化工原理课程设计
题 目：苯-甲苯混合液筛板塔精馏工艺设计 姓 名： 孙鹏 班 级： 高材11101 学 号： 201101929 序 号： 23 指导教师： 石东坡 日 期： 2014.7.4
目录
概述 ................................................................................................................................ 3 浮阀塔设计任务书 ........................................................................................................ 3 设计计算 ........................................................................................................................ 4
3.1设计方案的选定 .............................................................................................. 4 3.2 精馏塔的物料衡算 ......................................................................................... 4 3.3 ........................................................................................................................... 5
3.3.1理论板层数NT的求取 ....................................................................... 5 3.3.2确定实际板数 ....................................................................................... 8 3.4 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 ................................................. 9
3.4.1操作温度计算 ................................................................................... 9 3.4.2平均摩尔质量计算 ............................................................................. 9 3.4.3平均密度计算 ................................................................................... 10 3.4.4 液体平均表面张力计算 .................................................................... 12 3.4.5液体平均粘度计算 ......................................................................... 12 3.4.6气液负荷计算 ..................................................................................... 13 3.5 精馏塔的塔体工艺尺寸计算 ....................................................................... 14 3.6 塔板主要工艺尺寸的计算 ........................................................................... 16 3.7 塔板的流体力学校核 ................................................................................... 18 3.8 塔板负荷性能图 ....................................................................................... 20 设计结果一览表 .......................................................................................................... 23 塔附件设计 .................................................................................................................. 24 苯甲苯精馏塔的工艺流程图 ...................................................................................... 25 结束语 .......................................................................................................................... 26 参考文献 .................................................................................................................. 26
2
概述
蒸流和精馏是化工生产中常用的一种混合物分离方法。 精馏过程的实质是利用混合物中各组分具有不同的挥发度。即在同一温度下，各组分的饱和蒸汽压不同这一性质，使液相中的轻组分转移到汽相中，汽相中的重组分转移到液相中，从而达到分离的目的。因此精馏塔操作弹性的好坏直接关系到化工企业的经济效益。在化工生产中，塔设备的性能对于整个装置的产品产量、质量、生产能力和消耗定额，以及三废处理和环境保护等各个方面，都有非常重大的影响。
本设计是针对苯—甲苯的分离而专门设计的塔设备。根据设计条件以及给出的数据描述出塔温度的分布，求得最小回流比以及塔顶的相对挥发度、塔釜的相对挥发度、全塔平均相对挥发度，又根据物料平衡公式分别计算出精馏段和提馏段的汽、液两相的流量。之后，计算塔板数、塔径等。根据这些计算结果进行了塔板结构的设计等。计算和设计这些之后进行了有关的力学性能计算和一系列的校核。
浮阀塔设计任务书
一、工艺要求与数据
1、料液为苯—甲苯混合液，含苯0.55（质量分率，下同）； 2、产品含苯不低于94%，残液含苯不高于3% 3、生产能力：50000吨/年（按进料算） 二、设计条件
连续操作、中间加料、泡点回流。 操作压力：常压 进料状况：泡点进料 生产时间：330天/年 塔釜间接蒸汽加热 三、设计内容
精馏装置流程设计与论证 精馏过程的工艺计算
浮阀塔主要工艺尺寸的确定 塔盘设计
流体力学条件校核、作负荷性能图 主要辅助设备的选型 四、设计成果 设计说明书一份
设计图纸，包括流程图，负荷性能图，塔盘布置图，浮阀塔工艺条件图。
3
设计计算
3.1设计方案的选定
本设计任务为分离苯一甲苯混合物。由于对物料没有特殊的要求，可以在常压下操作。对于二元混合物的分离，应采用连续精馏流程。设计中采用泡点进料，将原料液通过预热器加热至泡点后送人精馏塔内。塔顶上升蒸气采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，其余部分经产品冷却器冷却后送至储罐。该物系属易分离物系，最小回流比较小，故操作回流比取最小回流比的1.7倍。塔底设置再沸器采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。其中由于蒸馏过程的原理是多次进行部分汽化和冷凝，热效率比较低，但塔顶冷凝器放出的热量很多，但其能量品位较低，不能直接用于塔釜的热源，在本次设计中设计把其热量作为低温热源产生低压蒸汽作为原料预热器的热源之一，充分利用了能量。
由于产品粘度较小，流量较大，为减少造价，降低生产过程中压降和塔板液面落差的影响，提高生产效率，选用浮阀塔。
浮阀塔特点：1.处理能力大，比同塔径的泡罩塔可增加20%～40%，而更接近于筛板塔；2.操作弹性大，一般约为5～9，比筛板、泡罩和舌形踏板的操作性要大得多；3.塔板效率高，比泡罩塔高15%；4.压力小，在常压塔中每块板的压降一般为400～660N/㎡；5.液面梯度小；6.使用周期长；7.结构简单，安装容易，制造费为泡罩塔的60%～80%,为筛板塔的120%～130%。 3.2 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 甲苯的摩尔质量
xF?0.55/78.11?0.44 0.4/78.11?0.6/92.130.9478.11?0.949
0.9478.11?0.0692.130.0378.11?0.035
0.0378.11?0.9792.13xD?xW?（2）原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量
MF?0.44?78.11?0.56?92.13?85.96kgkmol
4