苯—甲苯溶液连续精馏塔设计

江汉大学

《化工原理》课程设计说明书题目苯—甲苯溶液连续精馏塔设计

专业班级过控141

学生翔

指导老师红姣

成绩

2017 年 7 月 5 日

化工原理课程设计任务书

一、设计名称：

苯-甲苯溶液连续精馏塔设计

二．设计条件

处理量：10万吨/y

料液组成（质量分数）：45%

塔顶产品组成（质量分数）：99%

塔顶易挥发组分回收率：99%

每年实际生产时间：7200h

精馏塔顶的压强：4kPa (表压) 加热蒸汽：低压蒸汽

单板压降：≯0.7kPa

三、设计任务

1、设备选型、设计方案的确定和流程说明；

2、精馏塔的工艺计算：塔径、塔高、溢流装置、塔板的布置、升气道等的设计与排列；

3、流体力学性能的验算；

4、绘制塔板负荷性能图并结合流体力学验算进行调整；

5、有关附属设备的计算选型；

6、编写设计说明书和设计结果概要或设计一览表，绘制主体设备工艺条件图

目录

1.流程和工艺条件的确定和说明 (3)

2.操作条件和基础数据 (3)

2.1操作条件 (3)

2.2基础数据 (3)

3.设计计算 (3)

3.1精馏塔的物料衡算 (3)

3.2塔板数的确定 (4)

3.2.１苯—甲苯混合物的ｔ-ｘ-ｙ图和x-y图 (4)

3.2.2确定最小回流比Ｒｍｉｎ和回流比 (6)

3.2.3精馏塔气、液相负荷的确定 (6)

3.2.4操作线方程 (7)

3.2.5图解法求理论板层数 (7)

3.2.6全塔效率的计算 (7)

3.2.7实际板层数 (9)

3.3精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (9)

3.3.1操作压力计算 (9)

3.3.2平均摩尔质量计算 (9)

3.3.3平均密度计算 (10)

3.3.4液体平均表面力计算 (12)

3.3.5液体平均粘度计算 (13)

3.4精馏塔的塔体工艺尺寸计算与板间距的确定 (13)

3.4.1塔径的计算 (13)

3.4.2塔高度计算 (15)

3.5塔板主要工艺尺寸计算 (16)

3.5.1溢流装置的计算 (16)

3.5.2塔板布置 (18)

3.6筛板的流体力学验算 (19)

3.6.1精馏段筛板的流体力学验算 (19)

3.6.2提馏段筛板的流体力学验算 (21)

3.7塔板负荷性能图 (22)

3.7.1精馏段塔板负荷性计算 (22)

2.7.2提馏段塔板负荷性能计算 (25)

3.8塔的辅助设备及附件的计算与选型 (27)

3.8.1全凝器 (27)

3.8.2再沸器 (28)

3.8.3接管管径计算与选型 (28)

3.8.4塔顶空间 (30)

3.8.5人孔 (31)

设计结果一览表 (31)

参考文献 (34)

1.流程和工艺条件的确定和说明

本设计任务为分离苯—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。塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔，其余部分经产品冷凝冷却后送至储罐。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1.6倍。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。

2.操作条件和基础数据

2.1操作条件

塔顶压力：4kPa

进料热状态：泡点进料

回流比：1.6倍

加热蒸汽：低压加热

单板压降：≤0.7kPa

2.2基础数据

进料中苯的含量（质量分数）：45%

塔顶苯的含量（质量分数）：99%

塔顶易挥发组分回收率：99%

生产能力（万吨/年）：10

3.设计计算

3.1精馏塔的物料衡算

苯的摩尔质量M A=78kg/kmol

甲苯的摩尔质量M B=92kg/kmol

进料组成（摩尔分数）

x F =

(0.4578⁄)0.4578⁄+0.5592

⁄

=0.4911

塔顶馏出液组成（摩尔分数）

x D =0.9978⁄

0.9978⁄+0.00192

⁄

=0.9915

进料平均摩尔质量

M F =0.4911×78+0.5089×92=85.1246kg/kmol 塔顶溜出液平均摩尔质量

M D =0.9915×78+0.0085×92=78.12kg/kmol 根据全塔物料及轻组分衡算列平衡方程式，如下：

F =D +W

F ∙x F =D ∙x D +W ∙x W 而，进料量流量

F =108

7200×8501246

=163.1595kmol/h

以塔顶苯为主要产品，回收率

η=D ∙x D W ∙x W

×100%

可以解得

D =79.3263kmol/LW =83.8332kmol/Lx W =0.0176 签残液平均摩尔质量

M W =0.0176×78+0.09842×92=91.7536kg/kmol 式中 F------原料液流量

D------塔顶产品流量 W------塔底产品流量

3.2塔板数的确定

3.2.１苯—甲苯混合物的ｔ-ｘ-ｙ图和x-y 图

由《化工工艺设计手册》查得的苯-甲苯物系的气液平衡数据，如表3-1

所示：

表3-1苯-甲苯物系的气液平衡数据表