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1、吉林化工学院化工原理课程设计吉林化工学院化 工 原 理 课 程 设 计题目： 苯甲苯连续精馏塔设计化工原理课程设计任务书一、设计题目：苯甲苯连续精馏塔设计二、原始数据及条件 原 料：苯的含量Xf0为37%（质量百分比，下同）的常温液体 分离要求：塔顶苯的含量Xd0不低于95.5% 塔底苯的含量Xw0不高于1% 建厂地址：吉林市三、设计要求（一）编制一份设计说明书，主要内容包括：1、前言2、流程的确定和说明（附流程简图）3、生产条件的确定和说明4、精馏塔的设计计算5、附属设备的选型和计算6、设计结构列表7、设计结果的讨论和说明8、注明参考和使用的设计资料9、结束语（二）绘制一个带控制点的工艺流程
2、图（三）绘制精馏塔的工艺条件图四、设计日期：2010年11月08日至2010年12月13日目 录任务书1摘 要 第 1 章 绪论21.1 设计流程21.2 设计思路2第 2 章 精馏塔的工艺设计42.1 产品浓度的计算42.2 最小回流比的计算和适宜回流比的确定52.3 物料衡算52.4 精馏段和提馏段操作线方程62.5 逐板法确定理论板数及进料位置（编程）62.6 全塔效率、实际板数及实际加料位置7第 3 章 精馏塔主要工艺尺寸的设计计算83.1 物性数据计算83.2 精馏塔主要工艺尺寸的计算103.3 塔板主要工艺尺寸的计算123.4 塔板流体力学校核153.5 塔板符合性能图17第 4
3、章 热量衡算214.1 热量衡算示意图214.2 热量衡算21第 5 章 塔附属设备的计算255.1 筒体与封头255.2 除沫器255.3 裙座255.4 塔总体高度的设计255.5 换热器（进料预热器或产品冷却器）的设计计算265.6 进料管的设计275.7 泵的选型275.8 贮罐的计算28第 6 章 结论296.1 结论296.2 主要数据结果总汇29结 束 语30参考文献31附录1主要符号说明32附录2 程序框图34附录3 精馏塔工艺条件图35附录4 生产工艺流程图36教 师 评 语37I吉林化工学院化工原理课程设计摘 要本次化工原理课程设计，设计出了苯甲苯得分离设备连续浮阀式精馏塔
4、。进料摩尔分数为0.41，使塔顶产品苯的摩尔含量达到0.965，塔底釜液摩尔分数为0.035。综合工艺方便，经济及安全多方面考虑，本设计采用了浮阀式塔板对苯甲苯溶液进行分离提纯。按照逐板法计算理论塔板数为12块，其中精馏段塔板数为5块，提馏段塔板数为7块。根据经验是算得全塔效率为0.538，塔顶使用全凝器，泡点回流。精馏段实际板数为10块，提馏段实际板数为13块，实际加料板位置在第11块板。由精馏段的工艺计算得到塔经1m，塔总高16.7m。通过流体力学验算表明此塔的工艺尺寸符合要求，由负荷性能图可以看出此精馏塔有较好的操做性能，精馏段操作弹性为1.48。塔的附属设备中，所有管线均采用无缝钢管，
5、预热器采用管壳式换热器。用133.3饱和水蒸气加热，饱和水蒸气走壳程，进料液走管程。关键词：苯甲苯 浮阀精馏 物料衡算 绪论1.1 设计流程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。该物系属易分物系，最小回流比较小，故操作回流比取最小回流比的1.2倍。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。设计流程框图如下：精馏塔主要工艺尺寸的设计精馏塔的工艺设计热量衡算塔的附属设备及主要附件的选型绘制工艺流程图和
6、工艺条件图任务书上规定的生产任务长期固定，适宜采用连续精流流程。贮罐中的原料液用机泵加入精馏塔；塔釜再沸器用低压蒸汽作为热源加热料液；精馏塔塔顶设有全凝器，冷凝液部分利用重力泡点回流；部分连续采出到产品罐。简易流程如下，具体流程见附图。54321WDF2F1-原料罐，2-进料罐，3-苯、甲苯精馏塔，4-塔顶全凝器，5-再沸器1.2 设计思路本次课程设计的任务是设计苯甲苯精馏塔，塔型为浮阀式板塔，进料为两组份进料，且苯与甲苯的挥发度有明显差别，可用一个塔进行精馏分离。要分离的组分在常压下均是液体，因此操作在常压下即可进行，进料为泡点进料，需预热器。同时在塔顶设置冷凝器，在塔底设置再沸器，由于塔顶
7、不许汽相出料，故采用全凝，又因所设计的塔较高，应用泵强制回流。1.2.1加热方式本设计的加热方式为塔底间接加热。1.2.2回流比的选择选择操作回流比为最小回流比的2倍。1.2.3塔顶冷凝器的冷凝方式与冷却介质的选择冷凝方式为全凝,冷却介质为冷水。精馏塔的工艺设计 产品浓度的计算M苯=78.11 ， M甲苯=92.14摩尔分数XF=0.41XD=0.965XW=0.035摩尔质量MF=XFM苯+（1-XF）M甲苯=0.41kg/kmol 2.2 平均相对挥发度的计算温度计算表2.1苯甲苯的气液平衡与温度的关系表1温度/0C苯/%(mol分率)温度/0C苯/%(mol分率)温度/0C苯/%(mol
