苯-乙苯精馏塔工艺设计
绍兴文理学院化学化工学院
《化工设计》报告
苯-乙苯精馏塔工艺设计
应化092班钱武
09114514（19）
2012
目录
第1节设计任务书 (3)
（一）设计题目 (3)
（二）操作条件 (3)
（三）塔板类型 (3)
（四）工作日 (4)
（五）主要物性数据 (4)
第2节方案设计 (6)
方案设计 (6)
方案简介 (6)
第3节物料衡算 (7)
3.1进料组成： (7)
3.2全塔的物料衡算： (7)
3.3相对挥发度： (9)
3.4理论塔板数和进料板确定 (9)
3.5实际板数和实际进料位置确定 (10)
第4节塔体工艺尺寸计算 (11)
4.1操作压力的计算 (11)
4.2 塔体工艺尺寸计算 (12)
第5节各接管的设计 (18)
5.1进料管 (18)
5.2釜残液出料管 (18)
5.3回流液管 (19)
5.4塔顶产品出口管 (19)
第6节热量衡算 (20)
6.1塔顶冷却水用量 (20)
6.2塔釜饱和蒸汽用量 (21)
第7节辅助设备的计算及选型 (21)
7.1 冷凝器的选择 (21)
7.2 再沸器的选择 (22)
第1节设计任务书
题目：苯-乙苯精馏塔工艺设计
（一）设计题目
某化工厂拟采用一板式塔分离苯－乙苯混合液。已知：生产能力为年产44000 吨98%的乙苯产品；进精馏塔的料液含乙苯45%（质量分数，下同），其余为苯；塔顶的乙苯含量不得高于2%；残液中乙苯含量不得低于98%；料液初始温度为30℃，加热至沸点进料；塔顶冷凝器用温度为30 ℃的冷水冷却；塔底再沸器用温度为150 ℃的中压热水加热。
试根据工艺要求进行：
（1）板式精馏塔的工艺设计；
（2）标准列管式原料预热器或塔顶冷凝器或塔底再沸器的选型设计；
（3）确定接管尺寸；
（4）画出带控制点的工艺流程图。
（二）操作条件
1.塔顶压力4kPa（表压）
2.进料热状态泡点进料
3.回流比2倍最小回流比
4.加热蒸气压力0.5MPa（表压）
5.单板压降≤0.7kPa。
（三）塔板类型
板式塔
（四）工作日
每年工作日为300天，每天24小时连续运行。（五）主要物性数据
第2节方案设计
方案设计
本项目是设计苯-乙苯体系生产工艺的设计。分为精馏塔的设计，换热器的设计，阀门等带控制点的设备的设计。设计的主要内容为精馏塔的设计，换热器的选型以及带控制点的流程图的绘制。
精馏塔的设计流程为原料液由高位槽经过预热器预热后进入精馏塔内。操作时连续的从再沸器中取出部分液体作为塔底产品（釜残液）再沸器中原料液部分汽化，产生上升蒸汽，依次通过各层塔板。塔顶蒸汽进入冷凝器中全部冷凝或部分冷凝，然后进入贮槽再经过冷却器冷却。并将冷凝液借助重力作用送回塔顶作为回流液体，其余部分经过冷凝器后被送出作为塔顶产品。为了使精馏塔连续的稳定的进行，流程中还要考虑设置原料槽。产品槽和相应的泵,有时还要设置高位槽。且在适当位置设置必要的仪表（流量计、温度计和压力表）。以测量物流的各项参数。
换热器的选型主要为换热器的热量衡算以及其选型。原料预热器的热量主要通过再沸器中的蒸汽经过冷却下来的水，通过控制温度到达原料预热器的所需温度，用以加热，出去的水用来作为塔顶冷却器的冷却水，通过这样的循环，可以减少工厂运行的成本。
方案简介
设计方案简介：
设计中采用泡点进料，塔顶上升蒸汽采用全冷凝器冷凝，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1.5倍。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。加料方式采用直接流入塔内，采用泡点进料，即热
状态参数q=1.0。具体如下：
塔型的选择：
本设计中采用浮阀塔。其设计比较容易。
设计的依据与技术来源：
本设计依据于精馏的原理（即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使轻重组分分离），并在满足工艺和操作的要求，满足
经济上的要求，保证生产安全的基础上， 对设计任务进行分析并做出理论计算。
原料预热器的设计简介：
料液的初始温度为30℃，通过塔底再沸器产生的热水进行加热，通过温度控制器来控制加热器是否要对加热水进行加热，然后进入原料预热器对原料进行预热。
第3节 物料衡算
3.1进料组成：
624.011
.10645
.011.7855.011.7855.0=+
=
F
X
985
.011
.10602
.011.7898.011.7898.0=+
=
D
X
0270
.011
.10698
.011.7802.07802.0=+
=
W
X
3.2全塔的物料衡算：
年生产能力：44000吨 乙苯 既44000*0.55/0.45 吨苯
h
Kmol D /5.86)
11.106*)985.01(11.78*985.0(*24*3001000
*55.0*45.0/44000=-+=
F= D+W
F X F =D X D +W X W
把已知数据带入上式，得
F=86.5+W
F=86.5×0.985+W ×0.0270 解得：F=138.81 Kmol/h ， W=52.31 Kmol/h L’=F+L=194.17 Kmol/h V ’=V=L+D=141.86 Kmol/h
塔顶的温度：（由示差法求出）
1
985.0985
.0940.08088--=
--T T
解得：T=82℃ 进料板温度：
743
.0624.0624
.0542.08896--=
--T T
解得：T=92.7℃ 塔釜的温度：
072
.0027.0027
.00128136--=
--T T
解得：T=133℃
3.3相对挥发度：
C
t B
A Lgp o +-
= ①
查表得苯、乙苯的安托因常数如下：
根据①与苯、乙苯的安托因常数可以求出苯，乙苯的饱和蒸汽压和相对挥发度，结果列于下表中。
则：全塔平均相对挥发度α苯-乙苯=（6.29×5.51×4.46）1/3=5.33
3.4理论塔板数和进料板确定
XD=0.985 yF=0.901 XF=0.624
Rmin=（XD-yF ）/( yF –XF)=（0.985-0.901）/(0.901-0.624)=0.32
操作线方程：
6.039.0+=+=
X XD V
D
X V L y
提馏段方程：
01.0'37.1''''-=---=
X XW W
L W
X W L L y
