苯—甲苯溶液连续精馏塔设计

BeiJing JiaoTong University HaiBin College化工原理课程设计说明书题目：年处理量18万吨苯—甲苯混合液的连续精馏塔的设计院（系、部）：化学工程系姓名：班级：学号：指导教师签名：2015 年4 月12 日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ABSTRACTCurrently，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 tower目录摘要 (I)ABSTRACT (II)1 绪论 (1)2 设计方案的确定 (3)2.1 设计流程 (3)2.2 设计要求 (3)2.3 设计思路 (4)2.4 相关符号说明 (5)3 塔板的工艺设计 (6)3.1 设计方案的确定 (6)3.2 塔的工艺计算 (6)3.2.1 物料衡算 (6)3.2.2 精馏塔的气液相负荷 (8)3.2.3 操作线方程 (9)3.2.4 用逐板法算理论板数 (9)3.2.5 实际板数的求取 (10)3.3 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (11)3.3.1 进料温度的计算 (11)3.3.2 操作压强 (11)3.3.3 平均摩尔质量 (11)3.3.4 平均密度计算 (12)3.3.5 液体平均表面张力的计算 (14)3.3.6 液体平均黏度计算 (14)3.4 精馏塔工艺尺寸的计算 (15)3.4.1 塔径的计算 (15)3.4.2 精馏塔有效高度的计算 (17)3.5 塔板主要工艺尺寸的计算 (18)3.5.1 精馏段溢流装置计算 (18)3.5.2 提馏段溢流装置计算 (20)3.6 塔板流体力学验算 (22)3.6.1 精馏段流体力验算 (22)3.6.2 提馏段流体力验算 (24)3.7 塔板负荷性能图 (26)3.7.1 精馏段负荷性能图 (26)3.7.2 提馏段负荷性能图 (29)4 热量衡算 (32)4.1 相关介质的选择 (32)4.1.1 加热介质的选择 (32)4.1.2 冷凝剂 (32)4.2 蒸发潜热衡算 (32)4.2.1 塔顶热量 (32)4.2.2 塔底热量 (33)4.3 焓值衡算 (35)5 辅助设备的选型 (38)5.1 冷凝器的选型 (38)5.2 冷凝器的传热面积和冷却水的用量 (38)5.3 选用釜式再沸器 (39)6 塔附件设计计算 (40)6.1 接管 (40)6.1.1 进料管 (40)6.1.2 回流管 (40)6.1.3 塔顶蒸汽接管 (41)6.1.4 釜液排出管 (41)6.1.5 塔釜进气管 (42)6.2 塔总体高度的设计 (42)7 安全与环保 (43)7.1 安全注意事项 (43)7.2 环境保护 (43)8 结论 (45)设计体会 (46)参考文献 (47)附录： (47)附录一：塔板 (47)附录二：精馏塔 (48)1 绪论为了加强工业技术的竞争力，长期以来，各国都在加大塔的研究力度。

资料前言化工原理课程设计是培养学生化工设计能力的重要教学环节，通过课程设计使我们初步掌握化工设计的基础知识、设计原则及方法；学会各种手册的使用方法及物理性质、化学性质的查找方法和技巧；掌握各种结果的校核，能画出工艺流程、塔板结构等图形。

在设计过程中不仅要考虑理论上的可行性，还要考虑生产上的安全性、经济合理性。

化工生产常需进行液体混合物的分离以达到提纯或回收有用组分的目的，精馏是利用液体混合物中各组分挥发度的不同并借助于多次部分汽化和部分冷凝达到轻重组分分离的方法。

塔设备一般分为阶跃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。

筛板塔和泡罩塔相比较具有下列特点：生产能力大于10.5%，板效率提高产量15%左右；而压降可降低30%左右；另外筛板塔结构简单，消耗金属少，塔板的造价可减少40%左右；安装容易，也便于清理检修。

