【开题报告】年产5万吨芳烃抽提车间苯、甲苯塔的工艺设计

课程设计说明书题目:院系：专业班级：学号：学生姓名：指导教师：安徽理工大学课程设计（论文）任务书材料科学与工程学院高分子材料与工程教研室学号学生姓名专业（班级）设计题目年处理55000吨苯—甲苯精馏塔的设计设计技术参数F : 55000吨/年FX：0.399DX：0.957WX：0.035操作条件：塔顶压强为常压；进料热状况：泡点进料；单板压降不大于0.7KPa年工作日320天，每天24小时连续工作设计要求主视图一张，进行局剖，局部放大。

工作量1号图纸一张说明书一份工作计划第1周查阅资料，确定相关参数、完成物料平衡计算第2周完成图纸设计、完成课程设计说明书参考资料[1] 化工原理第三版（上册）谭天恩编化学工业出版社 2010.6[2] 化工原理第三版（下册）谭天恩编化学工业出版社 2010.6[3] 化学化工物性数据手册有机卷青岛化工学院等编北京化学工业出版社2002.5[4] 化工原理课程设计天津大学出版社贾绍义柴诚敬 2002.8指导教师签字教研室主任签字年月日安徽理工大学课程设计（论文）成绩评定表学生姓名：学号：专业班级：课程设计题目：年处理55000吨苯—甲苯精馏塔的设计指导教师评语：成绩：指导教师：年月日目录摘要 (1)1 前言 (2)1.1课程设计的目的 (2)1.2课程设计题目描述和要求： (2)1.3课程设计内容简述： (3)1.3.1流程示意图 (3)1.3.2流程过程 (3)2具体计算过程 (5)2.1设计方案的确定.................................... 错误！未定义书签。

2.2精馏塔的物料衡算.................................. 错误！未定义书签。

2.2.1原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率............ 错误！未定义书签。

2.2.2原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量........ 错误！未定义书签。

题目：年产5万吨甲苯精制工段工艺设计专业年级：化学工程与工艺2班学生姓名：李春鹏指导教师：张楠职称：讲师摘要：苯和甲苯都是重要的有机化工原料，需要用精制来达到更高的纯度，以用来做为某些精细化学品的合成原料，苯与甲苯的分离一般采用精馏的方法进行。

本文对50000t/a的甲苯精制工段进行设计，其主要工作为精馏塔的设计，包括物料衡算，热量衡算，工艺尺寸的设计，同时对具体操作参数及结构参数进行计算，获得泡点温度、理论塔板数、实际塔板数以及最小回流比等信息。

该设计最后得到精馏塔塔径2.2m，塔高为19.2m，共29块塔板，塔板板间距为0.4m。

其次文章对附属设备进行了计算与选型，确定了合适的塔顶冷凝器和塔底再沸器，最后综合生产质量及安全要求确定了工艺的控制体系。

关键词：精馏；甲苯；工艺流程设计；控制设置一、本课题研究的目的和意义目的：经过精制工段的处理，甲苯和苯的纯度可以更上一个等级，这为其它采用甲苯和苯为原料的生产提供了纯度更高的原料，为产品的质量提供了保证，本设计同时可为后续的生产化提供一定的理论依据。

意义：工程设计是工程师工作实践中最富创造性的内容，设计能力不同于理论分析能力，表达能力和动手能力，它需要将理论、经验与实践揉和进行分析，能够考察设计者的综合素质水平。

在本设计的完成过程中，学生的工程设计能力可以得到很大的提高。

二、设计方法（设计思想或、设计方案论证、研究方法等）设计采用精馏法来对苯与甲苯混合物进行分离。

进入精馏塔的原料通过层层塔板的分离作用，在塔顶可以得到质量组成为99%的苯和塔底得到质量组成99%的甲苯，塔顶的苯经过冷凝器的冷凝，送入储罐，塔底的甲苯则送入另一储罐，以用于后续生产。

由要求的年产量，依据物料衡算、热量衡算、相关参数的经验估算或实验资料，经由计算分析确定各个设备的技术参数与类型，最终确定出能够完成要求产量的工艺流程，同时以质量与安全作为控制标准，制定出维持生产正常高效进行的控制体系。

开题报告化学工程与工艺年产5万吨芳烃抽提车间二甲苯塔的工艺设计一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义芳烃指结构上含有苯环的烃。