由Origin 作图（可双击编辑）可知：（图见下页）
精馏段：理论塔板数为4块 提馏段：理论塔板数为6块 进料板为第5块板
020
40
60
80
100
Y /100%
D
F
作图法求理论塔板数图
3.5实际板数和实际进料位置确定
由示差法求得在塔顶、进料、塔底温度下的粘度,如下表：
μ顶 = 0.303×X D +0.349×(1—X D ) =0.304 m Pa·s μ底 = 0.195× X W +0.238×(1—X W ) = 0.237 m Pa·s
μ进料=0.274×X F +0.32×(1—X F )=0.291 m Pa·s
277.03进料塔釜塔顶=++=μμμμ m Pa·s 全塔效率 E T =0.49(αμ)-0.245 =0.445 N P =
T
T
E N =10/0.445 =23块 即，实际塔板数为23 计算实际塔板数 精馏段9445.04
E N T T 精≈==
P N 提馏段14445
.06
E N T T 提≈==
P N 实际加料板位置在第10块
第4节 塔体工艺尺寸计算
4.1操作压力的计算
塔顶操作压力 PD=P0+P 表=101.3+4=105.3kPa 每层塔板压降 △P=0.7kPa
进料板压力 PF=105.3+0.7*9=111.6kPa 塔底板压力 PF=105.3+0.7*23=121.4kPa 精馏段平均压力 Pm1=(105.3+111.6)/2=1.08.45kPa 提馏段平均压力 Pm2=(105.3+121.4)/2=113.2kPa
4.2 塔体工艺尺寸计算
4.2.1 塔径的计算
通过计算，塔顶，进料板，塔底的各种参数列于下表中。 位置 塔顶 进料板 塔底 摩尔分数
液 0.916 0.624 0.027 气
0.985 0.901 0.108 质量分数
液 0.889 0.55 0.02 气
0.980 0.87 0.082 摩尔质量
液 80.462 88.638 105.354 气
78.53 80.882 103.086 温度 82℃
92.7℃
133℃
苯，乙苯在不同温度下的密度： 精馏段：
t
平均
=（82+92.7）/2=87.4℃
在87.4℃时，苯的密度 0
.8155.792804.874.87100--=
--ρρ
解得
ρ=806.7Kg/m 3
乙苯的密度 6
.9132.795804.874.87100--=
--ρρ
解得
ρ=869.7 Kg/m 3
液相：
5
.842
638
.88462.80=ML =+=
t m=87.4℃
72
.02
=Lm X'==
乙苯
'X -1苯'=Lm 1ρρρLm
Lm X += 解得
.4
823=Lm =ρKg/m 3
001579.04
.823*360055.84*36.553600'==??=
Lm ML L L v ρ m 3
/s
气相：
71
.782
882
.8053.78=Mv =+=
925
.02
87
.098.0=vm X'=+=
7
.2)
4.871
5.273(*4.22*15.273=v =+=
Mv
ρKg/m 3
16.17
.2*360071.79*86.1413600*==?=
v Mv V V v ρm 3
/s
提馏段：
t
平均
=（133+92.7）/2=112.85℃
在112.85℃时，苯的密度 5
.7929.76810085.11285.112120--=
--ρρ
解得
ρ=777.4 Kg/m 3
乙苯的密度 2
.7952.77610085.11285.112120--=
--ρρ
解得
ρ=783.0 Kg/m 3
液相：
.972
354
.105638.88=ML =+=
t m=112.85℃
285
.02
=Lm X'==
乙苯
'X -1苯'=Lm 1ρρρLm
Lm X += 解得
781.4
=Lm =ρKg/m 3
0049.04
.781*36000.97*86.1413600''==??=
Lm ML L L v ρ m 3
/s
气相：
984
.912
086
.103882.80=Mv =+=
476
.02
082
.087.0=vm X'=+=
9
.22)
85.11215.273(*4.22*15.273=v =+=
Mv
ρKg/m 3
25.19
.2*3600984.91*86.1413600'*'==?=
v Mv V V v ρm 3
/s
对全塔：
00324
.02
0049
.000579.0=+=
Lv m 3/s
20
.12
25
.116.1Vv =+=
m 3/s
4
.8022
4
.7814.823L =+=
ρKg/m 3
8.22
9
.27.2v =+=
ρKg/m 3
表面张力的计算：
塔顶：82℃
苯：74
.2385.186********--=
--σσ
解得 σ=21.05
乙苯：01
.2585.20608282100--=
--σσ
解得 σ=22.72
σ
平均
=0.985*21.05+(1-0.985)*22.72=21.08
进料板：92.7℃
苯：27
.2185.18807.927.92100--=
--σσ
解得 σ=19.79
乙苯：92
.2285.20807.927.92100--=
--σσ
解得 σ=21.67
σ
平均
=0.624*19.79+(1-0.624)*21.67=20.50
塔底：133℃
苯：49
.1617.14120133133140--=
--σσ
解得 σ=14.97
乙苯：81
.1882.16120133133140--=
--σσ
解得 σ=17.52
σ
平均
=0.027*14.97+(1-0.027)*17.52=17.45
对全塔：
8
.6
19
3
5
.4
17
.5
20
8
.0
021
平=
+
+
=
σ
塔径D/m 0.3-0.5 0.5-0.8 0.8-1.6 1.6-2.4 2.4-4.0
板间距H
T
/mm 200-300 250-350 300-450 350-600 400-600
初选板间距H T=0.45m 取上液层高度h L=0.05m
H T-h L=0.45-0.05=0.4m
0457
.
8
.
2
4
.
802
2
.
1
00324
.
05.0
5
.
=
??
?
?
?
?
???
?
?
?
?
=
??
?
?
?
?
???
?
?
