李顺利(筛板塔)

吉林化工学院化工原理课程设计吉林化工学院化工原理课程设计题目苯----甲苯二元物系筛板精馏塔的设计教学院化工与材料工程学院专业班级化工0802班学生姓名李顺利学生学号 08110218指导教师潘高峰2010年12月21日课程设计任务书1、设计题目：分离苯-甲苯混合液精馏塔设计2、设计基本条件：（1）操作平均压力：常压；（2）进料温度：t F=t B（泡点）；（3）塔顶产品苯含量：x D=0.99 (质量分率)；（4）塔釜液含苯含量不大于0.02（质量分数）；（5）年运行时间8000小时；（6）塔板采用筛板。

（7）塔顶采用全冷凝、泡点回流；（8）塔釜采用饱和蒸汽间接加热；3、设计任务：（1）完成精馏塔工艺设计计算、设备设计计算（物料衡算、能量衡算和设备计算）；（2）精馏塔附属设备的简单计算和选用（冷凝器、泵等）；（3）撰写设计说明书（word文档上机打印）；（4）绘制苯/甲苯精馏工艺流程图（手工绘制（A3图纸，尺寸420mm×297mm）），精馏塔工艺条件图（计算机绘图软件独立设计绘制（A4图纸，尺寸297 mm×mm 210））。

4、分组情况：按照苯质量分率和年处理量不同分组如下，目录摘要 (6)第一章绪论 (7)第二章流程的设计及说明 (8)第三章精馏塔的设计计算 (9)3.1 物料衡算 (9)3.2 板数的确定 (9)3.2.1 平均相对挥发度的计算 (9)3.2.2 最小回流比的计算 (10)3.2.3 求精馏塔气液相负荷 (10)3.2.4 操作线方程的确定 (11)3.2.5 精馏塔理论塔板数的计算 (11)3.2.6实际板数的计算 (12)3.3工艺条件的计算 (13)3.3.1操作压强P (13)3.3.2操作温度T (13)3.4物性数据计算 (13)3.4.1平均摩尔质量计算 (13)3.4.2平均密度 (14)3.4.3液体表面张力 (15)3.4.4 液体粘度 (16)3.5 精馏段塔和塔板主要工艺尺寸计算 (16)3.5.1 气液相体积流率计算 (16)3.5.2 塔径 D的计算 (16)3.6 塔板主要工艺尺寸的计算 (16)3.6.1溢流装置 (19)3.6.2塔板分布 .................................... 错误！未定义书签。

3.7筛板的流体力学验算 (20)3.7.1塔板的压降 (21)3.7.2液面落差 (22)3.7.3液沫夹带 (22)3.7.4漏液 (22)3.7.5液泛 (23)3.8塔板负荷性能图 (23)第四章 热量衡算 (27)4.1 00C 时塔顶气体上升的焓Q V (27)4.2 回流液的焓R Q (27)4.3 塔顶馏出液的焓Q D (28)4.4 冷凝器消耗的焓Q C (28)4.5进料口的焓F Q (28)4.6 塔底残液的焓W Q (28)4.7 再沸器B Q ..................................................... 28 第五章 附属设备设计 .. (30)5.1塔附件的设计 (30)5.1.1.塔顶蒸汽出料管 (30)5.1.2塔釜出料管 (30)5.1.3回流管 (30)5.1.4进料管 (31)5.1.5塔底进气管 (31)5.2 筒体与封头 (31)5.2.1 筒体 (31)5.2.2 封头 (31)5.3 裙座 (32)5.4人孔 (32)5.5塔总体高度的设计 (32)5.5.1塔的顶部空间高度 (32)5.5.2塔的底部空间高度 (32)5.5.3塔总体高度 (32)5.6冷凝器 (33)5.6.1计算冷却水流量 (33)5.6.2冷凝器的计算与选型 (33)5.7再沸器 (33)第六章结果汇总表 (35)主要符号说明 (37)参考文献： (39)结束语 (40)附录： (41)程序......................................错误！未定义书签。

化工原理课程设计教师评分表 (43)摘 要根据化工原理课程设计任务书的要求对苯-甲苯二元精馏塔的主要工艺流程进行设计，并画出了精馏塔的工艺流程图和设备条件图，此设计针对二元物系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。

本设计首先确定设计方案， 再进行主要设备的工艺设计计算——物料衡算、热量衡算、工艺参数的选定、设备的结构设计和工艺尺寸的设计计算，辅助设备的选型，工艺流程图，主要设备的工艺条件图等内容，然后通过筛板的流体力学验算检验本设计的合理性。

本次设计选取回流比R 为2Rmin ， Drickamer 和bradford 的精馏塔全塔效率关联图得到全塔效率T E 为54%，设定每块板压降△P 为0.7kPa ，板间距T H 0.4m ， 确定了塔的主要工艺尺寸。

通过本次设计使自己掌握化工设计的基本程序和方法，并且知道化工设计的格式，在设计过程中掌握了图表表达设计，论文排版，电脑制图等能力。

关键词：苯—甲苯、筛板精馏、物料衡算、热量衡算、流体力学验算，实际板数，塔高。

第一章绪论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，石油化工等工业得到广泛应用。

它通过气，液两相多次直接接触和分离，利用各组分挥发度的不同，使挥发组分由液相向气相传递，难挥发组分由气相向液相传递，是汽液相之间的传质传热的过程。

根据生产上的不同要求，精馏操作可以是连续或间歇的;有些特殊的物系，还可以采用恒沸精馏或萃取精馏等特殊方法进行分离。

精馏过程其核心为精馏塔，板式塔类型：气－液传质设备主要分为板式塔和填料塔两大类。

精馏操作既可采用板式塔，也可采用填料塔，板式塔为逐级接触型气－液传质设备，其种类繁多，根据塔板上气－液接触元件的不同，可分为泡罩塔、浮阀塔、筛板塔、穿流多孔板塔、舌形塔、浮动舌形塔和浮动喷射塔等多种。