作为基本有机原料应用最多的是苯、甲苯，二甲苯，乙苯、对二乙苯等。

芳烃的来源有：炼油厂重整装置；乙烯生产厂的裂解汽油；煤炼焦时副产。

在最早的时期，获得这些芳烃的主要是靠煤炼焦技术，但随着时代的进步，技术上的改进和需求的大量化，还有处于对环境因素的考虑，目前通过煤炼焦获得的芳烃已不占重要地位。

不同来源获得的芳烃其组成不同，因此获得的芳烃数量也不相同。

芳烃（主要是苯，甲苯，二甲苯）是重要的有机化工原料，其产量和规模仅次于乙烯和丙烯。

随着石油化工业和纺织工业的不断发展，世界上对芳烃产品的需求不断上升，尤其是苯和对二甲苯的需求增长为最快。

他们的衍生物广泛的运用于生产化纤，塑料和橡胶等重要的有机化工产品和精细化工产品。

就拿本课题着重的二甲苯来说，二甲苯有三种异构体：邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯。

对二甲苯需求量最大，邻二甲苯居中，间二甲苯最小；供应量却是间二甲苯最大，邻二甲苯和对二甲苯相近。

为满足要求（主要是生产涤纶），首先把对二甲苯分离出来（采用吸附法和低温结晶法），通过异构化反应，把间二甲苯转化成对二甲苯。

此外把资源较多的甲苯（由7个碳原子组成）和应用较少的碳九芳烃（由9个碳原子组成）进行反应，可制成碳八芳烃（二甲苯的混合物）。

需求量最大的对二甲苯主要用于生产合成对苯二甲酸或是对苯二甲酸二甲酯。

而对苯二甲酸和乙二醇反应得到的聚酯性能优异，广泛的应用于纤维，胶片和树脂的制造业中，是一种十分重要的合成纤维和塑料的原料。

[2]因此从某种角度来说，对二甲苯的需求量大不是凭空而来，它是合成有机材料的原料之重，因此二甲苯的抽提很有价值研究意义。

近年来, 我国聚酯工业呈现高速发展势头, 聚酯产能已占世界的1 /3以上, 成为世界聚酯及其原料市场最有影响力的国家。

受世界聚酯业发展的带动, 我国对二甲苯消费量快速上升, 但由于产能增长滞后, 供应缺口逐年加大。

化工原理课程设计（二）任务书1.设计题目：年产5.4吨苯-甲苯连续精馏筛板塔的设计设计目的：通过对连续精馏筛板塔的设计，达到让学生了解该精馏塔的结构特点，并能根据工艺要求选择适当的类型，同时还能根据精馏的基本原理，选择合理流程和参数，确定精馏塔的基本尺寸，计算理论塔板数以及性能负荷图。

2. 设计任务：1）物料处理量：（4.0 + 0.1×y)万吨／年y 学号后2位2）进料组成：35％苯，苯-甲苯常温混合溶液（质量分率，下同）分离要求：塔顶产品组成苯≥96％塔底产品组成苯≤43）操作条件塔顶操作压力：101.3 kPa回流比：R=2Rmin单板压降：0.7 kPa泡点进料4）工时：300天/年24小时运行3.设计方法和步骤1)设计方案简介根据设计任务书所提供的条件和要求，通过对现有资料的分析对比，选定适宜的流程方案和设备类型，初步确定工艺流程。

对选定的工艺流程，主要设备的形式进行简要的论述。

2)主要设备工艺尺寸设计计算（1）收集基础数据（2）工艺流程的选择（3）做全塔的物料衡算（4）确定操作条件（5）确定回流比（6）理论板数与实际板数（7）塔径计算及板间距确定（8）堰及降液管的设计（9）塔板布置及筛板塔的主要结构参数（10）塔板的负荷性能图（12）塔盘结构（13）塔高3) 设计结果汇总4、设计评述参考文献图纸要求：用A2图纸绘制精馏塔工艺流程图和精馏塔工艺条件图各一张。

成绩依据：设计说明书（参考工作态度）目录化工原理课程设计任书………………………………………………一、序言1、关于精馏概述………………………………………………………2、设计方案的选定及流程说明………………………………………3、基础数据的收集……………………………………………………二、设计计算（一）精馏塔的物料衡算1、原料液及塔顶、塔釜产品的摩尔分率………………………………2、原料液及塔顶、塔釜产品的摩尔质量………………………………3、物料衡算………………………………………………………………（二）塔板数N的计算1、由苯-甲苯气液平衡数据t-x-y和x-y相图……………………………2、求最小回流比R min及实际操作回流比R…………………………………3、精馏塔的气液两相负荷（摩尔流率）………………………………4、精馏段、提馏段的操作线方程………………………………………5、逐板法或图解法求N T…………………………………………………6、实际塔板数的确定……………………………………………………（三）主体设备工艺尺寸的计算1、有关操作条件及物性数据的计算（1）操作压力计算………………………………………………………（2）操作温度计算………………………………………………………（7）精馏塔的气液两相负荷（体积流率）的计算……………………（3）平均摩尔质量的计算………………………………………………（4）平均密度的计算……………………………………………………（5）液相平均表面张力的计算…………………………………………（6）液相平均粘度的计算………………………………………………2、精馏塔塔体工艺尺寸的计算…………………………………………（1）塔径的计算…………………………………………………………（2）溢流装置的计算……………………………………………………（3）塔板布置……………………………………………………………（4）塔高的计算…………………………………………………………（四）塔板性能负荷图1、漏液线………………………………………………………………2、液沫夹带线…………………………………………………………3、液量下限线…………………………………………………………4、液量上限线…………………………………………………………5、溢流液泛线………………………………………………………………三、个人评述……………………………………………………………参考文献………………………………………………………………一、序言1、关于精馏概述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，精馏过程在能量剂驱动下，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。

