化工原理课程设计化工原理课程设计苯苯- -甲苯板式精馏塔的设计甲苯板式精馏塔的设计题 目： 苯-甲苯板式精馏塔的设计 学 院： 环 境 与 化 学 工 程 学 院 班 级： 学 号： 姓 名： 指导老师： 2016 年 12 月化工原理课程设计任务书一、设计题目 试设计一座苯-甲苯连续精馏塔，要求年产纯度为96.5%的苯8.5万吨，塔釜 馏出液中含苯不得高于2%，原料液中含苯38%（以上均为质量分数） 。二、操作条件1、塔顶压力 4kPa（表压）2、进料热状态 泡点进料3、回流比 34、塔底加热蒸气压力 0.5MPa（表压）5、 单板压降 0.7 kPa。三、塔板类型筛板。四、工作日每年300天，每天24小时连续生产。五、厂址厂址为万州地区。六、设计内容1、 精馏塔的物料衡算；2、 塔板数的确定；3、 精馏塔的工艺条件及其有关物性数据的计算；4、 精馏塔的塔体工艺尺寸计算；5、 塔板主要工艺尺寸的计算；6、 塔板的流体力学验算；7、 塔板负荷性能图；8、 精馏塔接管尺寸计算；9、 绘制生产工艺流程图；10、绘制精馏塔设计条件图；11、对设计过程的总结。七、物性数据可查有关手册。苯、甲苯纯组分的饱和蒸气压数据需要自己查阅苯、甲苯的汽液平衡数据需要自己查阅目录1. 设计方案的确定42. 精馏塔的物料衡算42.1 原料液及塔顶、塔釜产品的摩尔分率42.2 原料液及塔顶、塔釜的平均摩尔质量42.3 物料衡算 43. 塔板数的确定 53.1 理论板数 NT 的求取53.2 实际板数的求取 64.精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算7 4.1 操作压力的计算74.2 操作温度的计算74.3 平均摩尔质量的计算94.4 平均密度的计算94.5 液相平均表面张力的计算 104.6 液体平均粘度的计算 114.7 气液负荷计算 115.精馏塔的塔体工艺尺寸计算 125.1 塔径的计算125.2 塔高的计算136.塔板主要工艺尺寸的计算 146.1 溢流装置的计算146.2 塔板布置的计算157.塔板的流体力学验算 177.1 塔板压降177.2 液面落差187.3 液沫夹带187.4 漏液 197.5 液泛 198.负荷性能图208.1 精馏段塔板负荷性能图208.2 提镏段塔板负荷性能图229.精馏塔接管尺寸计算 259.1 塔顶蒸气出口管259.2 塔顶回流液管259.3 进料管259.4 塔釜出料管269.5 塔顶产品出口管径2610.设计一览表2811. 对设计过程的总结3012.附图3013.参考文献331.设计方案的确定（1）精馏方式：本设计采用连续精馏方式。原料液连续加入精馏塔中，并连续收集产 物和排出残液。其优点是集成度高，可控性好，产品质量稳定。（2）操作压力：本设计选择常压，常压操作对设备要求低，操作费用低，适用 于苯和氯苯这类非热敏沸点在常温（工业低温段）物系分离。（3） 塔板形式：筛板塔处理能力大，塔板效率高，压降教低，在苯和氯苯这 种黏度不大的分离工艺中有很好表现。（4）加料方式和加料热状态：设计采用泡点进料，将原料通过预热器加热 至泡点 后送入精馏塔内。（5）由于蒸汽质量不易保证，采用间接蒸汽加热。（6）再沸器，冷凝器等附属设备的安排：塔底设置再沸器，塔顶蒸汽完全冷凝后再冷 却至泡点下一部分回流入塔，其余部分经产品冷却器冷却后送至储灌。塔釜采 用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。2.精馏塔的物料衡算2.1 原料液及塔顶、塔釜产品的摩尔分率苯的摩尔质量 kmolkgMA/11.78甲苯的摩尔质量 hkmolMB/13.92420.013.92/62.011.78/38.011.78/38.0Fx970.013.92/035.011.78/965.011.78/965.0Dx024.013.92/98.011.78/02.011.78/02.0Wx2.2 原料液及塔顶、塔釜的平均摩尔质量 hkmolMhkmolMhkmolMWDF/79.9113.92024.0111.78024.0/53.7813.92970.0111.78970.0/24.8613.92420.0111.78420.02.3 物料衡算生产能力：hkg/56.118052430085000000塔顶产品：hkmolD/33.15053.7856.11805处理量： 总物料衡算：WF33.150苯物料衡算：WF024.033.15097.042.0联立解得：hkmolWhkmolF /46.58/79.208 3.塔板数的确定3.1 理论板数 N 的求取苯甲苯属于理想物系，可采用图解法求取理论塔板数。