8、分率)液相气相液相气相液相气相110.60095.239.761.884.480.391.4106.18.821.292.148.971.082.390.395.7102.220.037.089.459.278.981.295.097.998.630.050.086.870.085.380.2100.0100.0用内插法求得、 : : :故由上塔顶温度气相组成 进料温度气相组成 塔底温度气相组成 由上温度和气相组成来计算相对挥发度则精馏段平均相对挥发度 提馏段平均相对挥发度1.3 最小回流比的计算和适宜回流比的确定2.2.1 最小回流比的计算由Antonie方程 ，温度T时的饱和蒸汽压T温度，
9、KA,B,CAntonie常数表2.2 1ABC苯16.01373096.52-53.67甲苯15.90082788.51-52.36则 ： 故 最小回流比即为2.2.2 适宜回流比的确定设计中令回流比1.4 物料衡算F : 进料量（Kmol/s） =0.41 原料组成（摩尔分数，下同）D ：塔顶产品流量（Kmol/s） =0.965 塔顶组成W ：塔底残夜流量（Kmol/s） =0.035塔底组成进料量 ：物料衡算式为 ： 因R=2.98表2.3物料衡算结果表1物料流量（kmol/s）组成进料F0.021苯 0.41甲苯 0.59塔顶产品D苯 0.965甲苯 0.043塔底残夜W苯 0.03
10、5甲苯 0.988表2.4 物料衡算结果表2物料物流（kmol/s）精馏段上升蒸汽量0.033提馏段上升蒸汽量0.033精馏段下降液体量0.025提馏段下降液体量0.0451.5 精馏段和提馏段操作线方程精馏段操作线方程 ：（1）提馏段操作线方程 ： （2）1.6 逐板法确定理论板数及进料位置（编程）因，得出相平衡方程或（3）又因为塔顶有全凝器，所以代入相平衡方程得代入（1）式得再代入（3）式得 反复计算得将代入（2）式得代入（3）得 反复计算得总理论板数为12块（包括再沸器），第6块板加料，精馏段需5块板，提馏段需7块。1.7 全塔效率、实际板数及实际加料位置板效率用奥康奈尔公式 计算塔顶与
11、塔釜平均温度为t=95.38时，由化学化工物性数据手册查得则故即全塔效率则精馏段实际板数 提馏段实际板数故实际板数为，实际加料位置为第11块塔板。第 2 章 精馏塔主要工艺尺寸的设计计算2.1 物性数据计算3.1.1 操作压强的计算塔顶操作压力取每层塔板压降为进料板压力塔底压力精馏段平均压力提馏段平均压力3.1.2 操作温度的计算因则精馏段平均温度 提馏段平均温度3.1.3 平均摩尔质量的计算塔顶平均摩尔质量计算由相平衡方程得，则进料板平均摩尔质量计算塔底平均摩尔质量计算精馏段平均摩尔质量计算提馏段平均摩尔质量计算3.1.4 液体平均粘度的计算液体平均粘度依计算时，查化学化工物性数据手册得进料
12、板液体平均粘度的计算时，查化学化工物性数据手册得塔底液体粘度计算时，查化学化工物性数据手册得精馏段液相平均粘度为：提馏段液相平均粘度为：3.1.5 平均密度的计算（1）气相平均密度的计算由理想气体状态方程计算，即精馏段提馏段（2）液相平均密度的计算液相平均密度依又时，查化学化工物性数据手册得进料板，由加料板液相组成，则时，查化学化工物性数据手册得Tw=109.86时，查化学化工物性数据手册得故精馏段平均液相密度为 提馏段平均液相密度为3.1.6 液相平均表面张力的计算有公式计算塔顶液相平均表面张力计算时，查化学化工物性数据手册得进料板液相平均表面张力计算时，查化学化工物性数据手册得塔底液相平均
13、表面张力时，查化学化工物性数据手册得精馏段平均表面张力为提馏段平均表面张力为2.2 精馏塔主要工艺尺寸的计算3.2.1 塔径的计算气液相体积流量为精馏段：提馏段：则，精馏段由,C可由：则 ,图3-1.史密斯关联图1查史密斯关联图得,取安全系数为0.8，则空塔气速为按标准塔径圆整后为D=1m塔截面积为实际空塔气速为同理提馏段：由史密斯关联图查得，图的横坐标为：取板间距板上液层高度,则，查史密斯关联图得取安全系数为0.8，则按标准塔径圆整后塔截面积为实际空塔气速为：3.2.2 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故精馏塔的有效高度为:2.3 塔板主要工艺尺寸的计算3.3.1 溢流装置计算选用单溢流弓形降液管，采用凹形受液盘，各项计算如下：(1)堰长取(2)溢流堰高度精馏段：由,选用平直堰，堰上液层高度近似取E=1，则取板上层清液高度,则：提馏段
