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1、化 工 原 理课程设计任务书学校：太原科技大学指导老师：班级：工艺 0741姓名：学号： 苯甲苯精馏塔设计目 录一、摘要二、前言三、设计任务和条件四、设计计算（1）设计方案的确定（2）精馏塔的物料衡算1、原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数2、原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量3、物料衡算（3）塔板数的确定1、理论板 N 的确定t2、实际板层数的求取（4）精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算1、操作压力2、操作温度3、平均摩尔质量4、平均密度5、液相平均表面张力6、液相平均黏度五、精馏塔的塔体工艺尺寸计算1、塔径的计算2、精馏塔有效高度的计算 溢流装置六、塔板主要工艺尺寸的计算1、溢流装置的计算
2、2、塔板布置及浮阀数目与排列七、塔板流体力学验算1、气相通过浮阀踏板的压降2、淹塔3、雾沫夹带八、塔板负荷性能图1、雾沫夹带线2、液泛线3、液相负荷上限线4、漏液线5、液相负荷下限线九、塔附件设计1、接管进料管2、法兰3、筒体与封头4、人孔十、提馏段的设计计算（一）精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算1、操作压力2、操作温度3、平均摩尔质量4、平均密度5、液相平均表面张力6、液相平均黏度十一、精馏塔的塔体工艺尺寸计算1、塔径的计算2、精馏塔有效高度的计算 溢流装置十二、塔板主要工艺尺寸的计算1、溢流装置的计算2、塔板布置及浮阀数目与排列十三、塔板流体力学验算1、气相通过浮阀踏板的压降2、淹塔3
3、、雾沫夹带十四、塔板负荷性能图1、雾沫夹带线2、液泛线3、液相负荷上限线4、漏液线5、液相负荷下限线十五、塔附件设计1、接管进料管2、法兰3、筒体与封头4、人孔十六、参考文献十七、设计心得及设计过程的评述和讨论一、摘 要塔设备是炼油、化工、石油化工等生产中广泛应用的气液传质设备。根据塔内气液接触部件的结构型式，可分为板式塔和填料塔。板式塔内设置一定数目的塔板，气体以鼓泡或喷射形式穿过板上液层进行质热传递，气液相组成呈阶梯变化，属逐级接触逆流操作过程。填料塔内装有一定高度的填料层，液体自塔顶沿填料表面下流，气体逆流向上（也有并流向下者）与液相接触进行质热传递，气液相组成沿塔高连续变化，属微分接触
4、操作过程。工业上对塔设备的主要要求是：（1）生产能力大；（2）传热、传质效率高；（3）气流的摩擦阻力小；（4）操作稳定，适应性强，操作弹性大；（5）结构简单，材料耗用量少；（6）制造安装容易，操作维修方便。此外，还要求不易堵塞、耐腐蚀等。板式塔大致可分为两类：（1）有降液管的塔板，如泡罩、浮阀、筛板、导向筛板、新型垂直筛板、蛇形、S 型、多降液管塔板；（2）无降液管的塔板，如穿流式筛板（栅板）、穿流式波纹板等。工业应用较多的是有降液管的塔板，如浮阀、筛板、泡罩塔板等关键字 精馏塔；浮阀塔；板式精馏塔；化工生产 二、前 言精馏是分离液体混合物（含可液化的气体混合物）最常用的一种单元操作，在化工、
5、炼油、石油化工等工业中得到广泛应用。精馏过程在能量剂的驱动下（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，实现原料混合液中各组分的分离。该过程是同时时进行传质、传热的过程。本次设计任务为设计一定处理量的精馏塔，实现苯甲苯的分离。精馏塔是大型的设备组装件，分为板式塔和填料塔两大类。板式塔又有筛板塔、泡罩塔、浮阀塔等。鉴于设计任务的处理量不大，苯甲苯体系比较易于分离，待处理料液清洁的特点，设计决定选用筛板塔。筛板塔是生产中最常用的板式塔之一。板式塔具有结构简单，制造和维修方便，生产能力大，塔板压降板效
6、率较高等优点。1、精馏及精馏流程精馏是多级分离过程，即同时进行多次部分汽化和部分冷凝的过程。因此可是混合物得到几乎完全的分离。精馏可视为由多次蒸馏演变而来的。精馏操作广泛用于分离纯化各种混合物，是化工、医药、食品等工业中尤为常见的单元操作。化工成产中，精馏主要用于以下几种目的:1)获得馏出液塔顶的产品；2)将溶液多级分离后，收集馏出液，用于获得甲苯，氯苯等；3)脱出杂质获得纯净的溶剂或半成品，如酒精提纯，进行精馏操作的设备叫做精馏塔。精馏过程中采用连续精馏流程，原料液经预热器加热到指定温度后，送入精馏塔的进料板，在进料板上与自塔顶上部下降的回流液体汇合后，逐板溢流，最后流入塔底再沸器中。在每层
7、板上，回流液体与上升蒸汽互相接触，进行热和质的传递过程。操作时，连续地从再沸器取出部分液体作为塔底产品，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被全部冷凝，并将部分冷凝液用泵送回塔顶作为回流液体，其余部分经冷却器后被送出作为塔顶产品。根据精馏原理可知，单有精馏塔还不能完成精馏操作，必须同时拥有塔底再沸器和塔顶冷凝器，有时还有配原料液，预热器、回流液泵等附属设备，才能实现整个操作。2、.精馏的分类按操作方式可分为:间歇式和连续式，工业上大多数精馏过程都是采用连续稳定的操作过程。化工中的精馏操作大多数是分离多组分溶液。多组分精馏的特点：1)能保证产品质量，满足工艺要求，生产能