由手册查得苯甲苯物系的气、液平衡数据，绘出 x-y 图，如图 a 所示。1苯甲苯气液平衡组成与温度关系（101.3kP）液 相气 相液 相气 相液 相气 相 00110.639.761.895.280.391.4 8.821.2106.148.97192.190.395.7 2037102.259.278.989.49597.9 305098.67085.386.8100100苯 /%（ 摩 尔 分 数 ）温 度 /苯 /%（ 摩 尔 分 数 ）温 度 /苯 /%（ 摩 尔 分 数 ）图 a求精馏塔的气液相负荷2hkmolDRL/99.45033.1503hkmolDRV/32.60133.1504*1hkmolqELL/78.65979.208199.450hkmolVV/32.601求操作线方程3精馏段操作线方程：243.075.0111nD nnxRxxRRy提馏段操作线方程：00233.0097.11mWmmxxVWxVLy图解法球理论板层数4采用图解法球理论板层数，如图 a 所示。求解结果为：总理论板层数：（包括再沸器）6.12N进料板位置：6FN3.2 实际板数的求取板效率可用奥康奈尔公式计算:mElg616.017.0式中 塔顶与塔底平均温度下的液相粘度 mPa.s。m黏度计算 当（塔顶和塔底的平均温度）1.95t分别查得苯和甲苯在平均温度下的黏度：smPasmPaBA .285.0.267.0平均黏度由公式，得smPam.277.0285.058.0267.042.0则全塔效率： 513.0277.0lg616.017.0TE精馏段实际塔板数：块107.9513.05精N提馏段实际塔板数：块137.12513.05.6提N进料板在第 11 块。4.精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算4.1 操作压力的计算塔顶操作压力 kPapD3.10543.101每层塔板压降 kPap7.0进料板压力 kPapF3.112107.03.105塔底操作压力 kPapW4.121137.03.112精馏段平均压力 kPapppFD m8.10823.1123.105 21提馏段平均压力 kPapppWF m85.11624.1213.112 224.2 操作温度的计算用内插法计算出塔顶、塔底以及进料板温度，其中苯、甲苯的饱和蒸汽由安托 尼方程式计算。计算过程如下：塔顶温度：8.8095972.81 951002.812.80 DDtt进料板温度：4.947.39422.95 7.399.481.922.95 FFtt塔底温度：4.10904.26.110 8.801.1066.110 WWtt精馏段平均温度：6.8728.804.94 21DFttt提馏段平均温度：9.10124.1094.94 22DFttt塔顶和塔底的平均温度：1.9524.1098.80 2WDttt其中苯、甲苯的饱和蒸气压由安托尼方程式计算：Antoine 方程一般形式为CTBApvpln式中 在温度 T 时的饱和蒸气压，mmHg；vppT温度，K；A、B、CAntoine 常数（注：1mmHg=133Pa）查表 3-6 有：苯的 Antoine 常数 A=15.9008，B=2788.51，C=-52.36甲苯的 Antoine 常数 A=16.0137，B=3096.52，C=-53.67则苯的饱和蒸气压：mmHgPaepCTBApvpvp840.5658.776655.636.5295.35351.27889008.15ln655.6 11甲苯的饱和蒸气压：mmHgPaepCTBApvpvp516.5626.733598.667.5355.38252.30960137.16ln598.6 224.3 平均摩尔质量的计算塔顶平均摩尔质量计算。由，查平衡曲线（见图 a） ，得970.01yxD931.01xkmolkgMVDm/53.7813.92970.0111.78970.0kmolkgMLDm/08.7913.92931.0111.78931.0进料板平均摩尔质量计算。由图解理论板（见图 a） ，得615.0Fy查平衡曲线（见图 a） ，得394.0FxkmolkgMVFm/51.8313.92615.0111.78615.0塔底平均摩尔质量计算。由图解理论板（见图 a） ，得042.0Wy查平衡曲线（见图 a） ，得014.0Wx kmolkgMkmolkgMWmLWmV /93.9113.92014.0111.78014.0/54.9113.92042.0111.78042.0精馏段平均摩尔质量：kmolkgMMMkmolkgMMMLFmLD