化工原理课程设计论文( 2010 届 ) 题 目：苯-甲苯混合液筛板（浮阀）精馏塔设计 学 院： 化学化工学院 专 业： 化学工程与工艺 学生姓名： 王文俊 学号： 21007051065 指导教师： 吴 彬 完成时间： 2013 年 6 月 26 日 成 绩： 序 言 化工原理课程设计是综合运用化工原理课程和有关先修课程（物理化学，化工制图等）所学知识，完成一个单元设备设计为主的一次性实践教学，是理论联系实际的桥梁，在整个教学中起着培养学生能力的重要作用。通过课程设计，要求更加熟悉工程设计的基本内容，掌握化工单元操作设计的主要程序及方法，锻炼和提高学生综合运用理论知识和技能的能力，问题分析能力，思考问题能力，计算能力等。精馏过程的节能措施一直是人们普遍关注的问题。精馏操作是化工生产中应用非常广泛的一种单元操作，也是化工原理课程的重要章节。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。本设计的题目是苯-甲苯连续精馏筛板塔的设计，即需设计一个精馏塔用来分离易挥发的苯和不易挥发的甲苯，采用连续操作方式，需设计一板式塔将其分离。1 、板式精馏塔设计任务书1.1、设计题目苯-甲苯连续精馏筛板塔的设计。1.2、设计任务(1)原料液中苯含量：质量分率50(质量)，其余为甲苯。(2)塔顶产品中苯含量不得低于98(质量)。(3)残液中苯含量不得高于2(质量)。(4)生产能力：30000 t/y苯产品，年开工330天。1.3、操作条件(1)精馏塔顶压强：4.0kPa(表压) (2)进料热状态：间接蒸汽加热。(3)回流比：自选。 (4)单板压降压：0.7kPa 2、设计的基础数据2.1、苯和甲苯的物理性质表2 苯和甲苯的物理性质 项目分子式分子量M沸点（）临界温度tC（）临界压强PC（kPa）苯AC6H678.1180.1288.56833.4甲苯BC6H5CH392.13110.6318.574107.72.2、饱和蒸汽压和平衡数据表3 苯和甲苯的饱和蒸汽压温度80.1859095100105110.6,kPa101.33116.9135.5155.7179.2204.2240.0，kPa40.046.054.063.374.386.0表4 常温下苯甲苯气液平衡数据 温度80.1859095100105液相中苯的摩尔分率1.0000.7800.5810.4120.2580.130汽相中苯的摩尔分率1.0000.9000.7770.6300.4560.2622.3、液体表面张力表5 纯组分的表面张力 温度8090100110120苯，mN/m甲苯，Mn/m21.221.72020.618.819.517.518.416.217.32.4、液相密度及粘度表6 组分的液相密度 温度()8090100110120苯,kg/814805791778763甲苯,kg/809801791780768表7 液体粘度 温度()8090100110120苯（mP.s）0.3080.2790.2550.2330.215甲苯（mP.s）0.3110.2860.2640.2540.2282.5、常压下气液平衡数据表8 常压下苯甲苯的气液平衡数据温度t液相中苯的摩尔分率x气相中苯的摩尔分率y110.560.000.00109.911.002.50108.793.007.11107.615.0011.2105.0510.020.8102.7915.029.4100.7520.037.298.8425.044.297.1330.050.795.5835.056.694.0940.061.992.6945.066.791.4050.071.390.1155.075.588.8060.079.187.6365.082.586.5270.085.785.4475.088.584.4080.091.283.3385.093.682.2590.095.981.1195.098.080.6697.098.880.2199.099.6180.01100.0100.0 2.6、 板式塔简易流程图 3、设计计算3.1、 塔的物料计算 苯的摩尔质量 甲苯的摩尔质量 (1) 料液及塔顶塔底产品含苯摩尔分数 5417.64) / 2 = 89.56 lg108.013.92/5011 .78/50 11.78/50xF=+=983.013.92/2 11.78/9811.78/98xD=+=024.013.92/9911.78/ 111.78/ 1xW=+= 平均相对分子质量)/(kg84.553.192541.01(11.78541.0kmolMF=)-+=)/(kg578.33.192)983.01(11.78983.0kmolMD=-+=)/91.80(kg3.192)024.01(11.78024.0kmolMW=-+= 物料衡算 )/( 44.802433055.8430000000hkmolF=总物料衡算 D + W = 44.80 苯物料衡算 WDF02.098.0 0.541 += 联立解得D = 24.15 Kmol/h W = 20.65 Kmol/h式中 F-原料液流量 D-塔顶产品量 W-塔底产品量 塔板数的计算根据苯-甲苯的汽液平衡数据作y-x图及t-x-y图，参见下图。因泡点进料，在图中对角线自点e（0.541,0.541）作垂线即为q线，该线与平衡线的交点坐标为yq=0.753 ,xq=0.541 ,此即最小回流比时操作线与平衡线的交点坐标。依最小回流比计算式： Rmin = ( xD - yq ) / ( yq - xq ) 代入数据得：Rmin=1.08 , R = 2Rmin= 2.16 全塔效率ET根据塔顶、塔底液相组成查上图t-x-y，求得塔平均温度为95.15，该温度下进料液相平均黏度为：m = 0.541A+（1-0.541）B = 0.271 mPas故 ET = 0.17 0.616 lg0.271 = 0.52 = 52 实际塔板数精馏段：N1 =4/0.52 8层提馏段：N2 =7/0.52 14层 精馏塔的气、液相负荷 L = RD = 2.1624.15 = 52.16 kmol/hV = (R+1)D = 3.1624.15 = 76.314 kmol/hL = RD + qF =96.96 kmol/hV = (R+1)D (1-q)F = 50.23 kmol/h(8) 精馏操作方程： 提溜段方程： 3.2、 精馏段工艺条件及有关物性的计算 操作压力的计算塔顶操作压力：PD = 101.325 + 4 = 105.325 kpa 每层塔板压降：P = 0.7 kpa 进料板的压力：PF = 105.325 + 0.78 = 110.925 kpa 精馏段平均操作压力：Pm =（105.325 + 110.925）/ 2 =108.125 kpa 操作温度的计算安托因方程： lg P0 = A B / (t + C) ABC苯6.0321206.35220.24甲苯6.0781343.94219.58 对苯-甲苯可看作理想物系，并查设计手册得： = 2.5 x1 = y1 / (y1 (1 y1) y1 = xD x1 = 0.958 t = B/（A - lgP0）- C PD0 = PDy1 / x1 = 101.72 kpa tD = 1206.35 / (6.032 lg101.72) 220.24 = 79.50 同样,根据 yn+1 = 0.519xn + 0.473