化工原理课程设计任务书-精馏塔的设计1

rA?380.2kJ/kg=380.2×78.11=29697.4kJ/kmol rB?353 kJ/kg=353×92.13=32521.9 kJ/kmol

逆流：塔顶 t 83.1oC? 83.1oC ?t1?48.1oC

水 t 35 oC ? 20 oC ?t2?63.1oC

?tm??t1??t248.1?63.1C ??55.30o

ln(?t1/?t2)ln(48.1/63.1)对塔顶冷凝部分混合物（溜出液）进行热量衡算，可得到

Q?V[xDrA?(1?xD)rB]?80.756 [0.961×29697.4+0.039×32521.9]=2407.1 kJ/s

有机物蒸气冷凝器设计选用的总体传热系数一般范围为500～1500kcal/(m2.h.. oC) 本设计中取 K＝2996J/(m2. h. oC) 所以传热面积：S?Q2407.1?3600??52.3m2 K?tm2996?55.3通过以上计算面积可使用规格型号：FLA600-60-25-2，Dg=600mm，公称压力

2.5MP，管程数 2，壳程数 1，管长3m，管径19m，管束图型号 A，公称换热面积60m2 ，计算还热面积 59 m2 ，设备质量 4000kg。

（2）原料加热器

原料液用饱和蒸汽加热（0.2Mpa）132 oC，逆流操作，原料液温度从25 oC升高

到90.5oC。

C，?t2?41.5oC，?tm??t1?107o

?t1??t2107?41.5C ??69.2 o

ln(?t1/?t2)ln(107/41.5)不同温度下苯和甲苯的比热容为，经查图（上册510页）可知

t?25oC时 CA1?1.64 kJ/(kg .k) CB1?1.64 kJ/(kg .k)

t?90.5oC时 CA1?1.98 kJ/(kg .k) CB1?1.98kJ/(kg .k)

则平均比热容为：CPA?CA1?CA21.64?1.98??1.805kJ/(kg .k)

lnCA1/CA2ln1.64/1.98CPB??CB1?CB21.64?1.98??1.805kJ/(kg .k)

lnCB1/CB2ln1.64/1.98CP?aFCPA?(1?aF)CPB?0.6?1.805?0.4?1.805?1.805 kJ/(kg .k)

所以 Q?mFCP?t??4000?1.805?(90.5?25)?131.4kJ/s 3600传热系数取 K=80W/(m2.oC) 则

S?Q131.4??23.7m2 K?tm80?69.2采用浮头式换热器，用FB系列，选用公称直径500mm，公称压力1.6MP，公称

面积65 m2 ，罐子尺寸?25×2.5，管子总数120根（4管程），正方形倾斜45度排列。

(3)塔底再沸器

选用132oC饱和水蒸气加热，逆流操作，传热系数取K＝2996J/(m2. h. oC)，料液温度变化：110.2oC?111.0 oC，蒸汽温度变化：132oC?132oC，?t1?21.8oC，C，?tm??t2?21o

?t1??t221.8?21C。 ??21.4 o

ln(?t1/?t2)ln(21.8/21)查图（上册514页）可知110.2oC下苯和甲苯的汽化热分别为：

rA?372kJ/kg=372×78.11=29057kJ/kmol rB?360 kJ/kg=360×92.13=33167 kJ/kmol

Q?V'[xWrA?(1?xW)rB]?80.756/3.6[0.041×29057+0.959×33167]=740.1kJ/s

所以传热面积：S?Q740.1?3600??42m2

K?tm2996?21.4采用浮头式换热器，用FB系列，选用公称直径500mm，公称压力1.6MP，公称面积70 m2 ，罐子尺寸?25×2.5，管子总数180根（2管程），正方形倾斜45度排列。

2. 接管

（1） 原料进料管

进料管的结构类型很多，有直管进料管、弯管进料管、T型进料管。本设计采用直管进料管，管径计算如下：D?4Vs，取uF=0.8m/s，该温度下苯和水甲苯的密?uF度分别为

?A?798.2kg/m3 ?B?797.2kg/m3，所以

??0.6?798.2?0.4?797.2?797.8 kg/m3

Vs?mF?4000?1.39?10?3m3/s

3600*797.8?4Vs4?1.39?10?3=?47mm通过以上计算，采用热轧无缝钢管（YB231－D?3.14?0.8?uF64），外径55mm，壁厚2.5mm。

（2） 回流管

采用直管回流管，取uR＝1.6m3/s，料液冷凝后温度为83.1℃，查得该温度下苯和甲苯的密度分别为

?A?813.5kg/m3 ?B?808.5 kg/m3，所以

??0.961?813.1?0.039?808.5?812.9 kg/m3

体积流速：

Vs?L?MD/??49.696/3.6×78.25/812.9=0.0013m3/s

?dR?4Vs4?0.0013=?34mm

3.14?1.6?uR采用热轧无缝钢管（YB231－64），外径45mm，壁厚3.0mm。

（3） 塔顶蒸汽出料管

塔顶蒸汽组成y=0.961，平均分子M＝78.59kg/kmol 塔顶蒸汽密度：??TopM?2.6kg/m3

22.4Tpo?则蒸汽流量：V＝6.8×78.59/2.6＝0.205m3/s，直管出气，取出气气速u=20m/s,则

D?4V4?0.205??113mm。 ?u3.14?20采用热轧无缝钢管（YB231－64），外径132mm，壁厚4.0mm。

（4） 塔釡出料管

采用直管出料，取uw＝1.6m/s，塔釡出料温度为110.2℃，查得该温度下苯与甲苯的密度分别为

?A?775.3kg/m3 ?B?768.8 kg/m3，所以平均密度：

??769.03kg/m3

体积流速：

Vs?W?MW/??16.72/3.6×91.56/769.03=5.53 ×10-4m3/s

?4Vs4?5.53?10?4=?21mm dW?3.14?1.6?uW采用热轧无缝钢管（YB231－64），外径30mm，壁厚4.5mm。

（5） 再沸器蒸汽出气管

采用直管出料，取u＝22m/s，采用间接水蒸气加热MB=90.62kg/kmol 蒸汽密度：??TopMB?2.1kg/m3

22.4TpoVs?V'?MB/??80.756/3.6×90.62/2.1=0.968 m3/s D?4V4?0.968??237mm ?u3.14?22采用热轧无缝钢管（YB231－64），外径260mm，壁厚10.0mm。

3、储槽

（1） 原料液储槽

原料液的存储量是要保证生产能正常进行,主要根据原料生产情况及供应周期而定的.一般说来,应保证在储槽装液60％～80％,如不进料仍能维持运作24小时.取装料60％～80％是因为在工业中为了安全,储槽一般要流出一定的空间.该设计任务中,取储槽装料70％,即装填系数为0.7。

原料液温度为t=25℃,此时进料液中各物料的物性是： ??872kg/m3

Vs?mF??4000?4.59m3/s 87224Vs24?4.59??157.4m3 取160 m3 0.70.7所需的储槽体积：V?选用平底平盖的立式储槽，材料为碳钢，公称压力为常压，图号:R22-00-1,标准号为JB1422-74。

（2） 中间槽

中间槽是储存回流量及出料的储罐。苯—甲苯精馏过程为连续生产，中间槽的设计依据是中间槽装液60％～80％能保持至少1～2个小时的流量，该设计任务中，槽装液70％，即取安全系数为0.7，保持流量2小时。

取储槽中的料液温度为t=83.1℃，此时进料液中各物料的物性是： 苯：?A?813.3kg?m 质量浓度aA?0.961 甲苯： ?B?808.5kg?m 质量浓度aB?0.0039

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