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3．课程设计报告内容3.1 流程示意图冷凝器→塔顶产品冷却器→苯的储罐→苯↑↓回流原料→原料罐→原料预热器→精馏塔↑回流↓再沸器← → 塔底产品冷却器→甲苯的储罐→甲苯3.2 流程和方案的说明及论证3.2.1 流程的说明首先，苯和甲苯的原料混合物进入原料罐，在里面停留一定的时间之后，通过泵进入原料预热器，在原料预热器中加热到泡点温度，然后，原料从进料口进入到精馏塔中。
因为被加热到泡点，混合物中既有气相混合物，又有液相混合物，这时候原料混合物就分开了，气相混合物在精馏塔中上升，而液相混合物在精馏塔中下降。
气相混合物上升到塔顶上方的冷凝器中，这些气相混合物被降温到泡点，其中的液态部分进入到塔顶产品冷却器中，停留一定的时间然后进入苯的储罐，而其中的气态部分重新回到精馏塔中，这个过程就叫做回流。
液相混合物就从塔底一部分进入到塔底产品冷却器中，一部分进入再沸器，在再沸器中被加热到泡点温度重新回到精馏塔。
塔里的混合物不断重复前面所说的过程，而进料口不断有新鲜原料的加入。
最终，完成苯与甲苯的分离。
3.2.2 方案的说明和论证本方案主要是采用浮阀塔。
精馏设备所用的设备及其相互联系，总称为精馏装置，其核心为精馏塔。
常用的精馏塔有板式塔和填料塔两类，通称塔设备，和其他传质过程一样，精馏塔对塔设备的要求大致如下：一：生产能力大：即单位塔截面大的气液相流率，不会产生液泛等不正常流动。
二：效率高：气液两相在塔内保持充分的密切接触，具有较高的塔板效率或传质效率。
三：流体阻力小：流体通过塔设备时阻力降小，可以节省动力费用，在减压操作是时，易于达到所要求的真空度。
四：有一定的操作弹性：当气液相流率有一定波动时，两相均能维持正常的流动，而且不会使效率发生较大的变化。
五：结构简单，造价低，安装检修方便。
六：能满足某些工艺的特性：腐蚀性，热敏性，起泡性等。
而浮阀塔的优点正是：而浮阀塔的优点正是：1．生产能力大，由于塔板上浮阀安排比较紧凑，其开孔面积大于泡罩塔板，生产能力比泡罩塔板大 20%～40%，与筛板塔接近。
吉林化工学院化工原理课程设计题目苯-甲苯二元物系浮阀式精馏塔的设计教学院化工与材料工程学院专业班级材化0802学生姓名张月学生学号 08150210指导教师李忠玉2010年6月 15日化工原理课程设计任务书（一） 设计题目苯—甲苯二元物系浮阀式精馏塔的设计 （二）设计条件 塔顶压力为常压 处理量：80kmol/h进料组成：0.42 （摩尔百分率，下同） 塔顶组成：0.985 塔底组成：0.015 进料状态：0.98塔顶设全凝器，泡点回流 塔釜饱和蒸汽直接加热 回流比 m i n )0.21.1(R R -= 单板压降 ≤0.7kPa （三）设计内容 (1)确定工艺流程。
(2)精馏塔的物料衡算。
(3)塔板数的确定。
(4)精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算。
(5)精馏塔塔体工艺尺寸的计算。
(6)塔板板面布置设计。
(7)塔板的流体力学验算与负荷性能图。
(8)精馏塔接管尺寸计算。
(9)塔顶全凝器工艺设计计算和选型。
(10)进料泵的工艺设计计算和选型。
(11)带控制点的工艺流程图、塔板板面布置图、精馏塔设计条件图。
(12)设计说明书。
目录摘要3绪论4第一章设计思路51.1设计流程51.2设计思路5第二章精馏塔的工艺设计62.1 精馏塔物料衡算62.2塔板数的确定12第三章精馏塔主要工艺尺寸的设计计算143.1塔的工艺条件及物性数据计算14 3.2精馏塔塔体工艺尺寸计算163.3塔板分布183.4流体力学核算193.5塔板负荷性能图21第四章辅助设备及型号254.1热量衡算254.2塔附件的计算错误！未定义书签。
主要符号说明31参考文献34附录（一）基本物性常数35附录（二）程序36附录（三）塔条件图 38结束语39化工原理课程设计教师评分表40摘要精馏是一种最常用的分离方法，它依据多次部分汽化、多次部分冷凝的原理来实现连续的高纯度分离。
本设计采用浮阀精馏塔，进行甲醇－水二元物系的分离，此设计针对二元物系的精馏问题进行分析、计算、核算、绘图，从而达到二元物系分离的目的。
化工原理课程设计(浮阀塔)板式连续精馏塔设计任务书一、设计题目：分离苯—甲苯系统的板式精馏塔设计试设计一座分离苯—甲苯系统的板式连续精馏塔，要求原料液的年处理量为50000 吨，原料液中苯的含量为35 %，分离后苯的纯度达到98 %，塔底馏出液中苯含量不得高于1%（以上均为质量百分数）二、操作条件1. 塔顶压强： 4 kPa （表压）；2. 进料热状态：饱和液体进料3. 回流比：加热蒸气压强：101.3 kPa（表压）；单板压降：≤ 0. 7 kPa三、塔板类型：浮阀塔板四、生产工作日每年300天，每天24小时运行。