本次课程设计为年处理含苯质量分数36%的苯-甲苯混合液4万吨的筛板精馏塔设计，塔设备是化工、炼油生产中最重要的设备之一。

它可使气(或汽)液或液液两相之间进行紧密接触，达到相际传质及传热的目的。

在设计过程中应考虑到设计的精馏塔具有较大的生产能力满足工艺要求，另外还要有一定的潜力。

节省能源，综合利用余热。

经济合理，冷却水进出口温度的高低，一方面影响到冷却水用量。

另一方面影响到所需传热面积的大小。

即对操作费用和设备费用均有影响，因此设计是否合理的利用热能R等直接关系到生产过程的经济问题。

目录第一章绪论 (1)1.1 精馏条件的确定 (1)1.1.1 精馏的加热方式 (1)1.1.2 精馏的进料状态 (1)1.1.3 精馏的操作压力 (1)1.2 确定设计方案 (1)1.2.1 工艺和操作的要求 (2)1.2.2 满足经济上的要求 (2)1.2.3 保证安全生产 (2)第二章设计计算 (3)2.1 设计方案的确定 (3)2.2 精馏塔的物料衡算 (3)2.2.1 原料液进料量、塔顶、塔底摩尔分率 (3)2.2.2 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 (3)2.2.3 物料衡算 (3)2.3 塔板计算 (4)2.3.1 理论板数NT的求取 (4)2.3.2 全塔效率的计算 (6)2.3.3 求实际板数 (7)2.3.4 有效塔高的计算 (7)2.4 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (8)2.4.1 操作压力的计算 (8)2.4.2 操作温度的计算 (8)2.4.3 平均摩尔质量的计算 (8)2.4.4 平均密度的计算 (10)2.4.5 液体平均表面张力的计算 (11)2.4.6 液体平均黏度的计算 (12)2.4.7 气液负荷计算 (13)2.5 塔径的计算 (13)2.6 塔板主要工艺尺寸的计算 (15)2.6.1 溢流装置计算 (15)2.6.2 塔板布置 (18)2.7 筛板的流体力学验算塔板压降 (19)2.7.1 精馏段筛板的流体力学验算塔板压降 (19)2.7.2 提馏段筛板的流体力学验算塔板压降 (21)2.8 塔板负荷性能图 (23)2.81 精馏段塔板负荷性能图 (23)2.82 提馏段塔板负荷性能图 (26)第三章设计结果一览表 (30)第四章板式塔结构 (31)4.1 塔顶空间 (31)4.2 塔底空间 (31)4.3 人孔 (31)4.4 塔高 (31)第五章致谢 (34)参考文献 (35)第一章绪论1.1 精馏条件的确定本精馏方案适用于工业生产中苯-甲苯溶液二元物系中进行苯的提纯。

苯与甲苯的精馏塔设计苯与甲苯是常见的有机化工原料，其精馏塔设计是化工工程中的重要环节之一首先，我们需要确定设计的目标和要求。

在苯与甲苯的精馏过程中，一般的设计目标是实现高纯度的苯和甲苯产品，并且在经济效益上达到最佳。

第二步，需要进行物性参数测定和实验数据收集。

包括苯和甲苯的蒸气压、沸点、密度等物性参数，以及其在不同温度下的相平衡数据等。

接下来，可以运用精馏塔设计的经典方法，如麦凯布-塔克方法或史密斯方法，进行精馏塔的初步设计。

在初步设计中，首先确定塔顶和塔底的操作压力，即以什么方式进行冷凝和加热。

其中，冷凝方式可以通过冷凝器来进行，而加热可以通过加热器来实现。

然后，可以根据塔底的更容易凝结的成分，例如甲苯，选择合适的塔底冷凝器类型。

常见的塔底冷凝器类型包括冷却盘、冷凝卷管和冷凝器。

接下来，进行塔板的设计。

塔板的设计包括确定板间距、塔板孔径、塔板的有效蒸汽速度等参数。

这些参数对于实现塔板上液相和气相的充分搅拌、易于负荷和操作都非常重要。

在塔板设计完成后，可以进行塔塞的设计。

塔塞的设计包括塔塞的形状、大小以及布置在塔板上的位置。

塔塞的作用是增加交换效果，提高分离效果。

在塔板和塔塞设计完成后，可以进行填料的设计。

填料的设计包括填料的材料选择、填料的形状和尺寸。

填料的作用是增加表面积，提高蒸馏效率。

最后，进行精馏塔的热力学计算和模拟。

可以通过现有的化工流程模拟软件，如Aspen Plus，对精馏塔进行热力学计算和性能预测。

这可以帮助我们更好地了解在不同操作条件下，塔的性能如何，以及它能否满足设计要求。

总结起来，苯与甲苯的精馏塔设计是一项复杂且精细的工程，需要综合考虑物性参数、操作要求和经济效益等因素。

通过前期的物性参数测定和实验数据收集，结合经典的精馏塔设计方法和现代化工流程模拟软件的应用，可以设计出高效、可靠的精馏塔。

化工原理课程设计苯与甲苯精馏塔本文将针对化工原理课程设计，探讨苯与甲苯精馏塔的工艺设计。

一、工艺流程苯与甲苯精馏塔的工艺流程如下：苯与甲苯混合物在进入塔后，首先通过反应塔抽收制冷剂进行冷却，从而达到冷却效果，然后通过塔顶进入预分离器进行处理，将其中的气相成分与液相成分分离，剩余的液相通过进料口进入塔体，反复上升和下降，与上部的气相进行平衡沸腾，不断提高纯度，最后在顶部凝结出高纯度的甲苯。