摘要目前用于气液分离的传质设备主要采用板式塔，对于二元混合物的分离，应采用连续精馏过程。

浮阀塔在操作弹性、塔板效率、压降、生产能力以及设备造价等方面都比较优越。

其主要特点是在塔板的开孔上装有可浮动的浮阀，气流从浮阀周边以稳定的速度水平进入塔板上液层进行两相接触，浮阀可根据气体流量的大小上下浮动，自行调节。

其中精馏塔的工艺设计计算包括塔高、塔径、塔板各部分尺寸的设计计算，塔板的布置，塔板流体力学性能的校核及绘出塔板的性能负荷图。

关键词：气液传质分离；精馏；浮阀塔IAbstractCurrently，the main transferring equipment that used for gas-liquid separation is tray column. For the separation of binary, we should use a continuous process.The advantages of the float value tower lie in the flexibility of operation, efficiency of the operation, pressure drop, producing capacity, and equipment costs. Its main feature is that there is a floating valve on the hole of the plate, then the air can come into the tray plate at a steady rate and make contract with the level of liquid, so that the flow valve can fluctuate and control itself according to the size of the air.The calculations of the distillation designing include the calculation of the tower height, the tower diameter, the size of various parts of the tray and the arrangement of the tray, and the check of the hydrodynamics performance of the tray.And then draw the dray load map.Key words：gas-liquid mass transfer；rectification；valve towerII目录摘要 (I)Abstract ......................................................................................................................... I I 第1章前言 .. (1)1.1苯、甲苯在工业中的用途. (1)1.2精馏原理及其在工业生产中的应用 (1)1.3精馏操作的特点及其对塔设备的要求 (3)1.4常用板式塔的类型及本设计的选型 (3)1.5本设计所选塔的特型 (3)第2章流程的确定和说明 (4)2.1设计思路 (4)2.2设计流程 (4)第3章精馏塔的工艺计算 (6)3.1物料衡算 (6)3.1.1原料液及塔顶，塔底产品的摩尔分率 (6)3.1.2 原料液和塔顶及塔底产品的平均摩尔质量 (6)3.1.3 物料衡算 (6)3.2塔板数的确定 (7)3.2.1理论塔板层数N T的求取 (7)3.2.2绘t-x-y图和x-y图 (7)3.2.3最小回流比及操作回流比的确定 (8)3.2.4精馏塔气、液相负荷的确定 (8)3.2.5求操作线方程 (8)3.2.6求理论板层数 (9)3.2.7实际塔板数的求取 (9)3.3精馏塔的工艺条件及有关物性的计算 (9)3.3.1操作压力计算 (9)3.3.2操作温度计算 (9)3.3.3平均摩尔质量计算 (10)3.4平均密度计算 (10)III3.4.1气相平均密度计算 (10)3.4.2液相平均密度计算 (10)3.5液体平均表面张力计算 (11)3.6液体平均黏度计算 (12)3.7全塔效率计算 (12)3.7.1全塔液相平均粘度计算 (12)3.7.2全塔平均相对挥发度计算 (13)3.7.3全塔效率的计算 (13)3.8精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (14)3.8.1塔径的计算 (14)3.9精馏塔有效高度的计算 (15)3.10塔板主要工艺尺寸的计算 (16)3.10.1溢流装置计算 (16)3.10.2堰长l W (16)3.10.3溢流堰高度h W (16)3.10.4弓形降液管宽度W d和截面积A f (16)3.10.5降液管底隙高度h0 (17)3.11塔板布置 (17)3.11.1塔板分布 (17)3.11.2边缘区宽度确定 (17)3.11.3开孔区面积计算 (17)3.11.4筛孔计算及其排列 (18)3.12筛板的流体力学验算 (18)3.12.1干板压降hd计算 (18)3.12.2气体通过液层的阻力h L计算 (19)3.12.3液体表面张力的阻力hσ计算 (19)3.12.4液面落差 (19)3.13液沫夹带 (20)3.14漏液 (21)3.15液泛 (21)3.16塔板负荷性能图 (22)3.16.1漏液线 (22)IV3.16.2液沫夹带线 (23)3.16.3液相负荷下限线 (23)3.16.4液相负荷上限线 (24)3.16.5液泛线 (24)3.17塔板主要结构参数表 (26)第4章结论 (28)主要符号说明 (29)参考文献 (32)致谢 (33)V第1章前言1.1苯、甲苯在工业中的用途.我国纯苯消费结构如下：2 7．2 5％用于合成苯乙烯，聚酰胺树脂(环己烷) 约占12．6 5％，苯酚约占11．3 7％，氯化苯约占l0．98％，硝基苯约占9．8％，烷基苯约占7．8 4％，农用化学品约占5．56％，顺酐约占4．7l％，其它医药、轻工及橡胶制品业等约占9．84％。

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通过对苯-甲苯体系精馏塔的物料衡算、塔板数的确定、精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算、绘图等过程，设计出较理想的精馏塔。

