北京理工大学化工原理课程设计说明书
课程设计题目：水重水减压分离
学院：化学与化工学院 专业：能源化学工程 班级： 姓名： 学号： 指导老师：
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化工原理课程设计任务书
一、课程设计任务题目：水重水减压分离
二、承担设计任务人员：
三、设计任务实施时间：2017年9月——2017年10月
四、设计任务
分离物系：分离含 5.5%重水（质量分数）， 94.5%水（质量分数）的
二元均相混合液
原料状态：常温（可按20 oC计）
分离要求：所得单体溶液的浓度不低于 27.6%（质量分数）
设计能力： 38000吨/年。 （按 300天/年 计）
操作压力： 0.5atm
操作温度：不限
作者签字：
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目 录
1.绪论 .............................................................................................................................................. 1
1.1中英文摘要 ........................................................................................................................ 1 1.2 设计原理 ........................................................................................................................... 1 2.设计方案的确定 ........................................................................................................................... 2
2.1 装置流程的确定 ............................................................................................................... 2 2.2 板型选择 ........................................................................................................................... 2 2.3进料状态的选择 ................................................................................................................ 2 2.4 回流比的选择 ................................................................................................................... 2 2.5工艺流程 ............................................................................................................................ 2 3.精馏塔的工艺计算及塔板尺寸的计算 ....................................................................................... 3
3.1精馏塔的工艺计算 ............................................................................................................ 3
3.1.1物料衡算 ................................................................................................................ 3 3.1.2 相对挥发度α及相平衡方程的计算 ................................................................... 4 3.1.3 理论板N的确定 ................................................................................................... 7 3.1.4 实际板数NP的计算 .............................................................................................. 8 3.1.5进料板位置的确定（由逐板计算法编程得） .................................................. 11 3.2 基本物性数据的运算 ..................................................................................................... 13
3.2.1 温度的计算 ......................................................................................................... 13 3.2.2 平均摩尔分数 ..................................................................................................... 13 3.2.4 密度计算（水为A,重水为B） ......................................................................... 13 3.2.5 黏度 ..................................................................................................................... 14 3.2.6 液相、气相流率 ................................................................................................. 14 3.2.7 液体表面张力 ..................................................................................................... 14 3.3 填料类型 ......................................................................................................................... 14 3.4 塔径 ................................................................................................................................. 14 3.5塔高 .................................................................................................................................. 14 3.6气速 .................................................................................................................................. 14 3.7压降 .................................................................................................................................. 14 4.预热器与再沸器热量衡算 ......................................................................................................... 15
4.1 热量衡算 ......................................................................................................................... 15 4.2 液体喷淋密度 ................................................................................................................. 15 4.3 动运用大竹动持液量模型 ............................................................................................. 16 5.主要辅助设备选型 ..................................................................................................................... 16
5.1液体分布器-排管式 ........................................................................................................ 16 5.2填料支承装置-栅板型支承装置 .................................................................................... 17 5.3 液体收集再分布器： ..................................................................................................... 17 5.4 填料压板——填料压紧栅板 ......................................................................................... 18 5.5 床层限制板：散装填料用床层定位器 ......................................................................... 19 5.6 顶部回流液体喷淋装置—大塔盘式分布器 ................................................................. 19 5.7 除沫器-旋流板除沫器 ................................................................................................... 19 5.8换热器——板壳式换热器 .............................................................................................. 20 5.9 冷凝器—卧式壳层冷凝器 ............................................................................................. 20
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5.10立式热虹吸再沸器 ........................................................................................................ 21 6.附件设备选型 ............................................................................................................................. 22
6.1 人孔 ................................................................................................................................. 22 6.2 裙座-圆筒形裙座 ........................................................................................................... 22 参考文献......................................................................................................................................... 22 附录I 符号说明 ............................................................................................................................ 24 附录II 逐板计算法源代码： .................................................................................................... 27 附录III.塔的示意图 .................................................................................................................... 29
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1.绪论
1.1中英文摘要
摘要：精馏是分离液体混合物最常用的一种单元操作，利用液相混合物中各组
分挥发度的不同，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，从而实现原料混合物中各组分分离。该过程是同时进行传质传热的过程。本次设计任务为设计年处理量为38000吨的精馏塔，用以实现水—重水的二元理想物系的分离。本设计说明书通过物料衡算、热量衡算、工艺计算、结构设计和校核等一系列工作来设计一个具有可行性的合理的填料塔。
关键词：精馏塔 填料塔 水 重水 理想物系
Abstract: Distillation is one kind of the most commonly used unit operations of
liquid mixture separation.This operation mainly bases on the volatility of each component in different liquid mixture:the volatile components of liquid to gas phase transfer, difficult volatile components by gas phase into liquid phase transfer, so as to realize material separation of components in the mixture.The process is also the process of mass and heat transfer.This design task is to design a annual capacity of 38000 tons of rectification tower, used to make the binary ideal water - heavy water separation system.This design manual by material balance, heat balance, process calculation, structure design and checking and a series of work to design a feasible and reasonable packing tower.
Key word:Rectifying column packed tower water deuterium ideal system
1.2 设计原理
（1）塔设备是化工、石油化工、生物化工、制药等生产过程中广泛采用的气液传质设备。
（2）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。 1.3塔设计基本要求
（1）使气液两相充分接触，以获得较高的传质效率。
（2）在较大的气液流速下，不至于发生大量的雾沫夹带、拦液或液泛等不正常操作现象。
（3）操作稳定、弹性大。 （4）流体流动的阻力小。
（5）结构尽可能简单、材料消耗量尽可能小。（即在满足生产要求的前提下尽可能优化设计 ） （6）塔内滞留量小。
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