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1、河 西 学 院Hexi University化工原理课程设计 题 目: 苯-甲苯筛板式精馏塔设计 学 院: 化学化工学院 专 业: 化学工程与工艺 学 号: 姓 名: 指导教师: 2014年12月6日 目录化工原理课程设计任务书1.概述51.1序言51.2再沸器51.3冷凝器52.方案的选择及流程说明63.塔的工艺计算63.1原料及塔顶塔底产品的摩尔分率73.2原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量73.3物料衡算74.塔板数的确定74.1理论塔板数74.2最小回流比及操作回流比84.3精馏塔的气、液相负荷84.4操作线方程94.5图解法求理论塔板数94.6实际板层数95.精馏塔的工艺条件及有关
2、物性数据95.1操作压力95.2操作温度105.3平军摩尔质量105.4平均密度115.5液体平均表面张力125.6液体平均黏度126.精馏塔的塔体工艺尺寸136.1塔径136.2空塔气速136.3实际空塔气速146.4精馏塔有效高度157.踏板主要工艺尺寸的设计157.1塔板布置187.2.塔板布置.188.筛板的流体力学验算198.1塔板压降198.2液面落差208.3液沫夹带208.4漏液218.5液泛219.塔板负荷性能图229.1漏液线229.2液沫夹带线229.3液相负荷下限线239.4液相负荷上限线249.5液泛线2410.板式塔常见附件2610.1进料罐线管径2711.附属设备
3、3011.1塔顶空间3011.2塔底空间.3011.3人孔3011.4塔高3012.设计筛板塔的主要结果汇总：30参考文献32设计心得体会32成绩评定：33化工原理课程设计任务书一、设计题目苯-甲苯板式精馏塔设计二、设计任务及操作条件1.设计任务生产能力（进料量）100000 吨/年操作周期 7000 小时/年进料组成 56% （苯质量分率，下同）塔顶产品组成 98.5% 塔底产品组成 1.5% 2.操作条件操作压力 4kPa 进料热状态 泡点进料 加热蒸汽 低压蒸汽 3.设备型式 筛板塔 4.厂址 天津 三、设计内容1.设计方案的选择及流程说明2.塔的工艺计算3.主要设备工艺尺寸设计.塔径塔
4、高及板结构尺寸的确定.塔板的流体力学校核.塔板的负荷性能图.总塔高总压降及接管尺寸的确定4.辅助设备选型与计算5.设计结果汇总6.工艺流程图及精馏工艺条件图7.设计评述1. 概述1.1序言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，是理论联系实践的桥梁，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，设计能力等。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
5、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通，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以采用恒沸精馏或萃取精馏等特殊方法进行分离。本设计得题目是苯-甲苯连续精馏板式塔的设计，即需设计一个精馏塔用来分离一会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。1.2再沸器作用：用以将塔底液体部分汽化后送回精馏塔，使塔内气液两相间的接触传得以进行。本设计采
6、用立式热虹吸式再沸器，它是一垂直放置的管壳式换热器。液体在自下而上通过换热器管程时部分汽化，由在壳程内的载热体供热。1.3冷凝器 用以将塔顶蒸气冷凝成液体，部分冷凝液作塔顶产品，其余作回流液返回塔顶，使塔内气液两相间的接触传质得以进行，最常用的冷凝器是管壳式换热器。2.方案的选择及流程说明精馏是通过多级蒸馏，使混合气液两相经多次混合接触和分离，并进行质量和热量的传递，使混合物中的组分达到高程度的分离，进而得到高纯度的产品。流程如下：原料（丙稀和丙烷的混合液体）经进料管由精馏塔中的某一位置（进料板处）流入塔内，开始精馏操作；当釜中的料液建立起适当液位时，再沸器进行加热，使之部分汽化返回塔内。气相
