课程设计说明书武汉工程大学化工与制药学院课程设计说明书课题名称苯-甲苯溶液连续精馏塔设计专业班级过程装备与控制工程01班学生学号学生学生成绩指导教师课题工作时间11过控1班化工原理课程设计任务书一、课程设计题目苯-甲苯溶液连续精馏塔设计二、课程设计的容1．设计方案的确定2．带控制点的工艺流程图的确定3．操作条件的选择（包括操作压强、进料状态、回流比等）4．塔的工艺计算（1）全塔物料衡算（2）最佳回流比的确定（3）理论板及实际板的确定（4）塔径的计算（5）降液管及溢流堰尺寸的确定（6）浮阀数及排列方式（筛板孔径及排列方式）的确定（7）塔板流动性能的校核（8）塔板负荷性能图的绘制（9）塔板设计结果汇总表5．辅助设备工艺计算（1）换热器的面积计算及选型（2）各种接管管径的计算及选型（3）泵的扬程计算及选型6．塔设备的结构设计：（包括塔盘、裙座、进出口料管）三、课程设计的要求1、撰写课程设计说明书一份2、工艺流程图一3、设备总装图一四、课程设计所需的主要技术参数原料：苯-甲苯溶液原料温度： 30℃处理量： 9万吨/年原料组成（苯的质量分数）：40%产品要求：塔顶产品中苯的质量分数：94%塔顶产品中苯的回收率：99%生产时间： 300天（7200 h）冷却水进口温度：30℃加热介质： 0.6Mpa（表压）饱和水蒸汽五、课程设计的进度安排1、查找资料，初步确定设计方案及设计容，1-2天2、根据设计要求进行设计，确定设计说明书初稿，2-3天3、撰写设计说明书，总装图，答辩，4-5天六、课程设计考核方式与评分方法指导教师根据学生的平时表现、设计说明书、绘图质量及答辩情况评定成绩，采用百分制。
其中：平时表现 20%设计说明书 40%绘图质量 20%答辩 20%指导教师：吕仁亮学科部负责人：杜治平2014年 9月 1 日摘要本次设计是针对苯-甲苯的精馏问题进行分析、选取、计算、核算、绘图等，是较完整的精馏设计过程。
我们对此塔进行了工艺设计，包括它的进出口管路的计算，画出了塔板负荷性能图，并对设计结果进行了汇总。
此设计的精馏装置包括精馏塔，再沸器，冷凝器等设备，热量自塔釜输入，物料在塔经多次部分气化与部分冷凝进行精馏分离，由塔顶产品冷凝器中的冷却介质将余热带走。
本文是精馏塔及其进料预热的设计，分离摩尔分数为0.42的苯—甲苯溶液，使塔顶产品苯的摩尔含量达到98%，塔底釜液摩尔分数为3.5%。
综合工艺操作方便、经济及安全等多方面考虑，本设计采用了筛板塔对苯-甲苯进行分离提纯，塔板为碳钢材料，按照逐板计算求得理论板数为14。
根据经验式算得全塔效率为53.72%。
塔顶使用全凝器，部分回流。
精馏段实际板数为14，提馏段实际板数为14。
实际加料位置在第15块板。
精馏段弹性操作为3.02,提馏段操作弹性为3.12。
全塔塔径为1.4m。
通过板压降、漏液、液泛、液沫夹带的流体力学验算，均在安全操作围。
确定了操作点符合操作要求。
关键词：苯-甲苯、精馏、热量衡算、精馏塔设计、全塔效率、操作弹性目录摘要第一章绪论 (6)1.1精馏流程设计方案的确定 (8)1.2设计思路 (8)1.2.1精馏方式的选定 (8)1.2.2加热方式 (9)1.2.3操作压力的选取 (9)1.2.4回流比的选择 (9)1.2.5塔顶冷凝器的冷凝方式与冷却介质的选择 (9)1.2.6板式塔的选择 (9)第二章精馏塔工艺设计计算 (10)2.1物料衡算........................................ 错误!未定义书签。
2.1.1塔的物料衡算.................................. 错误!未定义书签。