二、设计考虑因素1.塔型塔型应根据生产规模和成本考虑。

一般而言，小型的塔型适合处理小流量、高品质的混合物，而大型的塔型则适合处理大流量、低品质的混合物。

2.动力学参数在设计苯与甲苯精馏塔时，要考虑动力学参数，如液相和气相的流速、物料的热量传递效应等等。

这些参数将直接影响塔的效率和产品品质。

3.填料和操作条件由于苯与甲苯混合物具有一定的粘度和密度差异，因此应在填料和操作条件上进行制约，以避免不同成分之间发生混合或分离出现问题。

三、设计基础1.填料设计填料是苯与甲苯精馏塔的重要组成部分，是决定塔效率和塔高的关键因素。

填料材料应具有良好的性能，如高效的传质、良好的气体液体接触、稳定的抗攻击性等等。

常见的填料材料有氧化铝、陶瓷、合金等。

2.除塔器设计除塔器是苯与甲苯精馏塔的一个重要设计组成部分。

它的主要作用是在塔底处收集返回的液相，防止溢出和保持塔内的可控性。

除塔器的设计应根据填料类型、流量、操作温度和压力等多个因素进行综合考虑，以确保塔的正常运行。

3.塔底设计塔底是苯与甲苯精馏塔的重要组成部分，主要用于收集精馏出的液态产品。

由于反应塔存在高温、高压等因素，因此需要考虑塔底的材料和设计。

常见的材料有碳钢、不锈钢、合金等。

此外，塔底还应配备可靠的排放和泄压装置，以确保塔的安全性。

四、结论苯与甲苯精馏塔是一种常见的化工装置，其设计应考虑多种因素，如塔型、填料、动力学参数等等。

从而确保塔的高效、稳定和可靠性。

化工原理课程设计常压、连续精馏塔分离苯-甲苯设计班级：化学工程系2011级1班姓名：学号：指导老师：贾鑫老师完成时间：2014年6月26日化工系常压、连续精馏塔分离苯-甲苯设计一、前言1.1设计任务及条件：泡点进料（q=1），塔顶进入全凝器，塔釜间接蒸汽加热，塔板压降:(0.5-0.7)KPa1.2物系用途及性质(1)苯的性质：摩尔质量78.11g/mol，密度0.8786 g/mL，相对蒸气密度(空气=1)：2.77，蒸汽压（26.1℃）：13.33kPa，临界压力：4.92MPa，熔点278.65 K (5.51 ℃)，沸点353.25 K (80.1 ℃)，在水中的溶解度 0.18 g/ 100 ml 水，标准摩尔熵So（298.15K）：173.26 J/mol·K，标准摩尔热容 Cpo：135.69 J/mol·K (298.15 K)，闪点 -10.11℃（闭杯），自燃温度 562.22℃，结构：平面六边形，最小点火能：0.20mJ，爆炸上限（体积分数）：8%，爆炸下限（体积分数）：1.2%，燃烧热：3264.4kJ/mol，溶解性：微溶于水，可与乙醇、乙醚、乙酸、汽油、丙酮、四氯化碳和二硫化碳等有机溶剂互溶。

它有机化合物，是组成结构最简单的芳香烃，在常温下为一种无色、有甜味的透明液体，并具有强烈的芳香气味。

苯可燃，有毒。

苯难溶于水，易溶于有机溶剂，本身也可作为有机溶剂。

苯是一种石油化工基本原料。

苯的产量和生产的技术水平是一个国家石油化工发展水平的标志之一。

苯具有的环系叫苯环，是最简单的芳环。

（2）苯在工业上的用途：苯是工业上一种常用溶剂，主要用于金属脱脂。

苯有减轻爆震的作用而能作为汽油添加剂。

苯在工业上最重要的用途是做化工原料。

苯可以合成一系列苯的衍生物：苯与乙烯生成乙苯，后者可以用来生产制塑料的苯乙烯与丙烯生成乙丙烯，后者可以经乙丙苯法莱生产丙酮与制树脂和粘合剂的苯酚，制尼龙的环己烷，合成顺丁烯二酸酐，用于制作苯胺的硝基苯，用于农药的各种氯苯，合成用于生产洗涤剂和添加剂的各种烷基苯，合成氢醌、蒽醌等化工产品。

《化工原理》课程设计设计题目苯-甲苯精馏塔的设计学生指导教师讲师年级专业系部课程设计任务书一、课题名称苯——甲苯混合液筛板精馏塔设计二、课题条件（原始数据）1、设计方案的选定原料：苯、甲苯原料苯含量：质量分率= 45.5%原料处理量：质量流量=20.5t/h产品要求：苯的质量分率：x D =98%，x W=1%2、操作条件常压精馏，泡点进料，塔顶全凝，泡点回流，塔底间接加热。

3、设备型式：筛板塔三、设计容1、设计方案的选择及流程说明2、工艺计算（物料衡算、塔板数、工艺条件及物性数据、气液负荷等）3、主要设备工艺尺寸设计（1）塔径（2）塔板（降液管、溢流堰、塔板布置等）（3）塔高4、流体力学验算与操作负荷性能图5、辅助设备选型（冷凝器、再沸器、泵、管道等）6、结果汇总表7、设计总结8、参考文献9、塔的设计条件图（A2）10、工艺流程图（A3）四、图纸要求1、带控制点的工艺流程图（2＃图纸）；2、精馏塔条件图（1＃图纸）。

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；精馏塔目录目录 .......................................................................... 1 1 文献综述 .................................................................... 3 1.1概述 ....................................................................... 3 1.2方案的确定及基础数据 ....................................................... 3 2 塔物料衡算 .................................................................. 5 2.1原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 ........................................... 5 2.2原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 ....................................... 6 2.3物料衡算 ................................................................... 6 3 塔板数的确定 ................................................................ 6 3.1理论板层数T N 的求取 ........................................................ 6 3.2求精馏塔气液相负荷 ......................................................... 7 3.3操作线方程 ................................................................. 8 3.4逐板计算法求理论板层数 ..................................................... 8 3.5全塔效率T E 估算 (8)3.6际板数 ..................................................................... 9 4 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 ......................................... 9 4.1操作压力计算 ............................................................... 9 4.2安托尼方程计算 ............................................................ 10 4.3平均摩尔质量计算 .......................................................... 10 4.4平均密度计算 .............................................................. 11 4.5液体平均表面力计算 ........................................................ 12 4.6液体平均粘度计算 .......................................................... 13 4.7气液负荷计算 .............................................................. 14 5 精馏塔塔体工艺尺寸的计算 .................................................... 15 塔径的计算 .................................................................... 15 6 塔板主要工艺尺寸的计算 ...................................................... 16 6.1溢流装置计算 .. (16)6.2塔板布置 (18)6.3筛孔数n与开孔率 ： (19)7 筛板的流体力学验算 (19)7.1气体通过筛板压强相当的液柱高度计算（精馏段） (19)7.2气体通过筛板压强相当的液柱高度计算（提馏段） (21)8 塔板负荷性能图 (22)8.1精馏段： (22)8.2提馏段： (26)9 设备设计 (30)9.1塔顶全凝器的计算与选型 (30)9.2再沸器 (31)10 各种管尺寸确定 (31)10.1进料管 (31)10.2出料管 (31)d (32)10.3塔顶蒸汽管pd (32)10.4回流管Rd (32)10.5再沸返塔蒸汽管v11 塔高 (32)12.设计体会 (33)13.参考文献 (34)分离苯-甲苯混合液的筛板精馏塔1．文献综述1.1概述在常压操作的连续精馏塔分离苯-甲苯混合液，已知原料液的处理量为20.5t/h，组成为45.5%（苯的质量分率），要求塔顶馏出液的组成为98%（苯的质量分率）塔底釜的组成为1%。

