1.2.7加热方式
加热方式分为直接蒸汽和间接蒸汽加热，本设计采用间接蒸汽加热，间接加热是通过加热器使釜液产生汽化，上升蒸汽与回流下来的冷液进行传质。
采用间接蒸汽加热可以使釜液部分汽化，维持原来的浓度，以此可以减少理论板数。缺点是增加加热装置。
二、精馏塔的物料衡算
2.1 原料的摩尔分率、平均摩尔质量及处理量
汽相平均摩尔质量：MV2=78.11*0.3542+92.13*(1-0.3542)=87.1641Kg/kmol
4、流体力学的计算及有关水力性质的校核。
5、填料精馏塔的辅助设备的选型
6、绘制主要设备的设计条件图
7、编写设计说明书。
四、设计任务
综合运用《化工原理》和相关先修课程的知识。联系化工生产实际，完成精馏塔的工艺设计、有关附属设备的设计和选型，绘制精馏塔设备的设计条件图，并编写设计说明书。
1.2 设计方案的确定
1.2.1 装置流程的确定
精馏过程按操作方式的不同，分为连续精馏和间歇精馏两种流程。连续精馏具有生产能力大，产品质量稳定等优点，适合小规模，多品种或多组分物系的初步分离。精馏装置主要包括精馏塔、原料预热塔、再沸器、冷凝器、储罐和冷却器设备。
蒸馏是通过物料在塔内的多次部分汽化和多次部分冷凝实现分离的，热量自塔釜输入，由冷凝器冷却器中的冷却介质将余人热带走。在此过程中，热能利用很低，为此，在确定装置流程时应考虑余热的利用。譬如，用原料做为塔顶产品冷却器的冷却介质，即可将原料预热，有可节余冷却介质。
液相中苯的摩尔分率x
气相中苯的摩尔分率y
110.56
0.00
0.00
109.91
1.00
2.50
108.79
3.00
7.11
107.61
5.00
11.2
105.05
10.0
20.8
102.79
Hale Waihona Puke 15.029.4100.75
20.0
37.2
98.84
25.0
44.2
97.13
30.0
50.7
95.58
35.0
在化工生产中，精馏是最常用的单元操作,，是分离均相液体混合物的最有效方法之一，在炼油、化工、石油化工等工业中得到广泛应用。塔设备一般分为级间接触式和连续接触式两大类。前者的代表是板式塔，后者的代表则为填料塔。随着石油化工的发展，填料塔日益受到人们的重视，填料塔技术有了长足的进步，涌现出不少高效填料与新型塔。苯和甲苯的分离对于工业生产具有重要的意义填料塔是塔设备的一种。塔内填充适当高度的填料，以增加两种流体间的接触表面。结构较简单，检修较方便。广泛应用于气体吸收、蒸馏、萃取等操作。据有关资料报道塔设备的资料费用占整个投资的费用的较大比例。因此，塔设备的设计和研究，受到化工和炼油行业的极大重视。根据设计任务书，此塔设计为填料精馏塔。
95.0
98.0
80.66
97.0
98.8
80.21
99.0
99.61
80.01
100.0
100.0
根据汽液平衡表（x-y-t）利用内插法求以下几个温度
a塔顶温度tD
由
汽相组成yD：
b、塔釜温度tW
汽相组成yW：
c、进料温度tF
汽相组成yF：
3.2操作压力的计算
塔顶操作压力
3.3相对挥发度 的计算
由xF=0.4402，yF=0.6576，αF=2.4424
苯的摩尔质量：MA=78.11kg/kmol
甲苯的摩尔质量：MB=92.13 kg/kmol
由已知条件得知，料液组成为40%，从而可求原料的摩尔分率和原料的平均摩尔质量
XF=
MF= 0.4402 78.11+(1-0.4402) 92.13=85.9585kg/kmol
又由已知的处理量为5200吨/年，可得原料处理量：
56.6
94.09
40.0
61.9
92.69
45.0
66.7
91.40
50.0
71.3
90.11
55.0
75.5
80.80
60.0
79.1
87.63
65.0
82.5
86.52
70.0
85.7
85.44
75.0
88.5
84.40
80.0
91.2
83.33
85.0
93.6
82.25
90.0
95.9
81.11
F=8000kg/h即F=8000/82.11=93.0682kmol/h
2.2 产品的摩尔分率、平均摩尔质量及处理量
由已知条件，塔顶产品组成为95%，可求塔顶组成的摩尔分率及平均摩尔质量。
xD=0.9573MD=0.9573*78.11+(1-0.9573)*92.13=78.7089kg/kmol
1.2.4 进料的方式
