化工原理课程设计起止时间：2010年12月29日至2011年1月14日题目苯—甲苯精馏塔设计学院名称化学化工学院学生姓名班级本08化工2班指导教师阳鹏飞职称讲师院长聂长明2011年1月14日目录苯-甲苯精馏塔设计任务书 (I)前言 (1)一．设计方案的确定 (1)1.1设计流程的说明 (2)1.2操作方案的说明 (2)1.3本设计中符号的说明 (3)二．精馏塔的物料衡算 (4)2.1原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 (4)2.2原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 (4)三．塔板数的确定 (5)3.1理论板数N T的求取 (5)3.2实际板层数的求取 (7)四．精馏塔的工艺条件及物性数据的计算 (8)4.1操作压力的计算 (8)4.1操作温度的计算 (8)4.3平均摩尔质量的计算 (8)4.4平均密度的计算 (8)4.5平均粘度计算 (8)4.6液体平均表面张力计算 (9)五．精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (9)5.1塔径的计算 (10)5.2精馏塔有效高度的计算 (11)六．塔板主要工艺尺寸的计算 (11)七.塔板的流体力学验算................................................................错误！未定义书签。
八．塔板负荷性能图 (15)九．筛板塔设计计算结果 (16)十．参考文献 (17)十一.设计感言 (18)板式精馏塔设计任务（一）设计题目苯—甲苯溶液连续精馏塔设计。
（二）设计任务及操作条件（1）进精馏塔的料液含苯35%（质量），其余为甲苯。
（2）塔顶产品的苯含量不得低于96%（质量）（3）塔底产品的苯含量不得高于0.01（质量）（4）混合液处理量为5t/h（5）操作条件（A）精馏塔顶压强4kpa(表压)（B）饱和液料进料（C）回流比R/Rmin=1.5（D）间接蒸汽加热（E）单板压降不大于0.7Kpa。
（三）设备形式设备形式为筛板塔。
（四）设计内容1.设计方案的确定及流程说明。
2.塔的工艺计算。
3.塔和塔板主要工艺尺寸的设计。
（1）塔高,塔径及塔板结构尺寸的确定。
（2）塔板的流体力学验算。
（3）塔板的负荷性能图。
4.设计结果概要货设计一览表。
5.塔板结构俯视图和塔板安装图。
6.对本设计的评述或有关问题的分析讨论。
苯—甲苯分离过程筛板精馏塔设计（南华大学化学化工学院，衡阳，421001黄刚）摘要：本设计对苯—甲苯分离过程筛板精馏塔装置进行了设计，主要进行了以下工作：1、对主要生产工艺流程和方案进行了选择和确定。
2、对生产的主要设备—筛板塔进行了工艺计算设计,其中包括：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有关物性数据的计算；④精馏塔的塔体工艺尺寸计算；⑤精馏塔塔板的主要工艺尺寸的计算。
3、绘制了生产工艺流程图和精馏塔设计条件图。
4、对设计过程中的有关问题进行了讨论和评述。
本设计简明、合理，能满足初步生产工艺的需要，有一定的实践指导作用。
关键词：苯—甲苯；分离过程；精馏塔The Design of sieve plate-distillation Tower about the Separating Process ofBenzene-Toluene(Academe of chemistry and chemical Engineering,University of southChina,Hengyang,421001Huanggang)Abstract:A suit of equipment of sieve distillation column devices which make Benzene separate from Toluene designed.The main work comprising:1.The main processes and programmes of the production have been selected and determined.2.The main container filler tower has been designed,including①the balance reckon of the sieve plate tower②the number of the tower plank has been determinated③the calculation of properties of matter date④the size of the Distillation tower has been computed⑤The main tray sizeof the