五、厂址厂址拟定于天津地区。
六、设计内容1. 设计方案的确定及流程说明2. 塔的工艺条件及有关物性数据的计算3. 精馏塔的物料衡算4. 塔板数的确定5. 塔体工艺尺寸的计算6. 塔板主要工艺尺寸的设计计算7. 塔板流体力学验算8. 绘制塔板负荷性能图9. 塔顶冷凝器的初算与选型10. 设备主要连接管直径的确定11. 全塔工艺设计计算结果总表12. 绘制生产工艺流程图及主体设备简图13. 对本设计的评述及相关问题的分析讨论目录一、绪论 0二、设计方案的确定及工艺流程的说明 (1)2.1设计流程 (1)2.2设计要求 (2)2.3设计思路 (2)2.4设计方案的确定 (3)三、全塔物料衡算 (4)3.2物料衡算 (4)四、塔板数的确定 (5)4.1理论板数的求取 (5)4.2全塔效率实际板层数的求取 (6)五、精馏与提馏段物性数据及气液负荷的计算 (8)5.1进料板与塔顶、塔底平均摩尔质量的计算 (8)5.2气相平均密度和气相负荷计算 (9)5.3液相平均密度和液相负荷计算 (9)5.4液相液体表面张力的计算 (10)5.5塔内各段操作条件和物性数据表 (10)六、塔径及塔板结构工艺尺寸的计算 (13)6.1塔径的计算 (13)6.2塔板主要工艺尺寸计算 (14)6.3塔板布置及浮阀数目与排列 (16)七、塔板流体力学的验算及负荷性能图 (18)7.1塔板流体力学的验算 (18)7.2塔板负荷性能图 (21)八、塔的有效高度与全塔实际高度的计算 (26)九、浮阀塔工艺设计计算总表 (27)十、辅助设备的计算与选型 (29)10.1塔顶冷凝器的试算与初选 (29)10.2塔主要连接管直径的确定 (30)十一、对本设计的评述及相关问题的分析讨论 (32)13.1设计基础数据 (35)13.2附图 (37)天津大学仁爱学院化工系化工原理课程设计一、绪论化工原理课程设计是综合运用《化工原理》课程和有关先修课程（《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。
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。
第一篇化工原理课程设计任务书1.1设计题目苯-甲苯连续精馏（浮阀）塔的设计1.2设计任务1、精馏塔设计的工艺计算及塔设备计算（1）流程及操作条件的确定；物料衡算及热量衡算；（2）塔板数的计算；（3）塔板结构设计（塔板结构参数的确定、流动现象校核、负荷性能图）；（4）塔体各接管尺寸的确定；（5）冷却剂与加热剂消耗量的估算。
2.设计说明及讨论3.绘制设计图（1）流程图（A4纸）；（2）塔盘布置图（8开坐标纸）；（3）工艺条件图（1号绘图纸）。
1.3原始设计数据1、原料液：苯-甲苯，其中苯含量为35 %（质量），常温；2、馏出液含苯：99.2 %（质量）；3、残液含苯： 0.5 %（质量）；4、生产能力：4000 (kg/h).第二篇流程及流程说明为了能使生产任务长期固定，适宜采用连续精流流程。
贮罐中的原料液用机泵泵入精馏塔，塔釜再沸器用低压蒸汽作为热源加热料液，精馏塔塔顶设有全凝器，冷凝液部分利用重力泡点回流部分连续采出到产品罐（具体流程见附图）。
在流程确定方案选择上，本设计尽可能的减少固定投资，降低操作费用，以期提高经济效益。
1、加料方式的选择：设计任务年产量虽小，但每小时4000Kg的进料量，为维持生产稳定，采用高位槽进料，从减少固定投资，提高经济效益的角度出发，选用泡点进料的加料方式。
2、回流方式的选择：塔的生产负荷不大，从降低操作费用的角度出发，使用列管式冷凝器，利用重力泡点回流,同时也减少了固定投资。
3、再沸器的选择：塔釜再沸器采用卧式换热器，使用低压蒸汽作为热源，做到了不同品位能源的综合利用，大大降低了能源的消耗量。
