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1、化工原理课程设计说明书设计课题：苯-甲苯精馏塔设计QQ:1318724096E-mail:指导教师： 设计成绩： 日 期： 目录目录2设计任务书1一、概述21、设计方案确定22、设计流程说明23、精馏基本原理3二、设计任务4三、精馏塔的物料衡算51.原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率52.原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量63.物料衡算6四、塔板数的确定61.理论板层数NT的求取62.实际板层数的求取7五、精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算81.操作压力计算82.操作温度计算83.平均摩尔质量计算84.平均密度计算95.液体平均表面张力计算106.液相平均黏度计算11六、精馏塔的塔体工艺尺寸
2、计算121.塔径的计算122.精馏塔高度的计算13七、塔板主要工艺尺寸的计算141.溢流装置计算142.塔板布置15八、筛板的流体力学验算151. 精馏段流体力学验算151.塔板压降152.液面落差163.液沫夹带164.漏液165.液泛172. 提馏段流体力学验算171.塔板压降172.液面落差183.液沫夹带184.漏液185.液泛18九、塔板负荷性能图191. 精馏段负荷性能图191.漏液线192.液沫夹带线193.液相负荷下限线204.液相负荷上限线205.液泛线202. 提馏段负荷性能图211.漏液线212.液沫夹带线223.液相负荷下限线224.液相负荷上限线225.液泛线22十、
3、计算结果汇总24十二、参考文献27十三、附图：塔板结构图28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50%（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99%，塔底釜残液中含苯不高于2%。处理量：30000 t/a 料液组成（苯质量分数）： 50%塔顶产品组成（质量分数）： 98%塔顶易挥发组分回收率： 99%每年实际生产时间： 7200 h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
4、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. 参考文献7. 对本设计的评述或有关问题的分析讨论。六、 参考文献：1. 姚玉英等.化工原理（下册），天津：天津大学出版社，19992. 侯丽新. 板式精馏塔，北京：化学工业出版社，20003. 柴诚敬，刘国维，李阿娜. 化工原理课程设计，天津：天津科学技术出版社，19984. 化学工程编
5、写组. 化学工程手册. 北京：化学工业出版社5. 国家医药管理局上海医药设计院. 化工工艺设计手册，北京：化学工业出版社一、概述1、设计方案确定确定设计方案是指确定整个精馏装置的流程、各种设备的结构型式和某些操作指标。例如组分的分离顺序、塔设备的型式、操作压力、进料热状态、塔顶蒸汽的冷凝方式、余热利用方案以及安全、调节机构和测量控制仪表的设置等。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。塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝，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，
6、最小回流比较小，故操作回流比取最小回流比的2倍。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。板式精馏塔也是很早出现的一种板式塔，20世纪50年代起对板式精馏塔进行了大量工业规模的研究，逐步掌握了筛板塔的性能，并形成了较完善的设计方法。板式塔内设置一定数量的塔板，气体以鼓泡或喷射形式穿过板上的液层，进行传质与传热。在正常操作下，气相为分散相，液相为连续相，气相组成呈阶梯变化，属逐级接触逆流操作过程。筛孔塔板简称筛板塔板上开有许多均匀的小孔，孔径取5mm。筛孔在塔板上为正三角形排列。塔板上设置溢流堰，使板上能保持一定厚度的液层。操作时，气体经筛孔分散成小股气流，鼓泡通过液层，气液间密切接触而进
7、行传热和传质。在正常的操作条件下，通过筛孔上升的气流，应能阻止液体经筛孔向下泄漏。筛板的优点是结构简单、造价低，板上液面落差小，气体压降低，生产能力大，传质效率高。同填料塔相比，还有技术相对简单，上手较容易，易于操作，维护较简单，造价低等优点。2、设计流程说明本设计按以下几个阶段进行：a) 根据设计任务书和工艺要求，确定设计方案；b) 选择塔板类型；c) 确定塔径、塔高等工艺尺寸；d) 进行塔板的设计，包括溢流装置的设计、塔板的布置、升气道（泡罩、筛孔或浮阀等）的设计及排列；e) 进行流体力学验算；f) 绘制塔板的负荷性能图；g) 根据负荷性能图，对设计进行分析，若设计不够理想，可对某些参数进
