化工原理课程设计苯甲苯混合物常压精馏塔设计.doc

化工原理课程设计 化工原理课程设计 苯-甲苯混合物常压精馏塔设计目 录设计任务书 ………………………………………………………… 3概述及设计方案简解………………………………………………… 4设计条件及主要物性参数…………………………………………… 6工艺设计计算………………………………………………………… 7辅助设备选型………………………………………………………… 25设计结果汇总表……………………………………………………… 28设计评述……………………………………………………………… 29 参考书目……………………………………………………………… 29主要符号说明………………………………………………………… 30附录：图解法图……………………………………………………………附图1温度组成图…………………………………………………………附图2精馏段负荷性能图…………………………………………………附图3提馏段负荷性能图…………………………………………………附图4塔体平面结构图……………………………………………………附图5筛板平面布置示意图………………………………………………附图6工艺流程图…………………………………………………………附图7设计任务书一、设计题目分离苯-甲苯混合物的常压精馏（筛板）塔设计二、设计条件1. 生产能力：年产量 万吨（每年总生产日按320天计算）2. 原料: 进料浓度 （苯的质量分数，下同） 以苯—甲苯二元体系为主3. 产品：塔顶浓度 塔底浓度4. 生产条件：原料在泡点下进料5. 其他参数可自选（包括回流比的选择） 设：混合液的表面张力，体系为不易发泡体系三、设计说明书的内容1. 目录2. 设计题目及原始数据（任务书）3. 简述苯精馏过程的生产方法及特点4. 论述精馏塔总体结构的选择和材料的选择5. 精馏过程有关计算(物料衡算、理论塔板数、回流比、塔高、塔径、塔板设计、管径等)6. 设计结果概要（主要设备尺寸，衡算结果等）7. 主体设备设计计算及说明8. 附属设备的选择（再沸器，加热器等）9. 参考文献10. 后记及其它四、设计图要求1. 绘制主要装置图，设备技术要求、主要参数、大小尺寸、部件明细表、标题栏2. 绘制设备流程图一张3. 用坐标纸绘制苯—甲苯溶液的y-x图一张，并用图解法求理论塔板数4. 用坐标图绘制温度与气液相含量的关系图概述及设计方案简解一、概述1. 精馏操作对塔设备的要求精馏所进行的是气（汽），液两相之间的传质，而作为气（汽），液两相传质所用的塔设备，首先必须要使气（汽），液两相得到充分的接触，以达到较高的传质效率。

但是，为了满足工业生产和需要，塔设备还得具备下列各种基本要求：（1）气（汽），液处理量大，即生产能力大时，仍不致发生大量的雾沫夹带，拦液或液泛等破坏操作的现象2）操作稳定，弹性大，即当塔设备的气（汽），液负荷有较大范围的变动时，仍能在较高的传质效率下进行稳定的操作并应保证长期连续操作所必须具有的可靠性3）流体流动的阻力小，即流体流经塔设备的压力降小，这将大大节省动力消耗，从而降低操作费用对于减压精馏操作，过大的压力降还将使整个系统无法维持必要的空度，最终破坏物系的操作4）结构简单，材料耗用量小，制造和安装容易5）耐腐蚀和不易堵塞，方便操作，调节和检修6）塔内的滞留量要小实际上，任何塔设备都难以满足上述所用要求，何况上述要求中有些也是互相矛盾的不同的塔型各有某些独特的优点，设计时应根据物系性质和具体要求，抓住主要矛盾，进行选型2. 板式塔类型气－液传质设备主要分为板式塔和填料塔两大类精馏操作既可采用板式塔，也可采用填料塔板式塔为逐级接触型气－液传质设备，其种类繁多，根据塔板上气－液接触元件的不同，可分为泡罩塔、浮阀塔、筛板塔、穿流多孔板塔、舌形塔、浮动舌形塔和浮动喷射塔等多种1）筛板塔 筛板塔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： ① 塔板安装的甲苯平度要求较高，否则气液接触不匀 ② 操作弹性较小，小孔筛板容易堵塞2）浮阀塔浮阀塔是在泡罩塔的基础上发展起来的，它主要的改进是取消了升气管和泡罩，在塔板开孔上设有浮动的浮阀，浮阀可根据气体流量上下浮动，自行调节，使气缝速度稳定在某一数值这一改进使浮罩塔在操作弹性，塔板效率，压降，生产能力以及设备造价等方面比泡罩优越但在处理粘稠度大的物料方面，又不及泡罩塔可靠浮罩塔广泛用于精馏，吸收以及脱吸等传质过程中塔径从200 mm到640mm，使用效果均较好国外浮阀塔径，大者可达10m，塔高可达80m，板数有的多达数百块浮阀塔之所以这样广泛地被采用，是因为它具有下列特点：① 处理能力大，比同塔径的泡罩塔可增加20-40%，而接近于筛板塔② 操作弹性大，一般约为5-9，比筛板，泡罩，舌形塔板的操作弹性要大得多③ 塔板效率高，比泡罩塔高15%左右液面梯度小④ 压强小，在常压塔中每块板的压强降一般为400-660N/m2⑤ 液面梯度小。

