苯甲苯精馏塔设计方案.doc

一) 设计方案的确定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用连续精馏流程设计中采用泡点进料将原料通过预热器加热至泡点后进入连续精馏塔内塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝后，部分回流，其余部分经产品冷却后送至储罐操作回流比取最小回流比的1.5倍塔内采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐二）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：=78.11 Kg/Kmol甲苯的摩尔质量：=92.13 Kg/Kmol 2. 原料液及塔顶塔底产品的摩尔质量：3. 物料衡算 （三）塔板数的确定 1. 理论塔板数的求取 苯和甲苯属理想物系，可采用M.T.图解法求（1）根据苯和甲苯的气液平衡数据作y-x图，参图1和图22）求最小回流比及操作回流比R因泡点进料，q=1在图1中对角线上自点e(0.228，0.228)作垂线即为进料线，该线与平衡线的交点坐标为，该点就是最小回流比时操作线与平衡线的交点坐标 最小回流比：操作回流比：故取操作回流比R=4.41（3）求理论板数精馏段操作线方程 q线方程为如图1所示，做图法求得：=18块（不包括再沸器），第11块为进料板。

2塔效率的确定=0.17-0.616lg 根据塔顶、塔釜液相组成，利用表格中的数据由拉格朗日插值法可求t，℃x,%y,%t，℃x,%y,%110.560.000.0090.1155.075.5109.911.002.5088.8060.079.1108.793.007.1187.6365.082.5107.615.0011.286.5270.085.7105.0510.020.885.4475.088.5102.7915.029.484.4080.091.2100.7520.037.283.3385.093.698.8425.044.282.2590.095.997.1330.050.781.1195.098.095.5835.056.680.6697.098.894.0940.061.980.2199.099.6192.6945.066.780.01100.0100.091.4050.071.3精馏段的平均温度 ℃提馏段的平均温度 ℃混合物的黏度精馏段89.825℃时， 进料板99.68C时， 提馏段109.80℃时， 精馏段塔板效率 提馏段塔板效率 精馏段塔板数 提馏段塔板数 全塔总效率 （四）精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算1. 操作压力的计算塔顶操作压力 每层塔板压降 进料板压力 塔底操作压力 精馏段平均压力 提馏段平均压力 2. 操作温度的计算 （计算板效率时已算出）塔顶温度 ℃进料温度 ℃塔底温度 ℃精馏段平均温度 ℃提馏段平均温度 ℃3. 平均摩尔质量计算塔顶平均摩尔质量计算 由，查平衡曲线得： 进料板平均摩尔质量 由图解理论板得 ： 查平衡曲线得塔底平均摩尔质量 查图得精馏段的平均摩尔质量 提馏段平均摩尔质量 4. 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，精馏段 提馏段（2）液相平均密度的计算液相平均密度依 进行计算a) 塔顶平均密度的计算 由℃查手册得，b) 进料板液相平均密度的计算 ℃，查手册得 ，进料板的液相质量分率： c) 塔底液相平均密度的计算 ℃，查手册得 ，塔底的液相质量分率： 精馏段液相平均密度 提馏段液相平均密度 5. 液相平均表面张力的计算液相平均表面张力按公式 进行计算l 塔顶液相平均表面张力的计算 由℃查手册得，l 进料板液相平均表面张力的计算 ℃，查手册得 ，l 塔底液相平均表面张力的计算 ℃，查手册得 ， 精馏段液相平均表面张力 提馏段液相平均表面张力 6. 液相平均黏度的计算（前面已经计算过）精馏段液相平均黏度 提馏段液相平均黏度 （五）精馏塔的塔体工艺尺寸计算1.塔径的计算（1）精馏段的气液相体积流率为C由式计算出， 可由史密斯关联图查出，横坐标数值：取板间距=0.50m，板上液层高度=0.07m，则查图得，，取安全系数为0.6，则空塔气速为，按标准塔径圆整为塔截面积为 实际空塔气速为 （2）提馏段的气液相体积流率为可由史密斯关联图查出，横坐标数值：取板间距，板上液层高度，则查图得取安全系数为0.75，则空塔气速为，按标准塔径圆整为塔截面积为 实际空塔气速为 2 精馏塔有效高度的计算（1）精馏段有效高度为 提馏段有效高度为 在进料板上方开一人孔，其高度为0.8m，故精馏塔的有效高度为 （六）塔板主要工艺尺寸的计算1．溢流装置计算因塔径为2000mm可选用单溢流弓形降液管，采用凹形受液盘。