?
?
S
L
s
s
V
L
ρ
ρ
查上图smith关联图，得083
.
20
=
C，依式
2.0
2020??
?
?
?
=
σ
C
C校正到物系表面张力为19.68mN/m时的C
083
.
20
68
.
192.0
20
=
??
?
?
?
?
=C
C
s
m
C
u
V
V
L/
403
.
1
8
.
2
8
.
2
4
.
802
083
.
max
=
-
?
=
-
=
ρ
ρ
ρ
取安全系数为0.7，则
s
m
u
u/
98
.
403
.
1
7
.
7
.
max
=
?
=
=
m u
V D s
25.198
.014.32
.144=??=
=
π
调整塔径为1.4m;
塔截面积为A T =π/4*D 2=1.54m 2 U=Vv/A T =1.2/1.54=0.78m 3/s
4.2.2 浮阀个数的计算
采用F1型重阀，重量为33g ，孔径为39mm
一般正常负荷情况下，希望浮阀是在刚全开时操作，实验结果表明此时阀孔动能因子F o 为8 ~11。所以，取阀孔动能因子 F o = 11， 用式 F
u 21o
o ρ
V
=求孔速
ρV 为气相密度。
m/s 6.57 2.8
11 F
u 2
1
2
1
o
o ===ρ
V
依式N =Vv/(π/4*d 02U 0)求塔板上的理论浮阀数，即
153152.8 6.57*0.039*0.039*π4
*1.2πVv 4
N 2
≈===U
d 4.2.3精馏塔有效高度的计算
精馏段有效高度的计算：Z1 = 9×0.45=4.05m 提馏段有效高度的计算：Z2 = 14×0.45=6.3m
人孔数目根据塔板安装方便和物料的清洗程度而定。 对于处理不需要经常
清洗的物料，可隔8～10块塔板设置一个人孔；对于易结垢、结焦的物系需经常清洗，则每隔4～6块塔板开一个人孔。人孔直径通常为450-550mm 。
此处每隔5层塔板开一人孔，人孔高度为0.5m 人孔直径H T ，
为0.5m. 人孔数：S= (23/5)-1 = 3.6≈4
塔顶空间指塔内最上层塔板与塔顶空间的距离。为利于出塔气体夹带的液滴沉降，其高度应大于板间距，塔顶空间高度通H D 常取1.0-1.5m ：此处取1.2m
塔底空间指塔内最下层塔板到塔底间距。其值视具体情况而定：当进料有15分钟缓冲时间的容量时，塔底产品的停留时间可取3～5分钟，否则需有10～15分钟的储量，以保证塔底料液不致流空。塔底产品量大时，塔底容量可取小些，停留时间可取3～5分钟；对易结焦的物料，停留时间应短些，一般取1～1.5分钟。
此处塔底空间高度H B 取1.5m 。
进料段高度H F 取决于进料口得结构形式和物料状态，一般比H T 大，此处取0.5m 塔高：H =H D +(N-2-S) H T +SH T ，+H F +H B =1.2+（23-2-4）×0.45+4×0.5+0.5+1.5 =12.85m
第5节 各接管的设计
5.1进料管
苯与乙苯在某些温度下的密度如下：
苯乙苯则，进料的平均密度4.801376.06.802624.07.800=?+?=ρKg/m 3 进料体积流量;
s m h m F V m 33进料0043.04.154
.801638
.88*81.138====
ρ 取适宜的输送速度u f =2.0m/s, 则：输送管径m V d 052.014
.320043
.04u 4进料
进=??=
??=
π
经圆整选取热轧无缝钢管(GB 8163—87)，规格：φ60×3.5mm 实际管内流速：95.1053
.014.30043
.04d 42
2进
进料
=??=
??=
πV u f m/s 5.2釜残液出料管
釜液的平均摩尔分子质量
mol g M 46.10311.106973.011.78027.0=?+?=
釜残液的质量流量Kg W M Q 8.540831.5246.103=?=?= 可近似查得，塔底温度133℃时，ρ苯=752.8Kg/m 3 ，ρ乙苯=763.5 kg/m 3
釜残液的平均密度3
2.76397
3.05.763027.08.752m kg =?+?=ρ
则，残液的体积流量s m h m Q V 33釜液002.009.72
.7638
.5408====
ρ 取适宜的输送速度：u f =1.0m/s, 则：输送管径m V d 05006.014
.31002
.04u 4釜液
进=??=
??=
π
经圆整选取热轧无缝钢管，规格：φ57×3.5mm 实际管内流速：94.005
.014.3002
.04d 42
2残液
釜液
=??=
??=
πV u f m/s 5.3回流液管
回流液的质量流量：
kg Q F R Q W m 8.4412)8.540884.12303(64.0)(回流=-?=-?= 可近似查得，塔顶回流温度81.1 ℃时，ρ苯=813.8Kg/m 3 ，ρ乙苯=812.6 kg/m 3 回流液的平均密度
37.813)916.01(6.812916.08.813m kg =-?+?=ρ
则：回流液的体积流量s m h m Q V 33回流回流0015.042.57
.8138
.4412====
ρ 利用液体的重力进行回流，取适宜的回流速度u L =1m/s 则：回流管径输送管径m V d 0437.014
.310015
.04u 4回流
回流=??=
??=
π
经圆整选取热轧无缝钢管，规格：φ50×2.5mm 实际管内流速：94.0045
.014.30015
.04d 42
2
回流
回流
=??=
??=
πV u f m/s 5.4塔顶产品出口管
塔顶产品的质量流量Kg Q D 04.68958.540884.12303=-=
可近似查得，塔顶产品温度81.1 ℃时，ρ苯=813.8Kg/m 3 ，ρ乙苯=812.6 kg/m 3 产品液的平均密度
37.813)916.01(6.812916.08.813m kg =-?+?=ρ
则：产品液的体积流量s m m Q V D D 330024.047.87
.81304
.6895====ρ 取适宜的流速u L =1m/s 则：管径输送管径m VD
dD 0553.014
.310024
.04u 4=??=
??=
π
经圆整选取热轧无缝钢管，规格：φ63.5×3.5mm 实际管内流速：958.00565
.014.30024
.04d 42
2
回流
回流
=??=
??=
πV u f m/s 第6节 热量衡算
6.1塔顶冷却水用量
塔顶采用泡点回流，则计算回流温度t’=81.7℃
在塔顶82℃的汽化热γ苯=395 KJ/Kg ，γ乙苯=270 KJ/Kg ； 则，平均汽化热γ= X D ×γ苯+（1- X D ）×γ乙苯=393.12 KJ/Kg 查苯，乙苯比热容和汽化热如下表：
比热容为Cp 苯 =1.888KJ/Kg.k ，Cp 乙苯=1.941 KJ/Kg.k
则，平均比热容Cp= X D ×Cp 苯+（1- X D ）× Cp 乙苯=1.889 KJ/Kg.k 馏出液D 的质量Q D =X D ×D ×M 苯+（1- X D ）×D ×M 乙苯=6895.04 Kg/h 回流液质量Q L =R*Q D =4412.8 Kg/h
则冷凝器热负荷Q=（Q D +Q L ）×γ+（Q D +Q L ）×Cp ×△T