精馏塔理论塔板数为12块，全塔效率53.9%。

理论精馏段塔板4块，理论提馏段8块，第5块为加料板。

通过浮阀塔板的流体力学的计算，做出精馏段塔板负荷性能图，得到较理想的操作弹性为3.51。

最终设计出合理的塔径为1.2m,塔高为21.5m的精馏塔,开孔率为13.8%。

关键词：苯-甲苯体系；浮阀板；精馏塔AbstractThe design task is to design an ideal year deal with benzene - toluene mixture of 50,000 tons of float valve distillation column, the inlet toluene - benzene mixture mass fraction of 40%, the overhead distillate the mass fraction of 94%, kettle bottoms liquid mass fraction of 3%. Through the benzene - toluene system to determine material balance distillation column, plate number calculated distillation column process conditions and related physical data, graphics and other processes to design an ideal distillation column. Distillation column theoretical plate number of 12, 53.9% of the whole tower efficiency. 4 theoretical plate rectifying section, stripping section 8 theory, the fifth block of the charging plate. By hydrodynamic calculations valve trays, make rectifying section tray load performance chart, get an ideal operating flexibility to 3.51. The final design is a reasonable tower diameter 1.2m, 21.5m high tower of the distillation column，opening rate of 13.8%.Key words: benzene-toluene system;float valve plate;rectifying tower目录摘要 (I)Abstract (II)第一章设计方案的选择 (1)1.1 操作条件的确定 (2)1.1.1 操作压力 (2)1.1.2 进料状态 (2)1.1.3 加热方式 (2)1.2确定设计方案的原则 (2)1.2.1 满足工艺和操作的要求 (3)1.2.2 满足经济上的要求 (3)1.2.3 保证安全生产 (3)第二章物料衡算与塔板计算 (5)2.1精馏塔的物料衡算 (5)2.1.1原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 (5)2.1.2 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 (5)2.1.3全塔总物料衡算 (5)2.2塔板数及最小回流比的确定 (6)2.2.1理论板数与最小回流比 (6)2.2.2实际板层数的求取 (12)第三章精馏塔有关物性数据的计算 (15)3.1操作压力计算 (15)3.2平均摩尔质量计算 (15)3.3平均密度计算 (16)3.3.1气相平均密度计算 (16)3.3.2液相平均密度计算 (17)3.4液体平均表面张力计算 (18)3.5液体平均粘度计算 (18)第四章精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (20)4.1塔径的计算 (20)4.1.1精馏段与提馏段塔径计算 (20)4.1.2实际空塔气速 (22)4.2 塔板主要工艺尺寸的计算 (23)4.2.1精馏段溢流装置计算 (23)4.2.2 提馏段溢流装置计算： (25)4.3 塔板布置 (26)4.3.1 塔板的分块 (26)4.3.2 边缘区宽度 (27)4.3.3 开孔区面积计算 (27)4.3.4 浮阀的数目及其排列 (27)第五章浮阀塔板的流体力学验算 (30)5.1 气体通过浮阀塔板的压强降 (30)5.2 溢流液泛 (31)5.3 漏液点 (31)5.4 液沫夹带 (32)第六章塔板负荷性能图 (34)6.1漏液线 (34)6.2 雾沫夹带线 (34)6.3 液相负荷上限线 (34)6.4 液相负荷下限线 (34)6.5 溢流液泛线 (35)6.6 精馏段塔板负荷性能图 (35)第七章塔体结构 (37)H (37)7.1塔顶空间高度DH (37)7.2塔底空间高度BH (37)7.3进料空间高度F7.4裙座()m5~3 (37)7.5人孔 (37)7.6筒体的厚度 (38)7.7封头 (38)7.8板式塔有效高度和总高度 (38)7.8.1精馏塔有效高度计算 (38)7.8.2 板式塔总高度 (38)第八章设计结果总汇 (39)8.1 各主要流股物性汇总 (39)8.2 浮阀塔设计参数汇总 (39)第九章设计感悟 (41)参考文献 (42)附录 (42)第一章设计方案的选择塔设备是石油、化工生产中广泛使用的重要生产设备，在石油、化工、轻工等生产过程中，塔设备主要用于气、液两相直接接触进行传质传热的过程，如精馏、吸收、萃取、解吸等，这些过程大多是在塔设备中进行的。

目录板式精馏塔设计任务书 (3)设计题目： (3)二、设计任务及操作条件 (3)三、设计内容： (3)一．概述 (5)1.1 精馏塔简介 (5)1.2 苯-甲苯混合物简介 (5)1.3 设计依据 (5)1.4 技术来源 (6)1.5 设计任务和要求 (6)二．设计方案选择 (6)2.1 塔形的选择 (6)2.2 操作条件的选择 (6)2．2.1 操作压力 (6)2.2.2 进料状态 (6)2.2.3 加热方式的选择 (7)三．计算过程 (7)3.1 相关工艺的计算 (7)3.1.1 原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 (7)3.1.2 物料衡算 (8)3.1.3 最小回流比及操作回流比的确定 (8)3.1.4精馏塔的气、液相负荷和操作线方程 (9)3.1.5逐板法求理论塔板数 (10)3.1.6 全塔效率的估算 (11)3.1.7 实际板数的求取 (13)3.2 精馏塔的主题尺寸的计算 (13)3.2.1 精馏塔的物性计算 (13)3.2.2 塔径的计算 (15)3.2.3 精馏塔高度的计算 (17)3.3 塔板结构尺寸的计算 (18)3.3.1 溢流装置计算 (18)3.3.2塔板布置 (19)3.4 筛板的流体力学验算 (21)3.4.1 塔板压降 (21)3.4.2液面落差 (22)3.4.3液沫夹带 (22)3.4.4漏液 (22)3.4.5 液泛 (23)3.5 塔板负荷性能图 (23)3.5.1漏夜线 (23)3.5.2 液泛夹带线 (24)3.5.3 液相负荷下限线 (25)3.5.4 液相负荷上限线 (25)3.5.5 液泛线 (26)3.6 各接管尺寸的确定 (29)3.6.1 进料管 (29)3.6.2 釜残液出料管 (29)3.6.3 回流液管 (30)3.6.4塔顶上升蒸汽管 (30)四．符号说明 (30)五．总结和设计评述 (31)板式精馏塔设计任务书设计题目：苯―甲苯精馏分离板式塔设计二、设计任务及操作条件1、设计任务：生产能力（进料量） 5万吨／年操作周期 7200 小时／年进料组成 50％（质量分率，下同）塔顶产品组成 99％塔底产品组成 2%2、操作条件操作压力常压进料热状态泡点进料冷却水 20℃加热蒸汽 0.2MPa3、设备型式筛板塔4、厂址安徽省合肥市三、设计内容：1、概述2、设计方案的选择及流程说明3、塔板数的计算(板式塔)( 1 ) 物料衡算;( 2 ) 平衡数据和物料数据的计算或查阅;( 3 ) 回流比的选择;( 4 ) 理论板数和实际板数的计算;4、主要设备工艺尺寸设计( 1 ) 塔内气液负荷的计算;( 2 ) 塔径的计算;( 3 ) 塔板结构图设计和计算；( 4 )流体力学校核；( 5 )塔板负荷性能计算；( 6 )塔接管尺寸计算；( 7 )总塔高、总压降及接管尺寸的确定。

开题报告化学工程与工艺年产5万吨芳烃抽提车间二甲苯塔的工艺设计一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义芳烃指结构上含有苯环的烃。

