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1、钦 州 学 院化 工 原 理 课 程 设 计设计题目： 苯甲苯二元浮阀精馏塔设计 设计者： 汤冠挺 学号： 1111401224 专业： 化学工程与工艺（石油化学工程）班级： 化工本112 指导教师： 梁兴唐 设计时间： 2014.06.4 目录板式塔设计任务书- 4 -任务及操作条件：- 4 -1流程和工艺条件的确定和说明- 5 -2. 操作条件和基础数据- 5 -2.1 操作条件- 5 -2.2基础数据- 5 -3 精馏塔的物料衡算- 5 -3.1原料液及塔顶、塔顶产品的摩尔分率- 5 -3.2 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量- 6 -3.3 物料衡算- 6 -4 塔板数的确定- 6
2、 -4.1理论塔板层数NT的求取- 6 -4.1.1绘t-x-y图和x-y图- 6 -4.1.2最小回流比及操作回流比的确定- 9 -4.1.3精馏塔气、液相负荷的确定- 9 -4.1.4 求操作线方程- 10 -4.1.5 图解法求理论板层数- 10 -4.2实际塔板数的求取- 10 -4.2.1全塔效率ET的计算- 10 -4.2.2实际板数- 10 -5 精馏塔的工艺条件及有关物性的计算- 11 -5.1操作压力计算- 11 -5.2 操作温度计算- 11 -5.3 平均摩尔质量计算- 11 -5.4平均密度计算- 12 -5.4.1 气相平均密度计算- 12 -5.4.2 液相平均密度
3、计算- 12 -5.5 液体平均表面张力计算- 12 -5.6液体平均黏度计算- 13 -6 精馏塔的塔体工艺尺寸计算- 13 -6.1 塔径的计算- 13 -6.1.1精馏段气液负荷计算- 13 -6.1.2塔经D计算- 14 -6.1.3溢流装置- 14 -6.1.4塔板布置- 15 -6.1.6塔有效高度的计算- 16 -7浮阀塔板的流体力学验算- 16 -7.1 塔板压降- 16 -7.1.1干板压降相当的液柱高度可由下式计算- 16 -7.1.2气体通过液层的压降相当的液柱高度h1计算- 17 -7.1.3 液体表面张力的阻力h计算- 17 -7.1.4液泛- 17 -7.1. 5雾
4、沫夹带- 18 -8塔板负荷性能图- 18 -8.1 液沫夹带线- 18 -8.2液泛线- 19 -8.3液相负荷上限线- 19 -8.4 漏液线- 20 -8.5 液相负荷下限线- 20 -9塔板主要结构参数表- 21 -10 换热器选型- 22 -11 设计小结- 22 -12参考文献- 23 -13 工艺流程图及精馏塔装配图- 24 -板式塔设计任务书题目： 苯甲苯精馏塔设计任务及操作条件：处理量 ： 21000吨年 操作周期: 7200小时年 进料组成 : 苯含量36（质量分数） 塔顶产品组成 ： 97（质量分数） 塔底产品组成： 1%（质量分数） 操作条件： 常压（101.3kPa）
5、、塔顶全凝泡点回流进料热状态: 泡点进料 单板压降： 7 kPa R/Rmin: 1.7 设计项目：(1) 流程和工艺条件的确定和说明(2) 操作条件和基础数据(3) 精馏塔的物料衡算(4) 塔板数的确定(5) 精馏塔的工艺条件及有关物性的计算 (6) 精馏塔的塔体工艺尺寸计算(7) 浮阀塔板的流体力学验算(8) 塔板负荷性能图(9) 塔板主要结构参数表(10) 换热器选型(11) 设计小结(12）参考文献(13）工艺流程图及精馏塔装配图1流程和工艺条件的确定和说明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
6、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，其余部分经产品冷凝冷却后送至储罐。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1.7倍。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。2. 操作条件和基础数据2.1 操作条件塔顶压力： 常压 （101.3kPa）进料热状态： 泡点进料 （q=1）回流比： R/Rmin=1.7塔底加热蒸气压力： 200kPa （120C）单板压降： 0.7kPa。2.2基础数据进料中苯含量（质量分数）： 36%塔顶苯含量（质量分数）： 97%塔釜苯含量（质量分数）： 1%生产能力（吨/年）： 21000吨3 精馏塔的物料衡算3
7、.1原料液及塔顶、塔顶产品的摩尔分率苯的摩尔质量 MA=78.11 kg/kmol甲苯的摩尔质量 MB=92.13 kg/kmol3.2 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量3.3 物料衡算生产能力 塔顶产量 总物料衡算 苯物料衡算 联立解得 4 塔板数的确定4.1理论塔板层数NT的求取苯甲苯属理想物系，可采用图解法求理论板层数。4.1.1绘t-x-y图和x-y图由手册1查的甲醇-水物系的气液平衡数据表一 苯甲苯气液平衡 苯（101.3KPa）/（mol）温度t/C液相中苯的摩尔分数x气相中苯的摩尔分数y110.5600109.910.010.025108.790.030.0711107.61
8、0.050.112105.050.100.208102.790.150.294100.750.200.37298.840.250.44297.130.300.50795.580.350.56694.090.400.61992.690.450.66791.40.500.71390.110.550.75580.80.600.79187.630.650.82586.520.700.85785.440.750.88584.40.800.91283.330.850.93682.250.900.95981.110.950.9880.660.970.98880.210.990.996180.011.001.