第三篇 设计计算3.1全塔的物料衡算1、将任务书中的质量分数换算成摩尔分数，进料h km ol 4000=F35%78.110.33835%78.1165%92.13F x ==+（摩尔百分数）0.5%78.110.005890.5%78.1199.5%92.13W x ==+（摩尔百分数）99.2%78.110.99399.2%78.110.8%92.13D x ==+（摩尔百分数）2、求平均分子量，将h kg 换算成 h km ol进料处: 78.110.38892.130.61286.69kg kmol F M =⨯+⨯= 塔顶处: 78.110.99392.130.00778.21kg kmol D M =⨯+⨯= 塔釜处: 78.110.0058992.130.9941192.05kg kmol W M =⨯+⨯= 进料: kmol/h 46.144000/86.69==F 3、全塔的物料衡算由物料衡算得：F F DF W DF x W x D x =+⎧⎨⨯=⨯+⨯⎩代入数据得： ⎩⎨⎧⨯+⨯=⨯+=993.000589.0388.014.4614.46D W DW解之得： ⎩⎨⎧==h kmol 86.17hkmol 28.28D W3.2相对挥发度α及回流比Rα：1、求全塔平均相对挥发度表3-11 2 3 4 5 6 7 8 9 t C。
化工原理课程设计课题名称：分离苯-甲苯二元混合物板式精馏塔的设计学生姓名：学号：班级：指导教师姓名：指导教师职称：设计时间： 2015 年12 月 30 日— 2016 年1月 10 日成绩指导教师评语摘要：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：气液传质分离精馏舌形塔板目录第一章前言 (3)1.1 精馏及精馏流程 (3)1.2 精馏的分类 (3)1.3 精馏操作的特点 (4)1.4 塔板的类型与选择 (4)1.5 相关符号说明 (5)1.6 相关物性参数 (6)第二章设计任务书 (7)第三章设计内容.............................................................................................................. ..83.1 设计方案的确定及工艺流程的说明 (8)3.2 全塔的物料衡算 (8)3.2.1 料液及塔顶底产品含苯的摩尔分率 (8)3.2.2 平均摩尔质量 (8)3.2.3 料液及塔顶底产品的摩尔流率.......................................................... .9 3.3 塔板数的确定. (9)3.3.1 平衡曲线的绘制....................... . (9)3.3.2 操作回流比的确 (10)3.3.3 理论塔板数的确定 (11)3.4 塔的精馏段操作工艺条件及计算 (13) (13)3.4.1 平均压强Pm. (13)3.4.2 平均温度Pm. (13)3.4.3 平均分子量Mm (14)3.4.4 液体的平均粘度μL,m3.4.5 液体的平均密度ρ (15)3.5 精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (16)3.5.1 塔径的计算 (16)3.5.2精馏塔有效高度的计算 (17)3.6 塔板工艺结构尺寸的设计与计算 (17)3.6.1溢流装置计算 (17)3.6.2塔板布置 (18)3.7 浮阀的布置 (19)3.7.1 阀孔速度 (19)3.7.2 开孔率 (19)3.7.3 阀孔总面积 (20)3.7.4 浮阀总数 (20)3.7.5 塔板上布置浮阀的有效操作面积 (20)3.7.6 浮阀的排列 (20)3.8 筛板的流体力学验算 (21)3.8.1塔板压降 (21)3.8.2 液面落差和液沫夹带 (22)3.8.3漏液 (22)3.8.4液泛 (22)3.9塔板负荷性能图 (23)3.9.1 漏液线 (23)3.9.2 液沫夹带线 (23)3.9.3 液相负荷下限线 (24)3.9.4液相负荷上限线 (24)3.9.5 液泛线 (24)第四章附属设备的选型及计算 (27)4.1塔体总高度 (27) (27)4.2塔顶空间HD4.3人孔数目 (27) (27)4.4 塔底空间HB4.5 裙座的选型 (29)第一章前言1.1 精馏及精馏流程精馏是多级分离过程，即同时进行多次部分汽化和部分冷凝的过程。
化工原理课程设计任务书一 设计题目：苯-甲苯连续浮阀式精馏塔的设计 二 任务要求设计一连续浮阀式精馏塔以分离苯和甲苯， 具体工艺参数如下：原料加料量 F=75kmol/h 进料组成 xf=0.41 馏出液组成 965.0=D x 釜液组成 035.0=W x 塔顶压力 k P a P 325.101=单板压降 0.7kPa ≤ 进料状态 965.0=q2 工艺操作条件：常压精馏，塔顶全凝器，塔底间接加热，泡点回流。