作为基本有机原料应用最多的是苯、甲苯，二甲苯，乙苯、对二乙苯等。

芳烃的来源有：炼油厂重整装置；乙烯生产厂的裂解汽油；煤炼焦时副产。

在最早的时期，获得这些芳烃的主要是靠煤炼焦技术，但随着时代的进步，技术上的改进和需求的大量化，还有处于对环境因素的考虑，目前通过煤炼焦获得的芳烃已不占重要地位。

不同来源获得的芳烃其组成不同，因此获得的芳烃数量也不相同。

芳烃（主要是苯，甲苯，二甲苯）是重要的有机化工原料，其产量和规模仅次于乙烯和丙烯。

随着石油化工业和纺织工业的不断发展，世界上对芳烃产品的需求不断上升，尤其是苯和对二甲苯的需求增长为最快。

他们的衍生物广泛的运用于生产化纤，塑料和橡胶等重要的有机化工产品和精细化工产品。

就拿本课题着重的二甲苯来说，二甲苯有三种异构体：邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯。

对二甲苯需求量最大，邻二甲苯居中，间二甲苯最小；供应量却是间二甲苯最大，邻二甲苯和对二甲苯相近。

为满足要求（主要是生产涤纶），首先把对二甲苯分离出来（采用吸附法和低温结晶法），通过异构化反应，把间二甲苯转化成对二甲苯。

此外把资源较多的甲苯（由7个碳原子组成）和应用较少的碳九芳烃（由9个碳原子组成）进行反应，可制成碳八芳烃（二甲苯的混合物）。

需求量最大的对二甲苯主要用于生产合成对苯二甲酸或是对苯二甲酸二甲酯。

而对苯二甲酸和乙二醇反应得到的聚酯性能优异，广泛的应用于纤维，胶片和树脂的制造业中，是一种十分重要的合成纤维和塑料的原料。

[2]因此从某种角度来说，对二甲苯的需求量大不是凭空而来，它是合成有机材料的原料之重，因此二甲苯的抽提很有价值研究意义。

近年来, 我国聚酯工业呈现高速发展势头, 聚酯产能已占世界的1 /3以上, 成为世界聚酯及其原料市场最有影响力的国家。

受世界聚酯业发展的带动, 我国对二甲苯消费量快速上升, 但由于产能增长滞后, 供应缺口逐年加大。

目录一工艺流程图与基础数据的搜集 (3)二精馏塔的物料衡算 (5)1.原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数 (5)2.原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 (5)3.物料衡算原料处理量 (5)三塔板数的确定 (6)N的求取 (6)1.理论板层数T2.实际板层数的求取 (7)四精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (7)1.操作压力计算 (7)2.操作温度计算 (8)3.平均摩尔质量计算 (8)4.平均密度计算 (8)5.液相平均表面张力计算 (9)6.液相平均粘度计算 (10)五精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (10)1.精馏段塔径的计算 (10)2.提馏段塔径的计算 (11)3. 精馏塔有效高度计算 (12)六塔板主要工艺尺寸的计算 (12)㈠精馏段1.溢流装置计算 (12)2.塔板布置 (13)㈡提馏段1.溢流装置计算 (14)2.塔板布置 (14)七筛板的流体力学验算 (16)㈠精馏段1.塔板压降 (16)2.液面落差 (17)3.液沫夹带 (17)4.漏液 (17)5.液泛 (17)㈡提馏段1.塔板压降 (17)2.液面落差 (18)3.液沫夹带 (18)4.漏液 (19)5.液泛 (19)八塔板负荷性能图 (19)㈠精馏段1.漏液线 (19)2.液沫夹带线 (20)3.液相负荷下限线 (20)4.液相负荷上限线 (21)5.液泛线 (21)㈡提馏段1.漏液线 (22)2.液沫夹带线 (23)3.液相负荷下限线 (23)4.液相负荷上限线 (24)5.液泛线 (24)九热量衡算﹑换热器及管道选取 (26)1.塔顶冷凝器 (26)2塔釜再沸器 (28)3进料预热器 (30)4塔顶产品冷凝器 (31)5塔底产品冷凝器 (33)6离心泵的选择 (35)十设计一览表 (35)十一参考文献 (36)附图 (37)一工艺流程图与基础数据的搜集下图是板式塔的简略图项目 分子式 分子量M 沸点（℃） 临界温度t C（℃） 临界压强P C （kPa ） 苯A 甲苯B C 6H 6 C 6H 5—CH 3 78.11 92.13 80.1 110.6 288.5 318.57 6833.4 4107.7温度C 080.1 85 90 95 100 105 110.6 0A P ,kPa 0B P ，kPa101.33 40.0116.9 46.0155.7 63.3155.7 63.3179.2 74.3204.2 86.0240.0温度C 080.18590 95 100 105 110.6 液相中苯的摩尔分率 汽相中苯的摩尔分率 1.000 1.000 0.780 0.9000.581 0.7770.412 0.630 0.258 0.4560.130 0.2620 0 温度 80 90 100 110 120 苯，mN/m 甲苯，Mn/m21.2 21.720 20.618.8 19.517.5 18.416.2 17.3表6 液体粘度µ图1常压下苯——甲苯的气液平衡数据图二 精馏塔的物料衡算1.原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数 苯的摩尔质量 A M =78.11Kg/kmol 甲苯的摩尔质量 B M =92.14Kg/kmol F X =14.92/60.011.78/40.011.78/40.0+=0.440D X =14.92/03.011.78/97.011.78/97.0+=0.974W X =14.92/98.011.78/02.011.78/02.0+=0.024 2.原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量F M =0.440⨯78.11+(1-0.440)⨯92.14=85.97Kg/kmolD M =0.974⨯78.11+(1-0.974)⨯92.14=78.47Kg/kmol W M =0.024⨯78.11+(1-0.024)⨯92.14=91.80Kg/kmol 3.物料衡算产品产量 D =5.9787200/12000000=19.39Kmol/h总物料衡算 F=D+W苯物料衡算 F ⨯0.440=0.974⨯D+0.024⨯W联立解得 F=44.29Kmol/h ，W=24.90Kmol/h三 塔板数的确定 1.理论板层数T N 的求取苯-甲苯属理论物系，可采用图解法求理论板层数。