苯-甲苯精馏塔课程设计报告书
课程设计任务书 一、课题名称 苯——甲苯混合体系分离过程设计 二、课题条件（原始数据） 1、设计方案的选定 原料：苯、甲苯 年处理量：108000t 原料组成（甲苯的质量分率）：0.5 塔顶产品组成：%99>D x 塔底产品组成：%2 设计容 摘要：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﹑石油化工等工业中得到广泛的应用。本设计的题目是苯—甲苯二元物系板式精馏塔的设计。在确定的工艺要求下，确定设计方案，设计容包括精馏塔工艺设计计算，塔辅助设备设计计算，精馏工艺过程流程图，精馏塔设备结构图，设计说明书。关键词：板式塔；苯--甲苯；工艺计算；结构图 一、简介 塔设备是炼油、化工、石油化工等生产中广泛应用的气液传质设备。根据塔气液接触部件的结构型式，可分为板式塔和填料塔。板式塔设置一定数目的塔板，气体以鼓泡或喷射形式穿过板上液层进行质热传递，气液相组成呈阶梯变化，属逐级接触逆流操作过程。填料塔装有一定高度的填料层，液体自塔顶沿填料表面下流，气体逆流向上（也有并流向下者）与液相接触进行质热传递，气液相组成沿塔高连续变化，属微分接触操作过程。 工业上对塔设备的主要要：（1）生产能力大；（2）传热、传质效率高；（3）气流的摩擦阻力小；（4）操作稳定，适应性强，操作弹性大；（5）结构简单，材料耗用量少；（6）制造安装容易，操作维修方便。此外，还要求不易堵塞、耐腐蚀等。 板式塔大致可分为两类：（1）有降液管的塔板，如泡罩、浮阀、筛板、导向筛板、新型垂直筛板、蛇形、S型、多降液管塔板；（2）无降液管的塔板，如穿流式筛板（栅板）、穿流式波纹板等。工业应用较多的是有降液管的塔板，如浮阀、筛板、泡罩塔板等。 苯的沸点为80.1℃，熔点为5.5℃，在常温下是一种无色、味甜、有芳香气味的透明液体，易挥发。苯比水密度低，密度为0.88g/ml，但其分子质量比水重。苯难溶于水，1升水中最多溶解1.7g苯；但苯是一种良好的有机溶剂，溶解有机分子和一些非极性的无机分子的能力很强。 甲苯是最简单，最重要的芳烃化合物之一。在空气中，甲苯只能不完全燃烧，火焰呈黄色。甲苯的熔点为-95 ℃，沸点为111 ℃。甲苯带有一种特殊的芳香味（与苯的气味类似），在常温常压下是一种无色透明，清澈如水的液体，密度为0．866克／厘米3，对光有很强的折射作用（折射率：1,4961）。甲苯 化工原理课程设计 设计题目:苯-甲苯体系板式精馏塔设计 化工原理课程设计任务书 ?设计任务 分离含苯35% ，甲苯65%的二元均相混合液，要求所得单体溶液的浓度不低于97% 。（以上均为质量分率） 物料处理量：20000吨/年。（按300天/年计） 物料温度为常温（可按20℃计）。 ?设计内容 设计一常压下连续操作的板式精镏塔，设计内容应包含： 方案选择和流程设计； 工艺计算（物料、热量衡算，操作方式和条件确定等），主要设备的工艺尺寸计算（塔高、塔径）； 主体设备设计，塔板选型和布置，流体力学性能校核，操作负荷性能图，附属设备选型； 绘制工艺流程示意图、塔体结构示意图、塔板布置图； （设计图纸可手工绘制或CAD绘图） ?计算机辅助计算要求 物性计算 ①编制计算二元理想混合物在任意温度下热容的通用程序； ②编制计算二元理想混合物在沸腾时的汽化潜热的通用程序。 气液相平衡计算 ①编制计算二元理想混合物在任意温度下泡点、露点的通用程序； ②编制计算二元理想混合物在给定温度、任意组成下气液分率及组成的通用程序。 精馏塔计算 ①编制计算分离二元理想混合液最小回流比的通用程序； ②编制分离二元理想混合液精馏塔理论塔板逐板计算的通用程序。 采用上述程序对设计题目进行计算 ?报告要求 设计结束，每人需提交设计说明书（报告）一份，说明书格式应符合毕业论文撰写规范，其内容应包括：设计任务书、前言、章节内容，对所编程序应提供计算模型、程序框图、计算示例以及文字说明，必要时可附程序清单；说明书中各种表格一律采用三线表，若需图线一律采用坐标纸（或计算机）绘制；引用数据和计算公式须注明出处（加引文号），并附参考文献表。说明书前后应有目录、符号表；说明书可作封面设计，版本一律为十六开(或 A4幅面)。 摘要 化工生产和现在生活密切相关，人类的生活离不开各色各样的化工产品。设计化工单元操作，一方面综合了化学，物理，化工原理等相关理论知识，根据课程任务设计优化流程和工艺，另一方面也要结合计算机等辅助设备和机械制图等软件对数据和图形进行处理。 本次设计旨在分离苯和甲苯混合物，苯和甲苯化学性质相同，可按理想物系处理。通过所学的化工原理理论知识，根据物系物理化学特性及热力学参数，对精馏装置进行选型和优化，对于设备的直径，高度，操作条件（温度、压力、流量、组成等）对其生产效果，如产量、质量、消耗、操作费用 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 ABSTRACT Currently，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 1课程设计任务书- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -3 2前言- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 3 2.1塔设备的化工生产中的作用和地位- - - - - - - - - - - - - 3 2.2设计方案- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 4 2.3符号说明- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 5 3物料衡算- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -5 3.1进料组成- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -- - 5 3.2全塔物料衡算- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -3 3.3相对挥发度确定- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 6 3.4理论塔板数和进料位置确定- - - - - - - - - - - - - - - - - - -7 3.5实际板数和实际进料位置确定- - - - - - - - - - - - - - - - - 8 3.6精馏塔的气液负荷- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -- 9 4热量衡算- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -11 4.1塔顶冷却水用量- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 11 4.2塔釜饱和水蒸气用量- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -11 