三 主要设计内容1、设计方案的选择及流程说明2、工艺计算3、主要设备工艺尺寸设计 （1）塔径及塔板结构尺寸的确定 （2）塔板的流体力学校核 （3）塔板的负荷性能图 （4）总塔高4、辅助设备选型与计算设计结果汇总5、工艺流程图及精馏塔设备条件图目录任务书 (1)目录 (Ⅱ)摘要 (1)第1 章绪论 (2)1.1 设计流程 (2)1.2 设计思路 (2)第2 章精馏塔的工艺设计 (4)2.1 产品浓度的计算 (4)2.2 最小回流比的计算和适宜回流比的确定 (5)2.3 物料衡算 (6)2.4 精馏段和提馏段操作线方程 (7)2.5 逐板法确定理论板数及进料位置（编程） (7)2.6 全塔效率、实际板数及实际加料位置 (8)第3 章精馏塔主要工艺尺寸的设计计算 (8)3.1 物性数据计算 (8)3.2 精馏塔主要工艺尺寸的计算 (11)3.3 塔板主要工艺尺寸的计算 (13)3.4 塔板流体力学校核 (17)3.5 塔板符合性能图 (20)第4 章热量衡算 (24)4.1 热量衡算示意图 (24)4.2 热量衡算 (24)第5 章塔附属设备的计算 (29)5.1 筒体与封头 (29)5.2 除沫器 (29)5.3 裙座 (29)5.4 塔总体高度的设计 (30)5.5 换热器（进料预热器或产品冷却器）的设计计算 (30)5.6 进料管的设计 (32)5.7 泵的选型 (32)5.8 贮罐的计算 (33)第6 章结论 (35)6.1 结论 (35)6.2 主要数据结果总汇 (35)结束语 (36)参考文献 (31)附录1主要符号说明 (38)附录2 程序框图 (41)附录3 精馏塔工艺条件图 (43)附录4 生产工艺流程图 (44)教师评语.................................................................................................................... 错误！未定义书签。
吉林化工学院化工原理课程设题目苯-甲苯二元物系浮阀精馏塔的设计教学院环境与生物工程学院专业班级安全工程0901班学生姓名学生学号指导教师2011年6月27日目 录化工原理课程设计任务书 (3)摘 要 (4)绪论 (5)第一章 精馏塔工艺设计计算 (7)1.1 精馏塔全塔物料衡算 (7)1.1.1已知条件 (7)1.1.2 物料衡算 (8)1.2 板数的确定 (8)1.2.1温度 (8)1.2.2 相对挥发度的计算 (9)1.2.3 最小回流比的确定 (9)1.2.4 求精馏塔气液相负荷 (10)1.2.5 操作线方程的确定 (10)1.2.6精馏塔理论塔板数及理论加料位置 (10)1.2.7实际板数的计算 (11)1.3 工艺条件的计算 (11)1.3.1操作压强 P (11)1.4 物性数据计算 (12)1.4.1平均摩尔质量计算 (12)1.4.2平均密度 (13)1.4.3液体表面张力 (14)1.4.4 液体粘度 (15)第二章精馏段塔和塔板主要工艺尺寸计算 (16)2.1.气液负荷和塔径D 的计算 (16)2.1.1精馏段气液负荷计算 (16)2.1.2提馏段气液负荷计算 (16)2.1.3 空塔气速 (16)2.1.4精馏塔有效高度的计算 (17)2.2溢流装置 (17)2.2.1计算出口堰(外堰)高w h ................................................. 17 2.2.2降液管底隙高度0h 的确定 (18)2.2.3浮阀数目、浮阀排列及塔板布置 (19)第三章塔板流体力学验算 (21)3.1 气相通过浮阀塔板的静压头降hf (21)3.1.1计算干板静压头降hc (21)3.1.2降液管中清夜层高度Hd (22)3.1.3 计算雾沫夹带量eV (23)3.2.塔板负荷性能图 (23)3.2.1雾沫夹带线 (23)3.2.2液泛线 (24)3.2.3 液相负荷上限线 (26)3.2.4漏液线 (26)3.2.5液相负荷下限线 (26)3.2.6塔板负荷性能图 (27)3.2.7小结 (27)3.3 相关介质选择及热量衡算 (27)3.3.1加热介质的选择 (27)3.3.2冷凝剂 (28)3.3.3热量衡算 (28)3.4. 辅助设备 (30)3.4.1冷凝器的选型 (30)3.4.2 再沸器的选型 (31)3.5.塔附件设计 (31)3.5.1接管 (31)3.5.2筒体与封头 (33)3.5.3塔总体高度的设计 (34)第四章主要计算结果列表 (35)4.1浮阀塔的主要结构参数表 (35)4.2浮阀塔的主要结构参数表 (35)4.3主要符号说明 (36)参考文献 (39)致谢 (40)化工原理课程设计任务书一 设计题目：苯-甲苯连续浮阀式精馏塔的设计二 任务要求设计一连续筛板浮阀式精馏塔以分离苯和甲苯，具体工艺参数如下：原料加料量 F=100kmol/h进料组成 45.0=F x馏出液组成 97.0=D x釜液组成 03.0=W x塔顶压力 kPa P 325.101=单板压降 0.7kPa ≤进料状态 97.0=q2 工艺操作条件：常压精馏，塔顶全凝器，塔底间接加热，泡点回流。