7、沿塔上升直至塔顶，由塔顶冷凝器将其进行全部或部分冷凝。将塔顶蒸气凝液部分作为塔顶产品取出，称为馏出物。另一部分凝液作为回流返回塔顶。回流液从塔顶沿塔流下，在下降过程中与来自塔底的上升蒸气多次逆向接触和分离。当流至塔底时，被再沸器加热部分汽化，其气相返回塔内作为气相回流，而其液相则作为塔底产品采出。多为分离苯甲苯混合物。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入精馏塔内。塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝，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，取操作回流比为最小回流比的2倍。塔釜采用间接蒸
8、汽加热塔底产品经冷却后送至储罐。 图1 筛板精馏塔操作流程图3.精馏塔的工艺计算3.1原料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： 3. 2原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 3. 3物料衡算原料液处理： 总物料衡算： 苯物料衡算： 联立解得： 4精馏塔塔板数的确定4.1理论塔板数苯-甲苯属理想物系，可采用图解法求理论塔板数。绘制苯-甲苯物系的气液平衡数据绘制图，如下： 表1 苯-甲苯物系的气液平衡数据表苯（x）00.0580.1550.2560.3760.5080.6590.9231甲苯（y）00.1280.3040.4530.5960.7200.8300.9221 图2
9、苯-甲苯物系的气液平衡图4.2最小回流比及操作回流比采用作图法求最小回流比。在图4-2中对角线上，自点e(0.6，0.6) 作垂线ed即为进料线（q线），该线于平衡线的交点坐标为 故最小回流比为 操作回流比为 4.3精馏塔的气、液相负荷精馏段： 液相负荷：气相负荷： 提馏段： 液相负荷： 气相负荷：4.4操作线方程 精馏段操作线为 提馏段操作线方程为 4.5图解法求理论塔板数 采用图解法求理论板数，如图1所示。 求解结果为： 总理论板层数：14.2(包括再沸器) 进料板位置：74.6实际板层数 精馏段实际板层数： 提馏段实际板层数：所以实际板层数：块5.精馏塔的工艺条件及有关物性数据5.1操作
10、压力 塔顶压力： 每层塔板压降 塔底压力：进料板压力精馏段平均压力： 提馏段平均压力：5.2操作温度由内插法求 塔顶温度： 进料板温度： 塔底温度： 所以精馏段平均温度： 提馏段平均温度：5.3平均摩尔质量5.3.1塔顶平均摩尔质量由，查平衡曲线，得 塔顶气相平均摩尔质量为 塔顶液相平均摩尔质量为 进料板气相平均摩尔质量为 由图知 进料板液相平均摩尔质量为 同理得：5.3.2平均摩尔质量精馏段; 气相平均摩尔质量为 液相平均摩尔质量为 提馏段： 5.4平均密度5.4.1气相平均密度由理想气体状态方程计算，即 5.4.2液相平均密度液相平均密度依下式计算，即 塔顶液相密度的计算 由,内插法得 进
11、料板液相平均密度计算由,得 进料板液相的质量分率 精馏段液相平均密度为 同理 提馏段液相平均密度为 5.5液体平均表面张力液体平均表面张力依下式计算，即 5.5.1塔顶液相平均表面张力 由,得 5.5.2进料板液相平均表面张力 由，得 精馏段液相平均表面张力为 同理得： 提馏段液相平均表面张力为5.6液体平均黏度液体平均黏度依下式计算，即 5.6.1塔顶液相平均黏度由，得 3.6.进料板液相平均黏度 由,得 精馏段液相平均黏度为 6.精馏塔的塔体工艺尺寸6.1塔径6.1.1精馏塔的气、液相体积流速分别为 同理得提馏段 6.2空塔气速空塔气速是指在没有塔板和液体的空塔中的流动速度，可定性反映气流在穿越塔板数及液层时的速度。在流量一定的条件下，空塔气速越大，则气流穿越塔板的速度越快，塔径越小，气液两相的接触时间越短，板效率越低，所需的塔板数越多，同时易发生过量液沫夹带等不正常操作现象；反之亦然。因此，操作空塔气速必须合理确定。由 C蒸汽负荷因子， -液相密度，kg -气相密度，kg 式中C由上式计算，其中的由史密斯关联查图可知 取板间距，板上液层高度，则 6.2.1精馏塔塔径查史密斯关联图得，精馏段 取安全系数为0.75，则空塔气速为 所以精馏塔的塔径为 按标准塔径圆整为 6.3实际空塔气速塔的截面积为实际空塔气速为 同理得：6.4精馏塔有效高度6.4.1
