苯甲苯连续精馏塔设计

目录

1. 流程和工艺条件的确定和说明 (1)

2. 操作条件和基础数据 (1)

2.1. 操作条件 (1)

2.2. 基础数据 (1)

3. 精馏塔的物料衡算 (1)

3.1. 原料液及塔顶、塔顶产品的摩尔分率 (2)

3.2. 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 (2)

3.3. 物料衡算 (2)

4. 塔板数的确定 (3)

4.1. 理论塔板层数N T的求取 (3)

4.1.1. 绘t-x-y图和x-y图 (3)

4.1.2.最小回流比及操作回流比的确定 (3)

4.1.3.精馏塔气、液相负荷的确定 (3)

4.1.4. 求操作线方程 (4)

4.1.5. 图解法求理论板层数 (4)

4.2. 实际塔板数的求取 ...................................... 错误!未定义书签。

5. 精馏塔的工艺条件及有关物性的计算............... 错误!未定义书签。

5.1. 操作压力计算 .............................................. 错误!未定义书签。

5.2. 操作温度计算 .............................................. 错误!未定义书签。

6.设计实验评论 (10)

7.参考文献 (11)

8.附图（工艺流程简图、主体设备设计条件图） (11)

摘要

精馏塔作为一种工业生产使用的塔设备，在化工、医药、食品等行业得到广泛应用。根据精馏原理可知，精馏塔实现精馏操作，必须同时拥有塔底再沸器和塔顶冷凝器，有时还有配原料液、预热器、回流液泵等附属设备。

本次设计根据实际操作条件，设计苯-甲苯连续精馏塔，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，需设计一个筛板式塔将其分离。综合工艺操作方便、经济及安全等多方面考虑，本设计采用塔板为碳钢材料，按照逐板计算求得理论板数为11。塔顶使用全凝器，部分回流。精馏段实际板数为6，提馏段实际板数为9。全塔塔径为2.0m。通过对塔内物料物性数据的分析，按照工程实践经验，设计了塔的工艺尺寸，确定了操作点符合操作要求。最后，对塔的附属设备进行了设计，主要是接口管径的设计计算，从而完成了此次设计任务。

关键词：苯-甲苯分离；精馏塔；塔板

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

2.5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 常压 4kPa （表压）

进料热状态 泡点进料 （1q =）

回流比 2.5倍

2.2. 基础数据

进料中苯含量（质量分数） 50%

塔顶苯含量（质量分数） 95%

塔釜苯含量（质量分数） 2%

生产能力（吨/日） 100（20h/d ）

3. 精馏塔的物料衡算

苯的摩尔质量 78.11/A M kg kmol =

甲苯的摩尔质量 92.13/B M kg kmol =

3.1. 苯的各摩尔分率

苯的摩尔质量 78.11/A M kg kmol =

甲苯的摩尔质量 92.13/B M kg kmol =

原料液含苯的摩尔分率

0.5/78.110.5410.5/78.110.5/92.13

F x ==+ 塔顶含苯的摩尔分率

0.95/78.110.9570.95/78.110.05/92.13

D x ==+ 塔底含苯的摩尔分率

20.02/78.11 2.35100.02/78.110.98/92.13

W x -==⨯+ 3.2. 原料液及塔顶、底苯的平均摩尔质量

原料液平均摩尔质量

0.54178.11(10.541)92.1384.54/F M kg kmol =⨯+-⨯=

塔顶液平均摩尔质量

0.95778.11(10.957)92.1378.71/D M kg kmol =⨯+-⨯=

塔底液平均摩尔质量

0.023578.11(10.0235)92.1391.80/W M kg kmol =⨯+-⨯=

3.3. 物料衡算

生产能力：100t/d=5000kg/h

进料流量： 500059.14/84.54

F kmol h == 总物料衡算： F D W =+

苯物料衡算： F D W x F x D x W =+

联立解得： 32.73/26.41/D kmol h W kmol h

==

4. 塔板数的确定

4.1. 理论塔板层数N T 的求取

苯—甲苯属理想物系，可采用图解法求理论板层数。

4.1.1. 绘苯—甲苯溶液的y-x 图 沸点 110.6

105.71 102 98.25 95.2 92.4 89.82 87.32 85 82.61 81.2 80.81 气相组成

0 20.8 37.2 50.7 61.9 71.3 79.1 85.7 91.2 95.9 98 100 液相组成 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 95 100

苯——甲苯体系相平衡曲线图

X(苯）

（图一）

4.1.2.最小回流比及操作回流比的确定

平均相对挥发度 ，回流比与最小回流比之比为2.5

min (1)1 1.0211D D F F x x R x x αα⎡⎤-=-=⎢⎥--⎣⎦

操作回流比 1.02 2.5 2.55R =⨯=

4.1.3.精馏塔气、液相负荷的确定