（强烈推荐）苯-甲苯分离过程浮阀板式精馏塔设计毕业论文化工原理课程设计院系：化学化工学院专业：化学工程与工艺班级：11级化工2班姓名：李钊指导教师：武芸2021年12月15日――2021年01月3日课程设计任务书一、设计题目苯-甲苯分离过程浮阀板精馏塔设计二、设计任务1.原料名称:苯-甲苯二元均相混合物；2.原料组成：含苯42%（质量百分比）；3.产品要求：塔顶产品中苯含量不低于97%，塔釜中苯含量小于 1.0%；4.生产能力：年产量5万吨年；5.设备形式：浮阀塔；6.生产时间：300天年，每天24h运行；7.进料状况：泡点进料；8.操作压力：常压；9.加热蒸汽压力：270kPa10.冷却水温度：进口20℃，出口45℃；三、设计内容1.设计方案的选定及流程说明2.精馏塔的物料衡算3.精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算（加热物料进出口温度、密度、粘度）4.塔板数的确定5.精馏塔塔体工艺尺寸的计算6.塔板主要工艺尺寸的计算7.塔板的流体力学验算8.塔板负荷性能图9.换热器设计 10.馏塔接管尺寸计算11.绘制生产工艺流程图（带控制点、机绘，A2图纸） 12.绘制板式精馏塔的总装置图（包括部分构件，A1图纸） 13.撰写课程设计说明书一份四、设计要求1.工艺设计说明书一份2.工艺流程图一张，主要设备总装配图一张（采用AutoCAD绘制）五、设计完成时间2021年12月16日～2021年01月01日目录概述 .............................................................. 6 第一章塔板的工艺设计 .............................................. 7 第一节精馏塔全塔物料衡算 ........................................ 7 第二节基本数据 .................................................. 8 第三节实际塔板数计算 ......................................... 15 第四节塔径的初步计算 ........................................... 16 第五节溢流装置 ................................................. 17 第六节塔板布置及浮阀数目与排列 ................................. 19 第二章塔板的流体力学计算 ......................................... 21 第一节气体通过浮阀塔的压降 ..................................... 21 第二节液泛 ..................................................... 21 第三节雾沫夹带 ................................................. 22 第四节塔的负荷性能图 ........................................... 23 第三章塔附件设计 ................................................. 28 第一节接管 ..................................................... 28 第二节筒体与封头 ............................................... 30 第三节塔的总体高度 ............................................. 31 第四章附属设备设计 ............................................... 33 第一节原料预热器 (33)第二节塔顶冷凝器 ............................................... 34 第三节再沸器 ................................................... 34 第四节泵的计算与选型 ........................................... 35 参考文献 (37)概述本设计任务为分离苯-甲苯混合物。

第一章绪论1.1精馏的特点与分类精馏是分离液体混合物的典型单元操作。

它是通过加热造成气液两相物系，利利用物系中各组分挥发度的不同的特性来实现分离的。

按精馏方式分为简单精馏、平衡精馏、精馏和特殊精馏。

1.1.1蒸馏分离具有以下特点（1）通过蒸馏分离，可以直接获得所需要的产品。

（2）适用范围广，可分离液态、气态或固态混合物。

（3）蒸馏过程适用于各种浓度混合物的分离。

（4）蒸馏操作耗能较大，节能是个值得重视的问题。

1.1.2平衡蒸馏将混合液在压力p1下加热，然后通过减压阀使压力降低至p2后进入分离器。

过热液体混合物在分离器中部分汽化，将平衡的气、液两相分别从分离器的顶部、底部引出，即实现了混合液的初步分离。

1.1.3简单蒸馏原料液在蒸馏釜中通过间接加热使之部分汽化，产生的蒸气进入冷凝器中冷凝，冷凝液作为馏出液产品排入接受器中。

在一批操作中，馏出液可分段收集，以得到不同组成的馏出液。

1.1.4连续精馏操作流程化工生产以连续精馏为主。

操作时，原料液连续地加入精馏塔内，连续地从再沸器取出部分液体作为塔底产品（称为釜残液）；部分液体被汽化，产生上升蒸气，依次通过各层塔板。

塔顶蒸气进入冷凝器被全部冷凝，将部分冷凝液用泵（或借重力作用）送回塔顶作为回流液体，其余部分作为塔顶产品（称为馏出液）采出。

1－精馏塔 2－全凝器3－储槽 4－冷却器5－回流液泵 6－再沸器 7－原料液预热器图1连续精馏装置示意图1.2精馏塔的踏板分类1.2.1塔板的结构形式1.泡罩塔板泡罩塔板是工业上应用最早的塔板，它由升气管与泡罩构成。

泡罩安装在升气管的顶部，分圆形和条形两种，以前者使用较广。

泡罩有φ80mm、φ100mm和φ150mm三种尺寸，可根据塔径大小选择。

泡罩下部周边开有很多齿缝，齿缝一般为三角形、矩形或梯形。

泡罩在塔板上为正三角形排列。

它的优点是操作弹性适中塔板不易堵塞。

缺点是生产能力与板效率较低结构复杂、造价高。

图2泡罩塔板（a)操作示意图 (b)塔板平面图 (c)圆形泡罩2.筛孔塔板筛孔塔板简称筛板，其结构特点是在塔板上开有许多均匀小孔，孔径一般为3～8mm。

年产5万吨苯-甲苯板式精馏塔工艺设计年产5万吨苯-甲苯板式精馏塔工艺设计一(设计任务书1.设计任务及操作条件(1)年处理含苯50%的苯-甲苯混合液(2)产品苯的含量不低于96%(3)残夜中苯的含量不高于3%(4)操作条件:精馏塔的塔顶压力 4kPa(表压)进料状态泡点进料回流比算完最小回流比后，老师定加热蒸汽压力 101.33kPa(表压)单板压降 700Pa全塔效率 52% (5)设备型式浮阀塔(F1型)(6)厂址天津地区(7)设备工作日 300天，24h连续运行(8)水温 17?(9)天津大气压 101kPa 2.设计方案的确定本设计任务为分离苯和甲苯混合物。