2.2物系常数的求解 (11)2.2.1温度的求解 (11)2.2.2气相组成的求解 (12)2.2.3平均分子式量的求解 (12)2.2.4物系中苯的质量分数的求解 (12)2.2.5物系密度的求解 (12)2.2.6物系表面力的求解 (13)2.2.7相对挥发度的求解 (14)2.3板数的确定 (15)2.3.1最小回流比及操作回流比的求解 (15)2.3.2理论板数的求解 (16)2.3.3物系黏度的求解 (17)2.3.4实际板数的求解 (18)2.4.塔气液相负荷的求解 (18)2.4.1气相密度的求解 (18)2.4.2塔气液负荷的求解 (19)第三章热量衡算 (20)3.1物系热量常数的求解 (20)3.1.1物系汽化潜热的求解 (20)3.1.2物系热容的求解 (21)3.2热量衡算 (21)3.2.1原料预热温度的求解 (21)3.2.2热量的求解 (22)第四章精馏塔的初步设计 (23)4.1塔径的计算与选择的求解 (23)4.2溢流装置 (24)4.3塔板布置 (25)第五章筛板流体力学验算 (26)5.1塔板压降 (26)5.2.液面落差 (27)5.3.雾沫夹带 (27)5.4.漏液 (27)5.5.漏液 (28)第六章塔板负荷性能图 (28)6.1.漏液线 (28)6.2.液沫夹带线 (30)6.3.液相负荷下限 (31)6.4.液相负荷上限线 (31)6.5.液泛线 (31)6.6.负荷性能图及操作弹性 (32)第七章塔总高度的计算 (34)7.1.塔顶封头 (34)7.2.塔顶空间 (34)7.3.塔底空间 (34)7.4.人孔 (34)7.5.进料板间距 (34)7.6.群座 (34)7.7.全塔总高 (34)第八章塔的接管 (35)8.1.进料管的计算与选择 (35)8.2.回流管的计算与选择 (35)8.3.塔底液相出塔管的计算与选择 (35)8.4. 塔顶蒸汽出料管的计算与选择 (35)8.5.塔底蒸汽出料管的计算与选择 (36)计算结果汇总 (37)符号说明 (38)结束语 (40)参考文献 (40)第一章绪论筛板精馏塔是炼油、化工、石油化工等生产中广泛应用的气液传质设备。
它的出现仅迟于泡罩塔20年左右，当初它长期被认为操作不易稳定，在本世纪50年代以前，它的使用远不如泡罩塔普遍。
其后因急于寻找一种简单而价廉的塔型，对其性能的研究不断深入，已能作出比较有把握的设计，使得筛板塔又成为应用最广的一种类型。
1.1精馏流程设计方案的确定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。
设计中采用气液混合物进料，将原料液通过预热器加热至温度后送入精馏塔。
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，其余部分作为塔顶产品冷却后送至储罐。
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1.45倍。
塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。
流程参见附图。
1.2设计思路在本次设计中，我们进行的是苯和甲苯二元物系的精馏分离，简单蒸馏和平衡蒸馏只能达到组分的部分增浓，如何利用两组分的挥发度的差异实现高纯度分离，是精馏塔的基本原理。
实际上，蒸馏装置包括精馏塔、原料预热器、蒸馏釜、冷凝器、釜液冷却器和产品冷却器等设备。
蒸馏过程按操作方式不同，分为连续蒸馏和间歇蒸馏，我们这次所用的就是筛板式连续精馏塔。
蒸馏是物料在塔的多次部分汽化与多次部分冷凝所实现分离的。
热量自塔釜输入，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，有时后可以考虑将余热再利用，在此就不叙述。
要保持塔的稳定性，流程中除用泵直接送入塔原料外也可以采用高位槽。
回流比是精馏操作的重要工艺条件。