4.3液体平均表面张力- - - - - - - - - - - - - - - - - -- - - - - - - -12 5塔板工艺尺寸计算- - - - - - - - - - - -- - - - - - - - - - - -- - - - -12 5.1塔径计算- - - - - - - - - - - -- - - - - - -- - -- - - - - - -- - - - -12 5.2溢流装置- - - - - - - - - - - -- - - - - - -- - - - -- - - - - - - - - 13 5.3弓形降液管宽度和截面- -- - - - - - -- - - - -- - - - - - - - - 15 5.4降液管底隙高度- - - - - - - - -- - - - - - -- - - - -- - - - - - - 17 5.5筛孔计算及其排列- - - - - - -- - - - --- - - - - - - - - - - - - -17 5.6塔有效高度的计算- - - - - -- - - - ---- - - - --- - - - - - - - - 18 6塔板流体力学验算- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 19 6.1气相通过浮阀塔板的压强降- - - - - - - - - - - - - - - - - - -19 6.2淹塔- - - - - - - - - - - - - - - -- -- - -- - - - -- - - - - - -- - - - --20 6.3雾沫夹带- - - - - - - - - - - - -- -- - -- - - - -- - - - - - -- - - - -21 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。 2．操作弹性大，由于阀片可以自由升降以适应气量的变化，因此维持正常操作而允许的负荷波动范围比筛板塔，泡罩塔都大。 目录 一、毕业设计任务书- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 1 二、设计题目及原始条件- - - - - - - - - - - - - - - -- - - - - - - - - - 2 三、前言- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -3 四、物料衡算- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 4 五、热量衡算- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 4 六、塔板工艺尺寸计算(精馏段)- - - - - - - - - - - - - -- - - - - - - - -6 1、塔径- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -- - - - - - - - - - - - - - -7 2、溢流装置- - - - - - - - - - - - - - - - - - - -- - - - - - - - - - - - - -7 3、塔板布置及浮阀数目与排列- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -7 七、塔板流体力学验算- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -8 1、气相通过浮阀塔板的压强降- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -8 2、淹塔- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -8 3、雾沫夹带- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -8 八、塔板负荷性能图- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -8 1、雾沫夹带线- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 8 2、液泛线- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 9 3、液相负荷上限线- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 9 4、漏液线- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -9 5、液相负荷下限线- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -9 九、计算结果 十、塔板工艺尺寸，流体力学验算，负荷性能图(提馏段) - - - - - -10 十一、参考文献- - - - - - - - - - - - - - - - - 13 目录 板式精馏塔设计任务书 (3) 设计题目： (3) 二、设计任务及操作条件 (3) 三、设计内容： (3) 一．概述 (5) 1.1 精馏塔简介 (5) 1.2 苯-甲苯混合物简介 (5) 1.3 设计依据 (5) 1.4 技术来源 (6) 1.5 设计任务和要求 (6) 二．设计方案选择 (6) 2.1 塔形的选择 (6) 2.2 操作条件的选择 (6) 2．2.1 操作压力 (6) 2.2.2 进料状态 (6) 2.2.3 加热方式的选择 (7) 三．计算过程 (7) 3.1 相关工艺的计算 (7) 3.1.1 原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 (7) 3.1.2 物料衡算 (8) 3.1.3 最小回流比及操作回流比的确定 (8) 3.1.4精馏塔的气、液相负荷和操作线方程 (9) 3.1.5逐板法求理论塔板数 (10) 3.1.6 全塔效率的估算 (11) 3.1.7 实际板数的求取 (13) 3.2 精馏塔的主题尺寸的计算 (13) 3.2.1 精馏塔的物性计算 (13) 3.2.2 塔径的计算 (15) 3.2.3 精馏塔高度的计算 (17) 3.3 塔板结构尺寸的计算 (18) 3.3.1 溢流装置计算 (18) 3.3.2塔板布置 (19) 3.4 筛板的流体力学验算 (21) 3.4.1 塔板压降 (21) 3.4.2液面落差 (22) 3.4.3液沫夹带 (22) 3.4.4漏液 (22) 3.4.5 液泛 (23) 3.5 塔板负荷性能图 (23) 3.5.1漏夜线 (23) 3.5.2 液泛夹带线 (24) 3.5.3 液相负荷下限线 (25) 3.5.4 液相负荷上限线 (25) 3.5.5 液泛线 (26) 3.6 各接管尺寸的确定 (29) 3.6.1 进料管 (29) 3.6.2 釜残液出料管 (29) 3.6.3 回流液管 (30) 3.6.4塔顶上升蒸汽管 (30) 四．