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1、课 程 设 计 说 明 书题目： 年处理 8万吨 苯-甲苯的精馏装置院 系： 专业班级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 2014 年 7 月目录第一章 设计方案简介41.1装置流程的确定41.2 操作压力的选择41.3 进料状况的选择41.4 加热方式的选择41.5 回流比的选择51.6浮阀塔特点5第二章 设计计算52.1 精馏塔的物料衡算52.1.1 原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率52.1.2原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量62.1.3物料衡算62.2.2求进料的液相分率q62.2.3求最小回流比及操作回流比72.2.4求精馏塔的气、液相负荷72.2.5求操作线方程72.2.6逐板
2、法求理论板72.3确定实际板数92.3.1全塔效率的计算92.3.2计算实际塔板数102.4 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算102.4.1操作压力的计算102.4.2操作温度计算102.4.4平均密度计算122.4.7气液负荷计算152.5 精馏塔的塔体工艺尺寸计算152.5.2精馏塔有效塔高的计算172.6溢流装置计算182.7浮阀布置设计19第三章 辅助设备及选型203.1进料管的选择203.2回流管的选择213.3塔底出口管路的选择213.4塔顶蒸汽管223.5 加料蒸汽管的选择223.6人孔的设计223.7 法兰23第四章 流体力学验算234.1浮阀的流体力学验算234.1.1计
3、算气相通过浮阀塔板的降压头降234.1.2液泛244.1.3雾沫夹带量254.2塔板负荷性能图264.2.1雾沫夹带线264.2.2液泛线274.2.3液相负荷上限线284.2.4漏液线284.2.5液相负荷下限线28第五章 附属设备计算305.1选用釜式再沸器305.2冷凝器的选型30总结语31设计结果一览表32苯甲苯精馏塔的工艺流程图33主要符号说明号说明34参考文献35第一章 设计方案简介1.1装置流程的确定 蒸馏装置包括精馏塔，原料预热器，蒸馏釜（再沸器），冷凝器，釜液冷却器和产品冷却器等设。按过程按操作方式的不同，分为联组整流和间歇蒸馏两种流程。连续蒸馏有生产能力大，产品质量稳定等优
4、点，工业生产中以连续蒸馏为主。间歇蒸馏具有操作灵活，适应性强等优点，适合于小规模，多品种或多组分物系的初步分离。 蒸馏通过物料在塔内的多次部分汽化与多次部分冷凝实现分离，热量自塔釜输入，由冷凝器中的冷却质 将余热带走。在此过程中，热能利用率很低，为此，在确定装置流程时应考虑余热的利用。譬如，用余料作为塔顶产品（或釜液产品）冷却器的冷却介质，既可以将原料预热，又可以节约冷却质。 另外，为保持塔的操作稳定性，流程中除用泵这节送入塔原料外也可以用高位槽送料，以免受泵操作波动的影响。 塔顶冷凝装置可采用全冷凝器，分冷凝器两种不同的设置。甲醇和水不反应，且容易冷凝，故使用全凝器，用水冷凝。塔顶出来的气体
5、温度不高，冷凝后回流液和产品温度不高，无需进一步冷却，此次分离也是希望得到甲醇，选用全凝器符合要求。 总之，确定流程时要较全面，合理地兼顾设备，操作费用，操作控制及安全诸因素。1.2 操作压力的选择 蒸馏过程中按操作压力不同，分为常压蒸馏，减压蒸馏和加压蒸馏。一般地，除热明性物系，凡通过常压蒸馏能够实现分离要求，并能用江河水或循环水将馏出物冷凝下来的物系，都能采用常压蒸馏；对热敏性物系或者混合物泡点过高的物系，则宜采用减压蒸馏；对常压下馏出物冷凝温度过低的物系，需提高塔压或者采用深井水，冷冻盐水作为冷却剂；而常压下呈气态的物系必须采用加压蒸馏。甲苯和苯在常压下就能够分离出来，所以本实验在常压下
6、操作就可以。1.3 进料状况的选择 进料状况一般有冷液进料，泡点进料。对于冷液进料，当组成一定时，流量一定对分离有利，节省加热费用。采用泡点进料不仅对稳定操作较为方便，且不受季节温度影响。但是因为设计有规定为25进料，所以采用冷夜进料。1.4 加热方式的选择 加热方式可分为直接蒸汽和间接蒸汽加热。直接蒸汽加热直接由塔底进入塔内。由于重组分是水，故省略加热装置。但在一定的回流比条件下，塔底蒸汽回流液有稀释作用，使理论板数增加，费用增加。间接蒸汽加热使通过加热器使釡液部分汽化。上升蒸汽回流下来的冷液进行传质，其优点是釜液部分汽化，维持原来的浓度，以减少理论塔板数，其缺点是增加加热装置。本设计塔釡采
7、用间接加热蒸汽，塔底产品经冷却后送至储罐。 1.5 回流比的选择 回流方式可分为重力回流和强制回流。对于小型塔，回流冷凝器一般安装在塔顶。其优点是回流冷凝器无需支持结构，其缺点是回流冷凝器回流控制较。如果需要较高的塔顶处理或塔板数较多时，回流冷凝器不宜安装在塔顶。因为塔顶冷凝器不已安装，检修和清理。在这种情况下，可采用强制回流，塔顶上蒸汽采用冷凝器冷却以冷回流流入塔中。由于本次设计为小型塔，故采用重力回流。本设计物系属易分离物系，最小回流比较小，故操作回流比为最小回流比的2倍。1.6浮阀塔特点1.处理能力大，比同塔径的泡罩塔可增加20%40%，而更接近于筛板塔；2.操作弹性大，一般约为59，比