吉林化工学院化工原理课程设计题目苯----甲苯二元物系伏阀精馏塔设计教学院化工与材料工程学院专业班级化工0902学生姓名闫秋影学生学号 09110220指导教师张福胜2011年12月16日目录摘要 (1)绪论 ................................................... 错误！未定义书签。
设计方案的选择.............................................. 错误！未定义书签。
第一章塔板的工艺的计算 (6)§1.1精馏塔的物料衡算 (4)§1.2各段理论塔板数的计算 (5)1.2.1相对挥发度的计算 (5)1.2.2最小回流比的计算............................................1.2.3精馏塔气液相负荷........................... 错误！未定义书签。
1.2.4操作线方程的确定........................... 错误！未定义书签。
1-3-6 精馏塔理论塔板数的计算 .................... 错误！未定义书签。
1-3-7 板效率的计算 (10)1-3-8 实际板数的计算及全塔效率的计算 (11)第二章精馏塔主要工艺尺寸的设计 (8)§2.1精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (8)2.1.1操作压力计算 (8)2.1.2操作温度计算............................... 错误！未定义书签。
2.1.6平均密度的计算............................. 错误！未定义书签。
2.1.7液体平均表面张力的计算..................... 错误！未定义书签。
2.1.3平均摩尔质量的计算......................... 错误！未定义书签。
2.1.4热量衡算 (10)2.1.8气液负荷计算： (15)§2.2塔体工艺尺寸的计算......................... 错误！未定义书签。
2.2.1精馏塔塔径的计算 (18)2.2.2精馏塔有效塔高的计算 (19)§2.3塔板工艺尺寸的计算 (19)2.3.1溢流装置的设计 (19)2.3.2浮阀布置设计 (17)2.3.3浮阀板流体力学验算 (22)§2.4塔板负荷性能图 (22)2.4.1液沫夹带线的绘制 (22)2.4.2液泛线的绘制 (22)2.4.3漏液线（气相负荷线的下限线 (26)2.4.4液相负荷的下限线的绘制 (27)2.4.5液相负荷的上限线的绘制 (24)2.4.6小结 (25)第三章辅助设备及选型 (28)§3.1 接管的计算与选择 (29)3.1.1进料管的选择 (29)3.1.2回流管的选择 (26)3.1.3釜底出口管路的选择 (30)3.1.4塔顶蒸汽管 (30)3.1.5加料蒸汽管的选择 (27)3.1.6茼体与封头的设计 (30)3.1.7裙座的计算 (30)3.1.8除沫器的设计 (30)3.1.9人孔的设计 (29)3.2.0法兰的设计 (29)第四章塔高的计算 (30)4.1塔顶高度的计算 (30)4.2塔底高度的计算 (30)4.3塔总高度的计算 (30)第五章附属设备计算 (30)5.1冷凝器的选择 (30)5.2再沸器的选择 (31)总结语 (32)表3-1筛板塔的工艺设计计算结果汇总表主要符号说明 (35)参考文献 (37)化工原理课程设计教师评分表 (36)摘要本次设计的浮阀塔是化工生产中主要的传质设备。
此设计针对二元物系的精馏问题进行分析、计算、核算、绘图，是较完整的精馏设计过程，该设计方法被工程技术人员广泛的采用。
本文设计了浮阀精馏塔及其附属元件的尺寸、管线路线的铺设，并对摩尔分数为0.5的苯—甲苯二元溶液进行精馏过程，其中塔顶使用全凝器，部分回流。
按逐板计算理论板数为16。
由平均粘度得到全塔效率为50%，从而得到了塔的精馏段实际板数为15块，提馏段实际板数为15。
实际加料位置在第16块板。