各项计算如下：、①精馏段（1） 堰长 ，取 （2） 溢流堰高度，由，选用平直堰，堰上液层高度因为，，查液流收缩系数计算图，得E=1.02,则取板上层清液高度 =70mm，故 ②提馏段（1）堰长 ，取 （2）溢流堰高度，由， 因为，，查液流收缩系数计算图，得近似取E=1,则取板上层清液高度 =80mm，故 （3） 弓形降液管宽度和截面积由 查图得，，故 依式验算液体在降液管中的停留时间精馏段提馏段故降液管设计合理 （4） 降液管底隙高度 精馏段 ，所以降液管底隙高度设计合理 提馏段 所以降液管底隙高度设计合理 2.塔板布置及浮阀数目及排列（1）塔板的分块：因D≥800mm ，故采用分块式，塔板分为5块2）浮阀数目与排列 取阀孔动能因子，则孔速，（3）每层板上的筛孔数N 取， 取边缘宽度，破沫区宽度，计算塔板上的鼓泡区面积，即：，其中 浮阀排列方式采用等腰三角形叉排，取同一模块排的孔心距，则排间距，考虑到板间距的影响排间距应小些，故，画图并以等腰三角形方式作用排得浮阀数为384 ，，在9~12之间.塔板开孔率为% 提馏段：（1）因，故塔板采用分块式，共分为5块. （2）浮阀数目与排列 取阀孔动能因子，则孔速，（3）每层板上的筛孔数N 取， 取边缘宽度，破沫区宽度，计算塔板上的鼓泡区面积，即：，其中 浮阀排列方式采用等腰三角形叉排，取同一模块排的孔 心距，则排间距考虑到板间距的影响排间距应小些，故，画图并以等腰三角形方式作用排得浮阀数为384.，，在9~12之间.塔板开孔率为孔区面积计算：开孔区面积按式计算，式中=m，m，故（七）塔板的流体力学校核 1.气相通过浮阀塔板的压降 精馏段：（1） 干板阻力 （2） 液层阻力 取充气系数，（3） 液体表面张力所产生的阻力可以忽略 ，则单板压降，符合设计要求。

提馏段：（1）干板阻力 （2）液层阻力 取充气系数，（3）液体表面张力所产生的阻力可以忽略 ，则单板压降，符合设计要求 2.淹塔 为了防止淹塔现象的发生，要求控制降液管高度 精馏段：①与气体通过塔板的压强降所相当的液柱高度②液体通过降液管的压头损失：因不设进口堰，③板上液层高度：，则，取，，则，可见，符合防止淹塔要求 提馏段：①与气体通过塔板的压强降所相当的液柱高度②液体通过降液管的压头损失：因不设进口堰，③板上液层高度：，则，取，，则，可见，符合防止淹塔要求 3.雾沫夹带 精馏段：板上液体流径长度： 板上液流面积：，查图,,泛点率= ，苯和甲苯为正常系统，可按表查物性系数K=1.0，由图查泛点负荷系数,或由上两式计算出泛点率均小于80%，故可知雾沫夹带量能够满足要求提馏段：板上液体流径长度： 板上液流面积：，查图,,泛点率= ，苯和甲苯为正常系统，可按表查物性系数K=1.0，由图查泛点负荷系数,或由上两式计算出泛点率均小于80%，故可知雾沫夹带量能够满足要求 4.塔板负荷性能图 （1）雾沫夹带线 精馏段：依下式计算：泛点率=，按泛率为80%计算如下： 整理得：(1) 以（1）式知雾沫夹带线为直线，则在操作范围内任取两个值，依（1）式算出相应的列于下表，作出雾沫夹带线（1） 0.00320.0084.274.12 提馏段：依下式计算：泛点率=，按泛率为80%计算如下： 整理得：(1) 以（1）式知雾沫夹带线为直线，则在操作范围内任取两个值，依（1）式算出相应的列于下表，作出雾沫夹带线（1） 0.0040.0103.893.72 （2）液泛线 精馏段：，由上式确定液泛，线，忽略式中 .代入数据化简得：0.0020.0040.0060.0085.2365.0744.9264.780提馏段：，由上式确定液泛，线，忽略式中 .代入数据化简得：0.0020.0040.0084.9224.7774.504液相负荷上限 精馏段：液体的最大流量应保证降液管中停留时间不低于3-5秒，液体在降液管内停留时间，以作为液体在降液管中停留时间得下限，则： 提馏段：液体的最大流量应保证降液管中停留时间不低于3-5秒，液体在降液管内停留时间，以作为液体在降液管中停留时间得下限，则： 漏液线 精馏段：对于型重阀，依计算，则,又知 提馏段：对于型重阀，依计算，则,又知 液相负荷下限精馏段：取堰上液层高度作为液相负荷下限条件，该线为与气体流量无关的竖直线，取E=1.02，则： 提馏段：取堰上液层高度作为液相负荷下限条件，该线为与气体流量无关的竖直线，取E=1.0，则：由以上（1）~（5）式分别作出塔板负荷性能图上（1）（2）（3）（4）（5）五条线。