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1、华中科技大学化学与化工学院化工原理课程设计题目 苯-乙苯板式精馏塔设计 目录1、设计任务2、方案设计3、物料衡算3.1进料组成3.2全塔物料衡算3.3理论塔板数确定3.4实际塔板数确定3.5理论进料板和实际进料板确定4、热量恒算4.1塔顶冷却水用量4.2塔釜饱和蒸汽用量5、 精馏塔工艺尺寸计算5.1塔径计算5.2塔有效高度计算5.3溢流装置5.4筛孔计算及排列6、流体力学计算6.1气体通过塔板的压降6.2塔板上液面落差6.3液沫夹带的校核6.4溢流液泛条件的校核6.5漏液点的校核6.6液体停留时间7、塔板负荷性能图8、设备零部件管口的设计计算及选型8.1塔顶蒸汽进口管径8.2回流液管径8.3进
2、料管管径8.4塔釜液料排出管管径9、精馏塔工艺数据表10、精馏塔结构数据表11、物性数据表12、主要符号说明13、参考文献1、设计任务（1） 原料组成：原料中含苯35%，其余为乙苯（2） 分离要求：塔顶产品中含苯大于等于99%，塔釜产品中含乙苯大于等于98%（3） 生产能力：原料处理量为30万吨/年，每年按330天算，每天24小时连续运行操作条件：（1） 常压操作（2） 塔顶饱和液体回流（3） 塔底再沸器间接蒸汽加热（4） 加热蒸汽压力：5atm（5） 塔顶冷凝器冷却水进口温度：25（6） 忽略设备与环境的热损失（7） 泡点进料（8） 连续操作根据工艺要求进行：（1） 精馏系统工艺流程图及说明
3、（2） 塔板形式选择（3） 基础物性数据（4） 系统物料衡算和热量恒算（5） 精馏塔工艺尺寸的计算（6） 塔盘和溢流装置设计（7） 流体力学计算，负荷性能图（8） 进出口管径（9） 设备工艺条件图（10） 设备装配图2、方案设计本设计任务为分离苯乙苯双组分均相混合液。采用的塔板类型为筛板式精馏塔。精馏过程的流程设计如下：原料液由高位槽经过预热器预热后进入精馏塔内。操作时连续的从再沸器中取出部分液体作为塔底产品（釜残液），再沸器中原料液部分汽化，产生上升蒸汽，依次通过各层塔板。塔顶蒸汽进入冷凝器中全部冷凝或部分冷凝，然后进入贮槽再经过冷却器冷却。并将冷凝液借助重力作用送回塔顶作为回流液体，其余部
4、分经过冷凝器后被送出作为塔顶产品。为了使精馏塔连续的稳定的进行，流程中还要考虑设置原料槽、产品槽和相应的泵,有时还要设置高位槽。且在适当位置设置必要的仪表（流量计、温度计和压力表），以测量物流的各项参数。下图为本设计工艺流程图：3、工艺计算3.1进料组成XF=0.35 XD=0.99 XW=0.02年处理原料3*108Kg M苯=78g/mol M乙苯=106g/mol1Kg原料中有苯：1750/481mol 乙苯：250/37mol 共10.39501mol3.2对全塔物料衡算F=D+WF*XF=D*XD+W*XW故F=3*108*10.39501/（330*24）=393750.379mo
5、l/h带入数据得D=133956.3145mol/h W=259794.0645mol/h3.3理论塔板数确定查得苯、乙苯的安托因常数如下表ABC苯6.0231206.35220.24乙苯6.0791421.91212.93由于过程在常压下进行，故将P=101.325KPa带入安托因方程得常压下苯的沸点为80.0488，乙苯沸点为136.1520设计塔顶温度为露点温度t1,塔釜温度为泡点温度t2苯-乙苯气液平衡数据T/808896104112120128136x1.0000.7430.5420.3850.2590.1570.0720.000y1.0000.9400.8650.7620.6310
6、.4650.2570.000解得t1=80.31依次解得进料板温度tW=106.22塔釜温度t2=133.78苯乙苯80.31饱和蒸汽压KPa101.35616.82塔顶温度相对挥发度6.03106.22饱和蒸汽压KPa212.8142.04进料温度相对挥发度5.06133.78饱和蒸汽压KPa431.09100.23塔釜温度相对挥发度4.30所以全塔平均相对挥发度=5.13最小回流比Rmin=0.666我们选用回流比R=2Rmin=1.332Nmin=5.19根据吉利兰关系式：X= Y=Y=0.75-0.75*X0.5668 算出理论实际塔板数N=9.0063.4实际塔板数确定苯和乙苯在某些
7、温度下的粘度t/020406080100120140苯（mPa s）0.7420.6380.4850.3810.3080.2550.2150.184乙苯（mPa s）0.8740.6660.5250.4260.3540.3000.2590.226求得塔顶、进料处、塔底苯和乙苯的粘度如下表所示80.31106.22133.78苯mPas0.3080.2430.191乙苯mPas0.3540.2880.233顶=0.308*0.99+0.354*0.01=0.308mPas进料=0.243*0.35+0.288*0.65=0.272mPas底=0.191*0.02+0.233*0.98=0.232
