甲苯乙苯的精馏浮阀塔课程设计报告书.docx
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甲苯乙苯的精馏浮阀塔课程设计报告书
《化工原理课程设计》说明书
设计题目：
甲苯乙苯的精馏（浮阀塔）
第一章前言
精馏原理及其在化工生产上的应用4
精馏塔对塔设备的要求4
常用板式塔类型及本设计的选型4
本设计所选塔的特性5
化工原理课程设计任务书5
第二章精馏塔的工艺计算
物料衡算6
原料液及塔顶，塔底产品的摩尔分率6
物料衡算6
回流比的确定7
平均相对挥发度的计算7
板数的确定8
精馏塔的气液相负荷8
精馏段与提馏段操作线方程9
全塔效率9
精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算10
操作温度的计算10
操作压强11
塔各段气液两相的平均分子量12
精馏塔各组分的密度13
液体表面力的计算14
液体平均粘度的计算15
气液负荷计算15
精馏塔的塔体工艺尺寸计算16
塔径的计算16
精馏塔有效高度的计算17
溢流装置计算17
塔板布置17
浮阀板的流体力学验算18
塔板压降18
液沫夹带18
塔板负荷性能图19
过量液沫夹带线关系式20
液相下限线关系式20
严重漏夜线关系式21
液相上限线关系式21
降液管液泛线关系式22
浮阀塔计算结果汇总22
第三章塔结构
塔的设备结构图23
结束语24
第一章前言
1.1精馏原理及其在化工生产上的应用
实际生产中，在精馏柱及精馏塔中精馏时，上述部分气化和部分冷凝是同时进行的。
对理想液态混合物精馏时，最后得到的馏液（气相冷却而成）是沸点低的B物质，而残液是沸点高的A物质，精馏是多次简单蒸馏的组合。
精馏塔底部是加热区，温度最高；塔顶温度最低。
精馏结果，塔顶冷凝收集的是纯低沸点组分，纯高沸点组分则留在塔底。
1.2精馏塔对塔设备的要求
精馏设备所用的设备及其相互联系，总称为精馏装置，其核心为精馏塔。
常用的精馏塔有板式塔和填料塔两类，通称塔设备，和其他传质过程一样，精馏塔对塔设备的要求大致如下：
一：
生产能力大：
即单位塔截面大的气液相流率，不会产生液泛等不正常流动。
二：
效率高：
气液两相在塔保持充分的密切接触，具有较高的塔板效率或传质效率。
三：
流体阻力小：
流体通过塔设备时阻力降小，可以节省动力费用，在减压操作是时，易于达到所要求的真空度。
四：
有一定的操作弹性：
当气液相流率有一定波动时，两相均能维持正液体的流动，而且不会使效率发生较大的变化。
五：
结构简单，造价低，安装检修方便。
六：
能满足某些工艺的特性：
腐蚀性，热敏性，起泡性等。
1.3常用板式塔类型及本设计的选型
常用板式塔类型有很多，如：
筛板塔、泡罩塔、舌型塔、浮阀塔等。
浮阀塔具有很多优点，且加工方便，故有关浮阀塔板的研究开发远较其他形式的塔板广泛，是目前新型塔板研开发的主要方向。
近年来与浮阀塔一直成为化工生中主要的传质设备，浮阀塔多用不锈钢板或合金。
实际操作表明，浮阀在一定程度的漏夜状态下，使其操作板效率明显下降，其操作的负荷围较泡罩塔窄，但设计良好的塔其操作弹性仍可达到满意的程度。
浮阀塔塔板是在泡罩塔板和筛孔塔板的基础上发展起来的，它吸收了两者的优点。
所以在此我们使用浮阀塔，浮阀塔的突出优点是结构简单，造价低，制造方便；塔板开孔率大，生产能力大等。
乙醇与水的分离是正常物系的分离，精馏的意义重大，在化工生产中应用非常广泛，对于提纯物质有非常重要的意义。
所以有必要做好本次设计
1.4．本设计所选塔的特性
浮阀塔的优点是：
1．生产能力大，由于塔板上浮阀安排比较紧凑，其开孔面积大于泡罩塔板，生产能力比泡罩塔板大20%～40%，与筛板塔接近。
2．操作弹性大，由于阀片可以自由升降以适应气量的变化，因此维持正常操作而允许的负荷波动围比筛板塔，泡罩塔都大。
3．塔板效率高，由于上升气体从水平方向吹入液层，故气液接触时间较长，而雾沫夹带量小，塔板效率高。
4．气体压降及液面落差小，因气液流过浮阀塔板时阻力较小，使气体压降及液面落差比泡罩塔小。
5．塔的造价较低，浮阀塔的造价是同等生产能力的泡罩塔的50%～80%,但是比筛板塔高20%～30。
但是，浮阀塔的抗腐蚀性较高（防止浮阀锈死在塔板上），所以一般采用不锈钢作成，致使浮阀造价昂贵，推广受到一定限制。
随着科学技术的不断发展,各种新型填料，高效率塔板的不断被研制出来，浮阀塔的推广并不是越来越广。
近几十年来,人们对浮阀塔的研究越来越深入，生产经验越来越丰富,积累的设计数据比较完整，因此设计浮阀塔比较合适
设计条件：
1、处理量：
100000（吨/年）。
2、进料组成：
甲苯、乙苯的混合溶液，含甲苯的质量分数为40%。
3、进料状态：
泡点进料
4、料液初温：
泡点温度
5、冷却水的温度：
25℃
6、饱和蒸汽压强：
5Kgf/cm2（1Kgf/cm2=98.066）KPa
7、精馏塔塔顶压强:
1atm
8、单板压降不大于0.7kPa
9、分离要求：
塔顶的甲苯含量不小于94%（质量分数）,塔底的
甲苯含量不大于2%（质量分数）。
10、年开工时间：
300（天）
第二章精馏塔的工艺计算
一、精馏塔的物料衡算
（一）、原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率
甲苯的摩尔质量MA=92.13kg/kmol
乙苯的摩尔质量MB=106.16kg/kmol
（二）、物料衡算
对于甲苯-乙苯双组分的连续精馏塔，根据总物料衡算及甲苯的物料衡算可求得馏出液流率D及残液流率W。
进料流量F=
联立解得D=61.765kmol/h,W=77.034kmol/h
二、塔板数的确定
（一）、理论板层数NT的求取
表1按托尼方程常数
Antoine方程常数?