⑥ 使用周期长粘度稍大以及有一般聚合现象的系统也能正常操作⑦ 结构简单，安装容易，制造费为泡罩塔板的60-80%，为筛板塔的120-130%二、设计方案简介1. 确定设计方案的原则： （1）满足工艺和操作的要求 （2）满足经济上的要求 （3）保证安全生产三项原则在生产中都是同样重要的但在化工原理课程设计中，对第一个原则应作较多的考虑，而对第三个原则只要求作一般的考虑2. 精馏塔的设计步骤：（1）设计方案确定和说明根据给定任务，对精馏装置的流程、操作条件、主要设备型式及其材质的选取等进行论述2）蒸馏塔的工艺计算，确定塔高和塔径3）塔板计算：计算塔板各主要工艺尺寸，进行流体力学校核计算接管尺寸、泵等，并画出塔的操作性能图4）管路及附属设备的计算与选型，如再沸器，冷凝器5）抄写说明书6）绘制精馏装置工艺流程图和精馏塔的设备图设计条件及主要物性参数一. 设计条件1. 原料液组成：（苯为A,甲苯为B） 2. 处理量：苯D=35万吨/年（每年总生产日按320天计算） 3. 产品要求： 塔顶馏出液含苯0.92 塔底残液含苯0.06 4．进料状况：泡点进料（q=1）5．操作压力：常压101.3 kPa二．主要物性参数1．苯的分子量：78 ，甲苯的分子量：922. 常压：101.3 kPa3. 操作温度的计算 根据苯—甲苯（101.3 kPa）的汽液平衡组成及相对应的温度曲线（附图1） 由，，查图1可得 塔顶温度 塔釜温度 工艺设计计算一.筛板式精馏塔化工计算1. 物料衡算 由总物料衡算： 轻组分物料衡算： 2. 塔顶回收率计算 3. 确定回流比以及操作线方程（1）最小回流比和操作回流比计算（q=1即泡点进料） 时， 塔顶温度 塔釜温度 苯的饱和蒸汽压按 计 则：精馏段 提馏段 甲苯的饱和蒸汽压由按计 则：精馏段 提馏段 平衡线方程： （2）操作线计算（q=1即泡点进料） 精馏段方程： 提馏段方程： 4. 逐板计算法和图解法求理论塔板数（1）逐板计算法 第一块板上升的气相组成： 第二块板： 第三块板： 第四块板上升的气相组成由提馏段方程计算 如此反复计算得: 共需7块板，加料板由下向上第3块板，精馏段共需2块板，提馏段共需5块板 （2）图解法在本设计中，因苯—甲苯属于理想物系，可用图解法计算理论板数。

其计算方法如下：(a) 根据苯—甲苯（101.3 kPa）的汽液平衡组成数据（《化工原理》下册 P163）作出平衡线（附图1） 在直角坐标系中做出对角线，并标出c点（xW、xW）、e点（xF、xF）、a点（xD、xD）三点； （b）根据精馏段方程：计算得截距为0.5803，画出精馏段线ab，;（3）根据 画出q线ef交精馏段线ab于d点；（4）连接cd，即得提馏段操作线；（5）自点a（xD、xD）开始，在精馏段操作线ab与平衡线之间下边绘直角梯级，梯级跨过两操作线交点d时，改在提留段操作线cd与平衡线之间绘直角梯级，直到梯级的垂直线达到或超过点c点（xW、xW）为止，每一个梯级代表一层理论板，跨过交点d的梯级为进料板在图（1）上作操作线方程及梯级，从图可读出共需理论板数8层，精馏段需要2层，加料板位于第3层5. 全塔效率和实际塔板计算 a — 塔顶与塔底平均温度下的相对挥发度； mL — 塔顶与塔底平均温度下料液的粘度 根据苯－甲苯（101.3MPa）的汽－液平衡组成表可画温度组成图由 由粘度图（《化工原理》上册 P375）查出： 实际板数：精馏段： 提馏段： 故实际塔板数：二. 塔板结构工艺设计1. 塔高计算塔板间距HT的选定很重要，它与塔高、塔径、物系性质、分离效率、塔的操作弹性，以及塔的安装、检修等都有关。

可参照下表所示经验关系选取板间距与塔径关系塔径DT，m0.3～0.50.5～0.80.8～1.61.6～2.42.4～4.0板间距HT，mm200～300250～350300～450350～600400～600 初选板间距 2. 塔径计算（1） 精馏段L=RD=0.87×0.154=0.1032kmol/sV=(R+1)D=(1+0.87)×0.154=0.2218kmol/s 由附图1得第3块加料板，对照附图2得此时 此时 液体。