苯甲苯连续精馏塔设计.docx

1、苯甲苯连续精馏塔设计苯-甲苯连续精馏塔设计 河北工程大学 化工原理课程设计 题目名称：连续精馏塔的设计 院 系 理学院 专 业 应用化学 班 级 08级(1)班 学 号 080370104 姓 名 韩德福 2019-7-3 连续精馏塔的设计 设计任务书 (一) 设计题目 试设计一座苯甲苯连续精馏塔，要求年产纯度为 95% 的苯 10 万吨/年，塔顶馏出液中含苯不得低于 95% ，塔釜馏出液中含苯不得高于 0.3% ，原料液中含苯 30% 。（以上均为质量分数） (二) 操作条件 1) 塔顶压力 常压 2) 进料热状态 自选 3) 回流比 自选 4) 塔底加热蒸气压力 0.5Mpa（表压） 5)

2、 单板压降 0.7kPa。 (三) 塔板类型 自选 (四) 工作日 每年工作日为300天，每天24小时连续运行。 (五) 设计说明书的内容 1. 设计内容 (1) 流程和工艺条件的确定和说明 (2) 操作条件和基础数据 (3) 精馏塔的物料衡算； (4) 塔板数的确定； (5) 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算； (6) 精馏塔的塔体工艺尺寸计算； (7) 塔板主要工艺尺寸的计算； (8) 塔板的流体力学验算； (9) 塔板负荷性能图； (10) 主要工艺接管尺寸的计算和选取（进料管、回流管、釜液出口管、塔顶蒸汽管、人孔等） (11) 塔板主要结构参数表 (12) 对设计过程的评述和有关问

3、题的讨论。 2. 设计图纸要求： 1) 绘制生产工艺流程图（A3号图纸）； 2) 绘制精馏塔设计条件图（A3号图纸）。 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 . 1 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 . 2 4.1. 理论塔板层数NT的求取 . 2 4.1.1. 绘t-x-y图和x-y图 . 2 4.1.2.最小回流比及操作回流比的确定 . 4 4.1.3.

4、精馏塔气、液相负荷的确定 . 4 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 . 4 5. 精馏塔的工艺条件及有关物性的计算 . 4 5.1. 操作压力计算 . 5 5.2. 操作温度计算 . 5 5.3. 平均摩尔质量计算 . 5 5.4.平均密度计算 . 5 5.4.1. 气相平均密度计算 . 5 5.4.2. 液相平均密度计算 . 6 5.5. 液体平均表面张力计算 . 6 5.6.液体平均黏度计算 . 7 5.7. 全塔效率计算 . 7 5.7.1. 全塔液相平均粘度计算 . 7 5.7.2. 全塔平均相对挥发度计算 . 8

5、 5.7.3. 全塔效率的计算 . 8 6. 精馏塔的塔体工艺尺寸计算 . 8 6.1. 塔径的计算 . 8 6.2. 精馏塔有效高度的计算 . 9 7. 塔板主要工艺尺寸的计算 . 10 7.1. 溢流装置计算 . 10 7.1.1. 堰长lW . 10 7.1.2. 溢流堰高度hW. 10 7.1.3. 弓形降液管宽度Wd和截面积Af . 10 7.1.4. 降液管底隙高度h0 . 11 7.2. 塔板布置 . 11 7.2.1. 塔板分布 . 11 7.2.2. 边缘区宽度确定 . 11 7.2.3. 开孔区面积计算 . 11 7.2.4. 筛孔计算及其排列 . 11 8. 筛板的流体力

6、学验算 . 12 8.1. 塔板压降 . 12 8.1.1. 干板阻力hc计算 . 12 8.1.2. 气体通过液层的阻力h1计算 . 12 8.1.3. 液体表面张力的阻力h计算 . 12 8.2. 液面落差 . 13 8.3. 液沫夹带 . 13 8.4. 漏液 . 14 8.5. 液泛 . 14 9. 塔板负荷性能图 . 14 9.1. 漏液线 . 14 9.2. 液沫夹带线 . 15 9.3. 液相负荷下限线 . 16 9.4.液相负荷上限线 . 16 9.5.液泛线 . 16 10. 主要工艺接管尺寸的计算和选取 . 18 10.1. 塔顶蒸气出口管的直径dV . 18 10.2.