对于二元混合物的分离，应采用常压下的连续精馏装置。

本设计采用泡点进料，将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入储罐。

操作回流比取最小回流比的1.1‐2.01倍。

塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。

二(物料衡算1.原料液及塔顶、塔釜的产品的摩尔分数苯的摩尔分数 M=78kg/kmol A甲苯的摩尔分数 M=92kg/kmol B0.5/78x,,0.5412F0.5/78，0.5/920.96/78x,,0.9661D 0.96/78，0.04/920.03/78x,,0.0352W0.03/78，0.97/922.原料液产品的平均摩尔质量kg /mol M,0.5412，78，(1,0.5412)，92,84.4F塔顶产品的平均摩尔质量MD,0.9661，78，(1,0.9661)，92,78.5kg /mol 塔釜产品的平均摩尔质量MW,0.0352，78，(1,0.0352)，92,91.5kg /mol435，10，104F,5，10t/a,,82.28kmol/h进料量: 300，24，84.4由公式 F=D+W (1)xF,xD，xW (2) FDW联立(1)(2)得D=44.72kmol/hW=37.56kmol/h苯-甲苯溶液气液平衡数据(101.325KPa)2温度/? 液相中苯(摩尔分气相中苯(摩尔分数)/% 数)/% 110.4 0.0 0.0 108.0 6.0 13.8 106.0 10.8 23.2 104.0 15.8 31.9 102.0 21.0 39.9 100.0 26.4 47.3 98.0 32.2 54.3 96.0 38.3 60.8 94.0 44.6 66.8 92.0 51.3 72.5 90.0 58.4 77.8 88.0 66.0 82.9 86.0 73.8 87.6 84.0 82.4 92.1 82.0 91.5 96.4 81.0 96.3 98.5 80.2 100.0 100.03苯-甲苯气液图1.00.90.80.70.60.5Y0.40.30.20.10.00.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0X由图可知:当X=0.9685时y=0.9872 DD当X=0.5424时y=0.7469 FF当X=0.0367时y=0.0844 WW由于是泡点进料，所以q=1，得X=XF x,yDq R,min y,xqq所以计算的R1.0836 min=由于回流比R=1.5R=1.5×1.0836=1.6254 min 三、塔板数的确定1.求精馏塔的气、液相负荷L,RD,1.6254，44.24,71.9177kmol/h4V,L，D,71.9177，44.24,116.1577kmol/h 'L,L，qF,71.9177，82.28,154.1877kmol/h 'V,V,(1,q)F,116.1577kmol/h 2.操作线方程R1精馏段操作线方程: y,x，xDR，1R，1y,0.6191x，0.3689即:'LW提馏段操作线方程: y,x,xw''VVy,1.3274x,0.012即: 3、图解法求理论板层数理论板层数理论板层数局部放大5理论板层数局部放大采用直角阶梯法求理论板层数，如图所示，在塔底或恒沸点附近作图时要将图局部放大，求解结果为:理论板层数 13(不包括再沸器) 进料板位置 7N精馏段的板层数 =6 精N提馏段的板层数 =7(包括进料板) 提E,52%4.实际板层数的求取设,则 T实际板层数 N=N/0.52=13/0.52?25 PT四、塔径的计算1.精馏段塔顶温度、进料温度、平均温度6**根据P=P+P P=PX+PX ABAABB*安托尼方程lgP=A-B/(C+t) 已知甲苯 A6.079 B1344.8 C219.428苯 A6.030 B1211.0 C220.790塔顶压强:P=4kPa+101kPa=105kPa DX=X=0.9685 X=1-X=0.0315 ADBA**lgP,6.030,1211.0/(220.790，t ),P,107.1519kPaAA**lgP,6.079,1344.8/(219.428，t ),P,41.4kPaBB综上**P,PX，P(1,X),107.1519，0.9685，41.4，0.0315,105.08kPaDADBD可知塔顶温度:81.95?P，P105，122.5DW则进料压强: P,,,113.75kPaF22X=0.5424 1-X=0.4576 FF**algP,6.030,1211.0/(220.790，t),P,156.3148kPAA**lgP,6.079,1344.8/(219.428，t),P,63.2412kPaBB**P,PX，P(1,X),156.3148，0.5424，63.2412，0.4576,113.7243kPaFAFBF 综上可知进料温度:t=94.92? F精馏段平均温度=(进料温度+塔顶温度)/2=(81.95+94.92)/2=88.435? 所以得精馏段平均压降Pm=(P+P)/2=109.375kPa DF2、精馏段气相密度、液相密度?精馏段平均分子量塔顶:y=X=0.9685查相平衡图得x=0.9870 1D1M=0.9685×78+(1-0.9685)×92=78.441kg/kmol VDM=0.9870×78+(1-0.9870)×92=78.182kg/kmol LD进料板: x=0.5424 y=0.7469 FFM=0.7469×78+(1-0.7469)×92=81.5434kg/kmol VF7M=0.5424×78+(1-0.5424)×92=84.4064kg/kmol LF则精馏段平均分子量:M=(78.441+81.543)/2=79.992kg/kmol VM=(78.182+84.406)/2=81.294kg/kmol L?精馏段的气相密度MPM109.375，79.9923VM,,,,2.9103kg/m VMMRT8.314，(273.15，88.435)?精馏段的液相密度1aaAB依式: ,，(a为质量分率),,,LAB塔顶液相密度由t=81.95?查表得: Da,0.96A10.960.043,，,,,836kg/mLD837816,LDM进料液相密度由t=94.92?查表得: Fa,0.5A10.50.53,，,,,821kg/mLF824819,LFM，836，821,,3LDMLFM精馏段液相密度 ,,,828.5kg/m,LM223、液体表面张力σ液体表面张力的计算依下式计算:,,X, ,Lii,1i?塔顶液相平均表面张力计算查表得苯和甲苯在t=81.95?下的表面张力 D,,21N/m,,21.4N/m AB,,0.9685，21，0.0315，21.4,21.0126N/m LDM?进料板液相平均表面张力计算8查表得苯和甲苯在t=94.92?下的表面张力 F,,21N/m,,19.5N/m BA,,0.5424，19.5，0.4576，21,20.1864N/m LFM21.0126，20.1864,LM,,20.5995N/m精馏段液相平均表面张力: 24、塔径的计算,,828.5,2.9103,LMVM,1.44m/s uC,最大空塔气速计算公式:=0.0855×max2.9103,VM精馏段的气、液相体积流速VM116.1577，79.9923VMV,,,0.8869m/sS,36003600，2.9103VM LM71.9177，81.2943LML,,,0.00196m/sS,36003600，828.5LM,,,LVuC,由计算，其中C由史密斯关联图查取，其中横坐标为20max,V,L0.00196828.51/21/2SLM[],[],0.03729 V,0.88692.9103SVM9取板间距H=0.45m ,板上液层高度h=0.05m TL分离空间的高度为H-h=0.4m TL由Smith关联图查得气体负荷因子C=0.085修正表面张力后的C值为2020.5995,LM0.20.2C,C(),0.085，(),0.0855m/s 202020u=0.6umax=0.6×1.44=0.864m/s,22塔截面积: A,D,1.1304m T4VS0.8869实际空塔气速为: u,,,0.7846m/s AT1.1304S4，V4，0.8869D,,,1.1432m塔径 ,，u3.14，0.864按标准塔径圆整后得:D=1.2m 六、塔高的计算在精馏段，进料板处及提馏段各开一个人孔，其高度为0.8m,故精馏塔的有效高度为:Z,(NP,1)，HT，0.8，3,(25,1)，0.45，2.4,13.2m 七、溢流装置设计D,1.2m因塔径，可选用单溢流弓形降液管，采用凹形受液盘，各项计算如下: l(1)堰长l,0.6D,0.66，1.2,0.72m 取 WWh(2)溢流堰高度溢流堰高度计算公式 h,h,hwwL0wh选用平直堰，堰上层高度依下式计算，即 0w2/3,,S2.84L,,h,E w0,,1000lw,,近似取E=1，则2/32/3,,S2.84L2.840.00196，3600,,,,h,E,，1，,0.01301m ,,w0,,1000l10000.72,,w,,取板上层液高度，故 h,0.06mL10h,h,h,0.06,0.01301,0.04699m wLow(3)弓形降液管宽度及截面积 WAdfAlWfWd由查弓形降液管宽度参数得，，故 ,0.6,0.1,0.05DDAT2A,0.05A,0.05，1.1304,0.05652m fTW,0.1D,0.1，1.2,0.12md依下式验算液体在降液管中停留时间，即:3600AH3600，0.05652，0.45fT,, ,,,,12.9765s,5sSL0.00196，3600故降液管设计合理。

