苯-甲苯筛板式精馏塔设计终结版

化工原理

课程设计说明书

筛板式精馏塔设计

姓名高江超

班级化工102

学号2010012075

指导老师朱宪荣

目录

第一部分概述

一、设计题目 (3)

二、设计任务 (3)

三、设计条件 (3)

四、工艺流程图 (3)

第二部分工艺设计计算

一、设计方案的确定 (4)

二、精馏塔的物料衡算 (4)

1.原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数 (4)

2.原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 (4)

3.物料衡算原料处理量 (4)

三、塔板数的确定 (4)

N的求取 (4)

1.理论板层数

T

2.实际板层数的求取 (6)

四、精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (6)

1.操作压力计算 (6)

2.操作温度计算 (6)

3.平均摩尔质量计算 (6)

⑴塔顶摩尔质量计算 (6)

⑵进料板平均摩尔质量计算 (6)

⑶提馏段平均摩尔质量 (7)

4.平均密度计算 (7)

⑴气相平均密度计算 (7)

⑵液相平均密度计算 (7)

5.液相平均表面张力计算 (7)

⑴塔顶液相平均表面张力计算 (7)

⑵进料板液相平均表面张力计算 (7)

6.液相平均粘度计算 (8)

⑴塔顶液相平均粘度计算 (8)

⑵进料板液相平均粘度计算 (8)

五、精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (8)

1.塔径的计算 (8)

2.精馏塔有效高度计算 (9)

六、塔板主要工艺尺寸的计算 (9)

1.溢流装置计算 (9)

⑴堰长W l (9)

⑵溢流堰高度W h (9)

⑶弓形降液管宽度d W 和截面积f A (9)

2.塔板布置 (9)

⑴塔板的分块 (9)

⑵边缘区宽度确定 (9)

⑶ 开孔区面积计算 (9)

⑷筛孔计算及其排列 (10)

七、筛板的流体力学验算 (11)

1.塔板压降 (11)

⑴干板阻力c h 计算 (11)

⑵气体通过液层的阻力L h 计算 (11)

⑶液体表面张力的阻力 h 计算 (11)

2.液面落差 (12)

3.液沫夹带 (12)

4.漏液 (12)

5.液泛 (12)

八、塔板负荷性能图 (13)

1.漏液线 (13)

2.液沫夹带线 (13)

3.液相负荷下限线 (14)

4.液相负荷上限线 (14)

5.液泛线 (14)

九、设计一览表 (16)

十、参考文献 (17)

第一部分概述

一、设计题目：筛板式精馏塔设计

二、设计任务：

试设计分离苯-甲苯混合物的筛板精馏塔。已知原料液的处理量为20000吨/年，组成为0.50（苯的质量分数），要求塔顶馏出液的组成为0.99，塔底釜液的

组成为0.02。

三、设计条件

操作压力进料热状况回流比单板压降厂址

表压泡点进料自选 0.7kPa 齐齐哈尔地区

试根据上述工艺条件作出筛板的设计计算。

四、工艺流程图

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。

第二部分工艺设计计算

一、设计方案的确定

本设计任务书为分离苯-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，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

的2倍、

二、苯-甲苯的物性参数表

三、精馏塔的物料衡算

1.原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数

苯的摩尔质量 A M =78.11Kg/mol

甲苯的摩尔质量 B M =92.14Kg/mol

F X =

14.92/50.011.78/50.011.78/50.0+=0.54

D X =14.92/01.011.78/99.011.78/99.0+=0.99 W X =14

.92/98.011.78/02.011.78/02.0+=0.024 2.原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量

F M =0.54⨯78.11+(1-0.54)⨯92.14=84.56Kg/mol

D M =0.99⨯78.11+(1-0.99)⨯92.14=78.25Kg/mol

W M =0.024⨯78.11+(1-0.024)⨯92.14=91.79Kg/mol

3.物料衡算原料处理量

F =56

.842778=32.85Kmol/h 总物料衡算 32.85=D+W

苯物料衡算 32.85⨯0.54=0.99⨯D+0.024⨯W

联立解得 D=17.49Kmol/h ，W=15.35Kmol/h

三、塔板数的确定

1.理论板层数T N 的求取

苯-甲苯属理论物系，可采用图解法求理论板层数。

①由手册查得苯-甲苯物系的气液平衡数据，绘出x-y 图 见附图5

或用逐板计算法 见草稿

附图7 苯和甲苯的气液平衡相图

x

0 0.058 0.155 0.256 0.376 0.508 0.659 0.83 1 y 0 0.128 0.304 0.453 0.596 0.72 0.83 0.943 1

②求最小回流比及操作回流比

采用作图法求最小回流比。在图中对角线上，自点e （0.42，0.42）做垂线，ef 即为

进料线（q 线），该线与平衡线的交点坐标为：

q y =0.0.745 q x =0.99