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1、化工原理课程设计化工原理课程设计-苯苯-甲苯连续精馏筛板塔的设计甲苯连续精馏筛板塔的设计专业年级专业年级 ： 08 级化学工程与工艺 姓姓 名名 ： 孙孙 可（可（08040401180804040118） 指导老师指导老师 ： 陈明燕陈明燕 2011 年年 7 月月苯-甲苯连续精馏筛板塔的设计2目录目录一 序 言.3二 板式精馏塔设计任务书五.4三 设计计算.51.1 设计方案的选定及基础数据的搜集.51.2 精馏塔的物料衡算.71.3 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算.121.4 精馏塔的塔体工艺尺寸计算.161.5 塔板主要工艺尺寸的计算.181.6 筛板的流体力学验算.201.7
2、塔板负荷性能图.23四 设计结果一览表.29五 板式塔得结构与附属设备.305.1 附件的计算.305.1.1 接管.305.1.2 冷凝器.325.1.3 再沸器.325.2 板式塔结构.33六 参考书目.35七 设计心得体会.35八 附录.36苯-甲苯连续精馏筛板塔的设计3一一 序序 言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，是理论联系实际的桥梁，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
3、识和技能的能力，问题分析能力，思考问题能力，计算能力等。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。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采用衡沸精馏或萃取精馏等特殊方法进行分离。本设计的题目是苯-甲苯连续精馏筛板塔的设计，即需设计一个精馏塔用来分离易挥发的苯和不易挥发的甲苯，采用连续操作方式，需设计一
4、板式塔将其分离。苯-甲苯连续精馏筛板塔的设计4二二 板式精馏塔设计任务书五板式精馏塔设计任务书五一、设计题目苯-甲苯连续精馏筛板塔的设计。二、设计任务(1)原料液中苯含量：质量分率50(质量)，其余为甲苯。(2)塔顶产品中苯含量不得低于 98.8(质量)。(3)残液中苯含量不得高于 22(质量)。(4)生产能力：38000 t/y 苯产品，年开工 300 天。三、操作条件(1)操作压力 塔顶压强为常压 (2)进料热状态：泡点(3)回流比：自选。 （4）加热蒸汽 常压蒸汽间接加热(5)单板压降压：0.7kPa四、设计内容及要求(1)设计方案的确定及流程说明(2)物性数据的收集与整理(3)确定塔顶
5、、塔底的操作压力和操作温度（4）进行全塔物料衡算（5）求最小回流比确定操作回流比（6）求理论塔板数，进料位置（7）求算全塔效率 确定实际塔板数（8）热量衡算（9）塔结构设计：塔径 塔高、塔板结构尺寸等（10）塔内流体力学计算验算 绘制负荷性能图（11）工艺技术结果汇总表五、时间及地点安排(1)时间：2014.1.62013.1.10苯-甲苯连续精馏筛板塔的设计5三三 设计计算设计计算1.1 设计方案的选定及基础数据的搜集设计方案的选定及基础数据的搜集本设计任务为分离苯一甲苯混合物。由于对物料没有特殊的要求，可以在常压下操作。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
6、通过预热器加热至泡点后送人精馏塔内。塔顶上升蒸气采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，其余部分经产品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，故操作回流比取最小回流比的 1.8 倍。塔底设置再沸器采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。其中由于蒸馏过程的原理是多次进行部分汽化和冷凝，热效率比较低，但塔顶冷凝器放出的热量很多，但其能量品位较低，不能直接用于塔釜的热源，在本次设计中设计把其热量作为低温热源产生低压蒸汽作为原料预热器的热源之一，充分利用了能量。塔板的类型为筛板塔精馏，筛板塔塔板上开有许多均布的筛孔，孔径一般为 38mm，筛孔在塔板上作正三角形排列。筛板塔
7、也是传质过程常用的塔设备，它的主要优点有：() 结构比浮阀塔更简单，易于加工，造价约为泡罩塔的 60，为浮阀塔的 80左右。() 处理能力大，比同塔径的泡罩塔可增加 1015。() 塔板效率高，比泡罩塔高 15左右。() 压降较低，每板压力比泡罩塔约低 30左右。筛板塔的缺点是：() 塔板安装的水平度要求较高，否则气液接触不匀。() 操作弹性较小(约 23)。() 小孔筛板容易堵塞。下图是板式塔的简略图：苯-甲苯连续精馏筛板塔的设计6表表 1 1 苯和甲苯的物理性质苯和甲苯的物理性质项目分子式分子量 M沸点（）临界温度 tC（）临界压强PC（kPa）苯 AC6H678.1180.1288.56
8、833.4甲苯 BC6H5CH392.13110.6318.574107.7表表 2 2 苯和甲苯的饱和蒸汽压苯和甲苯的饱和蒸汽压温度C080.1859095100105110.6,kPa0 AP101.33116.9135.5155.7179.2204.2，kPa0 BP40.046.054.063.374.386.0240.0表表 3 3 常温下苯常温下苯甲苯气液平衡数据（甲苯气液平衡数据（22：例例 1 11 1 附表附表 2 2）8P温度C080.1859095100105液相中苯的摩尔分率1.0000.7800.5810.4120.2580.130汽相中苯的摩尔分率1.0000.90
9、00.7770.6300.4560.262 表表 4 4 纯组分的表面张力纯组分的表面张力(1(1：附录图附录图 7)7)378P温度8090100110120苯，mN/m甲苯，Mn/m21.221.72020.618.819.517.518.416.217.3苯-甲苯连续精馏筛板塔的设计7表表 5 5 组分的液相密度组分的液相密度(1(1：附录图附录图 8)8)382P温度()8090100110120苯,kg/3m814805791778763甲苯,kg/3m809801791780768 表表 6 6 液体粘度液体粘度 （11：）L365P温度()8090100110120 苯（mP .s）a0.3080.2790.2550.2330.215甲苯 （mP .s）a0.3110.2860.2640.2540.228表表 7 7常压下苯甲苯的气液平衡数据 温度 t 液相中苯的摩尔分率 x气相中苯的摩尔分率 y 110.560.000.00 109.911.002.50 108.793.007.11 107.615.0011.2 105.0510.020.8 102.7915.029.4 100.7520.037.2 98.8425.044.2 97.1330.050.7 95.5835.056.6 94.0940.061.9 92.6945.066.7
