苯与乙苯连续精馏

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)2.6.3液沫夹带 (21)2.6.4漏液 (21)2.6.5液泛 (22)2.7塔板负荷性能图 (22)2.7.1精馏段塔板负荷性能图 (22)2.7.2提馏段塔板负荷性能图 (24)2.8主要辅助设备 (26)2.8.1冷凝器 (26)2.8.2 再沸器 (26)2.9对设计过程的评述、有关问题的讨论和设计自我评价 (27)3、参考文献 (28)1、概述本次设计的目的是通过精馏操作来完成苯和乙苯混合溶液的分离，从而获得较高浓度的轻组分苯。

同时对所设计的精馏塔进行结构设计及强度校核。

完成精馏操作任务的设备是精馏塔，精馏塔原理是：在一定压力下利用混合溶液中各组分挥发度的不同，在精馏塔中同时多次进行部分挥发和部分冷凝，使其分离成几乎纯组分的过程，根据塔内气液接触情况，精馏塔可分为两大类：板式塔和填料塔，板式塔又可分为泡罩塔、筛板塔、舌形塔、浮法塔等。

根据本次设计任务及各类精馏塔的特点，本次设计采用筛板塔。

1.1设计任务及要求1、设计题目: 苯-乙苯连续精馏塔的设计苯-乙苯连续精馏塔的设计：试设计一座苯-乙苯连续精馏塔的设计，要求年产纯度为98％的乙苯，小组中每个人设计的产量分别为：17000吨；18000吨；19000吨；20000吨；21000吨；22000吨，塔顶馏出液中含乙苯不得高于2％，原料液中含乙苯40%（以上均为质量分数；其余为苯）。

2、设计条件:(1) 操作条件1) 塔顶压力 4kPa（表压）2) 进料热状态自选；3) 回流比自选4) 采用间接蒸汽加热塔底加热蒸汽压力 0.5Mpa（表压）5) 单板压降≤0.7kPa。

(2) 塔板类型筛板塔。

(3) 工作日每年工作日为300天，每天24小时连续运行。

(4) 厂址厂址：安徽省合肥市。

(5) 设计内容1、设计说明书的内容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物性数据的计算； 4) 精馏塔的塔体工艺尺寸计算； 5) 塔板主要工艺尺寸的计算； 6) 塔板的流体力学验算； 7) 塔板负荷性能图； 8) 精馏塔接管尺寸计算； 9) 主要辅助设备的选型10）对设计过程的评述、有关问题的讨论和设计自我评价。

2、设计图纸要求：1) 绘制生产工艺流程图（A1号图纸）； 2) 绘制精馏塔设计条件图（A1号图纸）。

1.2符号说明英文字母 L s ——液体体积流量，m 3/h A a ——塔板开孔区面积，m 2 n ——筛孔数目A f ——降液管截面积，m 2 P ——操作压力，kPaA o ——筛孔区面积，m 2 ∆P ——气体通过每层筛板的压降，kPa A T ——塔的截面积，m 2 T ——理论板层数C ——负荷因子，无因次 t ——筛孔的中心距，m C 20——表面张力为20mN/m 的 u ——空塔气速，m/s 负荷因子d o ——筛孔直径，m u omin ——漏液点气速，m/sD ——塔径，m u o '——液体通过降液体系的速度，m/s e v ——液沫夹带量，kg 液/kg 气 V n ——气体体积流量，m/s R ——回流比 V s ——气体体积流量，m/s R min ——最小回流比 W c ——边缘无效区宽度，m M ——平均摩尔质量，kg/kmol W d ——弓形降液管高度，m T m ——平均温度，℃ W s ——破沫区宽度，m g ——重力加速度，m/s 2 Z ——板式塔有效高度，m F o ——筛孔气相动触因子 h l ——出口堰与沉降管距离，m 希腊字母h c ——与平板压强相当的液柱高 δ——筛板厚度，m度，m τ——液体在降液管内停留时间，s h d ——与液体流过降液管压强降 μ——粘度，mPa ·s相当的液柱高度，m ρ——密度，kg/m 3h f ——板上清液高度，m σ——表面张力，mN/m h l ——板上清液层高度，m φ——开孔率，无因次 h o ——降液管的底隙高度，m α——质量分率，无因次 h ow ——堰上液层高度，m H w ——出口堰高度，m 下标 H w '——进口堰高度，m max ——最大 h σ——与克服表面张力压强降相 min ——最小 当的液柱高度，m L ——液相 H ——板式塔高度，m V ——气相 H d ——降液管内清夜层高度，m K ——稳定系数l w ——堰长，m H F ——进料处塔板间距，m H P ——人孔处塔板间距，mH T ——塔板间距，m L h ——液体体积流量，m 3/h1.3设计基础数据饱和蒸汽压 ()a KP粘度 ()s mP a ⋅表面张力()m mN苯 乙苯 苯 乙苯 苯 乙苯 83 100 19.5 0.3 0.38 21 22.5 85 108 20.8 0.286 0.36 20.8 22.2 88 120 23.2 0.275 0.35 20.3 21.3 90 125 25 0.28 0.345 20 21.8 95 155 32 0.26 0.34 19.5 21.2 100 170 36.5 0.25 0.32 18.5 20.4 105 200 46 0.24 0.31 18.1 20 110 218 49.5 0.22 0.295 17.4 19.5 115 245 59.8 0.218 0.28 16.8 19 120 279.8 67.5 0.208 0.272 16.2 18.4 1353801000.1750.2414.517项目温度由表中各温度下饱和蒸汽压可计算出气液组分摩尔分数之间的关表所示:则可绘出t-x-y 关系图如下：2、设计内容2.1精馏塔的物料衡算原料液流率为F,塔顶产品流率为D ，塔底产品流率为W ，对精馏塔做全塔物料衡算，则有：F=D+W F F x =D D x +W W x苯的摩尔质量：M A =78.11kg/kmol 乙苯的摩尔质量：M B =106.16kg/kmol 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量：F M =(1-40%）×78.11+40%×106.16=89.33kg/kmol D M =(1-2%)×78.11+2%×106.16=78.67kg/kmolW M =(1-98%)×78.11+98%×98%×106.16=105.6kg/kmolF x =671.016.106/4.011.78/6.011.78/6.0=+D x =985.016.106/02.011.78/98.011.78/98.0=+W x =027.016.106/98.011.78/02.011.78/02.0=+ F x 、D x 、W x 分别为原料、塔顶、产品中的苯的摩尔分数则可知产物的产量W=30.266.105243001027=⨯⨯⨯kmol/h F=26.30×24.80671.0985.0027.0985.0=--kmol/hD=F-W=80.24-26.30=53.94kmol/h2.2塔板数的确定2.2.1操作线方程 1、精馏段操作线方程其中α为苯—乙苯的相对挥发度，本设计取塔顶、塔底平均温度下的值，查化工手册得苯和乙苯的t —x —y 关系。