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1、板式精馏塔设计任务书一、设计题目： 设计分离苯甲苯连续精馏筛板塔二、设计任务及操作条件1、 设计任务：生产能力： 5.0万吨年原料液组成 ： 35 苯，苯-甲苯常温混合溶液 （质量分率，下同）分离要求：塔顶产品组成苯 96 塔底产品组成苯 4% 2、 操作条件平均操作压力 ： 101.3 kPa 平均操作温度：94回流比： 自 选 单板压降： =0.9 kPa工时： 年开工时数7200小时 化工原理课程设计三、设计方法和步骤：1、设计方案简介 根据设计任务书所提供的条件和要求，通过对现有资料的分析对比，选定适宜的流程方案和设备类型，初步确定工艺流程。对选定的工艺流程，主要设备的形式进行简要的论
2、述。2、主要设备工艺尺寸设计计算 （1）收集基础数据 （2）工艺流程的选择 （3）做全塔的物料衡算 （4）确定操作条件 （5）确定回流比 （6）理论板数与实际板数 （7）确定冷凝器与再沸器的热负荷 （8）初估冷凝器与再沸器的传热面积 （9）塔径计算及板间距确定 （10）堰及降液管的设计 （11）塔板布置及筛板塔的主要结构参数 （12）塔的水力学计算 （13）塔板的负荷性能图（14）塔盘结构（15）塔高（16）精馏塔接管尺寸计算3、典型辅助设备选型与计算（略） 包括典型辅助设备（换热器及流体输送机械）的主要工艺尺寸计算和设备型号规格的选定。4、设计结果汇总5、工艺流程图及精馏塔工艺条件图6、设计
3、评述二、设计计算1.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。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
4、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
5、表1 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A甲苯BC6H6C6H5CH378.1192.1380.1110.6288.5318.576833.44107.7表2 苯和甲苯的饱和蒸汽压温度80.1859095100105110.6,kPa，kPa101.3340.0116.946.0135.554.0155.763.3179.274.3204.286.0240.0表3 常温下苯甲苯气液平衡数据（2：例11附表2）温度80.1859095100105110.6液相中苯的摩尔分率汽相中苯的摩尔分率1.0001.0000.7800.9000.5810.7
6、770.4120.6300.2580.4560.1300.26200表4 纯组分的表面张力(1：附录图7)温度8090100110120苯，mN/m甲苯，Mn/m21.221.72020.618.819.517.518.416.217.3表5 组分的液相密度(1：附录图8)温度()8090100110120苯,kg/甲苯,kg/814809805801791791778780763768表6 液体粘度（1：）温度()8090100110120苯（mP.s）甲苯（mP.s）0.3080.3110.2790.2860.2550.2640.2330.2540.2150.228表7常压下苯甲苯的气液平
7、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y110.560.000.00109.911.002.50108.793.007.11107.615.0011.2105.0510.020.8102.7915.029.4100.7520.037.298.8425.044.297.1330.050.795.5835.056.694.0940.061.992.6945.066.791.4050.071.390.1155.075.580.8060.079.187.6365.082.586.5270.085.785.4475.088.584.4080.091.283.3385.093.682.2590
8、.095.981.1195.098.080.6697.098.880.2199.099.6180.01100.0100.02 精馏塔的物料衡算(1) 原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 苯的摩尔质量 甲苯的摩尔质量 （2）原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 （3）物料衡算 原料处理量总物料衡算 80.11=DW苯物料衡算 80.110.3880.966D0.047 W联立解得 D29.73 kmolhW=50.38 kmolh式中 F-原料液流量 D-塔顶产品量 W-塔底产品量3 塔板数的确定 （1）理论板层数NT的求取 苯一甲苯属理想物系，可采用图解法求理论板层数。 由手册查得苯一甲苯物系的
9、气液平衡数据，绘出x y图，见下图求最小回流比及操作回流比。 采用作图法求最小回流比。在上图中对角线上，自点e（0.409,0.409）作垂线ef即为进料线(q线)，该线与平衡线的交点坐标为 0.609 , 0.388故最小回流比为取操作回流比为求精馏塔的气、液相负荷 (泡点进料：q=1)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）逐板法求理论板又根据 可解得=2.452 相平衡方程 = 0.966 =0.921 0.742 因为 精馏段理论板 n=5 所以提留段理论板 n=5操作温度及黏度计算：查表，由内差法，得t=(0.388-0.35)*(94.09-95.58)/0.05+
10、95.58=94.45由同样方法，可得t=80.75；t=107.79。再查表，由内差法，得苯的黏度=（94.45-90）*（0.255-0.279）/10+0.279=0.268;同理，甲苯的黏度=0.267。精馏段实际板层数5/0.517=9.6710,提馏段实际板层数5/0.517=9.6710进料板在第11块板4 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 92.3kPa塔底操作压力=110.3 kPa每层塔板压降 P0.9 kPa进料板压力92.30.910101.3kPa精馏段平均压力 P m （92.3101.3）296.8 kPa提馏段平均压力P m
11、 =（110.3+1001.3）/2 =105.8 kPa（2）操作温度计算 由前边求得：塔顶温度80.75进料板温度94.45 塔底温度=107.79精馏段平均温度=（80.7594.45）/2 = 87.6提馏段平均温度=（94.45+107.79）/2 =101.12（3）平均摩尔质量计算 塔顶平均摩尔质量计算 由x=y=0.966,代入相平衡方程得x=0.921进料板平均摩尔质量计算 由上面理论板的算法，得0.609， 0.388塔底平均摩尔质量计算由xw=0.047,由相平衡方程，得y=0.108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 气相平均密度计算 由理想气体状
12、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t80.75，查手册得 塔顶液相的质量分率 进料板液相平均密度的计算 由t94.45，查手册得 进料板液相的质量分率 塔底液相平均密度的计算 由t107.79，查手册得 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 t80.75，查手册并由内差法求得 A=21.11mN/m B=21.62 mN/mLDm=0.96621.11+(1-0.966)21.62=21.13 mN/m进料板液相平均表面张力的计算 由t94.45，查手册并由内差法求得 A=19.47 m N/m B=20.11 m N/mLFm=0.40919.36+0.59120.21=19.86 mN/m塔底液相平均表面张力的计算 由 t107.79，查手册并由内差法求得 A=17.79 mN/m B=18.64 mN/mLwm=0.04717.79+(1-0.047)18.64=18.60mN/m精馏段液相平均表面张力为 Lm=（21.13+19.86）/2=20.5 mN/m提馏段液相平