选择的原则是使设备和操作费用之和最低。
在设计时要根据实际需要选定回流比。
1.2.1精馏方式的选定本设计采用连续精馏操作方式，其特点是：连续精馏过程是一个连续定态过程，能小于间歇精馏过程，易得纯度高的产品。
1.2.2加热方式本设计采用间接蒸汽加热，加热设备为再沸器。
本设计不易利用直接蒸汽加热，因为直接蒸汽的加入，对釜溶液起一定稀释作用，在进料条件和产品纯度，轻组分收率一定前提下，釜液浓度相应降低，故需在提馏段增加塔板以达到生产要求，从而又增加了生产的费用，但也增加了间接加热设备。
1.2.3操作压力的选取本设计采用常压操作，一般，除了热敏性物料以外，凡通过常压蒸馏不难实现分离要求，循环水将馏出物冷凝下来的系统都应采用常压蒸馏。
在化工设计中有很多加料状态，这次设计中采用气液混合物进料q=0.96。
1.2.4回流比的选择对于一般体系最小回流比的确定可按常规方法处理，但对于某些特殊体系，如乙醇水体系则要特殊处理，该体系最小回流比R min的求取应通过精馏段操作线与平衡线相切得到。
而适宜回流比R的确定，应体现最佳回流比选定原则即装置设备费与操作费之和最低,一般经验值为R=(1.1-2.0)Rmin.1.2.5塔顶冷凝器的冷凝方式与冷却介质的选择塔顶选用全凝器，塔顶冷却介质采用自来水，方便、实惠、经济。
1.2.6板式塔的选择板式塔工艺尺寸设计计算的主要容包括：板间距、塔径、塔板型式、溢流装置、塔板布置、流体力学性能校核、负荷性能图以及塔高等。
其设计计算方法可查阅有关资料。
塔板设计的任务是:以流经塔气液的物流量、操作条件和系统物性为依据，确定具有良好性能（压降小、弹性大、效率高）的塔板结构与尺寸。
塔板设计的基本思路是：以通过某一块板的气液处理量和板上气液组成，温度、压力等条件为依据，首先参考设计手册上推荐数据初步确定有关的独立变量，然后进行流体力学计算，校核其是否符合所规定的围，如不符合要求就必须修改结构参数，重复上述设计步骤直到满意为止。
最后给制出负荷性能图，以确定适宜操作区和操作弹性。
塔高的确定还与塔顶空间、塔底空间、进料段高度以及开人孔数目的取值有关，可查资料。
第二章 精馏塔工艺设计计算2.1 精馏塔全塔物料衡算F ：进料量（kmol/s ） F x ：原料组成（摩尔分数，下同） D ：塔顶产品流量（kmol/s ） D x ：塔顶组成 W ：塔底残液流量（kmol/s ） W x ：塔底组成苯的摩尔质量：A M =78.11/kg kmol甲苯的摩尔质量：B M =92.13/kg kmol2.1.1原料液、塔顶及产品的摩尔分数 9478.110.9652194478.1192.13D A D DD A Bw M x w w M M ===-++ 4078.110.44021406078.1192.13F A F F F ABw M x w w M M ===-++ 2.1.2原料液、塔顶产品的平均摩尔质量(1-) =78.598kg/kmol D D A D B M x M x M =+ (1-) =85.958kg/kmol F F A F B M x M x M =+2.1.3物料衡算进料处理量7910145.42/720085.958F kmol h ⨯==⨯ 2.1.4物料衡算总物料衡算(间接蒸汽加热）：F W D =+轻组分(苯）衡算：99%F W D D FFx Wx Dx DxFx η=+==求解得到：D=65.61kmol/hW=79.81kmol/h0.009FDW Fx Dx x W-== ()192.00/W W A W B M x M x M kg kmol =+-=2.2物系常数的求解2.2.1温度的求解表2-1苯—甲苯平衡数据[1]（p =101.325kPa ）利用上表中的数据，用数值插值法确定,,F D W t t t 。