8、mPas=（0.308+0.272+0.232）/3=0.271mPas全塔效率ET=0.49=0.452实际塔板数NP=NT/ET=9/0.452=19.9即实际塔板数为20块平衡方程y=精馏段方程y=0.5712+0.424533.5理论进料板和实际进料板确定由y1=0.99 得到从第一块板下降的液体组成y0.990.967570.911920.806480.68056x0.95070.853280.668680.448230.29343可得第五块板为进料板提馏段方程为y=1.83164-0.016633y0.52080.303570.126820.03379x0.174820.07832
9、0.027530.00677同样可得理论板为9块精馏段为4块板，实际板数为4/0.452=9即第10块板进料，提馏段有11块板。4、 热量衡算41.塔顶冷却水用量塔顶采用饱和液体回流，计算回流温度t=80.06查的苯、乙苯比热容和汽化热如下表：80100120140苯比热容KJ/（Kg K）1.8811.9532.0472.143汽化热KJ/Kg394.1379.3363.2345.5乙苯比热容KJ/（Kg K）1.9342.0082.0832.157汽化热KJ/Kg370.0359.3347.9335.9在塔顶温度80.31的汽化热=394.1*0.99+370*0.01=393.9KJ/K
10、g比热容=1.881*0.99+1.934*0.01=1.8815KJ/（Kg K）馏出液D的质量QD=（0.99*78+0.01*106）*133956.3145/1000=10486.1Kg/h回流液L的质量QL=R*QD=13967.485Kg/h冷凝器热负荷Q=（QD+QL）*+（QD+QL）*T=9632267+11503=9643770KJ/h冷却水温度为25，比热容为4.2KJ/（Kg K），设冷却水出口温度为60，则冷却水用量为=65603.88Kg/h4.2塔釜蒸汽用量在塔釜温度133.78时汽化热=0.02*351+0.98*339.6=339.8KJ/Kg比热容=0.02
11、*2.113+0.98*2.134=2.1136KJ/（Kg K）塔釜液体加热质量QW=F-QD=27392.7Kg/h再沸器热负荷Q=QW*=9308039KJ/h再沸器使用间接蒸汽加热，加热压力为5atm查得在0.5MPa下，饱和蒸汽温度为151.11，=2748.5KJ/Kg所需蒸汽=3386.6Kg 密度=2.5524Kg/m=1326.83m/h5、精馏塔工艺尺寸的计算5.1塔径计算最大允许气速=计算塔内液体表面张力，查得苯、乙苯在某些温度下的表面张力t/608010012014023.7421.2718.8516.4914.1725.0122.9220.8518.8116.82由内
12、插法求得塔顶进料塔釜温度下苯、乙苯的表面张力t/80.31106.22133.7821.2318.1214.8922.8920.2217.44塔顶表面张力顶=0.99*21.23+0.01*22.89=21.25mN/m进料处表面张力进=0.35*18.12+0.65*20.22=19.49mN/m塔釜表面张力底=0.02*14.89+0.98*17.44=17.39mN/m精馏段液体平均表面张力（精）=20.37mN/m提馏段液体平均表面张力（提）=18.44mN/m全塔液体表面张力（全）=19.41mN/m最大气速式子中，气体负荷系数C可用斯密斯关联图确定。斯密斯关联图是在液体表面张力为2
13、0mN/m时绘制的，于是气体负荷系数可用下式校正：下面算出和来求得查得苯和乙苯在一系列温度下的密度t/20406080100120140877.4857.3836.6815.0792.5768.9744.1867.7849.8931.8913.6795.2776.2756.7精馏段 塔顶M=78*0.99+106*0.01=78.28g/mol进料口M=0.35*78+0.65*106=96.2g/mol平均摩尔质量为M=87.24g/mol平均温度t=93.27用内差法求得=800.0Kg/m =835.0Kg/m=800*0.99+835*0.01=800.35Kg/m =Kg/m=2.608m/s=0.0054m/s=0.03438不同塔径板的间距参考数据塔径D/mm80012001400240026006600板间距TH/mm300500400700450800选取板间距HT=0.45m，查smith关联图得=0.085=1.41m/s 取泛点百分率为0.75=1.06m/s提馏段塔底M=0.98*106+0.02*78=105.44g/mol