符号说明 (30) 五．总结和设计评述 (31) 课程设计说明书 学院：生态与资源工程学院 专业班级：2012级化学工程与工艺(1)班课程名称：化工原理课程设计 题目：苯-乙苯连续精馏塔的设计学生姓名：蔡学号：20124121036 指导老师：杨自涛 2015年6 目录 一、设计说明书 (3) 2.1塔设备在化工生产中的作用和地位 (4) 2.2筛板塔的结构特点及应用场合 (4) 2.3主要物性数据 (4) 三、精馏塔的物料衡算 (5) 3.1进料组成 (5) 3.2全塔的物料衡算 (5) 3.3相对挥发度和回流比的确定 (5) 3.4塔板数的计算 (7) 3.4.1理论塔板数的计算 (7) 3.4.2实际塔板数的计算 (8) 四、精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (8) 4.1平均压力PM (8) 4.2平均温度tm (9) 4.3平均分子量 (9) 4.4平均密度 (10) 4.5液体的平均表面张力 (10) 4.6液体平均粘度 (11) 五、汽液负荷计算 (11) 六、精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (11) 6.1塔径 (11) 6.2溢流装置 (13) 6.3弓形降液管宽度Wd和截面Af (14) 6.4降液管底隙高度 (15) 6.5塔高 (16) 七、塔板的流体力学验 (16) 7.1降液管液泛 (16) 7.2降液管内停留时间 (17) 7.3液沫夹带 (17) 7.4漏液 (17) 八、塔板负荷性能图 (18) 8.1液沫夹带线 (18) 8.2液泛线（气相负荷上限线） (18) 8.3液相负荷上限线 (19) 8.4漏液线（气相负荷下限线） (19) 8.5液相负荷下限线 (20) 8.6操作线与操作弹性 (20) 九、设计评述 (21) 十、参考文献 (21) 西北师大学 化工原理课程设计 学院: 化学化工学院 专业: 化学工程与工艺年级:2011 题目: 苯—甲苯精馏塔设计 前言 课程设计是化工原理课程的一个重要的实践教学容，是在学习过基础课程和化工原理理论与实践后，进一步学习化工设计的基础知识、培养化工设计能力的重要环节。通过该设计可初步掌握化工单元操作设计的基本程序和方法、得到化工设计能力的基本锻炼，更能从实践中培养工程意识、健全合理的知识结构。 此次化工原理设计是精馏塔的设计。精馏塔是化工生产中十分重要的设备，它是利用两组分挥发度的差异实现连续的高纯度分离。在精馏塔中，料液自塔的中部某适当位置连续的加入塔，塔顶设有冷凝器将塔顶蒸汽冷凝为液体。冷凝液的一部分（称回流液）回入塔顶，其余作为塔顶产品（称馏出液）连续排出。塔釜产生的蒸汽沿塔板上升，来自塔顶冷凝器的回流液从塔顶逐渐下降，气液两相在塔实现多次接触，进行传质传热过程，使混合物达到一定程度的分离。精馏塔的分离程度不仅与精馏塔的塔板数及其设备的结构形式有关，还与物料的性质、操作条件、气液流动情况等有关。该过程是同时进行传热、传质的过程。为实现精馏过程，必须为该过程提供物流的贮存、输送、传热、分离、控制等的设备、仪表。由这些设备、仪表等构成精馏过程的生产系统，即本次所设计的精馏装置。 课程设计是让同学们理论联系实践的重要教学环节，是对我们进行的一次综合性设计训练。通过课程设计能使我们进一步巩固和加强所学的专业理论知识，还能培养我们独立分析和解决实际问题的能力。更能培养我们的创新意识、严谨认真的学习态度。当代大学生应具有较高的综合能力，特别是作为一名工科学生，还应当具备解决实际生产问题的能力。课程设计是一次让我们接触实际生产的良好机会，我们应充分利用这样的时机认真去对待每一项任务，为毕业论文等奠定基础。更为将来打下一个稳固的基础。 虽然为此付出了很多，但在平常的化工原理课程学习中总是只针对局部进行计算，而对参数之间的相互关联缺乏认识，所以难免有不妥之处，望垂阅者提出意见，在此表示深切的意。 作者 2013年12月 《化工原理课程设计》报告 年处理5.4万吨苯-甲苯精馏装置设计 学院：化学化工学院 班级：应用化学101班 姓名：董煌杰 学号：10114308（14） 指导教师：陈建辉 完成日期：2013年1月17日 序言 化工原理课程设计是化学工程与工艺类相关专业学生学习化工原理课程必 修的三大环节之一，起着培养学生运用综合基础知识解决工程问题和独立工作能力的重要作用。 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。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（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。 目录 一、化工原理课程设计任书 (1) 二、设计计算 (3) 1）设计方案的选定及基础数据的搜集 (3) 2) 精馏塔的物料衡算 (7) 3) 塔板数的确定 (9) 4) 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (15) 5) 精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (21) 6) 塔板主要工艺尺寸的计算 (23) 7) 塔板负荷性能图 (27) 三、个人总结 (36) 四、参考书目 (37) 目录 设计任务书 1、概述.........................................................4 1.1设计任务及要求...................................................4 1.2符号说明...................................................5 1.3设计基础数据...................................................6 2、设计内容.........................................................7 2.1 精馏塔的物料衡算.............................................7 2.2塔板数的确定...................................................8 2.2.1操作线方程..........................................8 2.2.2塔板数的计算..........................................9 2.3塔的操作工艺条件及相关物性数据的计算 ..................11 2.3.1操作压力计算 ............................................. 11 2.3.2操作温度计算 ............................................. 11 2.3.3平均摩尔质量计算.......................................... 