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化工原理课程设计完整版（必威体育精装版）

第一章前言

1.1课程设计背景与意义

精馏作为利用混合物各组分挥发度差异实现分离的核心单元操作，在石油炼制、医药制造、食品加工等领域占据不可或缺的地位。随着化工行业向高效、节能、环保方向发展，传统精馏设计需结合现代模拟技术与优化方法，以满足工程实践对分离效率、能耗控制及安全性能的严苛要求。

本次课程设计以苯-甲苯二元混合物分离为研究对象，通过系统的工艺计算、设备设计与模拟优化，构建一套完整的连续精馏塔设计方案。此举不仅能深化对精馏原理、传质传热理论的理解，更能培养运用AspenPlus等现代工具解决工程问题的能力，为后续专业学习与工业实践奠定坚实基础。

1.2设计依据与参考标准

核心理论依据：精馏过程物料衡算、热量衡算基本方程，气液平衡相图原理，塔器设计流体力学基础。

行业标准规范：《塔器设计规范》（GB/T150.1-2021）、《石油化工工艺设计规范》（SH/T3001-2017）、《化工工艺系统设计规定》（HG/T20557-2019）。

参考资料：姚玉英《化工原理（下）》（天津大学出版社）、贾绍义《化工原理课程设计》（天津大学出版社）、AspenPlusV12.0官方操作手册。

第二章设计任务书

2.1设计任务

在常压连续精馏塔中分离苯-甲苯混合液，实现轻组分（苯）与重组分（甲苯）的高效分离，满足以下产品质量与生产要求，完成精馏塔及附属设备的全套设计与优化。

2.2原始数据

参数名称

具体数值

备注

原料液处理量

8000kg/h

连续进料

原料液组成

苯质量分数0.42

重组分甲苯质量分数0.58

塔顶馏出液组成

苯质量分数0.98

纯度要求≥98%

塔底釜液组成

苯质量分数0.01

苯含量≤1%

操作压力

塔顶表压4kPa

近似常压操作

进料热状况

泡点进料

q=1

单板压降限制

≤0.7kPa

避免过度能耗

建场环境

温带大陆性气候

年平均温度12-25℃

2.3设计内容与要求

完成全塔物料衡算与热量衡算，确定关键工艺参数。

设计精馏塔主体结构，包括塔径、塔高、塔板结构尺寸等。

进行塔板流体力学验算，绘制塔板负荷性能图。

完成冷凝器、再沸器、输送泵等附属设备选型与计算。

采用AspenPlus进行工艺模拟与参数优化。

编制设计说明书，绘制工艺流程图与设备结构简图。

开展安全环保与经济性分析，确保设计可行性。

第三章设计方案确定与工艺流程设计

3.1设计方案选型

分离方法选择：苯与甲苯沸点差异显著（常压下苯沸点80.1℃，甲苯110.6℃），无共沸现象，采用常规连续精馏即可满足分离要求，无需萃取精馏等复杂工艺。

塔型选择：浮阀塔具有操作弹性大、传质效率高、结构简单的优势，适用于处理量中等、分离要求较高的体系，优于筛板塔与泡罩塔，故确定为浮阀塔。

进料状态：按原始数据采用泡点进料（q=1），进料前通过预热器将原料液加热至泡点温度，可简化塔内气液平衡计算，降低能耗。

回流比确定：通过经济核算，取最小回流比的1.5倍作为操作回流比。经计算最小回流比Rmin=1.82，确定操作回流比R=2.73。

3.2工艺流程设计

核心流程：原料液经原料罐储存，由原料泵输送至预热器，加热至泡点温度后从精馏塔进料板进入塔内；塔内上升蒸汽经塔顶冷凝器冷凝为液体，一部分作为回流液返回塔顶，另一部分作为塔顶产品采出；塔底液体由再沸器加热汽化，蒸汽返回塔内，釜液作为塔底产品采出。

辅助系统：

冷却系统：冷凝器采用循环冷却水作为冷却介质，进水温度25℃，出水温度35℃。

加热系统：再沸器采用饱和蒸汽加热，蒸汽压力0.3MPa。

控制系统：塔顶设置压力变送器，塔底设置液位控制器，通过调节回流比与再沸器加热量稳定操作。

工艺流程简图（文字描述）：原料罐→原料泵→预热器→精馏塔（进料板）→塔顶冷凝器→回流罐→回流泵（部分回流，部分采出）；精馏塔塔底→再沸器（部分汽化返回，部分采出）→塔底产品罐。

第四章工艺计算

4.1基础物性参数计算

4.1.1摩尔分数换算

苯（A）的摩尔质量MA=78.11kg/kmol，甲苯（B）的摩尔质量MB=92.13kg/kmol。

原料液苯的摩尔分数：xF=(0.42/78.11)/[(0.42/78.11)+(0.58/92.13)]=0.458

塔顶馏出液苯的摩尔分数：xD=(0.98/78.11)/[(0.98/78.11)+(0.02/92.13)]=0.983

塔底釜液苯的摩尔分数：xW=(0.01/78.11)/[(0.01/78.11)+(0.99/92.13)]=0.012

4.1.2平均摩尔质量计算

原料液平均摩尔质量：MF=xFMA