确定了塔的主要工艺尺寸，塔板采用单溢流弓型降液管齿型堰如塔径1.0米等。
且经过液泛线，漏液线，液相负荷上限，液相负荷下限的校核，确定了操作点符合操作要求。
精馏段的操作弹性为4.77，提馏段的操作弹性为4.27，符合操作要求。
关键词：苯甲苯精馏塔浮阀操作弹性绪论1.精馏塔概述精馏塔（fractionating column）是进行精馏的一种塔式汽液接触装置，又称为蒸馏塔。
有板式塔与填料塔两种主要类型。
根据操作方式又可分为连续精馏塔与间歇精馏塔。
关于各种类型塔板的介绍主要的塔板型式有：泡罩塔板；浮阀塔板；筛孔塔板；舌形塔板（斜孔塔板）；网孔塔板；垂直浮阀；多降液管塔板；林德浮阀；无溢流塔板。
⑴泡罩塔板泡罩塔板的气体通道是由升气管和泡罩构成的。
升气管是泡罩塔区别于其它塔板的主要结构特征。
这种结构不仅结构过于复杂，制造成本高，而且气体通道曲折多变、干板压降达、液泛气速低、生产能力小。
⑵浮阀塔板浮阀塔板是对泡罩塔板的改进，取消了升气管，在塔板开孔上访设置了浮阀，浮阀可根据气体的流量自行调节开度。
气量较小时可避免过多的漏液，气量较大时可使气速不致过高，降低了压降。
⑶筛孔塔板筛孔塔板是最简单的塔板，造价低廉，只要设计合理，其操作弹性是可以满足生产需要的，目前已成为应用最为广泛的一种板型。
⑷舌形塔板舌形塔板是为了防止过量液沫夹带而设计的一种塔型，由舌孔喷出的气流方向近于水平，产生的液滴几乎不具有向上的初速度。
同时从舌孔喷出的气流，通过动量传递推动液体流动，降低了板上液层厚度和塔板压降。
⑸网孔塔板网孔塔板采用冲有倾斜开孔的薄板制造，具有舌形塔板的特点，并易于加工。
⑹垂直浮阀垂直浮阀是在塔板上开有若干直径为100-200mm的大圆孔，孔上设置圆柱形泡罩，泡罩下缘于塔板有一定的间隙，泡罩侧壁开有许多筛孔。
气流喷射方向是水平的，液滴在垂直方向的初速度为零，液沫夹带量很小。
⑺多降液管塔板在普通浮阀上设置多根降液管以适应大液体量的要求，降液管为悬挂式。
⑻林德浮阀林德浮阀是专为真空精馏设计的高效低压降塔板，在整个浮阀上布置一定数量的导向斜孔，并在塔板入口处设置鼓泡促进装置。
⑼无溢流塔板无溢流塔板是一种简易塔板，只是一块均匀开有一定缝隙或筛孔的圆形平板，无降液管，结构简单，造价低廉。
2.仪器的选用筛板精馏塔是炼油、化工、石油化工等生产中广泛应用的汽液传质设备。
它的结构特点是塔板上开有许多均匀的小孔。
根据孔径的大小，分为小孔径筛板和大孔径筛板两类。
工业上以小孔径筛板为主，大孔径筛板多用于某些特殊场合（如分离难度大、易结焦的物系）。
筛板的优点是结构简单，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。
合理的设计和适当的操作能满足要求的操作弹性，而且效率高。
筛板塔制造维修方便，相同条件下生产能力比泡罩塔高10%—15%，板效率亦约高10%—15%，而每板压力降则低30%左右，适用于真空蒸馏；塔板效率较高，但稍低于浮阀塔。
具有较高的操作弹性，但稍低于泡罩塔。
其缺点是小孔径筛板易堵塞，不适宜处理脏的、粘性大的和带固体粒子的料液。
产品采出进料饱和蒸汽塔底物料采出精馏框架简图第 1 章设计方案1.1 装置流程的确定蒸馏装置包括精馏塔，原料预热器，蒸馏釜（再沸器），冷凝器，釜液冷却器和产品冷却器等设。
按过程按操作方式的不同，分为联组整流和间歇蒸馏两种流程。
连续蒸馏有生产能力大，产品质量稳定等优点，工业生产中以连续蒸馏为主。
间歇蒸馏具有操作灵活，适应性强等优点，适合于小规模，多品种或多组分物系的初步分离。
蒸馏通过物料在塔内的多次部分汽化与多次部分冷凝实现分离，热量自塔釜输入，由冷凝器中的冷却质将余热带走。
在此过程中，热能利用率很低，为此，在确定装置流程时应考虑余热的利用。
譬如，用余料作为塔顶产品（或釜液产品）冷却器的冷却介质，既可以将原料预热，又可以节约冷却质。
另外，为保持塔的操作稳定性，流程中除用泵这节送入塔原料外也可以用高位槽送料，以免受泵操作波动的影响。
塔顶冷凝装置可采用全冷凝器，分冷凝器两种不同的设置。
甲醇和水不反应，且容易冷凝，故使用全凝器，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，此次分离也是希望得到甲醇，选用全凝器符合要求。
总之，确定流程时要较全面，合理地兼顾设备，操作费用，操作控制及安全诸因素。
1.2 操作压力的选择蒸馏过程中按操作压力不同，分为常压蒸馏，减压蒸馏和加压蒸馏。
