食工原理课程设计

西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 1 页HEFEI UNIVERSITY食工原理课程设计系 别 生 物 系 专 业 12 级食品 2 班 姓 名 朱英呈 学 号 1202062031 指导 老师 王杏文 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 2 页目录1、化工原理课程设计任书二、设计内容：1、 概述2、 设计方案的选择及流程说明3、 塔板数的计算(板式塔)( 1 ) 物料衡算;( 2 ) 平衡数据和物料数据的计算或查阅;( 3 ) 回流比的选择;( 4 ) 理论板数和实际板数的计算; 4、 主要设备工艺尺寸设计( 1 ) 塔内气液负荷的计算;( 2 ) 塔径的计算;( 3 ) 塔板结构图设计和计算；( 4 )流体力学校核；( 5 )塔板负荷性能计算；( 6 )塔接管尺寸计算；( 7 )总塔高、总压降及接管尺寸的确定。5、 辅助设备选型与计算6、 设计结果汇总7、 工艺流程图及精馏塔装配图8、 设计评述西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 3 页板式精馏塔设计任务书 5-3一、设计题目：苯甲苯 精馏分离板式塔设计二、设计任务及操作条件1、 设计任务：生产能力（进料量） 7 万 吨年操作周期 7200 小时年进料组成 47.0 （质量分率，下同）塔顶产品组成 98.0 塔底产品组成 2.5% 2、 操作条件操作压力 常压 进料热状态 泡点进料 冷却水 22 加热蒸汽 0.18MPa 3、 设备型式 筛板塔 4、 厂 址 安徽省合肥市 三、设计内容：1、 概述2、 设计方案的选择及流程说明3、 塔板数的计算(板式塔)( 1 ) 物料衡算;( 2 ) 平衡数据和物料数据的计算或查阅;( 3 ) 回流比的选择;( 4 ) 理论板数和实际板数的计算; 4、 主要设备工艺尺寸设计西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 4 页( 1 ) 塔内气液负荷的计算;( 2 ) 塔径的计算;( 3 ) 塔板结构图设计和计算；( 4 )流体力学校核；( 5 )塔板负荷性能计算；( 6 )塔接管尺寸计算；( 7 )总塔高、总压降及接管尺寸的确定。5、 辅助设备选型与计算6、 设计结果汇总7、 工艺流程图及精馏塔装配图8、 设计评述二（1） 、概述化工原理课程设计是综合运用化工原理课程和有关先修课程（物理化学 ， 化工制图等）所学知识，完成一个单元设备设计为主的一次性实践教学，是理论联系实际的桥梁，在整个教学中起着培养学生能力的重要作用。通过课程设计，要求更加熟悉工程设计的基本内容，掌握化工单元操作设计的主要程序及方法，锻炼和提高学生综合运用理论知识和技能的能力，问题分析能力，思考问题能力，计算能力等。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西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 5 页同，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。本设计的题目是苯-甲苯连续精馏筛板塔的设计，即需设计一个精馏塔用来分离易挥发的苯和不易挥发的甲苯，采用连续操作方式，需设计一板式塔将其分离。二（2） 、设计方案选择及流程说明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。该物系属易分离物系，最小回流比较小，故操作回流比取最小回流比的 2 倍。塔底设置再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。塔板的类型为筛板塔精馏，筛板塔塔板上开有许多均布的筛孔，孔径一般为 38mm，筛孔在塔板上作正三角形排列。西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 6 页筛板塔也是传质过程常用的塔设备，它的主要优点有：( ) 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，比同塔径的泡罩塔可增加 1015。( ) 塔板效率高，比泡罩塔高 15左右。() 压降较低，每板压力比泡罩塔约低 30左右。筛板塔的缺点是：( ) 塔板安装的水平度要求较高，否则气液接触不匀。( ) 操作弹性较小 (约 23)。( ) 小孔筛板容易堵塞。下面为简略图西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 7 页二（3） 、塔板数计算（板式塔）（1）物料衡算原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 苯的摩尔质量 甲苯的摩尔质量 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 8 页51.03.92/51.78/04Fx89D 29.1./.0/2.Wx原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 kmolgMF /97.8413.2*)5.01(.78*5.0 lD /5.)9.(.93. kolgW /72.913.*)02.1(.78*02. 物料衡算 原料处理量 hkmolF/42.170*9.84总物料衡算 114.42=D+W苯物料衡算 114.42*0.511=0.983D+0.029W联合计算得 D=64.58kmol/h W=49.84kmol/h式中 F-原料液流量D-塔顶产品量W-塔底产品量（2） 、平衡数据及物料数据计算或查阅西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 9 页表 1 苯和甲苯的物理性质项目 分子式 分子量 M 沸点（） 临界温度 tC（） 临界压强PC（kPa）苯 A甲苯 BC6H6C6H5CH378.1192.1380.1110.6288.5318.576833.44107.7表 2 苯和甲苯的饱和蒸汽压温度 080.1 85 90 95 100 105 110.6,kPaAP，kPaB101.3340.0116.946.0135.554.0155.763.3179.274.3204.286.0 240.0表 3 常温下苯甲苯气液平衡数据温度 C080.1 85 90 95 100 105 110.6液相中苯的摩尔分率汽相中苯的摩尔分率1.0001.0000.7800.9000.5810.7770.4120.6300.2580.4560.1300.26200表 4 纯组分的表面张力温度 80 90 100 110 120苯，mN/m甲苯，Mn/m21.221.72020.618.819.517.518.416.217.3表 5 组分的液相密度温度() 80 90 100 110 120苯,kg/ 3m甲苯,kg/814809805801791791778780763768表 6 液体粘度 L温度() 80 90 100 110 120苯（mP .s）a甲苯（mP .s）0.3080.3110.2790.2860.2550.2640.2330.2540.2150.228表 7 常压下苯甲苯的气液平衡数据西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 10 页温度 t液相中苯的摩尔分率x气相中苯的摩尔分率y110.56 0.00 0.00109.91 1.00 2.50108.79 3.00 7.11107.61 5.00 11.2105.05 10.0 20.8102.79 15.0 29.4100.75 20.0 37.298.84 25.0 44.297.13 30.0 50.795.58 35.0 56.694.09 40.0 61.992.69 45.0 66.791.40 50.0 71.390.11 55.0 75.580.80 60.0 79.187.63 65.0 82.586.5