苯—甲苯连续精馏塔的工艺设计综述

化工原理课程设计

设计题目：苯一甲苯连续精馏塔的工艺设计学生姓名： _____________

学号： _____________

专业班级： _________

指导教师： ___________

摘要............................................................. I 第1章绪论 (1)

1.1设计流程 (1)

1.2设计思路 (1)

第2章精馏塔的工艺设计 (3)

2.1产品浓度的计算 (3)

2.2最小回流比的计算和适宜回流比的确定 (4)

2.3物料衡算 (4)

2.4精馏段和提馏段操作线方程 (5)

2.5逐板法确定理论板数及进料位置（编程） (5)

2.6全塔效率、实际板数及实际加料位置 (6)

第3章精馏塔主要工艺尺寸的设计计算 (8)

3.1物性数据计算 (8)

3.2精馏塔主要工艺尺寸的计算 (10)

3.3塔板主要工艺尺寸的计算 (12)

3.4塔板流体力学校核 (15)

3.5塔板符合性能图 (17)

第4章热量衡算 (21)

4.1热量衡算示意图 (21)

4.2热量衡算 (21)

第5章塔附属设备的计算 (25)

5.1筒体与封头 (25)

5.2除沫器 (25)

5.3裙座 (25)

5.4塔总体高度的设计 (25)

5.5换热器（进料预热器或产品冷却器）的设计计算 (26)

5.6进料管的设计 (27)

5.7泵的选型 (27)

5.8贮罐的计算 (28)

第6章结论 (29)

6.1结论 (29)

6.2主要数据结果总汇 (29)

结束语 (30)

参考文献.......................................... 错误！未定义书签。

附录1主要符号说明 (31)

附录2程序框图.................................... 错误！未定义书签。

附录3精馏塔工艺条件图................

附录4生产工艺流程图..................

教师评语.......................................... 错误！未定义书签。

1.1设计流程

本设计任务为分离苯一一甲苯混合物。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。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。该物系属易分物系，最小回流比较小，故操作回流比取最小回流 比的1.2倍。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。

设计流程框图如下：

任务书上规定的生产任务长期固定，适宜采用连续精流流程。贮罐中的原料液用 机泵加入精馏塔；塔釜再沸器用低压蒸汽作为热源加热料液；精馏塔塔顶设有全凝器， 冷凝液部分利用重力泡点回流；部分连续采出到产品罐。简易流程如下，具体流程见 附图。

1-原料罐，2-进料罐，3-苯、甲苯精馏塔，4-塔顶全凝器，5-再沸器 1.2设计思路

本次课程设计的任务是设计苯一甲苯精馏塔，塔型为浮阀式板塔，进料为两组份 进料，且苯与甲苯的挥发度有明显差别，可用一个塔进行精馏分离。

要分离的组分在常压下均是液体，因此操作在常压下即可进行，进料为泡点进料, 需预热器。同时在塔顶设置冷凝器，在塔底设置再沸器，由于塔顶不许汽相出料，故 采用全凝，又因所设计的塔较高，应用泵强制回流。 1.2.1加料方式

本设计的加料方式为泡点进料。 1.2.2加热方式

第1章绪论

F

D

本设计的加热方式为塔底间接加热。

1.2.3回流比的选择选择操作回流比为最小回流比的1.2倍。

1.2.4塔顶冷凝器的冷凝方式与冷却介质的选择冷凝方式为全凝，冷却介质为冷水。

1.2.5设计流程图

第2章精馏塔的工艺设计

2.1产品浓度的计算

M 苯=78.11 , M 甲苯=92.14

摩尔分数

M D

二X D

M 苯（1—X D ） M 甲苯=0.992 78.11（1 —0.992） 92.14 = 78.22kg/kmol

M W 二 X W M 苯■（1 -X W ） M 甲苯=0.012 78.11 • （1—0.012） 92.14 = 91.16kg/kmol

2.2平均相对挥发度的计算 温度计算

表2.1苯一甲苯的气液平衡与温度的关系表[1] 温度 /0C

苯/%（mol 分率） 温度

/0C

苯/%（mol 分率） 温度

/0C

苯/%（mol 分率）

液相

气相

液相 气相

液相 气相 110.6 0 0 95.2 39.7 61.8 84.4 80.3 91.4 106.1 8.8 21.2 92.1 48.9 71.0 82.3 90.3 95.7 102.2 20.0 37.0 89.4 59.2 78.9 81.2 95.0 97.9 98.6

30.0

50.0

86.8

70.0

85.3

80.2

100.0

100.0

用内插法求得t F 、t D 、t W

丄

110.6 —1006.1 t w -110.6

t w :

—

0-21.2 1.2-0

故由上塔顶温度t D =81.16 C

进料温度t F -88.70 C

95.2 -92.1 95.2 -88.70

y F :

61.8 -70.0 一 61.8 -100y F —

塔底温度t w =109.99 C

t F

t

D

95.2 -92.1 t F -95.2

39.7 -48.9 一 59-39.7

— t F -88.70 C

80.2-81.2 t D -80.2

100.0-95.0 一 99.2 -100.0 一 t D =80.36 C

气相组成 y D

81.2-80.2 _ 80.36 -80.2

97.9 -100.0 100y D -100.0

y D =99.66%

0.4/78.11

X F =

0.55/78.11

0.45/92.14

0.99/78.11 = 0.440

0.99/78.11 - 0.01/92.14

0.01/78.11

= 0.992

X W =

0.01/78.11 0.99/92.14

摩尔质量

M F =X F M 苯,1—X F ）M 甲苯=0.44 78.11 （1—0.44） 92.14 = 85.97kg/kmol

= 0.012

t

W

= 109.99 C

气相组成 y F =81.09%