化工原理课程设计书 苯—甲苯精馏塔设计班级： 姓名： 学号： 指导老师： 目 录（一） 化工原理设计任务书 3（二） 概述 4一、 精馏基本原理 4二、 设计方案的确定 4（三） 塔工艺计算 4一、 精馏塔物料衡算 5二、 塔板数确定 5三、 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 7四、 精馏塔的塔体工艺尺寸设计 11五、 塔板主要工艺尺寸计算 12六、 筛板的流体力学验算 14七、 塔板负荷性能图 17八、 设计结果一览表 23（四） 辅助设备的设定 24（五） 设计评述心得 25（六） 参考书目及附表 26（一） 化工原理设计任务书一、设计名称：苯-甲苯精馏塔设计二、设计条件：在常压连续精馏塔中精馏分离含苯35%（质量%，下同）的苯-甲苯混合液，要求塔顶流出液中苯的回收率为97%，塔底釜残液中含苯不高于2%处理量： 17500 t/a，料液组成（苯质量分数）： 35%，塔顶产品组成（质量分数）： 97%，塔顶易挥发组分回收率： 99%，每年实际生产时间： 300天三、设计任务完成精馏塔的工艺设计，有关附属设备的设计和选型，绘制精馏塔系统工艺流程图和精馏塔装配图，编写设计说明书。
四、基础数据或其他操作条件所需数据自己查阅资料或根据资料确定五、设计说明书内容1 目录2 概述（设计方案的确定和流程说明、精馏基本原理等）3. 塔的物料恒算、塔板数的确定、塔的工艺条件及有关物性数据的计算；4. 塔和塔板的主要工艺尺寸的设计：（1） 塔体工艺尺寸的计算；（2） 塔板主要工艺尺寸的计算；（3） 塔板的流体力学验算；（4） 塔板负荷性能图5. 设计结果概要或设计一览表6. 辅助设备的选型——对再沸器进行设计，对预热器进行选型7. 参考文献8. 对本设计的评述或有关问题的分析讨论二） 概述一、 精馏基本原理精馏操作就是利用液体混合物在一定压力下各组分挥发度不同的性质，在塔内经过多次部分汽化与多次部分冷凝，使各组分得以完全分离的过程二、 设计方案的确定 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2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3~8mm，筛孔在塔板上作正三角形排列筛板塔也是传质过程常用的塔设备，它的主要优点有： (１) 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 (２) 处理能力大，比同塔径的泡罩塔可增加10～15％ (３) 塔板效率高，比泡罩塔高15％左右 (４) 压降较低，每板压力比泡罩塔约低30％左右 筛板塔的缺点是： (１) 塔板安装的水平度要求较高，否则气液接触不匀 (２) 操作弹性较小(约2～3)３) 小孔筛板容易堵塞三） 塔工艺计算一、 精馏塔物料衡算1．原料液及塔顶产品的摩尔分率 苯的摩尔质量 甲苯的摩尔质量 2. 原料液及塔顶产品的平均摩尔质量 3. 由物料衡算计算塔底产品的摩尔分率及平均摩尔质量 原料处理量总物料衡算 28.08=D＋W苯塔顶回收率 (D×0.974)/(F×0.388)=0.99联立解得 D＝11.07 kmol/h W=17.01 kmol/h式中 F------原料液流量 D------塔顶产品量 W------塔底产品量由苯物料衡算 28.08×0.388＝0.974×11.07＋×17.01解得=0.00663二、 塔板数确定1．苯-甲苯相对挥发度确定根据表2计算各温度下相对挥发度，得以下计算结果：T=80.1,=2.53; T=85,=2.54; T=90,=2.51;T=95,=2.46; T=100,=2.41; T=105,=2.37;由此得平均相对挥发度=2.472. 回流比的确定由于进料为泡点进料，q=1,3. 精馏塔气液相负荷 4. 求操作线方程精馏段方程为：提馏段方程为：5. 逐板法求理论板数相平衡方程 = 0.974 =0.938根据相平衡与操作线方程依次计算得：0.877；0.894，0.773；0.801，0.620；0.662，0.442；0.494，0.283<0.388精馏段理论板数n=50.283，0.382根据相平衡和操作线方程依次计算得：0.201；0.270，0.130；0.175，0.079；0.105，0.045；0.0594，0.0249；0.0315，0.0130；0.0153，0.00625<0.00663所以提馏段板数为7，总理论塔板数为12，进料板为第6块板。