本设计任务为分离苯-甲苯溶液混合物，对于二元混合物的分离应选用连续精馏操作，本设计中的进料方式为泡点回流，也就是将原料液通过加热器加热到泡点后送入精馏塔内，塔顶上升蒸汽采用全冷凝器冷凝，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。
采用泡点进料，不仅对稳定塔操作较为方便，且不受春夏秋冬因为进料温度的变化而造成塔的不稳定。
ii.塔设备介绍
一、设计流程的确定和说明
1.1设计任务
一、设计题目： 苯-甲苯填料精馏塔设计
二、设计条件
1.处理量：8000Kg/h；
2.料液组成（质量分数）：苯含量为40%的常温液体；
3.塔顶产品组成(质量分数)： 塔顶苯含量为95%；
4.塔底产品组成(质量分数)：塔釜甲苯含量为98%；
5.塔效率为0.8。
二、 考虑利用较高温度的蒸气冷凝热，或可利用较低品位的冷源使蒸气冷凝，且压力提高后不致引起操作上的其他问题和设备费用的增加，可以使用加压操作。
三、 真空操作不仅需要增加真空设备的投资和操作费用，而且由于真空下气体体积增大，需要的塔径增加，因此塔设备费用增加。
1.2.3 加料的方式
加料方式有两种：高位槽加料和泵直接加料。采用高位槽加料，通过控制液位高度，可以得到稳定的流量和流速。通过重力加料，可以节约一笔动力费用，但由于多了高位槽，建设费用增加；采用泵加料，受泵的影响，流量不太稳定，流速也忽大忽小，从而影响了传质效率，但结构简单、安装方便；本次设计选用高位槽加料。
3.6提馏段物性参数
平均温度t2=（tF+tW）/2=101.68℃
平均相对挥发度α2=（αF+αW）/2=2.4561
平均液相组成x2：x2=(xW+xF)/2=0.2319
平均汽相组成y2：y2=(yW+yF)/2=0.3542
液相平均摩尔质量:
ML2=78.11*0.2319+92.13*(1-0.2319)=85.1936Kg/kmol
W=F－D=93.0682－6.368=51.5374kmol/h
塔顶产品流量：FD=41.5308×78.47=3268.84kg/h
塔底流量：FW=51.5374×91.64=4731.16kg/h
物料衡算结果（表2-1）
单位
进料F
塔顶D
塔釜W
物料流量
Kg/h
8000
3268.84
4731.16
Kmol/h
85.9585
41.5308
51.5374
组成
质量分率
40%
95%
2%
摩尔分率
0.4402
0.9573
0.0235
三、精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算
3.1操作温度的计算
由《化工原理课程设计》刘雪暖、汤景凝主编查得苯——甲苯的气液平衡数据
表4-1常压下苯——甲苯的气液平衡数据
温度t/℃
1.2.2 操作压力的选择
塔内操作压力的选择不仅牵涉到分离问题，而且与塔顶和塔底温度的选取有关。根据所处理的物料性质，兼顾技术上的可行性和经济上的合理性来综合考虑，一般有下列原则：
一、 压力增加可提高塔的处理能力，但会增加塔身的壁厚，导致设备费用增加；压力增加，组分间的相对挥发度降低，回流比或塔高增加，导致操作费用或设备费用增加。因此如果在常压下操作时，塔顶蒸气可以用普通冷却水进行冷却，一般不采用加压操作。操作压力大于1.6MPa才能使普通冷却水冷却塔顶蒸气时，应对低压、冷冻剂冷却和高压、冷却水冷却的方案进行比较后，确定适宜的操作方式。
化工原理课程设计
设计题目：苯-甲苯混合液分离的常压填料精馏塔
姓名：杜宁
班级：化学工程与工艺1202班
学号：1215010208
指导老师：贺䜣福
单位：西安科技大学化学与化工学院
时间：2014年12月26日至2015年1月九日
绪论
i.精馏介绍
精馏是一种利用回流使液体混合物得到高纯度分离的蒸馏方法，是工业上应用最广的液体混合物分离操作，广泛用于石油、化工、轻工、食品、冶金等部门。利用混合物中各组分挥发能力的差异，通过液相和气相的回流，使气、液两相逆向多级接触，在热能驱动和相平衡关系的约束下，使得易挥发组分（轻组分）不断从液相往气相中转移，而难挥发组分却由气相向液相中迁移，使混合物得到不断分离，称该过程为精馏。
1.2.5塔顶冷凝方式
塔顶采用全冷凝器，用水冷凝，塔顶出来的气体温度不高，冷凝后回流液和产品温度不高，无需进一步冷却。此次分离选用全冷凝器。
1.2.6回流比的选择
该物系属于易分离物系，最小回流比也比较小，故使操作回流比取最小回流比的2倍。最小回流比的选取关系着塔板数的个数，要想达到理想的分离效果，如果回流比越小，塔板数就会越大，从而减少操作成本，但是精馏塔制造的固定成本提高，相反，回流比越大，塔板数就越小，操作成本高但是制造成本低。