11 2.3.4平均密度计算................................................12 2.3.5液体平均黏度计算.......................................13 2.3.6液体平均表面张力计算 .......................................14 2.4精馏塔的塔体工艺尺寸计算....................................15 2.4.1塔径的计算................................................... 15 2.4.2精馏塔有效高度的计算.......................................16 2.5塔板主要工艺尺寸的计算....................................17 2.5.1溢流装置 (17) 2.5.2提馏段气、液相负荷计算.................................17 2.5.3弓形降液管宽度d w 和截面f A .................................18 2.5.4塔板设置 (18) 2.6塔板的流体力学验算..........................................19 2.6.1塔板压降 ...................................................19 2.6.2液面落差 (21) 化工原理课程设计------------苯-甲苯连续精馏板式塔的设计专业年级：11级化工本2 姓名：申涛 指导老师：代宏哲 2014年7月 目录 一序言 (3) 二板式精馏塔设计任务书 (4) 三设计计算 (5) 1.1 设计方案的选定及基础数据的搜集 (5) 1.2 精馏塔的物料衡算 (8) 1.3 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (12) 1.4 精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (17) 1.5 塔板主要工艺尺寸的计算 (18) 1.6 筛板的流体力学验算 (21) 1.7 塔板负荷性能图 (24) 四设计结果一览表 (30) 五板式塔得结构与附属设备 (31) 5.1附件的计算 (31) 5.1.1接管 (31) 5.1.2冷凝器 (33) 5.1.3 再沸器 (33) 5.2 板式塔结构 (34) 六参考书目 (36) 七设计心得体会 (36) 八附录......................................................................................... 错误!未定义书签。 一序言 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。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（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。 苯氯苯板式精馏塔的工艺设计工艺计 算书 1 2 苯-氯苯板式精馏塔的工艺设计工艺计算书(精馏段部分) 化学与环境工程学院 化工与材料系 5月27日 课程设计题目一——苯-氯苯板式精馏塔的工艺设计 一、设计题目 设计一座苯-氯苯连续精馏塔,要求年产纯度为99.8%的氯苯50000t/a,塔顶馏出液中含氯苯不高于2%。原料液中含氯苯为35%(以上均为质量%)。 二、操作条件 1.塔顶压强4kPa(表压); 2.进料热状况,自选; 3.回流比,自选; 4.塔釜加热蒸汽压力506kPa; 5.单板压降不大于0.7kPa; 6.年工作日330天,每天24小时连续运行。 三、设计内容 1.设计方案的确定及工艺流程的说明; 2.塔的工艺计算; 3.塔和塔板主要工艺结构的设计计算; 4.塔内流体力学性能的设计计算; 5.塔板负荷性能图的绘制; 1 2020年5月29日 2 2020年5月29日 6.塔的工艺计算结果汇总一览表; 7.辅助设备的选型与计算; 8.生产工艺流程图及精馏塔工艺条件图的绘制; 9.对本设计的评述或对有关问题的分析与讨论。 四、基础数据 1.组分的饱和蒸汽压οi p (mmHg) 2.组分的液相密度ρ(kg/m 3) 纯组分在任何温度下的密度可由下式计算 苯 t A 187.1912-=ρ 推荐:t A 1886.113.912-=ρ 氯苯 t B 111.11127-=ρ 推荐:t B 0657.14. 1124-=ρ 式中的t 为温度,℃。 3.组分的表面张力σ(mN/m) 3 2020年5月29日 双组分混合液体的表面张力m σ可按下式计算: A B B A B A m x x σσσσσ+= (B A x x 、为A 、B 组分的摩尔分率) 4.氯苯的汽化潜热 常压沸点下的汽化潜热为35.3×103kJ/kmol 。纯组分的汽化潜热与温度的关系可用下式表示: 38 .01 238 .012??? ? ??--=t t t t r r c c (氯苯的临界温度:C ?=2.359c t ) 5.其它物性数据可查化工原理附录。 附参考答案:苯-氯苯板式精馏塔的工艺计算书(精馏段部分) 苯-氯苯板式精馏塔的工艺计算书(精馏段部分) 一、设计方案的确定及工艺流程的说明 原料液经卧式列管式预热器预热至泡点后送入连续板式精馏塔(筛板塔),塔顶上升蒸汽流采用强制循环式列管全凝器冷凝后一部分作为回流液,其余作为产品经冷却后送至苯液贮罐;塔釜采用热虹吸立式再沸器提供汽相流,塔釜产品经卧式列管式冷却器冷却后送入氯苯贮罐。流程图略。 设计任务书 设计题目： 苯－甲苯连续精馏浮阀塔设计 设计条件： 常压： 1p atm = 处理量： 100Kmol h 进料组成： 0.45f x = 馏出液组成： 98.0=d x 釜液组成： 02.0=w x （以上均为摩尔分率） 塔顶全凝器： 泡点回流 回流比： min (1.1 2.0)R R =- 加料状态： 0.96q = 单板压降： 0.7a kp ≤ 设 计 要 求 ： (1) 完成该精馏塔的工艺设计（包括物料衡算、热量衡算、筛板塔的设计算）。 (2) 画出带控制点的工艺流程图、塔板负荷性能图、精馏塔工艺条件图。 (3) 写出该精馏塔的设计说明书，包括设计结果汇总和设计评价。 目录 摘要 ........................................................................................................................................................................... I 绪论 (1) 设计方案的选择和论证 (3) 第一章塔板的工艺计算 (5) 1.1基础物性数据 (5) 1.2精馏塔全塔物料衡算 (5) 1.2.1已知条件 (5) 1.2.2物料衡算 (5) 1.2.3平衡线方程的确定 (6) 1.2.4求精馏塔的气液相负荷 (7) 1.2.5操作线方程 (7) 1.2.6用逐板法算理论板数 (7) 1.2.7实际板数的求取 (8) 1.3精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (9) 1.3.1进料温度的计算 (9) 1.3.2操作压力的计算 ................................................................................................ 