distillation tower.has been reckoned3.Production craftwork flow chart and design condition chart of the distillation tower have been drawn.4.The questions of the design process have been discussed and reviewed.The design is simple and reasonable,and can meet the needs of the initial production process,a certain role in guiding the practice. Keyword:benzene-toluene;separation process;Distillation前言塔设备的应用有着悠久的历史，在很多工业部门都有应用，尤其用在化工、石油、能源等部门。
精馏塔是分离混合主份的常用方法。
由于、蒸馏属于气液两相见的传质过程。
塔设备主要包括以下两类：板式塔、填料塔两大类。
对一个具体达到分离过程，设计中选择何种塔型，应该根据生产能力、分离效率、塔压力降、操作弹性等要求，并结合制造、维修、造价等因素综合考虑。
精馏塔的设计主要包括以下内容:①根据分离任务和有关要求确定设计方案;②初步确定精馏塔的结构尺寸;③核算流体力学;④确定塔的工艺结构。
⑤绘制塔板的负荷性能图。
（一）设计方案的确定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送入精馏塔内。
塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝，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1.5倍。
塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。
1.设计流程的说明：精馏装置包括精馏塔，原料预热器，再沸器，冷凝器。
釜液冷却器和产品冷凝器等设备。
热量自塔釜输入，物料在塔内经多次部分汽化与与部分冷凝器进行精馏分离，由冷凝器和冷却器中的冷却介质将余热带走。
在此过程中，热能利用率很低，为此，在确定流程装置时应考虑余热的利用，注意节能。
另外，为保持塔的操作稳定性，流程中除用泵直接送入塔原料外，也可以采用高位槽送料以免受泵操作波动的影响塔顶冷凝装置根据生产状况以决定采用全凝器，以便于准确地控制回流比。
若后继装置使用气态物料，则宜用全分凝器。
总而言之确定流程时要较全面，合理的兼顾设备，操作费用操作控制及安全因素。
冷凝器再沸器连续精馏操作流程图2.操作方案的说明：本设计任务为分离苯—甲苯混合物。
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，降原料液通过预热器加热至泡点后送入精馏塔内。
塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝。
冷凝器在泡点下一部分回流到塔内，其余部分经产品冷却器冷却后送入储罐。
该物系属于易分离物系，最小回流比较小，故操作回流比去最小回流比的两倍。
塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品冷却送到储罐。
设计操作流程图3.本设计中符号的说明英文字母:A0筛孔面积，㎡h0降液管底高度，mA a塔板开孔面积，㎡hσ相克服表面张力压降所当高度，m A f降液管面积，㎡k筛板的稳定系数A T塔截面积，㎡L塔内下降液体流量，kmol/hC计算时u max的负荷因数l W溢流堰高度,mC O流量系数L S下降液体流率，m3/sD塔径，m N理论板数d0筛孔直径，mm N P实际塔板数E液流收缩系数N T理论塔板数E T全塔效率n筛孔数e v雾沫夹带量，kg液/kg气P操作压强，p a或kp aF进料流量,kmol/h△P压强降，p a或kp aF a气相动能因数q进料热状态承参数H板间距，mm R回流比h c与干板压降相当液柱高度，m S直接蒸汽量，kmol/hh1进口堰与降液管的水平距离，m t筛孔中心距，mmh l与气流穿过液层的压降相当液柱高度m u空塔气速，m/sh f板上鼓泡层高度，m u0筛孔气速,m/sh L板上液曾高度，m u′0降液管底隙处液体流速,m/sh d,与液体流经降液管压降相当液柱高度，mD F进料管直径,m D l回流管直径,mD W釜液出口管直径,m D T塔顶蒸汽管直径,m下标：h p与单板压降相当液层高度，m A易挥发组分B难挥发组分h ow堰上液层高度，m D馏出液h w溢流堰长度，m L液相W釜残液流量，kmol/h h小时W C无效区块度，m i组分序号W d弓形降液管高度，m m平均w s安定区宽度，m F原料液X液相中易挥发组分摩尔分率min最小Y气相中易挥发组分摩尔分率max最大Z塔的有效高度，m n塔板序号v s塔内上升蒸汽流量，m3/s希腊字母：α相对挥发度，无因次β干筛孔流量系数的修正系数，无因次σ液体表面张力，mN/mδ筛板厚度，mmμ粘度，mP a.sψ液体密度校正系数φ开孔率t时间,sρL液相密度,kg/m3ρV液相密度,kg/m3（二）精馏塔的物料衡算1．