取全塔板效率为0.5，可得实际板数为24，进料板为第11块板三、 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算1. 操作压力计算塔顶操作压力=101.33+4=105.33 kPa每层塔板压降 △P＝0.7 kPa塔底操作压力=105.33+0.724=122.13 kPa进料板操作压力=105.33+0.711=113.03 kPa精馏段平均压力 P m ＝（105.33+113.03）/2＝109.18 kPa提馏段平均压力P m =（113.033+122.13）/2 =117.58 kPa2. 操作温度计算依据操作压力，由通过试差法计算出泡点温度，其中苯、甲苯的饱和蒸气压由 安托尼方程计算，计算过程略计算结果如下： 塔顶温度＝82.65℃，进料板温度＝98.85℃ ，塔底温度=117.03℃精馏段平均温度=（ 82.65＋98.85）/2 = 90.75℃提馏段平均温度=（98.85+117.03）/2 =107.94℃3.平均摩尔质量塔顶平均摩尔质量计算 由 = 0.974，0.938进料板平均摩尔质量计算 由上面理论板的算法，得＝0.610， ＝0.388塔底平均摩尔质量计算由xw=0.00663, yw=0.0162精馏段平均摩尔质量 提馏段平均摩尔质量4. 平均密度计算1）气相平均密度计算由理想气体状态方程计算，精馏段的平均气相密度即提馏段的平均气相密度2）液相平均密度计算液相平均密度依下式计算，即 塔顶液相平均密度的计算 由tD＝82.65℃，查表得 塔顶液相的质量分率 进料板液相平均密度的计算 由tF＝98.85℃，查表得 进料板液相的质量分率 塔底液相平均密度的计算 由tw＝117.03℃，查表得 塔底液相的质量分率 精馏段液相平均密度为 提馏段液相平均密度为5. 液体平均表面张力计算液相平均表面张力依下式计算，即 塔顶液相平均表面张力的计算 由 tD＝82.65℃，查表得 σA=20.88mN/m σB=21.41 mN/mσLDm=0.974×20.88+(1-0.974)×21.41=20.89 mN/m进料板液相平均表面张力的计算 由tF＝98.85℃，查表得 σA=18.94 mN/m σB=19.63 mN/mσLFm=0.388×18.94+0.612×19.63=19.36 mN/m塔底液相平均表面张力的计算 由 tW＝117.03℃，查表得 σA=16.59 mN/m σB=17.63 mN/mσLwm=0.00663×16.59+(1-0.00663)×17.63=17.62 mN/m精馏段液相平均表面张力为 σLm=（20.89+19.36）/2=20.13 mN/m提馏段液相平均表面张力为 σ‘Lm=（19.36+17.62）/2=18.49 mN/m6． 液体平均粘度计算液相平均粘度依下式计算，即 lgμLm=Σxilgμi塔顶液相平均粘度的计算 由tD＝82.65℃，查表得 μA=0.300 mPa·s μB=0.304 mPa·slgμLDm=0.974×lg(0.300)+ (1-0.974)×lg(0.304)解出μLDm=0.300 mPa·s进料板液相平均粘度的计算 由tF＝98.85℃，查手册得 μA=0.258 mPa·s μB=0.267 mPa·slg μLFm=0.388×lg(0.258)+ (1-0.388)×lg(0.267)解出μLFm=0.263 mPa·s塔底液相平均粘度的计算 由tw＝117.03℃，查手册得 μA=0.220 mPa·s μB=0.236 mPa·slgμLwm=0.00663×lg(0.220)+ (1-0.00663)×lg(0.236)解出μLwm=0.236 mPa·s精馏段液相平均粘度为 μLm=(0.300+0.263)/2=0.282 mPa·s提馏段液相平均粘度为 μ‘Lm=(0.263+0.236)/2=0.250 mPa·s7． 气液负荷计算精馏段：提馏段：四、 精馏塔的塔体工艺尺寸设计1. 塔径计算初选板间距，取板上液层高度，故；查教材P161图 得C20=0.07；依式校正物系表面张力为时可取安全系数为0.8，则故所求塔径符合标准，不需圆整，空塔气速为0.923m/s对提馏段：初选板间距，取板上液层高度，故；查教材P161图得C20=0.068；依式校正物系表面张力为时可取安全系数为0.8，则故按标准,塔径圆整为0.8m,则空塔气速0.84m/s。
精馏段和提溜段塔径不一致，根据塔径的选择规定，对于相差不大的二塔径取二者中较大的，因此塔径取0.8m2. 精馏塔有效高度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，故精馏塔的有效高度为：五、 塔板主要工艺尺寸计算1. 溢流装置计算 因塔径D＝0.8m，可选用单溢流弓形降液管，采用平行受液盘对精馏段各项计算如下： 1) 溢流堰长：取堰长为0.66D=0.66×0.8=0.53m2) 出口堰高：，取=0.06m依式，近似取E=1，可得故3) 降液管的宽度与降液管的面积：由查教材图3—10得，故，计算液体在降液管中停留时间以检验。