发生液泛降液液层高应服式表示关系：
塔板设进口堰
苯—甲苯物系属般物系取：
设计中会发生液泛现象
(4) 雾沫夹带
雾沫夹带式计算：
液沫夹带量允许范围
(5) 漏液
筛板塔漏液点气速公式计算：
稳定系数
设计中明显漏液
28 塔板负荷性图
281 精馏段塔板负荷性图
(1)漏液线
：
整理：
操作范围取值式计算出值计算结果列表
表22 漏液线计算结果
0003 0004 0005 0006 001
122 124 1254 127 132
表数作出漏液线1
(2)雾沫夹带线
限：
操作范围取值式计算出值计算结果列表
表23 雾沫夹带线计算结果
0003 0004 0005 0006 001
4001 389 379 3696 3361
表数作出液沫夹带线2
(3)液相负荷限线
直堰取堰液层高度作液体负荷标准
作出气体流量关垂直液相负荷限线3
(4)液相负荷限线
作液体降液中停留时间限
作出气体流量关垂直液相负荷限线4
(5)液泛线
E104：
代入
整理：
操作范围取Ls值式计算出Vs值计算结果列表24
表24
Ls (m3s)
0003
0004
0005
0006
001
Vs (m3s)
974
946
913
881
718
图24 精馏段负荷性图
282 提馏段塔板负荷性图
(1)漏液线
整理：
操作范围取值式计算出值计算结果列
表25 漏液线计算结果
0003 0004 0005 0006 001
092 092 093 094 080
表数作出漏液线1
(2)雾沫夹带线
求：
操作范围取值式计算出值计算结果列表
表26 液沫夹带线计算结果
0003 0004 0005 0006 001
3626 3527 3436 3357 304
表数作出液沫夹带线2
(3)液相负荷限线
直堰取堰液层高度作液体负荷标准
作出气体流量关垂直液相负荷限线3
(4)液相负荷限线
作液体降液中停留时间限
作出气体流量关垂直液相负荷限线4
(5)液泛线
E10412：
代入
整理：
操作范围取Ls值式计算出Vs值计算结果列表
表27
Ls(m³s)
0003
0004
0005
0006
001
Vs (m³s)
124
1228
1217
1206
1166
第三章 设计结果览表
项目
符号
单位
计算数
精馏段
提留段
段均压强
Pm
kPa
10585
1111
段均温度
tm
℃
863
998
均流量
气相
VS
m3s
147
146
液相
LS
m3s
0036
0086
实际塔板数
N
块
7
8
板间距
HT
m
040
040
塔效高度
Z
m
48
56
塔径
D
m
2
2
空塔气速
u
ms
073
046
塔板液流形式
单流型
单流型
溢流型式
弓形
弓形
堰长
lw
m
12
12
堰高
hw
m
0046
004
溢流堰宽度
Wd
m
0198
0198
底受业盘距离
ho
m
00375
009
板清液层高度
hL
m
006
006
孔径
do
mm
50
50
孔间距
t
mm
20
20
孔数
n
7219
7219
开孔面积
m2
0142
0142
筛孔气速
uo
ms
1035
1035
塔板压降
hP
kPa
0525
0540
液体降液中停留时间
τ
s
526
526
降液清液层高度
Hd
m
0127
013
雾沫夹带
kg液kg气
000732
000657
负荷限
雾沫夹带控制
雾沫夹带控制
负荷限
漏液控制
漏液控制
第四章 板式塔结构
板式塔部装塔板降液物流进出口孔（手孔）基座沫器等附属装置般塔板设计板间距安装外处根需决定间距
41 塔顶空间
塔顶空间指塔层塔板塔顶间距利出塔气体夹带液滴沉降段远高板间距（甚高出倍）塔塔顶空间取
42 塔底空间
塔底空间指塔层塔底间距值两素决定①塔底驻液空间贮存液量停留3~5min更长时间（易结焦物料缩短停留时间）定②塔底液面层塔板间1~2m间距塔值塔取
43 孔
般隔6~8层塔板设孔设孔处板间距等600mm孔直径般450~500mm伸出塔体筒体长200~250mm孔中心距操作台约800~1200mm塔设计7块板设孔两