原料及塔顶产品的摩尔分率苯的摩尔质量为：78.11kg/kmol甲苯的摩尔质量为：92.13kg/kmolx f=(0.35/78.11)/(0.35/78.11+0.65/92.13)=0.388x d=(0.96/78.11)/(0.96/78.11+0.04/92.13)=0.966x w=(0.01/78.11)/(0.01/78.11+0.99/92.13)=0.0122.原料液及塔顶产品的平均摩尔质量M f=0.388×78.11+92.13×(1-0.412)=86.69kg/kmolM d=0.966×78.11+92.13×(1-0.966)=78.59kg/kmolMw=0.012×78.11+92.13×(1-0.012)=91.96kg/kmol则可知：原料的处理量：F=50000/86.69=57.67kmol/h由总物料衡算：F=D+W以及:x f ×F=x d ×D+W ×x w 容易得出：D=22.73kmol/hW=34.94kmol/h(三)塔板数的确定1.理论板数T N 的求取(1)相对挥发度的求取苯的沸点为80.1℃，甲苯额沸点为110.63℃1当温度为80.1℃时006.279.2201.80033.12110355.6lg =+-=A P591.1482.2191.808.134407954.6lg =+-=B P 解得KPa P A 34.101= ，KPaP B 96.38= 2当温度为110.63℃时376.279.22063.110033.12110355.6lg =+-=A P006.2482.21963.1108.134407954.6lg =+-=B P 解得KPa P A 95.237= ，KPaP B 34.101=则有600.296.3831.1011==α348.234.10195.2372==α47.2348.2600.221=⨯==ααα(2)最小回流比的求取由于是饱和液体进料，有q=1，q 线为一垂直线，故388.0==F q x x ，根据相平衡方程有610.0388.0)147.2(1388.047.2)1(1=⨯-+⨯=-+=q q q x x y αα最小回流比为60.1388.0610.0610.0966.0min =--=--=q q qD x y y x R 回流比为最小回流比的1.5倍，即4.260.15.15.1min =⨯==R R (3)精馏塔的气、液相负荷hKmol RD L /55.5473.224.2=⨯==h Kmol D R V /28.7773.22)60.21()1(=⨯+=+=h Kmol qF L L /22.11267.5755.54'=+=+=hKmol V V /28.77'==(4)操作线方程精馏段操作线方程284.0706.0160.2966.0160.260.2111+=+++=+++=+x x R x x R R y n D n n 提馏段操作线方程005.0452.11-=-+--++=+m w m m x WqF L Wx x W qF L qF L y 两操作线交点横坐标为388.0160.2388.0)160.2()1()1(=+⨯+=+-++=q R x q x R x D F F 理论板计算过程如下：气液平衡方程x x x a ax y 47.1147.2)1(1+=-+=变形有yyx 47.147.2-=由y 求的x,再将x 带入平衡方程，以此类推WF D x x y x y x y x y x y x y x y x x y x y x y x y x y x y x y x x y <=−−→−==−−→−==−−→−==−−→−==−−→−==−−→−==−−→−==<=−−→−==−−→−==−−→−==−−→−==−−→−==−−→−==−−→−==−−→−==006.0013.00123.0030.0017.0041.0032.0075.0055.0126.0090.0197.0139.0480.0388.0334.0554.0385.0607.0458.0676.0556.0739.0645.0818.0756.0884.0851.0934.0920.0966.0151514141313121211111010998877665544332211相平衡相平衡相平衡相平衡相平衡相平衡相平衡相平衡相平衡相平衡相平衡相平衡相平衡相平衡相平衡总理论板数为15（包括蒸馏釜），精馏段理论板数为7，第8块板为进料板。