一般地，除热明性物系，凡通过常压蒸馏能够实现分离要求，并能用江河水或循环水将馏出物冷凝下来的物系，都能采用常压蒸馏；对热敏性物系或者混合物泡点过高的物系，则宜采用减压蒸馏；对常压下馏出物冷凝温度过低的物系，需提高塔压或者采用深井水，冷冻盐水作为冷却剂；而常压下呈气态的物系必须采用加压蒸馏。
甲苯和苯在常压下就能够分离出来，所以本实验在常压下操作就可以。
1.3 进料状况的选择进料状况一般有冷液进料，泡点进料。
对于冷液进料，当组成一定时，流量一定对分离有利，节省加热费用。
采用泡点进料不仅对稳定操作较为方便，且不受季节温度影响。
综合考虑，设计上采用泡点进料。
泡点进料时，基于恒摩尔流假定，精馏段和提馏段上升蒸汽的摩尔流量相等，故精馏段和提馏段塔径基本相等，制造上较为方便。
1.4 加热方式的选择加热方式可分为直接蒸汽和间接蒸汽加热。
直接蒸汽加热直接由塔底进入塔内。
由于重组分是水，故省略加热装置。
但在一定的回流比条件下，塔底蒸汽回流液有稀释作用，使理论板数增加，费用增加。
间接蒸汽加热使通过加热器使釡液部分汽化。
上升蒸汽回流下来的冷液进行传质，其优点是釜液部分汽化，维持原来的浓度，以减少理论塔板数，其缺点是增加加热装置。
本设计塔釡采用间接加热蒸汽，塔底产品经冷却后送至储罐。
1.5 回流比的选择回流方式可分为重力回流和强制回流。
对于小型塔，回流冷凝器一般安装在塔顶。
其优点是回流冷凝器无需支持结构，其缺点是回流冷凝器回流控制较。
如果需要较高的塔顶处理或塔板数较多时，回流冷凝器不宜安装在塔顶。
因为塔顶冷凝器不已安装，检修和清理。
在这种情况下，可采用强制回流，塔顶上蒸汽采用冷凝器冷却以冷回流流入塔中。
由于本次设计为小型塔，故采用重力回流。
本设计物系属易分离物系，最小回流比较小，故操作回流比却最小回流比的1.5倍。
第一章塔板的工艺的计算§1.1主要基础物性参数表1—1 苯和甲苯的物理性质项目分子式分子量沸点临界温度临界压强苯A C6H678.11 80.1 288.5 4833.2甲苯B C6H5－CH392.13 110.6 318.57 4107.7表1—2 液相密度ρkg/m3温度80 90 100 110 120A 815 803.9 792.5 780.3 768.9B 810 800.2 790.3 780.3 770.0表1—3 表面张力σmN/m温度80 90 100 110 120A 21.27 20.06 18.85 17.66 16.49B 21.69 20.59 19.94 18.41 17.31表1—4 粘度μLmPa温度80 90 100 110 120A 0.308 0.279 0.255 0.233 0.215B 0.311 0.286 0.264 0.254 0.228表1—5 汽化热γkJ/kg温度 80 90 100 110 120 A 394.1 386.9 379.3 371.5 363.2 B379.9373.8367.6361.2354.6§1.2精馏塔实际塔板的计算 1.2.1精馏塔物料衡算加料量：F=55Kmol/h 原料组成:X F =0.5 塔顶组成：X D =0.98 塔底组成:X W =0.03 总物料衡算 D+W=55轻组分(苯)物料衡算 55⨯0.5=0.98D+0.03W 联立两式可解得 D=27.21kmol/h W=27.79kmol/h平均相对分子质量:F M =78.11×0.5+92.14×﹙1-0.5﹚=85.13㎏／kmolD M =78.11×0.98﹢92.14×（1-0.98）=78.39㎏／kmol WM =78.11×0.03+92.14×﹙1-0.03)=91.12㎏／kmol故质量流量：'D = D ×D M =2132.9919㎏／h 'W =W ×WM =2548.8988㎏／h'F =F ×F M =4682.15㎏／h质量分率：'D x =9765.014.92211.789811.7898=⨯+⨯⨯ 'W x =0255.014.929711.78311.783=⨯+⨯⨯,Fx =9765.014.925011.785011.7850=⨯+⨯⨯1.2.2塔板数的确定1.