1、安徽理工大学课 程 设 计 说 明 书题目：分离苯甲苯用筛板精馏塔设计院 系：机械工程学院专业班级：过控 101 班学 号：2010302358 学生姓名： 指导老师： 2013 年 1 月 4 日1安徽理工大学课程设计（论文）任务书机械工程学院 过控教研室学号 2010302358 学生姓名 专业班级 过控 10-1设计题目分离苯甲苯用筛板精馏塔设计设计技术参数料液种类：苯甲苯混合液年处理量：50000 吨料液浓度：35%塔顶产品浓度：99%（轻组分质量分数）塔底釜液浓度：99%（重组分质量分数）每年实际生产天数：330（一年中有一个月检修）精馏塔塔顶压强：4kPa(表压)设备形式：筛板精馏
2、塔厂址：淮南地区设计要求完成精馏塔工艺设计、精馏设备设计、绘制塔板结构简图、编制设计说明书工作量 说明书总页数不少于 25 页工作计划从 2012 年 12 月 26 号开始设计计算，至 2013 年 1 月 4 日结束(18周至 19 周)参考资料1 程能林.溶剂手册 .北京：化学工业出版社，20022 刘光启等 .化工物性算图手册, 20023 杨祖荣.化工原理 .北京：化学工业出版社，20094 贾邵义 柴诚敬 .化工原理课程设计.天津：天津大学出版社，20025 国家医药管理局上海医药设计院.化学工艺设计手册.第二版.上册.北京：化学工业出版社，1996，2-200指导老师签字 教研室
3、主任签字2012 年 12 月 16 日2目录1. 流程和工艺条件的确定和说明 .62. 操作条件和基础数据 .62.1. 操作条件 .62.2. 基础数据 .63. 精馏塔的物料衡算 .63.1. 原料液及塔顶、塔顶产品的摩尔分率 .63.2. 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 .73.3. 物料衡算 .74. 塔板数的确定 .74.1. 理论塔板层数 NT 的求取 .74.1.1. 绘 x-y 图 .74.1.2.最小回流比及操作回流比的确定 .84.1.3.精馏塔气、液相负荷的确定 .84.1.4. 求操作线方程 .84.1.5. 图解法求理论板层数 .84.2. 实际塔板数的求取
4、.95. 精馏塔的工艺条件及有关物性的计算 .95.1. 操作压力计算 .95.2. 操作温度计算 .105.3. 平均摩尔质量计算 .105.4.平均密度计算 .105.4.1. 气相平均密度计算 .105.4.2. 液相平均密度计算 .105.5. 液体平均表面张力计算 .115.6.液体平均黏度计算 .125.7. 全塔效率计算 .125.7.1. 全塔液相平均粘度计算 .125.7.2. 全塔平均相对挥发度计算 .1335.7.3. 全塔效率的计算 .136. 精馏塔的塔体工艺尺寸计算 .136.1. 塔径的计算 .136.2. 精馏塔有效高度的计算 .147. 塔板主要工艺尺寸的计算
5、 .157.1. 溢流装置计算 .157.1.1. 堰长 lW .157.1.2. 溢流堰高度 hW.157.1.3. 弓形降液管宽度 Wd 和截面积 Af.157.1.4. 降液管底隙高度 h0 .157.2. 塔板布置 .167.2.1. 塔板分布 .167.2.2. 边缘区宽度确定 .167.2.3. 开孔区面积计算 .167.2.4. 筛孔计算及其排列 .168. 筛板的流体力学验算 .178.1. 塔板压降 .178.1.1. 干板阻力 hc 计算 .178.1.2. 气体通过液层的阻力 h1 计算 .178.1.3. 液体表面张力的阻力 h计算 .178.2. 液面落差 .178.