物质
A
B
C
温度围℃
甲苯
6.07954
1344.8
219.482
6～137
乙苯
6.08208
1424.255
213.06
26～163
表2甲苯乙苯气液平衡
t/℃
110.62
113
116
119
122
101.3089
108.3452
117.7550
127.7931
138.4878
48.0712
51.7611
56.7318
62.0770
67.8163
x
1.0000
0.8755
0.7303
0.5969
0.4738
y
1.0000
0.9364
0.8490
0.7530
0.6477
t/℃
125
128
131
134
136.324
149.8675
161.9614
174.7988
188.4096
199.5043
73.9700
80.5590
87.6044
95.1280
101.2991
x
0.3601
0.2548
0.1571
0.0662
0.0000
y
0.5327
0.4074
0.2710
0.1231
0.0000
1、甲苯、乙苯的温度-组成
甲苯-乙苯属理想物系，可采用图解法求理论板层数。
根据（A、B、C为Antoine方程常数由手册已查得如表1）求得一系列温度下甲苯和乙苯的蒸气压、。
再根据泡点方程和露点方程得到各组t-x（y）
数据（如表2），绘出甲苯、乙苯的温度-组成图（如图1）及平衡曲
线（如图2）。
图1
2、确定操作的回流比R
因q=1、xe=xf=0.4344在x～y图上查得ye=0.4996。
故有：
而一般情况下R=（1.1～2）Rm,考虑到精馏段操作线离平衡线较近，故取实际操作的回流比为最小回流比的2倍。
即：
R=2Rm=3.53
图2
3、求操作线方程
精馏段操作线方程为：
L=R×D=3.53*61.765=218.03
提馏段操作线方程为
4、图解法求理论板层数
精馏段操作线为经过点a（0.9475，0.9475），c（0,0.2092），与q线交与点d,而提留段操作线为经过点d、b（0.02298,0.02298）。
在x-y图中绘出精馏段操作线、提留段操作线、q线，并绘出梯级（如图2）。
图解得总理论塔板数NT=13.5（不含再沸器）。
其中精馏段NT1=6.3块，提馏段NT2=8.2块，第9块为加料板位置。
三、塔的操作工艺条件及相关物性数据的计算
（一）、操作压力计算
塔顶操作压力：
PD＝101.3kPa
每层塔板压降：
取△P＝0.7kPa
进料板压力：
PF＝101.3＋0.7×15＝111.8kPa
塔底操作压力：
PW＝111.8＋0.7×16＝123kPa
精馏段平均压力：
Pm1＝（101.3＋111.8）/2＝106.55kPa
提馏段平均压力：
Pm2＝（111.8＋123）/2＝117.4kPa
（二）、操作温度计算
查温度-组成图可得相应温度如下：
塔顶温度：
TD＝111.5℃
进料板温度：
TF＝123.2℃
塔底温度：
TW＝136.983℃
精馏段平均温度：
Tm1＝（111.5＋123.2）/2=117.35℃
提馏段平均温度：
Tm2＝（123.2＋136.983）/2=130.0915℃
（三）、平均摩尔质量计算
精馏段摩尔质量:
由拉格朗日插入法得：
气相组成：
液相组成：
提馏段平均摩尔质量:
气相组成：
液相组成：
（四）、平均密度计算
由于已查得液相甲苯、乙苯在某些温度下的密度（如表3），
液相平均密度用计算（式中表示质量分数）。
气相平均密度用计算
液相甲苯、乙苯在某些温度下的密度‚
温度T/℃
60
70
80
90
100
ρkg/m3
甲苯
829.3
819.7
810
800.2
790.3
乙苯
831.8
822.8
813.6
804.5
795.2
温度T/℃
110
120
130
140
150
ρkg/m3
甲苯
780.3
770
759.5
748.8
737.8
乙苯
785.8
776.2
766.6
756.7
746.6
表3液相甲苯、乙苯在某些温度下的密度‚
求得在平均温度下甲苯和乙苯的密度
Tm1=117.35℃，，kg/m3
，kg/m3
同理：
Tm2=130.0915℃，kg/m3，
kg/m3
精馏段液相平均密度:
气相平均密度计算kg/m3
液相平均密度计算
kg/m3
提馏段液相平均密度:
气相平均密度计算kg/m3
液相平均密度计算
kg/m3
（五）、相对挥发度
精馏段：
由,，得，
所以
提馏段：
由,得，
所以
（六）、液体平均表面力计算
由于已查得液相甲苯、乙苯在某些温度下的表面力（如表4），将其以T为x轴、σ为y轴分别绘制出甲苯、乙苯的温度-表面力曲线图（如图4）。
故甲苯、乙苯纯组分在本设计所涉及的温度围的表面力可用下式求得：
甲苯σA=-0.1053T＋30.095
乙苯σB=-0.1016T＋31.046
而液相平均表面力用计算
表4甲苯、乙苯在某些温度下的表面力
甲苯
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