化工原理课程设计--苯-甲苯连续精馏筛板塔的设计湖南科技大学化工原理课程设计——苯-甲苯连续精馏筛板塔的设计专业班级：应用化学二班姓名：李钰冰学号： 1006020221指导老师：杨明平、仇明华、刘和秀2012年12月24日~2013年1月4日10级应用化学专业板式精馏塔设计任务书一、设计题目：苯——甲苯连续精馏塔的设计二、设计任务及操作条件1 、进精馏塔料液含苯38% （质量），其余为甲苯2 、产品中苯含量不得少于96% （质量）3 、釜液中苯含量不得高于4% （质量）4 、生产能力：5.5 吨/ 小时5 、操作条件：(1) 精馏塔顶压强：4.5kPa （表压）(2) 进料热状态：自选(3) 加热蒸气：600kPa （表压）的饱和蒸气(4) 回流比：自选(5) 单板压降：≯0.7kPa三、设备型式：筛板塔四、厂址：湘潭地区（年平均水温20 ℃）五、设计内容（设计基础数据参见设计指导书）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计算⑴塔板、塔径及塔板结构尺寸的确定⑵塔板的流体力学验算⑶塔板的负荷性能图4 、设计结果概要或设计一览表5 、换热器的选型与计算6 、生产工艺流程图及精馏塔的工艺条件图及筛板布置图7 、对本设计的评述或有关问题的分析讨论六、按要求编制相应的设计说明书七、主要参考资料化工原理、化工原理课程设计指导书、化工工艺设计手册、物理化学手册八、指导老师组织人：刘和秀指导老师：杨明平、仇明华、刘和秀九、时间2012.12.24----2013.1.4前言化工生产中所处理的原料、中间产物、粗产品几乎都是有若干组分组成的混合物，而且其中大部分都是均相物质。

生产中为了满足储存、运输、加工和使用的需求，时常需要将这些混合物分离为较纯净或纯态的物质。

芳香族化合物是化工生产中的重要的材料，可用来制备染料、树脂、农药、合成药物、合成橡胶，合成纤维和洗涤等等；苯与甲苯都是重要的化工原料，苯- 甲苯混合溶液的分离技术一直是一个重要的课题。

