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1、10 万吨年苯-甲苯分离板式精馏塔设计苯-甲苯分离板式精馏塔的设计1.概述1 1.1设计题目11.2操作条件12.设计内容12.1本设计任务为分离苯甲苯混合物12.2 精馏塔的物料衡算12.2.1原料液及塔顶、塔底的摩尔分率12.2.2 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量22.2.3 物料衡算22.3塔板数的确定22.3.1 理论板层数的求取22.3.2实际板层数的求取32.4精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算32.4.1操作压力的计算32.4.2 操作温度计算32.4.3 平均摩尔质量计算42.4.4平均密度计算42.4.4.1气相平均密度计算42.4.4.2液相平均密度计算42.4.5
2、 液体平均表面张力的计算52.4.6液体平均粘度52.5精馏塔的塔体工艺尺寸计算62.5.1塔径的计算62.5.2精馏塔有效高度的计算72.6塔板主要工艺尺寸的计算72.6.1溢流装置计算72.6.1.1堰长72.6.1.2溢流堰高度72.6.1.3弓形降液管宽度和截面积82.6.1.4降液管底隙高度82.6.2塔板布置82.6.2.1塔板的分块82.6.2.2边缘区宽度确定82.6.2.3开孔区面积计算82.6.2.4筛孔计算及排列. 92.7 塔板的流体力学验算92.7.1塔板压降92.7.1.1干板阻力计算92.7.1.2气体通过液层的阻力计算92.7.1.3液体表面张力的阻力计算102
3、.7.2液面落差102.7.3液沫夹带102.7.4漏液102.7.5液泛112.8 塔板负荷性能图112.8.1漏液线112.8.2液沫夹带线122.8.3液相负荷下限线132.8.4液相负荷上限线132.8.5液泛线133. 设计数据一览表 154.总结 165.参考文献及设计图 16苯-甲苯分离板式精馏塔的设计1.概述1.1设计题目试设计一座连续精馏塔用于分离苯甲苯混合液，原料液中含苯 20% （质量分数）。要求年产纯度为 95% 的苯 10 万吨/年，塔釜馏出液中含苯不得高于 3% （质量分数）。 要求塔顶苯的含量为 95% （质量分数）。 要求苯的回收率为 95% 。（说明：和的条件
4、满足其一）1.2操作条件1.2.1塔顶压力 常压1.2.2进料热状态 泡点进料1.2.3回流比 取最小回流比的2倍 1.2.4塔底加热蒸气压力 0.5Mpa（表压） 1.2.5单板压降 0.7kPa1.2.6塔板类型 筛板塔1.2.7工作日 每年工作日为300天，每天24小时连续运行。2.设计内容2.1本设计任务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。塔顶上升蒸气采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分加回流至塔内，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
5、2倍。该物系塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。2.2 精馏塔的物料衡算2.2.1原料液及塔顶、塔底的摩尔分率：苯的摩尔质量 =78.11kg/kmol甲苯摩尔质量=92.13kg/kmol 2.2.2 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量2.2.3 物料衡算原料处理量 总物料衡算 F = 176.46 + W苯物料衡算 0.228F =0.957176.46 + 0.035W联立解得 F = 842.99kg/h W = 666.53kg/h2.3塔板数的确定2.3.1 理论板层数的求取苯甲苯属理想物系，可采用图解法求理论板层数2.3.1.1由手册查得苯甲苯物系的汽液平衡数据，绘
6、出x-y图，2.3.1.2 求最小回流比及操作回流比采用作图法求最小回流比，在图中对角线上，自点e（0.228，0.228）作垂线ef即为进料线（q线），该线与平衡线的交点坐标为=0.425 =0.228故最小回流比为取操作回流比为=2=22.70=5.402.3.1.3 求精溜塔的气，液相负荷L=RD=5.40176.46=952.88kmol/hV=（R+1）D=（5.40+1）176.46=1129.34kmol/hL=L+F=952.88+842.99=1795.87 kmol/hV= V =1129.34kmol/h2.3.1.4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.
7、3.1.5逐板法求理论板层数总理论板层数=11（包括再沸器）进料板位置=72.3.2实际板层数的求取精馏段实际板层数=6/0.52=11.5412提馏段实际板层数=4/0.52=7.6982.4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 =101.30 kPa每层塔板压降 P=0.7 kpa进料板压力 =101.30+0.712=109.70 kpa精馏段平均压力=(101.30+109.70)/2=105.50 kpa2.4.2 操作温度计算查苯甲苯的气液平衡数据，由内插法求得塔顶温度 =81.2C进料板温度 =102.2精馏段平均温度 =(81.2+102.
8、2)/2=91.72.4.3 平均摩尔质量计算塔顶平均摩尔质量计算由 = =0.957，查平衡曲线，得 = 0.899 =0.957*78.11+（1-0.957）*92.13=78.71 kg/kmol =0.899*78.11+（1-0.899）*92.13=79.53 kg/kmol进料板平均摩尔质量计算=0.348=0.176=0.348*78.11+（1-0.348）*92.13=87.25kg/kmol=0.176*78.11+（1-0.176）*92.13=89.66kg/kmol精馏段平均摩尔质量=（78.71+87.25）/2=82.98 kg/kmol=（79.53+89.
9、66）/2=84.60kg/kmol2.4.4平均密度计算2.4.4.1气相平均密度计算由理想气体状态方程计算，即kg/2.4.4.2液相平均密度计算液相平均密度依上式计算，即塔顶液相平均密度的计算由 = 91.7 ，查手册得 = 801.84 kg/ =798.48 kg/ kg/进料板液相平均密度的计算由 =102.2，查手册得= 789.79 kg/ =788.07 kg/进料板液相的质量分率kg/精馏段液相平均密度为kg/2.4.5 液体平均表面张力的计算液相平均表面张力依下式计算塔顶液相平均表面张力的计算由查手册得 进料板液相平均表面张力的计算由 查手册得 精馏段液相平均表面张力：
10、2.4.6液体平均粘度液相平均粘度依下式计算，即塔顶液相平均粘度的计算由tD=81.2查手册得 解出 进料板液相平均粘度的计算由tF=102.2，查手册的 解出 精馏段液相平均粘度的计算2.5精馏塔的塔体工艺尺寸计算2.5.1塔径的计算精馏段的气、液相体积流率为由 式中C由5-5计算，其中的由图5-1查取，图的横坐标为 取板间距，板上液层高度，则-=0.400-0.10=0.300m查图5-1得 =0.062 C=0.062取安全系数为0.70 ，则空塔气速为 按标准塔径圆整后为 D=4.0m塔截面积为 实际空塔气速为 2.5.2精馏塔有效高度的计算精馏段有效高度为提馏段有效高度为在进料板上方开一人孔，其高度为：0.8m故精馏塔的有交高度为2.6塔板主要工艺尺寸的计算2.6.1溢流装置计算因塔径D4.0 m，可选用双溢流弓形降液管，采用凹形受液盘。各项计算如下：2.6.1.1堰长取 = 0.60 D= 0.604.0=2.4m2.6.1.2溢流堰高度由 选用平直堰，堰上液层高度由式5-7计算，即=近似取E=1，则=取板上清液层高度100mm故 0.10-0.0343=0.0657m2.6.1.3弓形降液管宽度和截面积由 0.60查图5-7 得0.0555 0.120故 =0.0555=0.055512.56=0.697= 0.120D=0.1204.0=0.480依