最小回流比及操作回流比的计算 (1)相对挥发度的计算查表3-21得常压下苯---甲苯气液平衡组成与温度关系如下表： 利用表中数据由插值法可求得t F,t D,t W○1 80.2180.6680.6699979897D t --=-- 得: t D =80.4℃X F =0.5时 得t F =91.4℃ X W =0.03时 得t W =108.79℃ 1-2-2 相对挥发度αm 的计算苯—甲苯的饱和蒸汽压可用安托因方程求解，即： Lg 0p =A-B t C+ 式中：t ：物系温度，单位：℃ .0p ：饱和蒸汽压/Kpa ，A,B,C,—Antoine 常数，见如下表1-2：表1-2 组分 A B C 苯(A) 6.032 1206.35 220.24甲苯(B)6.0781343.94219.58即：苯-甲苯的安托因方程分别为：o A oB 1206.35lg 6.032220.241343.94lg 6.078219.58p t p t =-+=-+对于塔顶：80.4D t =℃，则：oA 1206.35lg 6.032104.7180.4220.241343.94lg 6.07839.62880.41219.58oA o oB B p p Kpap p Kpa=-⇒=+=-⇒=+104.72 2.64239.628oAo Bp a p∴===顶同理塔底：W 109.18t =℃，则：o A 1206.35lg 6.032232.273108.79220.241343.94lg 6.07896.605108.79219.58oA ooB B p p Kpap p Kpa=-⇒=+=-⇒=+232.273 2.40496.605oA o Bp a p ∴===底∴相对挥发度 2.642 2.404 2.52m a a a =⋅⨯顶底＝＝从而得到相平衡方程:x=(1) 2.52 1.52yy yyαα=--- (1)1-2-3 最小回流比的计算最小回流比的确定：()22.11111min =⎥⎦⎤⎢⎣⎡--⨯-⨯-=F D F D x x x x R αα 操作回流比R=1.5R min =1.832.精馏塔的气、液相负荷精馏段 ：L=RD=1.83×27.21=49.79kmol/hV=(R+1)D=(1.83+1)⨯27.21=77kmol/h提馏段： =+=qF L L '49.79+1⨯55=104.79 kmol/h=-+=F q V V )1('77+0=77 kmol/h3.操作线方程的计算 精馏段操作线方程为：1 1.830.980.650.35111.831 1.831D n n n n x R y x x x R R +=+=+=+++++ 提馏段操作线方程为：'1''1.360.011W n n n Wx L y x x VV+=+=-4.精馏塔理论塔板的确定由于塔顶是全凝器所以有10.98D y x ==1110.95112.52 1.52y x y ==-由精馏段操作线方程y=0.65x+0.35 得y 2=0.9682由平衡线方程可得2220.92362.52 1.52y x y ==-同理可算出如下值：334455667788991010110.9503;0.88360.9243;0.82890.8888;0.76030.8442;0.68260.7937;0.60420.7427;0.53390.6970;0.477290.6380;0.41150.5486;Fy x y x y x y x y x y x y x x y x y x ==============<===所以第块为进料板，以下交替使用提馏段操作线方程与相平衡方程：11121213131414151516160.32530.4314;0.23140.3037;0.14750.1896;0.08490.1044;0.04420.0491;0.0201Wy x y x y x y x y x x ===========<所以总理论板数为16块（包含再沸器）精馏段理论板数为8，第9块为进料板，提馏段理论板数为8（含再沸器） 1-3-7 板效率的计算：对于进料，F t =91.4℃，由安托因方程可得：1206.35lg 6.032144.8991.4220.24o o A A P P Kpa =-⇒=+ 1343.94lg 6.07857.0691.4219.58o o B B P P Kpa =-⇒=+144.89 2.53957.06o AF o Bp a p∴===2.642D a =又， 2.404W a =∴精馏段的平均相对挥发度1 2.642 2.5392.590522D F a a a ++===提馏段的平均相对挥发度2 2.404 2.539 2.471522W Fa a a ++=== 又80.41D t =℃， 108.79W t =℃ 精馏段平均温度：191.480.485.922F D t t t ++===℃ 提馏段平均温度：291.4108.79100.09522F Wt t t =++==℃根据液体平均粘度公式：lg 273.15L A A t Bμ=-+ 可求得不同温度下苯和甲苯的粘度。