8、筛板、泡罩和舌形踏板的操作性要大得多；3.塔板效率高，比泡罩塔高15%；4.压力小，在常压塔中每块板的压降一般为400660N/；5.液面梯度小；6.使用周期长；7.结构简单，安装容易，制造费为泡罩塔的60%80%,为筛板塔的120%130%。第二章 设计计算2.1 精馏塔的物料衡算2.1.1 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 2.1.2原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 2.1.3物料衡算 原料处理量总物料衡算 130.34=DW苯物料衡算 130.340.4910.991D0.024 W联立解得 D62.88 kmolhW=67.46 kmolh式中 F-原
9、料液流量 D-塔顶产品量 W-塔底产品量2.2理论板层数NT的求取 2.2.1相平衡方程的求取由手册查得苯一甲苯物系的气液平衡数据，求得平均相对挥发度为 =2.475所以相平衡方程为2.2.2求进料的液相分率q进料温度为25，查苯和甲苯在101.3KPa下的温度组成图得泡点为92.31露点温度为98.94。所以 所以q线方程为2.2.3求最小回流比及操作回流比。 联立q线与相平衡曲线方程的交点Q的坐标为0.748, 0.547故最小回流比为取操作回流比为2.2.4求精馏塔的气、液相负荷 (进料：q=1.277)2.2.5求操作线方程 精馏段操作线方程为提馏段操作线方程为2.2.6逐板法求理论板
10、前面求得=2.475 相平衡方程 = 0.991 同理： ynxnyn+110.9910.9780170.98243620.9824360.9576270.96830.9680.924370.94445440.9444540.8729340.90803750.9080370.7995780.85610160.8561010.7062080.78999570.7899950.6031610.71703880.7170380.5058940.64817390.6481730.4267260.592122因为 精馏段理论板。进料板位置在第9快塔板。 同理： 所以提留段理论板ynxnyn+1100.6
11、481730.4267260.535515110.5355150.3177910.397277120.3972770.2103090.260882130.2608820.1248120.152386140.1523860.067720.079937150.0799370.0339130.037036160.0370360.0153020.013418则全塔总理论板层数（不包括再沸器）。2.3确定实际板数2.3.1全塔效率的计算采用“的精馏塔效率关联图”将全塔效率关联成的函数，近似式为 液体平均粘度为 （查表得各组分黏度=0.269，=0.277）2.3.2计算实际塔板数精馏段实际板层数提馏段实
12、际板层数总实际板层数进料板在第16块板2.4 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算2.4.1操作压力的计算塔顶操作压力 =101.3+4=105.3KPa进料操作压力 =105.3+0.7*15=115.8KPa塔底操作压力 =105.3+0.7*28=124.9KPa精馏段平均压力 KPa提馏段平均压力 KPa2.4.2操作温度计算 依据操作压力，由泡点方程通过试差法计算出泡点温度，其中苯、甲苯的饱和蒸气压由安托尼方程 计算。苯的安托因方程：甲苯的安托因方程：计算结果如下：txyPAPBP972.2024271.830395159.377667.66981112.698397.32.2060
13、211.834419160.701968.29976113.669297.62.2096081.838436162.034768.93437114.646697.82.2119961.841109162.92869.36004115.3019982.214381.84378163.82569.7878115.960197.92.2131881.842445163.37669.57366115.630697.952.2137841.843112163.600469.68067115.7952812.0004091.604126100.094240.1907899.55506822.0136611.618972103.195441.58836102.641832.0268251.633719106.371443.02481105.801382.82.0241991.630777105.730242.7
