编号 潍坊学院化 工 原 理 课 程 设 计学生姓名：李成龙，赵旭，刘丛丛学 号：13071340064.13071340066.13071340068专 业：应用化学班 级：本科2013级2 班指导教师：江津河2016年6月化工原理课程设计任务书应用化学2班 赵旭 李成龙 刘丛丛指导教师 江津河一、设计题目：分离苯-甲苯混合液的浮阀精馏塔二、原始数据及条件生产能力：年处理苯-甲苯混合液8万吨（开工率300天/年）原 料：甲苯含量为34%（质量百分比）的常温液体分离要求：塔顶甲苯含量不低于97%（质量分数） 塔底釜液甲苯含量不高于0.16%（质量分数）塔操作条件：精馏塔塔顶压强：常压进料热状况：泡点进料回流比：自选单板压降：=0.7kpa塔板类型：浮阀塔工作日：每年300天，每天24小时连续运行厂址：潍坊地区李成龙 13071340064 第一章所有内容及文字编写赵旭 13071340066 三 四 五章所有内容及文字编写、排版刘丛丛13071340068 第二章所有内容及作图目 录前 言1第1章 塔板的工艺设计方法2第1.1节 精馏塔全塔物料衡算 2第1.2节 常压下甲苯-苯气液平衡组成（摩尔）与温度关系 3第1.3节 理论塔板的计算 10第1.4节 塔经的初步计算 12第1.5节 溢流装置 13第1.6节 塔板布置及浮阀数目与排列 14第2章 塔板的流体力学计算 15第2.1节 气相通过浮阀塔板的压降 15第2.2节 淹塔 17第2.3节 液沫夹带 18第2.4节 塔板负荷性能图 18第3章附件设计 24第4章塔总体高度的设 27第5章塔附属设备设计 27设计体会 29主要符号30参考文献 31结束语 37前 言塔设备是炼油、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形式，可以分为填料塔和板式塔。板式塔属于逐级接触逆流操作，填料塔属于微分接触操作。工业上对塔设备的主要要求：（1）生产能力大。（2）分离效率高。（3）操作弹性大。（4）气体阻力小结构简单、设备取材面广等。 塔型的合理选择是做好塔设备设计的首要环节，选择时应考虑物料的性质、操作的条件、塔设备的性能以及塔设备的制造、安装、运转和维修等方面的因素。板式塔的研究起步较早，具有结构简单、造价较低、适应性强、易于放大等特点。精馏是分离液体混合物（含可液化的气体混合物）最常用的一种单元操作，在化工，炼油，石油化工等工业中得到广泛应用。精馏过程在能量剂驱动下（有时加质量剂），使气液两相多次直接接触和分离，利用液相混合物中各组分的挥发度的不同，使易挥发组分由液相向气相转移，难挥发组分由气相向液相转移，实现原料混合液中各组分的分离。根据生产上的不同要求，精馏操作可以是连续的或间歇的，有些特殊的物系还可采用衡沸精馏或萃取精馏等特殊方法进行分离。本设计的题目是甲苯-苯连续精馏浮阀塔的设计，即需设计一个精馏塔用来分离易挥发的甲苯和不易挥发的苯，采用连续操作方式，需设计一板式塔将其分离。第1章 塔板的工艺设计方法第1.1节 精馏塔全塔物料衡算1.1.1精馏塔全塔物料衡算F：原料液流量(kmol/s) xF：原料组成（摩尔分数，下同）D：塔顶产品流量(kmol/s) xD：塔顶组成W：塔底残液流量(kmol/s) xW：塔底组成原料甲苯组成： 塔顶组成：塔底组成：进料平均分子量：=进料量：物料衡算式为： （1.1）联立代入求解：D=0.00485 kmol/s W=0.0077 kmol/s第1.2节 常压下苯-甲苯气液平衡组成（摩尔）与温度关系 1.2.1常压下苯-甲苯气液平衡组成（摩尔）与温度关系表1.1 