7、回流管的直径dR . 19 10.3. 进料管的直径dF . 19 10.4. 塔底出料管的直径dW . 19 11. 塔板主要结构参数表 . 19 12. 设计实验评论 . 20 13.参考文献 . 21 14. 附图（工艺流程简图、主体设备设计条件图） . 21 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1.4

8、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 进料热状态 泡点进料 回流比 1.4倍 塔底加热蒸气压力 0.5Mpa（表压） 单板压降 0.7kPa。 2.2. 基础数据 进料中苯含量（质量分数） 30% 塔顶苯含量（质量分数） 95% 塔釜苯含量（质量分数） 0.3% 生产能力（万吨/年） 10 3. 精馏塔的物料衡算 3.1. 原料液及塔顶、塔顶产品的摩尔分率 甲醇的摩尔质量 MA=78.11 kg/kmol 水的摩尔质量 MB=92.13 kg/kmol xF= 0.30/78.11 0.30/78.11 0.70/9

9、2.13 =0.336 xD=0.95/78.11 0.95/78.11 0.05/92.13 =0.957 xW=0.003/78.11 0.003/78.11 0.997/92.13 =3.5410-3 3.2. 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 MF= 0.33678.11+（1-0.336）92.13=87.42kg/kmol MD= 0.95778.11+（1-0.957）92.13=78.11 kg/kmol MW= 3.5410-378.11+（1-3.5410-3）92.13=92.08 kg/kmol 3.3. 物料衡算 108 生产能力 =11416 kg/h 365

10、24 塔顶产量 D= 11416 =145 kg/kmol 78.71 总物料衡算 F=145+W 苯物料衡算 0.30F=0.95145+0.003W 联立解得 F =462.30 kmol/h W=313.30 kmol/h 4. 塔板数的确定 4.1. 理论塔板层数NT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t-x-y图和x-y图 由手册1查的甲醇-水物系的气液平衡数据 表一 苯甲苯气液平衡苯（101.3KPa）/%（mol） 由上数据可绘出和t-x-y图和x-y图。 图一 图二 4.1.2.最小回流比及操作回流比的确定 采用作图法求最小回流比。因为是泡点进

11、料，则xF =xq，在图二中对角线上，自点（0.336，0.336）作垂线即为进料线（q线），该线与平衡线的交点坐标为 yq = 0.55 xq=0.336 故最小回流比为 Rmin= xD yqyq xq = 0.96 0.55 =1.914 0.55 0.336 则操作回流比为 R= 1.4Rmin =1.41.914=2.68 4.1.3.精馏塔气、液相负荷的确定 L=RD=2.68145=388.60 kmol/h V=(R+1)D=（2.68+1）145=533.60 kmol/h L=L+F=388.60+462.30=850.90 kmol/h V=V=533.60 kmol/h

12、 4.1.4. 求操作线方程 精馏段操作线方程为 y LD388.60145x xD x 0.957 0.73x0.26 VV533.60533.60LW850.90317.30x xw x 3.54 10 3 1.49x 2.10 10 3 VV533.60533.60 提馏段操作线方程为 y 4.1.5. 图解法求理论板层数 采用图解法求理论板层数，如图二所示。求解结果为 总理论塔板数 NT=21（包括再沸器） 进料板位置 NF=7 4.2. 实际塔板数的求取 精馏段实际板层数 N精=6/0.56=10.7111 提馏段实际板层数 N提=15/0.56=26.7827 5. 精馏塔的工艺条

13、件及有关物性的计算 5.1. 操作压力计算 塔顶操作压力 PD=101.30 kPa 每层塔板压降 P=0.70 kPa 进料板压力 PF=101.30+0.7011=109 kPa 精馏段平均压力 Pm=（101.30+109）/2=105.15 kPa 5.2. 操作温度计算 由图二得出 塔顶温度 tD=81.10 C 进料板温度 tF=97.46 C 精馏段平均温度 tm=（81.10+97.46）/2=89.28 C 5.3. 平均摩尔质量计算 塔顶平均摩尔质量计算 由xD=y1=0.957，查图二得 x1=0.90 MVDm=0.95778.11+（1-0.957）92.13=78.71 kg/kmol MLDm= 0.9078.11+（1-0.90）92.13=79.51 kg/kmol 进料板平均摩尔质量计算 由图二解理论板，得 yF=0.533 xF=0.323 MVFm=0.53378.11+（1-0.533）92.13= 84.66 kg/kmol MLFm=0.32378.11+（1-0.323）9