苯和甲苯精馏塔课程设计简介本文旨在介绍苯和甲苯精馏塔的设计方案。

苯和甲苯是工业上重要的有机化学物质，它们的精馏分离是工业上的常见操作。

本文将介绍苯和甲苯的物性参数、塔设计流程以及模拟计算过程。

物性参数苯的密度为 1.045g/cm³，沸点为80.1℃，甲苯的密度为0.867g/cm³，沸点为139.1℃。

对于本设计，需要知道苯和甲苯的汽液平衡常数和相对挥发度。

汽液平衡常数是指在一定温度下，液相和气相中物质浓度的比例关系，它是塔设计的关键参数。

相对挥发度则是指两种组分在液相中的蒸气压比值，是计算汽液平衡常数的必要参数。

塔设计流程苯和甲苯的精馏分离可以采用塔式设备，它是一种常见的分离设备。

塔设计的流程分为以下几个步骤：1. 确定进料组成和塔顶组成。

这是塔设计的基础，进料组成和塔顶组成决定了塔的操作条件和输出产品的质量。

2. 估算塔的理论板数。

理论板数是指在理想状态下，需要多少个塔板才能完成分离。

估算理论板数是塔设计的关键步骤，它涉及物性参数和操作条件。

3. 选择填料类型和填料高度。

填料是塔内部的一种结构，它能够增加液相和气相之间的接触面积，从而增加精馏效率。

填料的选择和高度决定了塔的性能。

4. 确定塔的尺寸。

塔的尺寸包括直径、高度和塔板间距等参数。

这些参数是根据填料类型、操作条件和理论板数等因素来确定的。

5. 进行塔的模拟计算。

模拟计算是为了验证前面步骤中的估算和选择是否正确。

模拟计算可以通过计算机程序或实验来进行。

模拟计算苯和甲苯的精馏塔设计需要进行模拟计算，以验证前面步骤中的估算和选择是否正确。

模拟计算可以通过计算机程序或实验来进行。

在计算机程序中，可以采用化工流程模拟软件来进行塔设计。

这些软件可以模拟塔的运行过程，包括传热、传质和反应等过程。

通过这些软件，可以得到塔的操作条件和输出结果。

在实验中，可以采用塔的模型进行实验。

塔的模型是一种缩小的实验装置，它可以模拟塔的运行过程。

苯和甲苯精馏塔课程设计一、引言苯和甲苯是两种常见的有机化合物，在工业生产中广泛应用。

为了提高产率和纯度，需要进行精馏分离。

本文将介绍苯和甲苯精馏塔的设计过程。

二、设计目标1. 提高产率：通过精馏分离，提高苯和甲苯的产率；2. 提高纯度：使得分离后的苯和甲苯纯度达到要求。

三、设计流程1. 确定塔型：选择板式塔或填料塔；2. 确定操作压力：根据组成和沸点差确定操作压力；3. 确定板数或填料高度：根据理论计算确定板数或填料高度；4. 确定进料位置：在塔的上部或下部进料；5. 确定回流比：根据经验确定回流比；6. 确定冷凝器类型：选择直接冷凝器或间接冷凝器。

四、详细设计过程1. 塔型选择根据实际情况，我们选择了板式塔。

板式塔结构简单，易于维护，适用于小规模生产。

2. 操作压力确定根据苯和甲苯的沸点差，我们确定了操作压力为1 atm。

3. 板数或填料高度确定根据理论计算，我们确定了塔的板数为10个。

每个板的高度为0.5 m。

4. 进料位置确定我们选择在塔的下部进料，以便更好地控制进料速度和分离效果。

5. 回流比确定根据经验，我们选择回流比为2:1。

6. 冷凝器类型选择考虑到成本和维护难度，我们选择了直接冷凝器。

五、设计结果通过以上设计过程，我们得到了苯和甲苯精馏塔的具体参数：1. 塔型：板式塔；2. 操作压力：1 atm；3. 板数：10个；4. 进料位置：下部进料；5. 回流比：2:1；6. 冷凝器类型：直接冷凝器。

六、结论通过本次课程设计，我们成功地设计出了苯和甲苯精馏塔，并得到了具体的参数。

在实际生产中，需要根据实际情况进行调整和优化。

化工原理课程设计书苯—甲苯精馏塔设计目录（一）化工原理设计任务书 (3)（二）概述 (4)一、精馏基本原理 (5)二、设计方案的确定 (5)（三）塔工艺计算 (6)一、精馏塔物料衡算 (6)二、塔板数确定 (8)三、精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (10)四、精馏塔的塔体工艺尺寸设计 (15)五、塔板主要工艺尺寸计算 (17)六、筛板的流体力学验算 (19)七、塔板负荷性能图 (23)八、设计结果一览表 (29)（四）辅助设备的设定 (30)（五）设计评述心得 (32)（六）参考书目及附表 (33)（一）化工原理设计任务书一、设计名称：苯-甲苯精馏塔设计二、设计条件：在常压连续精馏塔中精馏分离含苯35%（质量%，下同）的苯-甲苯混合液，要求塔顶流出液中苯的回收率为97%，塔底釜残液中含苯不高于2%。

处理量：17500 t/a，料液组成（苯质量分数）：35%，塔顶产品组成（质量分数）：97%，塔顶易挥发组分回收率：99%，每年实际生产时间：300天三、设计任务完成精馏塔的工艺设计，有关附属设备的设计和选型，绘制精馏塔系统工艺流程图和精馏塔装配图，编写设计说明书。

四、基础数据或其他操作条件所需数据自己查阅资料或根据资料确定五、设计说明书内容1 目录2 概述（设计方案的确定和流程说明、精馏基本原理等）3.塔的物料恒算、塔板数的确定、塔的工艺条件及有关物性数据的计算；4.塔和塔板的主要工艺尺寸的设计：（1）塔体工艺尺寸的计算；（2）塔板主要工艺尺寸的计算；（3）塔板的流体力学验算；（4）塔板负荷性能图。

5.设计结果概要或设计一览表6.辅助设备的选型——对再沸器进行设计，对预热器进行选型7.参考文献8.对本设计的评述或有关问题的分析讨论。

（二）概述一、精馏基本原理精馏操作就是利用液体混合物在一定压力下各组分挥发度不同的性质，在塔内经过多次部分汽化与多次部分冷凝，使各组分得以完全分离的过程。

二、设计方案的确定本设计任务为分离苯一甲苯混合物。

苯一甲苯混合液常压连续精馏塔设计序言化工原理课程设计是综合运用《化工原理》课程和《物理化学》，《化工制图》等所学知识，完成一个单元设备设计为主的一次性实践教学，是理论联系实际的桥梁，在整个教学中起着培养学生能力的重要作用。

通过课程设计，要求更加熟悉工程设计的基本内容，掌握化工单元操作设计的主要程序及方法，锻炼和提高学生综合运用理论知识和技能的能力，问题分析能力，思考问题能力，计算能力等。

精馏是分离液体混合物最常用的一种单元操作，在化工，炼油，石化等工业中得到广泛应用。

精馏过程是利用两组份挥发度的差异实现连续的高纯度分离。

本设计的题目是苯一甲苯混合液常压连续精馏塔设计，即设计一个精馏塔用来在常压下分离易挥发的苯和不易挥发的甲苯，采用连续操作。

精馏塔设计任务书一、设计题目苯一甲苯混合液常压连续精馏塔设计二、设计任务(1)原料液中苯含量：质量分数为41%，甲苯含量为59%。

(2)塔顶馏出液中轻组分含量不低于96%，釜液中重组分含量不低于96%。

(3)生产能力：80t/d原料量，年开工310天，每天工作20小时。

(4)精馏方式：筛板塔常压精馏。

三、操作条件(1)精馏塔顶压强：4.0kpa(2)进料热状态：泡点进料(3)回流比：自选(4)单板压降：>0.7kpa四、设计内容(1)实际塔板数的确定，加料板位置的确定，塔高的计算，塔径的计算 (4)根据物料衡算和能量衡算，选择管路流动路线，管路尺寸，材料，管路中所需泵的型号。