开题报告化学工程与工艺年产5万吨芳烃抽提车间粗笨加氢精制的工艺设计一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义粗苯为中间体产品，本身用途极为有限，仅作为溶剂使用，但是精制后的焦化苯、焦化甲苯、焦化二甲苯等产品，是有机化工、医药和农药等的重要原料，在国内、国际上都有很好的市场，目前精苯产品价格持续上涨，市场潜力巨大。

业内专家认为，粗苯加氢精制技术代表了粗苯加工精制的发展方向，这一技术在我国的推广使用，不仅可使宝贵的苯资源得到充分利用，还可有效改善粗苯精制的面貌，提高清洁生产的水平。

在本设计加氢工艺中，低温加氢工艺的加氢温度、压力较低，产品质量好，低温加氢工艺包括萃取蒸馏低温加氢工艺和溶剂萃取低温加氢工艺，这两种工艺在国内外是比较成熟的工艺，已被广泛用于石油重整油、高温裂解汽油、焦化粗苯为原料的加氢生产中，因此本粗苯精制采用低温加氢精制工艺。

纯苯精度可达99.9%以上，甲苯也在99%以上，产品纯度均优于其他方法。

生产芳香烃-苯、甲苯、石油裂化的高温裂解汽油和焦化粗苯。

它们之间的比例依次是：70%、27%、3%。

采用加氢精制工艺生产以石油为原料生产芳香烃，而焦化粗苯来生产芳香烃的工艺为酸洗精制法和加氢精制法。

酸洗法工艺落后、产品质量低、无法与石油苯竞争，虽然在发展中国家被大量采用，但收率低、污染严重，产生的废液很难处理。

加氢精制法制取优级苯早在60年代就取代了酸洗法。

国内有很多企业开始建设或已经使用粗苯加氢精制装置。

20世纪80年代宝钢引进了Litol法高温加氢工艺，石家庄焦化厂从德国引进了K.K法低温加氢工艺，1998年宝钢引进了第二套K.K法加氢工艺。

目前我国宝钢、石家庄焦化厂共有4套粗苯加氢装置，产能约21万吨/年。

目前有实力的焦化企业或化工企业都在争取建设大型精苯装置。

《石家庄循环经济化工示范基地建设实施方案》中规划的石家庄焦化集团粗苯精制项目将采用具有国际先进水平的以N-甲酰吗啉为溶剂的粗苯加氢工艺技术，总投资1.7亿元，年生产粗苯精制10万吨。