8、力大；2)流程短，设备投资费用少；3)耗能量低，收率高，操作费用低；4) 操作管理方便。 3、精馏操作的特点从上述对精馏过程的简单介绍可知，常见的精馏塔的两端分别为汽化成分的冷凝和液体的沸腾的传热过程，精馏塔也就是一种换热器。但和一般的传热过程相比，精馏操作又有如下特点：1)沸点升高 精馏的溶液中含有沸点不同的溶剂，在相同的压力下溶液的蒸汽压较同温度下纯溶剂的汽化压低，使溶液的沸点高于醇溶液的沸点，这种现象称为沸点的升高。在加热汽化温度一定的情况下，汽化溶液时的传热温差必定小于加热纯溶剂的纯温差，而且溶液的浓度越高，这种影响也越显著。2)物料的工艺特性 精馏溶液本身具有某些特性，如某些物料在加
9、入到溶液中时可与溶液中的某一组分或几组分形成恒沸液等。如何利用物料的特性和工艺要求，选择适宜的精流流程和设备是精馏操作彼此需要知道和必须考虑的问题。3)节约能源 精馏汽化的溶剂量较大，需要消耗较大的加热蒸汽。如何充分利用热量提高加热蒸汽的利用率是精馏操作需要考虑的另一个问题。4.塔板的类型与选择塔板是板式塔的主要构件，分为错流式塔板和逆流式塔板两类 ，工业应用以错流式 塔板为主，常用的错流式塔板有：泡罩塔板、筛孔塔板和浮阀塔板。我们应用的是浮阀塔板，因为它是在泡罩塔板和筛孔塔板的基础上发展起来的，它吸收了两种塔板的优点。它具有结构简单，制造方便，造价低；塔板开孔率大，生产能力大；由于阀片可随气
10、量变化自由升降，故操作弹性大，因上升气流水平吹入液层，气液接触时间较长，故塔板效率较高。三、设计任务和条件1年处理含苯 35%质量分数，下同的苯甲苯混合液 3.8 万吨。2产品苯含量不低于 95%。3残液中苯含量不高于 4%。4操作条件精馏塔的塔顶压力 4kpa表压进料状态 40冷夜回流比 2.33加热蒸汽压力 101.325kpa表压单板压降 不大于 0.70kpa表压全塔效率 Et=52%5设备型式 浮阀塔F1 型6厂址 太原地区7设备工作日 300 天年，24h 连续运行8太原地区夏天水温 16189太原地区的当地大气压 92kpa绝压四、设计计算一设计方案的确定本设计任务为分离苯和甲苯
11、混合物。对于二元混合物的分离，应采用常压下的连续精馏装置。本设计采用过冷液体进料，通过管路进入精馏塔内。塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝，冷凝液再泡点下一部分回流至塔内，其余部分经产品冷却器冷却后送入储罐。该物系是易分离物系，最小回流比比较小，操作回流比取最小回流比的 1.5 倍。塔夫采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。二精馏塔的物料衡算1、原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数苯的摩尔质量 =78kgkmolAM甲苯的摩尔质量 =92kgkmolB原料液的轻组分分别为： =9265.0783.Fx41.07.048.96.0543.2.95. Dx7.01.026.7804.Wx2、原料液及塔顶
12、、塔底产物的平均摩尔质量=0.4178+0.6992=31.98+54.28=86kgkmolAM=0.9678+0.0492=74.88+3.68=79kgkmolB= 0.04778+0.95392=3.666+87.676=91kgkmolW3、物料衡算 wdfqf xx即： =3002479+f wq0，41=30024790.96+ 0.047fqwq解之得 =168.4kmolh =101.6kmolh =66.8kmolhf wd一、 塔板数的确定1、理论板层数 的确定tNT 80.1 84 88 92 96 102 104 108 110.6X 1 0.816 0.651 0.
13、504 0.873 0.256 0.152 0,057 0Y 1 0.919 0.825 0.717 0.594 0.455 0.300 0.125 0又苯、甲苯为理想物系。由 P75 表 10-3 取=2.6+2.352=2.475对应 则 = = =0.63fxffx160.14.075.2泡点 = 94pT.4095.37.096t露点 T = =95l 71.0639271.0594.26t又 =0.411.704+0.591.70=0.69864=1.70C将物料液由 40升至 94所需要的热量 Q= FLi=861.70 =7894.8kjkmol409再将饱和液体升温至饱和蒸汽所
14、需热量Q= LVi= =32450.5kjk59.029457.1364.07895704.139 mol则 Q= =1.24.8LVFLVFLVF iiii则 q 线斜率 k =5.1724.01q1、求最小回流比及操作回流比平衡线：y= x75.1q 线： y=5.17x-1.71以上两式联立解得：x=0.4 y=0.62故 = =0.340.22=1.55minR4.062.9qDxy实际操作回流比 R=1.55 =2.33minR2、求精馏塔的气液负荷=2.3366.8=155.6KkmolhnDlRq=2.33+166.8222.4kmolhv13、图解法求理论版层数假设 Et=0.
15、52，则 =14.其中 =8，进料版 =7.tN精t fN实际板数的求取精馏段的实际板数 =60.52=11.5=12 =8 0.52=15.3=15精N提总实际板层数 N =N +N =12+15=27p精P提p五、 精馏塔的工艺条件及相关性质数据的计算1、压强：塔顶压力 =92+4=96lpa表Dloca 每层塔板的压降 p=0.7kpa进料板压降 =96+0.712=104.4kpafP精馏段的平均压降 =94+104.4 2=100.2kpam塔底压力 PW=Pd+0.727=114.9kpa2、温度：塔顶、塔底、进料板的温度用试差法求之：塔顶温度：假设 =79.2则Dt=6.03055 =6.030554.03691=1.9