44 塔高
全塔高145m外虹吸式沸器较低位置安置裙座取较15m
基础数
表1 苯甲苯物理性质
项目
分子式
分子量M
沸点（℃）
界温度tC（℃）
界压强PC（kPa）
苯A
C6H6
7811
801
2885
68334
甲苯B
C6H5—CH3
9213
1106
31857
41077
表2 苯甲苯饱蒸汽压
温度
801
85
90
95
100
105
105
kPa
10133
1169
1355
1557
1792
2042
240
kPa
400
460
540
633
743
860
10133
表3 常温苯—甲苯气液衡数（[2]：例1—1附表2）
温度
801
85
90
95
100
105
液相中苯摩尔分率
1000
0780
0581
0412
0258
0130
汽相中苯摩尔分率
1000
0900
0777
0630
0456
0262
表4 纯组分表面张力([1]：附录图7)
温度
80
90
100
110
120
苯
甲苯
2127
2169
2006
2059
1885
1994
1766
1841
1649
1731
表5 组分液相密度([1]：附录图8)
温度(℃)
80
90
100
110
120
苯kg
815
8039
7925
7803
7689
甲苯kg
810
8002
7903
7803
770
表6 液体粘度µ（[1]：）
温度(℃)
80
90
100
110
120
苯（mPs）
0308
0279
0255
0233
0215
甲苯（mPs）
0311
0286
0264
0254
0228
表7常压苯——甲苯气液衡数
温度t℃
液相中苯摩尔分率x
气相中苯摩尔分率y
11056
000
000
10991
100
250
10879
300
711
10761
500
112
10505
100
208
10279
150
294
10075
200
372
9884
250
442
9713
300
507
9558
350
566
9409
400
619
9269
450
667
9140
500
713
9011
550
755
8080
600
791
8763
650
825
8652
700
857
8544
750
885
8440
800
912
8333
850
936
8225
900
959
8111
950
980
8066
970
988
8021
990
9961
8001
1000
1000
第五章 致谢
两星期课程设计终完次课程设计感触仅仅知识学掌握时明白做道理通次课程设计更加扎实掌握关化工原理方面知识设计程中然遇问题次次思考遍遍检查终找出原暴露出前期方面知识欠缺验足实践出真知通亲动手制作掌握知识纸谈兵
开始阶段老师解基知识着学指导容完成次设计设计程中认真学研究独立完成项目做出成果时心里真兴奋次实验明白深刻道理：团队精神固然重担努力亲身历样心里会踏实学东西会更
通次课程设计历学知识熟悉量课程容懂许做事方法谓中受益匪浅想许门课程初意接课题完成分组刻起立志努力做全做万事开头难简单物料衡算开始设计题目中操作条件转化化工原理课程物料衡算相关变量终物料衡算正确计算出然回流确定应化工原理中计算式出回流然通分析确定放倍数求出实际回流样理塔板数计算通复杂序计算出
回顾起课程设计感慨颇理实践段日子里说苦甜学东西时仅巩固前学知识学书没学知识通次课程设计懂理实际相结合重理知识远远够学理知识实践相结合起理中出结真正社会服务提高实际动手力独立思考力设计程中遇问题说困难重重喜终解决
感谢赫老师教导帮助感谢学相互支持起问题探讨交流开拓思路课程设计时轻松愉快
参考文献
1夏清陈常贵化工原理册天津：天津学出版社2005
2柴诚敬刘国维等化工原理课程设计[M]天津：天津科学技术出版社1995
3陈均志李雷化工原理实验课程设计北京：化学工业出版社2008
4贾绍义柴敬诚化工原理课程设计天津：天津学出版社2002
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