天津商业大学化工原理精馏塔设计苯与甲苯分离设计

天津商业大学化工学院化工原理课程设计

1天津商业大学食品科学与工程系

化工原理课程设计

说明书

设计题目：《分离苯—甲苯混合物5000kg/h的连续操作精馏装置》

设计者：班级食品科学与工程1202姓名林政燏日期2014年12月25日设计指导人：签名日期设计答辩成绩：答辩委员会：签名日期天津商业大学化工学院化工原理课程设计

2绪论……………………………………………………………………………

……4

二设计任务书………………………………………………………………

……5

1．设计题目……………………………………………………………

…5

2.设计方案的选定及基础数据搜集………………………………………………………

…5

3.相平衡……………………………………………………………………

…7

三设计计算………………………………………………………………

………9

1.精馏塔物料衡算………………………………………………………

………9

1.1原料液及塔顶、塔底产品摩尔分数……………………………………………

……

…9

1.2原料液及塔顶、塔底产品平均摩尔质量…………………………………………

………

9

1.3物料衡算………………………………………………………………………………

…9

2塔板数的确定……………………………………………………………

…10

1、理论塔板数N

T的计算…………………………………………………………………

…10

1.1最小回流比及操作回流比的计算………………………………………………..…

….10

1.2求精馏段气、液相负荷………………………………………………………………

…10

1.3求操作线方程…………………………………………………………………………

…10

1.4图解法计算理论板数…………………………………………………………………

…10

2、实际板层数的计算………………………………………………………………….…

….11

四工艺条件及相关物性数据的计算…………………………….

…………………

…11

1、操作压力计算…………………………………………………………………………

….11

2、操作温度计算……………………………………………………………………….…

…12

3、平均摩尔质量计算……………………………………………………………………

….12

4、平均密度计算…………………………………………………………………………

….13

5、液体平均表明张力计算………………………………………………………………

…..15

6、液体平均黏度计算……………………………………………………………………

…..15

7气液负荷计算…………………………………………………………………………

….16

五精馏塔塔体工艺尺寸计算……………………………………………………17

1、塔径的计算……………………………………………………………………………

…...17

2、精馏塔有效高度的计算…………………………………………………………………

…18

六塔板主要工艺尺寸计算……………………………………………………….18

1、溢流装置计算

………………………………………………………………………….18

1.1堰长lw……………………………………………………………………………...…

18

1.2溢流堰高度

Wh

…………………………………………………………………………

18

1.3弓形降液管宽度

dW

和截面积fA

…………………………………………………...18

1.4降液管底隙高度h0……………………………………………………………………

18

2、塔板布置………………………………………………………………………………19

2.1塔板的分块………………………………………………………………………….19

2.2边缘区宽度确定……………………………………………………………………..19

2.3开孔区面积计算……………………………………………………………………...19天津商业大学化工学院化工原理课程设计

3七筛板的流体力学验算………………………………………………………….19

1.精馏段流体力学计算

……………………………………………………………………..19

1．1塔板压降…………………………………………………………………………………..19

1.1．1干板阻力

ch

算………………………………………………………………………..19

1.1.2气体通过液层的阻力

Lh

算…………………………………………………………..19

1.1.3液体表面张力的阻力

h

算…………………………………………………………..19

1.2雾沫夹带……………………………………………………………………………………20

1.3漏液…………………………………………………………………………………………20

1.4液泛…………………………………………………………………………………………20

2.提馏段流体力学计算………………………………………………………….20

2.1塔板压降…………………………………………………………………………………..20

2.1．1气体通过液层的阻力

Lh

算……………………………………………20

2.1.2干板阻力

ch

算…………………………………………………………..20

2.13液体表面张力的阻力

h

算…………………………………………………………..21

2.2雾沫夹带……………………………………………………………………………………21

2.3漏液…………………………………………………………………………………………21

2.4液泛…………………………………………………………………………………………21

八塔板负荷性能图………………………………………………………………..21

1精馏段

…………………………………………………………………………………21

1.1雾沫夹带线…………………………………………………………………………21

1.2液泛线……………………………………………………………………………

…..22

1.3液相负荷上线……………………………………………………………………

……..23

1.4漏液线………………………………………………………………….…

….…

……

23

1.5液相负荷下限………………………………………………………………………

…..24

2提馏段…………………………………………………………

……

……

……

……24

2.1

雾沫夹带线………………………………………………

………

……

…24

2．2液泛线……………………………………………………………………

……

……

…24

2．3液相负荷上线…………………………………………………………………….…

….25

2．4漏液线………………………………………………………………….…

……

……

…25

2.5液相负荷下限……………………………………………………………………..…

…26

九板式塔附件设计…………………………………………………………………26

1.总塔结构………………………………………………………………

……

…26

2.冷凝器………………………………………………………………

……

……27

3.再沸器………………………………………………………………

……

……27

十精馏塔设计计算结果摘要…………………………………………………...27

十一对本设计的评述………………………………………………………………27

十二参考文献………………………………………………………………………30

十三附图（带控制点的工艺流程简图、主体设备设计条件图）天津商业大学化工学院化工原理课程设计

4緒论

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，在化工，炼油，石

油化工等工业中得到广泛应用。精馏过程在能量剂驱动下（有时加质量剂），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。根据生产上的不同要求，精

馏操作可以是连续的或间歇的，有些特殊的物系还可采用衡沸精馏或萃取精馏等特殊方法进行

分离。本设计的题目是苯-甲苯连续精馏筛板塔的设计，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，需设计一板式塔将其分离。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。塔顶上升蒸汽采用全凝气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后送至储罐。该物系属于易分离物系，最小回流比比

较小，所以操作回流比采取最新回流比的2倍。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送

至储罐。天津商业大学化工学院化工原理课程设计

5板式精馏塔设计任务书

设计题目

苯-甲苯连续精馏筛板塔的设计。

二、设计任务

进料量：21.6千吨/年

操作周期：300×24＝7200小时/年

进料组成：50%（质量分率）

塔顶产品组成：93%

塔底∶<2﹪

压力∶4kpa

单板压降∶<0.7kpa

全塔效率:50%

进料热状况参数∶自选

回流比∶自选

设计方案的选定及基础数据的搜集

本设计任务为分离苯一甲苯混合物。由于对物料没有特殊的要求，可以在常压下操作。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

至泡点后送人精馏塔内。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，

其余部分经产品冷却器冷却后送至储罐。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1.8倍。塔底设置再沸器采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。

其中由于蒸馏过程的原理是多次进行部分汽化和冷凝，热效率比较低，但塔顶冷凝器放出的热

量很多，但其能量品位较低，不能直接用于塔釜的热源，在本次设计中设计把其热量作为低温

热源产生低压蒸汽作为原料预热器的热源之一，充分利用了能量。

塔板的类型为筛板塔精馏，筛板塔塔板上开有许多均布的筛孔，孔径一般为3～8mm，筛孔

在塔板上作正三角形排列。筛板塔也是传质过程常用的塔设备，它的主要优点有：