错误!未定义书签。 1.3.3平均摩尔质量的计算 (9) 1.3.4平均密度计算 (10) 1.3.5液体平均表面张力计算 (11) 1.3.6液体平均粘度计算 (12) 1.4 精馏塔工艺尺寸的计算 (12) 1.4.1塔径的计算 (12) 1.4.2精馏塔有效高度的计算 (14) 1.5 塔板主要工艺尺寸的计算 (14) 1.5.1溢流装置计算 (14) 1.6浮阀数目、浮阀排列及塔板布置 (15) 1.7塔板流体力学验算 (16) 1.7.1计算气相通过浮阀塔板的静压头降h f (16) 1.7.2计算降液管中清夜层高度Hd (17) 1.7.3计算雾沫夹带量e V (18) 1.8塔板负荷性能图 (19) 1.8.1雾沫夹带线 (19) 1.8.2液泛线 (19) 1.8.3 液相负荷上限线 (21) 1.8.4漏液线 (21) 1.8.5液相负荷下限线 (21) 1.9小结 (22) 第二章热量衡算 (23) 2.1相关介质的选择 (23) 2.1.1加热介质的选择 (23) 2.1.2冷凝剂 (23) 2.2热量衡算 (23) 第三章辅助设备 (28) 西北师范大学 化工原理课程设计 学院: 化学化工学院 专业: 化学工程与工艺年级:2011 题目: 苯—甲苯精馏塔设计 学生姓名: 卢东升 学号: 201173020228 2014年1月3日 前言 课程设计是化工原理课程的一个重要的实践教学内容，是在学习过基础课程和化工原理理论与实践后，进一步学习化工设计的基础知识、培养化工设计能力的重要环节。通过该设计可初步掌握化工单元操作设计的基本程序和方法、得到化工设计能力的基本锻炼，更能从实践中培养工程意识、健全合理的知识结构。 此次化工原理设计是精馏塔的设计。精馏塔是化工生产中十分重要的设备，它是利用两组分挥发度的差异实现连续的高纯度分离。在精馏塔中，料液自塔的中部某适当位置连续的加入塔内，塔顶设有冷凝器将塔顶蒸汽冷凝为液体。冷凝液的一部分（称回流液）回入塔顶，其余作为塔顶产品（称馏出液）连续排出。塔釜产生的蒸汽沿塔板上升，来自塔顶冷凝器的回流液从塔顶逐渐下降，气液两相在塔内实现多次接触，进行传质传热过程，使混合物达到一定程度的分离。精馏塔的分离程度不仅与精馏塔的塔板数及其设备的结构形式有关，还与物料的性质、操作条件、气液流动情况等有关。该过程是同时进行传热、传质的过程。为实现精馏过程，必须为该过程提供物流的贮存、输送、传热、分离、控制等的设备、仪表。由这些设备、仪表等构成精馏过程的生产系统，即本次所设计的精馏装置。 课程设计是让同学们理论联系实践的重要教学环节，是对我们进行的一次综合性设计训练。通过课程设计能使我们进一步巩固和加强所学的专业理论知识，还能培养我们独立分析和解决实际问题的能力。更能培养我们的创新意识、严谨认真的学习态度。当代大学生应具有较高的综合能力，特别是作为一名工科学生，还应当具备解决实际生产问题的能力。课程设计是一次让我们接触实际生产的良好机会，我们应充分利用这样的时机认真去对待每一项任务，为毕业论文等奠定基础。更为将来打下一个稳固的基础。 虽然为此付出了很多，但在平常的化工原理课程学习中总是只针对局部进行计算，而对参数之间的相互关联缺乏认识，所以难免有不妥之处，望垂阅者提出意见，在此表示深切的谢意。 作者 2013年12月 《化工原理》课程设计报告 苯-氯苯分离过程板式精馏塔设计 学院 专业 班级 学号 姓名 合作者 指导教师 化工原理设计任务书 一、设计题目: 苯-氯苯分离过程板式精馏塔设计 二、设计任务 1）进精馏塔的原料液中含氯苯为38%（质量百分比，下同），其余为苯。 2）塔顶馏出液中含氯苯不高于2%。 3）生产能力为日产纯度为99.8%的氯苯Z吨产品。年工作日300天，每天24小时连续运行。（设计任务量为3.5吨/小时） 三、操作条件 1.塔顶压强4kPa（表压）； 2.进料热状况，自选； 3.回流比，自选； 4.塔釜加热蒸汽压力0.5MPa； 5.单板压降不大于0.7kPa； 6. 设备型式：自选 7．厂址天津地区 四、设计内容 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五行数据的计算； 4.精馏塔的塔体工艺尺寸计算； 5.塔板的主要工艺尺寸计算； 6.塔板的流体力学计算； 7.塔板负荷性能图； 8.精馏塔接管尺寸计算； 9.绘制生产工艺流程图； 10.绘制精馏塔设计条件图； 11.绘制塔板施工图； 12.对设计过程的评述和有关问题的讨论 五、基础数据 1.组分的饱和蒸汽压 i p （mmHg ） 2.组分的液相密度ρ（kg/m 3） 纯组分在任何温度下的密度可由下式计算 苯 t A 187.1912-=ρ 氯苯 t B 111.11127-= ρ 式中的t 为温度，℃。 3.组分的表面张力σ（mN/m ） 双组分混合液体的表面张力m σ可按下式计算： A B B A B A m x x σσσσσ+= （B A x x 、为A 、B 组分的摩尔分率） 4.氯苯的汽化潜热 常压沸点下的汽化潜热为35.3×103kJ/kmol 。 纯组分的汽化潜热与温度的关系可用下式表示： 38 .01212??? ? ??--=t t t t r r c c （氯苯的临界温度：C ?=2.359c t ） 5.其他物性数据可查化工原理附录。 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%，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) 精馏条件的确定 (1) 精馏的加热方式 (1) 精馏的进料状态 (1) 精馏的操作压力 (1) 确定设计方案 (1) 工艺和操作的要求 (2) 满足经济上的要求 (2) 保证安全生产 (2) 第二章设计计算 (3) 设计方案的确定 (3) 精馏塔的物料衡算 (3) 原料液进料量、塔顶、塔底摩尔分率 (3) 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 (3) 物料衡算 (3) 塔板计算 (4) 理论板数NT的求取 (4) 全塔效率的计算 (6) 求实际板数 (7) 有效塔高的计算 (7) 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (8) 操作压力的计算 (8) 操作温度的计算 (8) 平均摩尔质量的计算 (8) 平均密度的计算 (10) 液体平均表面张力的计算 (11) 液体平均黏度的计算 (12) 气液负荷计算 (13)苯-甲苯体系板式精馏塔设计
年处理量18万吨苯—甲苯混合液的连续精馏塔的设计
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