化工原理课程设计报告

苯-甲苯分离过程筛板精馏塔设计

第一章设计任务书 (2)

1.1设计题目 (2)

1.2设计任务 (2)

1.3操作条件 (2)

1.4设计内容及要求 (2)

1.4.1工艺设计 (2)

1.4.2精馏塔设备设计 (3)

1.4.3附属设备设计和选用 (3)

第二章设计正文 (4)

1.1工艺流程选择论证及说明,流程图 (4)

1.2主要设备的设计 (4)

1.2.1工艺计算 (4)

1.2.1.1全塔物料衡算 (4)

1.2.1.2塔板数的确定 (5)

1.2.1.3塔的气液负荷计算 (8)

1.2.2设备计算 (11)

1.2.2.1设计计算 (12)

1.2.2.2流体力学验算 (14)

1.2.2.3塔板负荷性能图 (16)

1.2.3塔体结构 (19)

1.2.3.1塔顶空间H D (19)

1.2.3.2塔底空间H B (19)

1.2.3.3人孔 (20)

1.3主要辅助设备的选用与计算 (20)

1.3.1配管 (20)

1.3.2冷凝器 (21)

1.3.3再沸器 (22)

第三章设备结构图以及流程图 (23)

第四章参考文献 (24)

第五章附录（设计流程图、程序、表格、数据等） (24)

第一章设计任务书

1.1设计题目

苯-甲苯连续精馏筛板塔的设计。

1.2设计任务

1)完成精馏塔工艺设计

2)精馏设备设计

3)有关附属设备的选用和设计

4)绘制精馏工艺流程图

5)设备结构图

6)编制设计说明书。

1.3操作条件

7)精馏塔顶压强：4.0kPa(表压)

8)进料热状态：冷进料

9)回流比：计算可得为

10)单板压降压：≯0.7kPa

1.4设计内容及要求

1.4.1工艺设计

11)选择工艺流程和工艺条件

a.加料方式：冷进料，原料中苯的含量为75%（质量分数）

b. 加料状态：原料温度为20℃

c. 塔顶蒸汽冷凝方式：冷凝器冷凝，泡点回流

d. 塔釜加热方式 :再沸器加热

e. 塔顶塔底产品的出料状态：塔顶产品出料苯的含量不低于98%；其余为甲苯；塔底中苯的含量不高于8.5% ，塔顶产品由塔顶产品冷却器冷却至常温。

12)精馏工艺计算:

a.物料衡算确定各物料流量和组成。

b.经济核算确定适宜的回流比

c. 精馏塔实际塔板数

理论塔板数、然后根据全塔效率ET,求得全塔、精馏段、提馏段的实际塔板数,确定加料板位置。

1.4.2精馏塔设备设计

13)选择塔型和板型

采用板式塔,板型为筛板(浮阀)塔。

14)塔板结构设计和流体力学计算

15)绘制塔板负荷性能图

16)有关具体机械结构和塔体附件的选定

a)接管规格: 根据流量和流体的性质,选取经验流速,选择标准管道。

b)全塔高度: 包括上、下封头,裙座高度。

1.4.3附属设备设计和选用

17)换热器选型

对原料预热器,塔底再沸器,塔顶冷凝器,塔顶产品冷却器等进行选型。

18)泵设计选型

第二章设计正文

1.5工艺流程选择论证及说明,流程图

本设计任务为分离苯一甲苯混合物。由于对物料没有特殊的要求，可以在常压下操作。对于二元混合物的分离，应采用连续精馏流程。设计中采用冷液体进料，将原料液直接送人精馏塔内。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。该物系属易分离物系，最小回流比较小，故操作回流比取最小回流比的2倍。塔底设置再沸器采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。

塔板的类型为筛板塔精馏，筛板塔塔板上开有许多均布的筛孔，孔径一般为3～8mm，筛孔在塔板上作正三角形排列。筛板塔也是传质过程常用的塔设备，它的主要优点有：

19)结构比浮阀塔更简单，易于加工，造价约为泡罩塔的60％，为浮阀塔的80％左右。

20)处理能力大，比同塔径的泡罩塔可增加10～15％。

21)塔板效率高，比泡罩塔高15％左右。

22)压降较低，每板压力比泡罩塔约低30％左右。

筛板塔的缺点是：

23)塔板安装的水平度要求较高，否则气液接触不匀。

24)操作弹性较小(约2～3)。

25)小孔筛板容易堵塞。

1.6主要设备的设计

1.6.1工艺计算

1.6.1.1全塔物料衡算

F=D+W

Fx F=Dx D+Wx W

式中:F、D、W分别为进料、塔顶产品、塔底馏出液的摩尔流量(kmol/h), x F、x D、x W分别为进料、塔顶产品、塔底馏出液组成的摩尔分率（甲苯摩尔质量：92.13Kg/kmol;苯的摩尔质量：78.11Kg/kmol）

26) 原

料液及塔顶

、塔底产

品

的摩尔分率

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 =

780

.013.92/25.011.78/75.011

.78/75.0x F =+=

983

.013.92/02.011.78/98.011

.78/98.0x D =+=

099.013.92/915.011.78/085.011

.78/085.0x W

=+=

27) 原

料

液

及

塔

顶

、

塔

底

产

品

的

平

均

摩

尔

质

量

)/(kg 0.2813.192)780.01(11.78780.0kmol M F =⨯-+⨯= )/(kg 078.43.192)983.01(11.78983.0kmol M D =⨯-+⨯= )/90.73(kg 3.192)099.01(11.78099.0kmol M W =⨯-+⨯=

28) 物

料

衡

算

苯的产量：30000000KG 每年 总物料衡

算

苯物

料

衡

算

即0.780F=53.146*0.983+0.099W

联立

解

得

式中 F------原料液流量 D------塔顶产品量 W------塔底产品量

29) 塔顶产品易挥发组分回收率η为: η= Dx D /Fx F

53.1460.983

97.08%68.990.780

η⨯=

=⨯

1.6.1.2 塔板数的确定

30) 理论板层数NT 的求取

苯一甲苯属理想物系，可采逐板计算求理论板层数。