苯-甲苯连续精馏塔设计

苯-甲苯连续精馏塔设计

1 / 15 目 录

1. 流程和工艺条件的确定和说明 ........................................................... 1

2. 操作条件和基础数据 ........................................................................... 1

2.1. 操作条件 ...................................................................................... 1

2.2. 基础数据 ...................................................................................... 1

3. 精馏塔的物料衡算 ............................................................................... 1

3.1. 原料液及塔顶、塔顶产品的摩尔分率 ...................................... 2

3.2. 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 .............................. 2

3.3. 物料衡算 ...................................................................................... 2

4. 塔板数的确定 ....................................................................................... 3

4.1. 理论塔板层数NT的求取 ............................................................ 3

4.1.1. 绘t-x-y图和x-y图 ............................................................ 3

4.1.2.最小回流比及操作回流比的确定 ....................................... 3

4.1.3.精馏塔气、液相负荷的确定 ............................................... 4

4.1.4. 求操作线方程 ..................................................................... 4

4.1.5. 图解法求理论板层数 ......................................................... 4

4.2. 实际塔板数的求取 ...................................... 错误!未定义书签。

5. 精馏塔的工艺条件及有关物性的计算 ............... 错误!未定义书签。

5.1. 操作压力计算 .............................................. 错误!未定义书签。

5.2. 操作温度计算 .............................................. 错误!未定义书签。

苯-甲苯连续精馏塔设计

2 / 15 6. 设计实验评论 ..................................................................................... 11

7.参考文献 ............................................................................................... 12

8. 附图（工艺流程简图、主体设备设计条件图） ............................. 12

苯-甲苯连续精馏塔设计

3 / 15 摘要

精馏塔作为一种工业生产使用的塔设备，在化工、医药、食品等行业得到广泛应用。根据精馏原理可知，精馏塔实现精馏操作，必须同时拥有塔底再沸器和塔顶冷凝器，有时还有配原料液、预热器、回流液泵等附属设备。

本次设计根据实际操作条件，设计苯-甲苯连续精馏塔，即需设计一个精馏塔用来分离易挥发的苯和不易挥发的甲苯，采用连续操作方式，需设计一个筛板式塔将其分离。综合工艺操作方便、经济及安全等多方面考虑，本设计采用塔板为碳钢材料，按照逐板计算求得理论板数为11。塔顶使用全凝器，部分回流。精馏段实际板数为6，提馏段实际板数为9。全塔塔径为2.0m。通过对塔内物料物性数据的分析，按照工程实践经验，设计了塔的工艺尺寸，确定了操作点符合操作要求。最后，对塔的附属设备进行了设计，主要是接口管径的设计计算，从而完成了此次设计任务。

关键词：苯-甲苯分离；精馏塔；塔板

苯-甲苯连续精馏塔设计

1 / 15 1. 流程和工艺条件的确定和说明

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，将原料液通过预热器加热至泡点后送入精馏塔内。塔顶上升蒸气采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，其余部分经产品冷凝冷却后送至储罐。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2.5倍。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。

2. 操作条件和基础数据

2.1. 操作条件

塔顶压力 常压 4kPa（表压）

进料热状态 泡点进料 （1q）

回流比 2.5倍

2.2. 基础数据

进料中苯含量（质量分数） 50%

塔顶苯含量（质量分数） 95%

塔釜苯含量（质量分数） 2%

生产能力（吨/日） 100（20h/d）

3. 精馏塔的物料衡算

苯的摩尔质量 78.11/AMkgkmol

甲苯的摩尔质量 92.13/BMkgkmol 苯-甲苯连续精馏塔设计

2 / 15 3.1. 苯的各摩尔分率

苯的摩尔质量 78.11/AMkgkmol

甲苯的摩尔质量 92.13/BMkgkmol

原料液含苯的摩尔分率

0.5/78.110.5410.5/78.110.5/92.13Fx

塔顶含苯的摩尔分率

0.95/78.110.9570.95/78.110.05/92.13Dx

塔底含苯的摩尔分率

20.02/78.112.35100.02/78.110.98/92.13Wx

3.2. 原料液及塔顶、底苯的平均摩尔质量

原料液平均摩尔质量

0.54178.11(10.541)92.1384.54/FMkgkmol

塔顶液平均摩尔质量

0.95778.11(10.957)92.1378.71/DMkgkmol

塔底液平均摩尔质量

0.023578.11(10.0235)92.1391.80/WMkgkmol

3.3. 物料衡算

生产能力：100t/d=5000kg/h

进料流量： 500059.14/84.54Fkmolh

总物料衡算： FDW

苯物料衡算： FDWxFxDxW

联立解得： 32.73/26.41/DkmolhWkmolh 苯-甲苯连续精馏塔设计

3 / 15 4. 塔板数的确定

4.1. 理论塔板层数NT的求取

苯—甲苯属理想物系，可采用图解法求理论板层数。

4.1.1. 绘苯—甲苯溶液的y-x图

沸点

110.6 105.71 102 98.25 95.2 92.4 89.82 87.32 85 82.61 81.2 80.81

气相组成 0 20.8 37.2 50.7 61.9 71.3 79.1 85.7 91.2 95.9 98 100

液相组成 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 95 100

苯——甲苯体系相平衡曲线图

X(苯）

（图一）

4.1.2.最小回流比及操作回流比的确定

平均相对挥发度 ，回流比与最小回流比之比为2.5

min(1)11.0211DDFFxxRxx 苯-甲苯连续精馏塔设计

4 / 15 操作回流比1.022.52.55R

4.1.3.精馏塔气、液相负荷的确定

2.5532.7383.46/LRDkmolh

(1)(2.551)32.73116.19/VRDkmolh

4.1.4. 求操作线方程

平衡线方程

51(1)23xxyxx

精馏段操作方程

110.720.2711DnnnxRyxxRR

塔釜气相回流比

(1)(1)4.42FWDWDFDFxxxxRRqxxxx

提馏段操作方程

111.230.005WnnnxRyxxRR

4.1.5. 求理论板层数

1)采用图解法求理论板层数，如图二所示。