8、行调整，重复上述过程，一直到满意为止。h) 管路及附属设备的计算与选型，如再沸器、冷凝器。i) 绘制化工原理设计说明书。j) 绘制精馏塔的主体设备图。3、精馏基本原理精馏是分离液体混合物最常用的一种单元操作，塔设备是炼油、化工、石油化工等生产中广泛应用的气液传质设备。根据塔内气液接触部件的结构型式，可分为板式塔和填料塔。板式塔内设置一定数目的塔板，气体以鼓泡或喷射形式穿过板上液层进行质热传递，气液相组成呈阶梯变化，属逐级接触逆流操作过程。填料塔内装有一定高度的填料层，液体自塔顶沿填料表面下流，气体逆流向上（也有并流向下者）与液相接触进行质热传递，气液相组成沿塔高连续变化，属微分接触操作过程。工
9、业上对塔设备的主要要求是：（1）生产能力大；（2）传热、传质效率高；（3）气流的摩擦阻力小；（4）操作稳定，适应性强，操作弹性大；（5）结构简单，材料耗用量少；（6）制造安装容易，操作维修方便。此外，还要求不易堵塞、耐腐蚀等。板式塔大致可分为两类：（1）有降液管的塔板，如泡罩、浮阀、筛板、导向筛板、新型垂直筛板、蛇形、S型、多降液管塔板；（2）无降液管的塔板，如穿流式筛板（栅板）、穿流式波纹板等。工业应用较多的是有降液管的塔板，如浮阀、筛板、泡罩塔板等。精馏过程是组分反复汽化和反复冷凝的过程，耗能较多，如何节约和合理地利用精馏过程本身的热能是十分重要的。若不计进料、馏出液和釜液间的焓差，塔顶冷
10、凝器所输出的热量近似等于塔底再沸器所输入的热量，其数量是相当可观的。然而，在大多数情况，这部分热量由冷却剂带走而损失掉了。如果采用釜液产品去预热原料，塔顶蒸汽的冷凝潜热去加热能级低一些的物料，可以将塔顶蒸汽冷凝潜热及釜液产品的余热充分利用。此外，通过蒸馏系统的合理设置，也可以取得节能的效果。例如，采用中间再沸器和中间冷凝器的流程，可以提高精馏塔的热力学效率。因为设置中间再沸器，可以利用温度比塔底低的热源，而中间冷凝器则可回收温度比塔顶高的热量。二、设计任务1. 题目：苯-甲苯精馏塔设计2. 设计条件： 物料组成（质量分数）：苯50%，甲苯50%。 处理量： 30000 t/a。 塔顶产品组成（
11、质量分数）： 塔顶苯含量为98%。 塔顶易挥发组分回收率： 99.0%。 料液定性：可视为理想物系。 进料方式：饱和液体进料，q值为1。 塔板类型:筛孔塔板。 塔板效率：75%。 每年实际生产时间：7200 h。3. 基础数据：常压下苯甲苯的气液相平衡数据表1：常压下苯甲苯的气液相平衡数据温度t液相中苯的摩尔分率气相中苯的摩尔分率xy110.5600109.9112.5108.7937.11107.61511.2105.051020.8102.791529.4100.752037.298.842544.297.133050.795.583556.694.094061.992.694566.79
12、1.45071.390.115575.580.86079.187.636582.586.527085.785.447588.584.48091.283.338593.682.259095.981.11959880.669798.880.219999.6180.01100100三、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MA=78.11kg/kmol甲苯的摩尔质量MB=92.13 kg/kmolxF=0.578.110.578.11+0.592.13=0.541xD=0.9878.110.9878.11+0.0292.13=0.9832.原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质
13、量MF=0.54178.11+1-0.54192.13=84.543 kg/kmolMD=0.98378.11+(1-0.983)92.13=78.348 kg/kmol3.物料衡算原料液处理量F=300001000720084.543=49.28 kmol/h总物料衡算49.28=D+W苯物料衡算49.280.541=0.983D + WxW塔顶苯回收率A=DxDFxF=0.983D0.54149.28100%=99.0%联立解得D=26.86 kmolhW=22.42kmolhxW=0.011897四、塔板数的确定1.理论板层数NT的求取苯甲苯属理想物系，可采用图解法求理论板层数。手册查得
14、乙醇正丙醇物系的气液平衡数据，绘出xy图，见图1。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1中对角线上，自点e(0.541,0.541)作垂线，即为进料线（q线），该线与平衡线的交点坐标为yq = 0.747xq =xF=0.541故最小回流比为Rmin=xD-yqyq-xq=0.983-0.7470.747-0.541=1.146取操作回流比为R=2Rmin=21.146=2.2925求精馏塔的气液相负荷L=RD=2.292526.86=61.58kmolhV=(R+1)D=1+2.2925.86=88.45kmolh L=L+F =61.58+49.28=110.87kmolhV= V =88.45 kmolh