9、00由上数据可绘出t-x-y图和x-y图。图1 t-x-y图图2 x-y图图3 x-y图图解4.1.2最小回流比及操作回流比的确定采用作图法求最小回流比。因为是泡点进料，则xF =xq，在图4中对角线上，自点（0.3989，0.3989）作垂线即为进料线（q线），该线与平衡线的交点坐标为yq =0.621 xq=0.3989故最小回流比为：则操作回流比为4.1.3精馏塔气、液相负荷的确定4.1.4 求操作线方程精馏段操作线方程为提馏段操作线方程为4.1.5 图解法求理论板层数采用图解法求理论板层数，如图4所示。求解结果为总理论塔板数NT=（16-1）=15层（不包括再沸器）其中精馏段理论板数为
10、7提馏段理论板数为8层（不包括再沸器），第7层为进料板。4.2实际塔板数的求取4.2.1全塔效率ET的计算依据根据塔顶、塔底液相组成查图3有、；由对应图1求得塔顶温度，同理得塔底温度进一步求得全塔平均温度当T=95.1时对应图1求得xA=0.363则该温度下进料液相平均黏度为：时查得 则 4.2.2实际板数精馏段：取13层提馏段：取15层实际总板数=N1+N2=28层（不包括再沸器）5 精馏塔的工艺条件及有关物性的计算5.1操作压力计算塔顶操作压力（常压） 每层塔板压降 进料板压力 精馏段平均压力 5.2 操作温度计算由图1得出塔顶温度 进料板温度 塔底温度 精馏段平均温度 5.3 平均摩尔质
11、量计算塔顶平均摩尔质量计算由，查图1得进料板平均摩尔质量计算由图4解理论板，得精馏段平均摩尔质量5.4平均密度计算5.4.1 气相平均密度计算由理想气体状态方程计算，即5.4.2 液相平均密度计算液相平均密度依下式计算，即得出 (i为质量分数)塔顶液相平均密度的计算有，查得A=814.63 kg/m3 B=810.96kg/m3LDm= kg/m3进料板液相平均密度计算有tF=94 C，查得A=799.48kg/m3 B=797.37kg/m3进料板液相的质量分率A=LFm= kg/m3精馏段液相平均密度为Lm=（814.54 +798.13）/2=806.33 kg/m35.5 液体平均表面
12、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有，查得A=21.08mN/m B=21.52 mN/mLDm=0.974421.08+0.025621.52=21.09 mN/m进料板液相平均表面张力的计算有tF=94 C，查得A=19.39 mN/m B=20 mN/mLFm=0.398919.39+0.601120.=19.95 mN/m精馏段液相平均表面张力为Lm= （21.09+19.95）/2=20.525mN/m5.6液体平均黏度计算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=80.5C，查得A=0.319mPas B=0.32 mPas解出LDm= 0.319mPas进料板液相平均粘度的计算由tF=94C，查得A=0.278 B=0.283解出LFm=0.281 mPas精馏段液相平均粘度为Lm=（0.319