一、工艺计算1.1设计方案的选定及基础数据的搜集该二元物系属易挥发物系，最小回流比小，故操作回流比取最小回流比的2倍。

表3常温下苯一甲苯气液平衡数据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 95.0 98.0 80.66 97.0 98.8 80.21 99.0 99.61 80.01100.0100.0=0.4500.966 0.047 X w1.2精馏塔的物料衡算a. 原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率苯的摩尔质量仏=78.11枚/Awo / 甲苯的摩尔质量仏=92.13^/Awo /0.41/78.11 0.41/78.11 + 0.59/92.130.96/78.110.96/78.11 +0.04/92.130.04/78.110.04/78.11 + 0.96/92.13b. 原料及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量M F = 0.450x 78.11 + (1 -0.450) x 92.13 = 85.82 M D = 0.966x 78.11 + (1 -0.966)x 92.13 = 78.59 M W = 0.047x 78.11 + (1 - 0.047)x 92.13 = 91.47 c. 物料衡算 原料处理量F =80000= 46.61( kmol / h )85.82 x 20总物料衡算D +妒= 46.61 苯物料衡算 0.450F = 0.966D + 0.047妒 联立方程1和2得 D = 20.44 W = 26.17 式中F ------原料液流量D ------ 塔顶液流量 W ------塔底液流量1.3塔板数的确定采用逐板计算法求取理论塔板数％a .求最小回流比和操作回流比 利用恩特伍德方程q =1取^. =2.47则对二元物系a jy =1 解恩特伍德方程得 6= 1.487Rnn = 136取操作回流比R = 2x 1.36 = 2.72 b .求精馏塔的液、气相负荷 L = RD =2.72x 20.44 = 55.60V = (R +1) D = (2.72 +1) x 20.44 = 76.04h - -R +1 m务.Fi、i =\ a i 「6=1 - q 式中a ——相对挥发度V = (R + \)D - (1 - q)F = (2.72 +1) x 20.44 = 76.04 L = RD + qF = 2.72 x 20.44 +1 x 46.61 = 102.21 c.求操作线方程精馏段操作线方程y n+1RR+1 X n +XD =R+10.731x n +0.260提馏段操作线方程y n+1V1 X n V 1.344x n - 0.016 d.逐板法求理论板数相平衡方程 2.47 xy变形得x: y1 +1.47x 2.47-1.47y取精馏段操作线方程和相平衡方程作逐板计算y t = x D = 0.966 ，Xj y：0.9662.47 -1.47y t 2.47-1.47 x 0.9660.920y2 = 0.731x1 + 0.260 = 0.933，x2 = y3 = 0.731x2 + 0.260 = 0.880 ，x3: y4 = 0.731x3 + 0.260 = 0.807 ，x4 y5 = 0.731x4 + 0.260 = 0.719 ，x5y6 = 0.731x5 + 0.260 = 0.632 ，x6因为，x6 = 0.411 < XF = 0.450故精馏段理论塔板数为5y22.47 -1.47y20.848y32.47 -1.47y30.748y42.47 -1.47y40.629y52.47 -1.47y50.509y62.47 -1.47y60.411y 7 = 1.344x 6 -0.016 = 0.536X7y 72.47 -1.47y 70.319y 8 = 1.344x 7 - 0.016 = 0.413 , x 8y 82.47 -1.47y 80.221y 9 = 1.344x 9 - 0.016 = 0.282 , x 9y 92.47 -1.47y 90.137y 10 = 1.344x 9 - 0.016 = 0.168 , x 1Cy ：02.47-1.47y K0.076y ll = 1.344x 10 -0.016 = 0.086 , x ny：12.47 -1.47y … 0.037，得到 t F =93.4°C ，得到 t D = 80.88 °C 全塔平均温度用提馏段操作线方程和相平衡方程作逐板计算因为，x …= 0.037 <x w = 0.047提馏段所需理论踏板数为11 所需理论塔板数为11块。

化工原理课程设计_苯-甲苯精馏塔设计苯-甲苯连续精馏筛板塔的设计表1 苯和甲苯的物理性质项目苯A 甲苯B 0温度C 分子式 C6H6 C6H5—CH3 分子量M 85 沸点 90 95 90 临界温度t 100 95 临界压强PC 表2 苯和甲苯的饱和蒸汽压 105 100 0PA,kPa PB，kPa 0表3 常温下苯—甲苯气液平衡数据0温度C 85 105 120 液相中苯的摩尔分率汽相中苯的摩尔分率温度苯，mN/m 甲苯，Mn/m表4 纯组分的表面张力([1]：P378附录图7)90 20 680 100 110 苯-甲苯连续精馏筛板塔的设计表5 组分的液相密度([1]：P382附录图8)温度(℃) 苯,kg/m3 甲苯,kg/m3 温度(℃) 苯 80 80 814 809 90 90 805 801 100 791 791 100 110 778 780 110 120 763 768 120 表6 液体粘度μL甲苯表7常压下苯——甲苯的气液平衡数据温度t ℃液相中苯的摩尔分率 x 气相中苯的摩尔分率y 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苯-甲苯连续精馏筛板塔的设计甲苯的摩尔质量 MB/kmol/////////原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量xFMF(1)(kg/kmol) MD(1)(kg/kmol) MW(1)(kg/kmol) 物料衡算原料处理量90000000F102(kmol/h)31024 总物料衡算 DW10 苯物料衡算联立解得2 D10kmol/h 2 W10kmol/h2式中 F------原料液流量D------塔顶产品量W------塔底产品量3 塔板数的确定理论板层数NT的求取苯一甲苯属理想物系，可采逐板计算求理论板层数。