6、3. 液沫夹带 .188.4. 漏液 .188.5. 液泛 .199. 塔板负荷性能图 .199.1. 漏液线 .199.2. 液沫夹带线 .209.3. 液相负荷下限线 .219.4.液相负荷上限线 .2149.5.液泛线 .2110. 主要工艺接管尺寸的计算和选取 .2310.1. 塔顶蒸气出口管的直径 dV.2310.2. 回流管的直径 dR.2310.3. 进料管的直径 dF.2310.4. 塔底出料管的直径 dW.2311. 塔板主要结构参数表 .2412.参考文献 .2513. 附图（工艺流程简图） .251. 流程和工艺条件的确定和说明5本设计任务为分离苯甲苯混合物。对于二元混合
7、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 1.6 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： （表压）4kPa进料热状态： 泡点进料 回流比： 1.6 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）： 35%塔顶苯含量（质量分数）： 99%塔釜苯含量（质量分数
8、）： 1%生产能力（万吨/年）： 53.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苯的摩尔质量 MA=78.11 kg/kmol甲苯的摩尔质量 MB=92.13 kg/kmol 384.01.92/65.01.78/35.0Fx 59D.3././.Wx63.2. 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量kmolgMF /684.13.92)84.01(.7834.0D 75915 klW /.).(.3.3. 物料衡算生产能力： hmolF/82.7684.)30/(5总物料衡算： WD2.7苯物料衡算： W01.95.3.0联立解得D = 44.8332 kmol/hW = 2
9、7.9956 kmol/h4. 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。由手册查得苯甲苯物系的气液平衡数据，绘出 x-y 图，见下图4.1.2.最小回流比及操作回流比的确定7采用作图法求最小回流比。因为是泡点进料，则 xF =xq，在图二中对角线上，自点（0.3884，0.3884）作垂线即为进料线（q 线） ，该线与平衡线的交点坐标为yq =0.6182 xq=0.3884故最小回流比为Rmin= =qDxy6245.138.0612.95则操作回流比为R= 1.6Rmin =1.61.6245=2.5991塔釜的汽相回流比247.38.0
10、915.4)5.2()1( FDWx4.1.3.精馏塔气、液相负荷的确定L=RD=2.247444.8332=100.7592kmol/hV=(R+1)D=（2.2474+1）44.8332=145.5913kmol/hL=L+F=100.7592+72.8288=173.588 kmol/hV=V=145.5913 kmol/h4.1.4. 求操作线方程相平衡方程 nnyx56.1.2精馏段操作线方程为y= 270.6.01672.951672.1 xxRxD提馏段操作线方程为051.43.29.8293. xxxyW84.1.5. 求理论板层数1)采用图解法求理论板层数，如图二所示。求解结
11、果为总理论塔板数 NT=17（包括再沸器）进料板位置 NF=92)逐板计算求理论塔板数x y x y1 0.9785 0.9915 10 0.2754 0.49312 0.9552 0.9820 11 0.2001 0.39043 0.9150 0.9650 12 0.1332 0.28234 0.8506 0.9358 13 0.0820 0.18625 0.7576 0.8889 14 0.0473 0.11276 0.6421 0.8212 15 0.0255 0.06287 0.5228 0.7372 16 0.0125 0.03158 0.4209 0.6504 17 0.0051
12、0.01299 0.3469 0.5762换提馏段方程逐板计算 进料板在 NF=9qx总理论塔板数 NT=17w174.2. 实际塔板数的求取全塔效率假设 0.54塔内实际板数 N=(17-1)/0.54=30实际进料板位置 Nm=NR+1=17精馏段实际板层数 N =9/0.54=16精提馏段实际板层数 N =8/0.54=14提5. 精馏塔的工艺条件及有关物性的计算5.1. 操作压力计算塔顶操作压力 PD=101.325+4.0=105.325 kPa9每层塔板压降 P=0.70 kPa进料板压力 PF=105.325+0.7017=117.225kPa精馏段平均压力 Pm=(105.32
13、5+117.225) / 2=111.275 kPa5.2. 操作温度计算依据操作压力，由泡点方程通过试差法计算出泡点温度，其中苯、甲苯的饱和蒸气压由安托尼方程计算CtBAp0lg塔顶温度 tD81.79 进料板温度 tF102.9 精馏段平均温度 tm（82.1+102.9）/2 =92.5 5.3. 平均摩尔质量计算1）塔顶平均摩尔质量计算由 xD=y1=0.9915，逐板计算得 x1=0.9785MVDm=0.991578.11+（ 1-0.9915）92.13=78.2292kg/kmolMLDm= 0.978578.11+（1-0.9785）92.13=78.4114 kg/kmol2）进料板平均摩尔质量计算由逐板计算解理论板，得 yF=0.6192 xF=0.3884MVFm=0.619278.11+（1-0.6192）92.13= 83.4488 kg/kmol MLFm=0.388478.11+（1-0.3884）92.13= 86.6846 kg/kmol3）精馏段平均摩尔质量MVm=（78.2292+83.4488 ）/2=80.839 kg/kmolMLm=（78.4114+86.6846）/2=82.5480 kg/kmol5.4.平均密度计算5.4.1. 气相平均密度计算由理想气体状态方程计算，即