板式塔在工业上最早使用的是泡罩塔(1813年)、筛板塔(1832年)，其后，特别是在本世纪五十年代以后，随着石油、化学工业生产的迅速发展，相继出现了大批新型塔板，如S型板、浮阀塔板、多降液管筛板、舌形塔板、穿流式波纹塔板、浮动喷射塔板及角钢塔板等。

目前从国内外实际使用情况看，主要的塔板类型为浮阀塔、筛板塔及泡罩塔，而前两者使用尤为广泛。

精馏操作既可采用板式塔，也可采用填料塔，板式塔为逐级接触型气－液传质设备，其种类繁多，根据塔板上气－液接触元件的不同，可分为泡罩塔、浮阀塔、筛板塔、穿流多孔板塔、舌形塔等。

目前从国内外实际使用情况看，主要的塔板类型为浮阀塔、筛板塔及泡罩塔。

本设计采用筛板精馏塔，进行苯-甲苯二元物系的分离，精馏塔，原料预热器，蒸馏釜，再沸器及泵等附属设备。

筛板塔也是传质过程常用的塔设备，它的主要优点有：⑴结构比浮阀塔更简单，易于加工，造价约为泡罩塔的60％，为浮阀塔的80％左右。

⑵处理能力大，比同塔径的泡罩塔可增加10～15％。

⑶塔板效率高，比泡罩塔高15％左右。

⑷压降较低，每板压力比泡罩塔约低30％左右。

筛板塔的缺点是：⑴塔板安装的水平度要求较高，否则气液接触不匀。

⑵操作弹性较小(约2～3)。

⑶小孔筛板容易堵塞。

第二章流程的设计及说明一加料方式加料分两种方式，泵的加料和高位槽加料。

高位槽加料时通过控制液位高度，可以得到稳定流量，但要求搭建塔台，增加基础建设费用；泵加料属于强制进料方式，泵加料易受温度影响，流量不稳定。

本实验加料用泵加料，泵和自动调节装置配合控制进料。

二进料状态进料方式一般有冷液进料、泡点进料、气液混合进料、露点进料、加热蒸汽进料等。

由于泡点进料时塔的制造比较方便，而其他进料方式对设备的要求高，设计起来难度相对大，所以采用泡点进料。

三冷凝方式选全凝器，塔顶出来的气体温度不高。

冷凝后回流液和产品温度不高，无需再次冷凝，且本次分离苯和甲苯，制造设备较为简单，为节省资金，选全凝器。

四回流方式本设计采用泵泡点回流。

五加热方式采用间接加热，因为对同一种进料组成，热状况及回流比得到相同的镏出液组成及回收率时，间接加热所需理论板数比直接加热要少一些，本次分离苯和甲苯混合液，所以采用间接加热。

六加热器选用管壳式换热器。

只用在工艺物料的特性或工艺条件特殊时才考虑其他型式。

第三章 精馏塔的设计计算本设计任务为分离苯—甲苯二元物系。

对于二元混合物的分离，应采用连续精馏流程。

设计中采用过泡点进料，将原料通过预热器加热至泡点温度后送入精馏塔内。

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，其余部分经铲平冷却后送至储罐。

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倍。

本课程设计的主要内容是过程的物料衡算，热量衡算，工艺计算，结构设计和校核。

3.1 物料衡算苯的摩尔质量A M =78.11 Kg/Kmol 【1】甲苯的摩尔质量B M =92.14 Kg/Kmol 【1】进料组成摩尔分数：F X ＝(0.55/78.11)/[0.55/78.11+(1-0.55)/92.14]=0.590 馏出液组成摩尔分数：D X ＝(0.99/78.11)/[0.99/78.11+(1-0.99)/92.14]=0.992 釜液组成摩尔分数：W X ＝(0.02/78.11)/[0.02/78.11+(1-0.02)/92.14]=0.0235原料的平均摩尔质量 F M =0.59078.11(10.590)92.1483.86⨯+-⨯=原料的处理量 F=40000⨯10^3/8000/83.86=59.62kmol/h总物料衡算：W D F += 即D+W=59.62易挥发组分物料衡算： F w D Fx W x Dx =+即 0.9920.02350.590D W F ⨯+⨯=⨯由上述二式解得：=35.99km ol/h =23.63kmol/h D W3.2 板数的确定3.2.1 平均相对挥发度的计算1. 温度的计算由苯---甲苯的气液平衡关系表【2】可知：（101.3Kpa ）温度t/℃ 苯的摩尔分数 温度t/℃苯的摩尔分数 液相x/％ 气相y/％液相x/％ 气相y/％ 110.6 0.0 0.0 89.459.2 78.9 106.1 8.8 21.2 86.870.0 85.3 102.2 20.0 37.0 84.480.3 91.4 98.6 30.0 50.0 82.390.3 95.7 95.2 39.7 61.8 81.295.0 97.9 92.1 48.9 71.0 80.2 100.0 100.0 由上表的的气液平衡数据用内插法求进料的温度，用F t 表示，对于进料:F x =0.590,由内插法得： F 0.5920.48989.492.10.5900.489t 92.1--=-- 解得：F t =89.4℃ 2 .相对挥发度α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-CT B + 【1】 式中：T ：物系温度。