①求最小回流比及操作回流比。

采用恩特伍德方程求最小回流比。

ai(xD,i)maiRm1ai(xF,i)1qai解得，最小回流比Rm苯-甲苯连续精馏筛板塔的设计取操作回流比为R②求精馏塔的气、液相负荷LRD119(kmol/h) V(R1)D(1)119(kmol/h)V'(R1)D(1q)F119(kmol/h)(泡点进料：q=1) L'RDqF1191149(kmol/h)③求操作线方程精馏段操作线方程为RxxnD1R1yn1提馏段操作线方程为WxL'yn1'xnW'逐板法求理论板1xD(1xd) 可解得= 1xF1xf又根据Rmin相平衡方程 y 解得 1(1)x1y 1 变形得用精馏段操作线和相平衡方程进行逐板计算y1xD = ， x1y1y1=y1(1y1)y1(1y1)9苯-甲苯连续精馏筛板塔的设计y2，x2yy3，y yy4，y5，yy6，y因为,x6xF故精馏段理论板 n=5，用提留段操作线和相平衡方程继续逐板计算x7。

苯-甲苯的分离过程连续板式精馏塔设计书第一章绪论1.1 精馏塔设计任务常压操作的连续板式精馏塔分离苯-甲苯混合物，间接蒸汽加热，生产时间为300/年，每天24小时，生产能力为18万吨/年，原料组成为0.46，塔顶组成为0.98，塔底组成为0.02 [1]。

1.1.1 操作条件塔顶压力：常压冷却水入塔温度：25℃冷却水出塔温度：45℃回流比：2.268单板压降：0.7KPa水蒸汽加热温度：120～160℃设备形式：筛板浮阀塔厂址：地区1.2 精馏与筛板塔简介在工业生产中，广泛应用精馏方法分离液体混合物，从石油工业、酒精工业直至焦油分离，基本有机合成，空气分离等等，特别是大规模的生产中精馏的应用更为广泛。

蒸馏按操作可分为简单蒸馏、平衡蒸馏、精馏、特殊精馏等多种方式。

按原料中所含组分数目可分为双组分蒸馏及多组分蒸馏。

按操作压力则可分为常压蒸馏、加压蒸馏、减压（真空）蒸馏。

此外，按操作是否连续分为连续蒸馏和间歇蒸馏。

工业生产中的蒸馏多为多组分精馏，本设计着重讨论常压下的双组分精馏，即苯-甲苯体系。

在化学工业和石油工业中广泛应用的诸如吸收，解吸，精馏，萃取等单元操作中，气液传质设备必不可少。

塔设备就是使气液两相通过紧密接触达到相际传质和传热目的的气液传质设备之一。

塔设备一般分为阶跃接触式和连续接触式两大类。

前者代表是板式塔，后者代表则为填料塔。

筛板塔在十九世纪初已应用于工业装置上，但由于对筛板的流体力学研究很少，被认为操作不易掌握，没有被广泛采用。

五十年代来，由于工业生产实践，对筛板塔作了较充分的研究并且经过了大量的工业生产实践，形成了较完善的设计方法。

筛板塔板简称筛板，结构持点为塔板上开有许多均匀的小孔。

根据孔径的大小，分为小孔径筛板（孔径为3-8mm）和大孔径筛板（孔径为10-25mm）两类。

工业应用以小孔径筛板为主，大孔径筛板多用于某些特殊场合（如分离粘度大、易结焦的物系）。

筛板的优点足结构简单，造价低；板上液面落差小，气体压降低，生产能力较大；气体分散均匀，传质效率较高。

苯-甲苯精馏塔的工艺设计摘要在化工生产中，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。

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。

70年代初能源危机的出现，突出了节能问题。

随着石油化工的发展，填料塔日益受到人们的重视，此后的20多年间，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。

本设计任务为分离苯-甲苯混合物。

对于二元混合物的分离，应采用连续精馏装置有精馏塔，再沸器，冷凝器等设备。

热量从塔釜输入，物料在塔内进行精馏分离，余热由塔顶产品冷凝器中的冷却介质带走，为了减少热量，能量的损失，我们在进料前设置了节能器，把塔底热产品先与进料进行交换，然后在冷却。

本文是筛板精馏塔及其预热的设计，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到达95％，塔底釜液摩尔分数为2％。

综合工艺操作方便、经济及安全等多方便考虑，本设计采用了筛板塔对苯-甲苯进行分离提纯，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0.50.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6板块。