常压下苯甲苯气液平衡组成（摩尔）与温度关系1.2.1.1温度tF：tD：tW：精馏段平均温度：提馏段平均温度：1.2.1.2密度已知：混合液密度 （1.2） 混合气密度（a为质量分率，为平均分子量） （1.3）（1）精馏段：液相组成x1：气相组成y1：所以 （2）提馏段：液相组成x2：气相组成y2：所以 表1.2 不同温度下苯和甲苯的密度求得在与下甲苯和苯的密度，kg/mkg/m同理：， kg/m， kg/m在精馏段液相密度： kg/m气相密度： kg/m同理可得出：在精馏段液相密度： kg/m气相密度： kg/m1.2.1.3混合液体表面张力二元有机物-水溶液表面张力可用下列各式计算公式： （1.4）注： （1.5） （1.6） （1.7） （1.8） （1.9） （1.10） （1.11） （1.12） （1.13）式中下角标w、o、s分别代表水、有机物及表面部分，Xw、Xo指主体部分的分子数，、指主体部分的分子体积，、为水、有机物的表面张力，对苯q=2。_x0001_ 馏段：表1.3 不同温度下甲苯和苯的表面张力甲苯表面张力：苯表面张力：因为 ， 所以 联立方程组 代入解得： 提馏段：甲苯表面张力：水表面张力：， 因为 ， 所以 联立方程组 代入解得：1.2.1.4混合物的粘度，查表得： mPas， mPas，查表得： mPas， mPas精馏段粘度 mPas提馏段粘度 mPas1.2.1.5相对挥发度精馏段挥发度：由，所以 （1.14）提馏段挥发度：由，所以 （1.15）1.2.1.6气液相体积流量计算根据x-y图得： 所以 取（1）精馏段： （1.16） （1.17）已知： kg/kmol， kg/kmol kg/m， kg/m质量流量： （1.18）（1.19）体积流量： m/s （1.20） m/s （1.21）（2）提馏段：因本设计为泡点进料，所以q=1kmol/s （1.22） kmol/s （1.23）已知： kg/kmol， kg/kmol kg/m， kg/m质量流量： （1.24） （1.25）体积流量： m/s （1.26） m/s （1.27）第1.3节 理论塔板的计算1.3.1理论塔板的计算理论板：指离开这种板的气液两相互成平衡，而且塔板上液相组成均匀。理论板的计算方法：可采用逐板计算法、图解法，本次实验采用图解法。根据1.103105Pa下，甲苯-苯的气液平衡组成关系可绘出平衡曲线即x-y曲线图，泡点进料，所以q=1，即q为一直线，本平衡具有下凹部分，操作线尚未落到平衡线前，已与平衡线相切。，操作回流比已知：精馏段操作线方程：（1.28）泡点进料 q=1,xq =xf=0.174 （1.29）以此类推：提馏段操作线方程： （1.30）以此类推：精馏塔内理论板NT=10块（包括再沸器），加料板为第3块理论板。板效率与塔板结构、操作条件、物质的物理性质及流体性质有关，它反映了实际塔板上传质过程进行的程度。板效率可用奥康奈尔公式计算。 注：塔顶与塔底平均温度下的相对挥发度塔顶与塔底平均温度下的液体粘度mPas（1）精馏段，mPas 故（1）提馏段， mPas故全塔所需实际塔板数：全塔效率 第1.4节 塔经的初步计算1.4.1塔经的初步计算1.4.1.1精馏段由=（安全系数），安全系数=0.6-0.8，式中C可由史密斯关联图查出： （1.31）横坐标数值：（1.32）取板间距： m， m，则 m查图可知：（1.33） 圆整：横截面积：（1.34）空塔气速：（1.35）1.4.1.2提馏段横坐标数值：取板间距： m， m，则 m查图可知： 圆整：横截面积：空塔气速： 第1.5节 溢流装置1.5.1溢流装置1.5.1.1堰长取（1.36）出口堰高：本设计采用平直堰，堰上液高度按下式计算 近似取E=1 （1.37）（1）精馏段