精馏段弹性操作为3.391。

通过板压降、漏液、液泛、液沫夹带的流体力学验算，均在安全操作范围内。

关键词：苯;甲苯;精馏塔目录摘要 (1)目录 (2)前言 (4)1.文献综述 (5)1.1苯 (5)1.1.1苯的来源 (5)1.1.2苯的物理性质 (6)1.1.3苯的化学性质 (6)1.1.4苯的工业用途 (6)1.2甲苯 (7)1.2.1甲苯的来源 (7)1.2.2甲苯的物理性质 (7)1.2.3甲苯的化学性质 (8)1.2.4甲苯的作用与用途 (8)1.3精馏塔的介绍 (10)1.4精馏原理 (11)1.5精馏技术的进展 (11)2. 设计部分 (13)2.1设计任务 (13)2.2设计方案的确定 (13)2.2.1装置流程的确定 (13)2.2.2操作压力的选择 (14)2.2.3进料热况的选择 (14)2.2.4加热方式的选择 (15)2.2.5回流比的选择 (15)2.3精馏塔的工艺计算 (16)2.3.1精馏塔的物料衡算 (16)2.3.2理论板层数N的求取 (16)T2.3.3实际板层数的求取 (18)2.3.4精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (18)2.3.5精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (21)2.3.6塔板主要工艺尺寸的计算 (22)2.3.7筛板的流体力学验算 (24)2.3.8塔板负荷性能图 (27)3. 结论 (31)参考文献 (33)附录 (34)致谢 (38)前言精馏是化工、石油化工、炼油生产中应用极为广泛的传质传热过程，其目的是将混合物中各组分分离，达到规定的纯度。

第1章绪论1.1塔设备在化工生产中的作用和地位塔设备是化工、炼油生产中最重要的设备之一。

塔设备的设计和研究，已经受到化工行业的极大重视。

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。

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石油化工企业的经济效益。

1.2设计背景为了加强工业技术的竞争力，长期以来，各国都在加大塔的研究力度。

如今在我国常用的板式塔中主要为泡罩塔、浮阀塔、筛板塔和舌型塔等。

填料种类出拉西、环鲍尔环外，阶梯环以及波纹填料、金属丝网填料等规整填料也常采用。

更加强了对筛板塔的研究，提出了斜空塔和浮动喷射塔等新塔型。

同时我国还进口一些新型塔设备，这些设备的引进也带动了我国自己的塔设备的科研、设计工作，加速了我国塔技术的开发。

国外关于塔的研究如今已经放慢了脚步，是因为已经研究出了塔盘的效率并不取决与塔盘的结构，而是主要取决与物系的性质，如：挥发度、黏度、混合物的组分等。

国外已经转向研究“在提高处理能力和简化结构的前提下，保持适当的操作弹性和压力降，并尽量提高塔盘的效率。

”在新型填料方面则在努力的研究发展有利于气液分布均匀、高效和制造方便的填料。

经过我国这些年的努力，在塔研究方面与国外先进技术的差距正在不断的减小。

1.3 设计条件进料量每小时11000公斤，原料中含苯40%（重量），以沸点状态送入塔内。

要求塔顶馏出物含苯96%（重量），塔釜残液中含苯不大于5%，操作回流比取最小回流比的2.5倍。

1.4 问题研究本设计是针对苯—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。

化工原理课程设计设计题目：苯-甲苯连续精馏塔浮阀塔的设计设计人：班级：学号：指导老师：设计时间：目录设计任务书 (3)前言 (4)第一章工艺流程设计 (5)第二章塔设备的工艺计算 (6)第三章塔和塔板主要工艺尺寸计算 (15)第四章塔板的流体力学验算 (18)第五章塔板负荷性能图 (21)第六章换热器的设计计算与选型 (25)第七章主要工艺管道的计算与选择 (28)结束语 (30)参考文献 (32)附录 (33)化工原理课程设计任务书设计题目：苯—甲苯连续精馏塔(浮阀塔)的设计一、工艺设计部分（一）任务及操作条件1. 基本条件：含苯25％(质量分数，下同)的原料液以泡点状态进入塔内，回流比为最小回流比的1。

25倍。

2. 分离要求：塔顶产品中苯含量不低于95％，塔底甲苯中苯含量不高于2％。

3. 生产能力：每小时处理9.4吨。

4. 操作条件：顶压强为4 KPa (表压），单板压降≯0.7KPa，采用表压0。

6 MPa的饱和蒸汽加热。

（二)塔设备类型浮阀塔.（三）厂址：湘潭地区（年平均气温为17。

4℃）（四）设计内容1. 设计方案的确定、流程选择及说明。

2。

塔及塔板的工艺计算塔高（含裙座）、塔径及塔板结构尺寸；塔板流体力学验算；塔板的负荷性能图;设计结果概要或设计一览表。

3. 辅助设备计算及选型（注意：结果要汇总)。

4。

自控系统设计(针对关键参数）。

5. 图纸：工艺管道及控制流程图；塔板布置图；精馏塔的工艺条件图。

6。

对本设计的评述或有关问题的分析讨论。

二、按要求编制相应的设计说明书设计说明书的装订顺序及要求如下：1。

封面（设计题目，设计人的姓名、班级及学号等)2. 目录3。

设计任务书4. 前言(课程设计的目的及意义）5. 工艺流程设计6。

塔设备的工艺计算（计算完成后应该有计算结果汇总表)7。

换热器的设计计算与选型(完成后应该有结果汇总表）8。

主要工艺管道的计算与选择（完成后应该有结果汇总表)8。

结束语（主要是对自己设计结果的简单评价）9. 参考文献（按在设计说明书中出现的先后顺序编排，且序号在设计说明书引用时要求标注）10。