化工原理课程设计之苯甲苯连续精馏塔浮阀塔的设计Word下载.docx
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顶压强为4KPa（表压），单板压降≯0.7KPa，采用表压0.6MPa的饱和蒸汽加热。
（二）塔设备类型浮阀塔。
（三）厂址：
湘潭地区（年平均气温为17.4℃）
（四）设计内容
1.设计方案的确定、流程选择及说明。
2.塔及塔板的工艺计算塔高（含裙座）、塔径及塔板结构尺寸；
塔板流体力学验算；
塔板的负荷性能图；
设计结果概要或设计一览表。
3.辅助设备计算及选型（注意：
结果要汇总）。
4.自控系统设计（针对关键参数）。
5.图纸：
工艺管道及控制流程图；
塔板布置图；
精馏塔的工艺条件图。
6.对本设计的评述或有关问题的分析讨论。
二、按要求编制相应的设计说明书
设计说明书的装订顺序及要求如下：
1.封面（设计题目，设计人的姓名、班级及学号等）
2.目录
3.设计任务书
4.前言（课程设计的目的及意义）
5.工艺流程设计
6.塔设备的工艺计算（计算完成后应该有计算结果汇总表）
7.换热器的设计计算与选型（完成后应该有结果汇总表）
8.主要工艺管道的计算与选择（完成后应该有结果汇总表）
8.结束语（主要是对自己设计结果的简单评价）
9.参考文献（按在设计说明书中出现的先后顺序编排，且序号在设计说明书引用时要求标注）
10.设计图纸
三、主要参考资料
[1]化工原理；
[2]化工设备机械基础；
[3]化工原理课程设计；
[4]化工工艺设计手册
四、指导教师安排杨明平；
胡忠于；
陈东初；
黄念东
五、时间安排第17周～第18周
前言
化工原理课程设计是化工原理教学的一个重要环节，是综合应用本门课程和有关其他课程所学知识，完成以单元操作为主的一次设计实践。
通过课程设计使学生掌握化工设计的基本程序和方法，并在查阅技术资料、选用公式和数据、用简洁文字和图表表达设计结果、制图以及计算机辅助计算等能力方面得到一次基本训练，在设计过程中还应培养学生树立正确的设计思想和实事求是、严肃负责的工作作风。
通过课程设计，我们可以完全的掌握整个连续精馏过程的每一个细节，并且能够综合运用所学的知识处理工业生产中的实际问题。
为不久的将来把知识转化为生产力打下了坚实的基础。
本次课程设计主要是从以下四个方面进行的：
工艺流程设计；
塔设备的工艺计算；
换热器的设计计算与选型；
主要工艺管道的计算与选择。
课程设计还会有各种设计图纸和参考文献等。
特别感谢杨明平老师、胡忠于老师、陈东初老师、黄念东老师、周珊同学（生科院09微生物）。
在他们的支持下我的课程设计才顺利完成。
第一章工艺流程设计
本设计任务为分离苯-甲苯混合物。
对于该二元混合物的分离，应采用连续精馏过程。
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。
塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝，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1.25倍。
塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。
苯-甲苯连续精馏塔浮阀塔的流程的组成包括原料贮槽、原料泵、甲苯贮槽、甲苯泵、甲苯冷凝器、原料液预热器、再沸器、原料加热器、全凝器、苯冷却器、精馏塔、事故槽、蒸汽分配缸、回流罐、苯中间贮槽、苯贮槽、苯泵等附属设备。
第二章塔设备的工艺计算
2.1操作条件、基础数据及相关参数
2.1.1操作条件
塔顶压力4KPA
进料热状态泡点进料
回流比为最小回流比的1.25倍
塔底加热蒸气压力0.6Mpa（表压）
单板压降≯0.7kPa。
2.1.2基础数据
进料中苯含量（质量分数）
25%
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/小时）
9.4
2.1.3相关物性参数
苯和甲苯的物理参数见下表[1]：
分子式
相对分子质量
沸点℃
临界温度℃
临界压力KPa
苯（A）
C6H6
78.11g/mol
80.1
288.5
6833.4
甲苯（B）
C7H8
92.13g/mol
110.6
318.57
4107.7
饱和蒸汽压：
苯、甲苯的饱和蒸汽压可用Antoine方程计算[1]：
A
B
C
苯
6.023
1206.35
220.34
甲苯
6.078
1343.94
219.58
苯、甲苯的相对密度见下表[1]：
温度（℃）
80
90
100
110
120
815
803.9
792.5
780.3
768.9
810
800.2
790.3
770.0
液体表面张力见下表[1]：
21.27
20.06
18.85
17.66
16.49
21.69
20.59
19.94
18.41
17.31
苯甲苯液体粘度见下表[1]：
mPa
0.308
0.279
0.255
0.233
0.215
0.311
0.286
0.264
0.254
0.228
2.2精馏塔的物料衡算
2.2.1原料液及塔顶、塔顶产品的摩尔分率
苯的摩尔质量MA=78.11kg/kmol
甲苯的摩尔质量MB=92.13kg/kmol
xF==0.281
xD==0.957
xW==0.024
2.2.2原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量
MF=0.281×
78.11+（1-0.281）×
92.13=88.19kg/kmol
MD=0.957×
78.11+（1-0.957）×
92.13=78.71kg/kmol
MW=0.024×
78.11+（1-0.024）×
92.13=91.79kg/kmol
2.2.3物料衡算
生产能力9400kg/h
塔顶产量D==11.943kmol/h
总物料衡算F=119.43+W
苯物料衡算0.25F=0.95×
11.943+0.02W
联立解得F=36.348kmol/h
W=24.045kmol/h
2.3全塔效率ET
依据4-18[1]ET=0.17-0.616
根据塔顶、塔底液相组成查4-23[1],求得塔平均温度为95.15℃，该温度下料液相平均粘度为：
m=0.281苯+（1-0.281）甲苯
=0.281×
0.267+0.719×
0.275=0.273mPa.s
故ET=0.17-0.616=0.517≈52%
2.4塔板数的确定
2.4.1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。
2.4.1.1.绘t-x-y图和x-y图
由手册[1]查的苯-甲苯物系的气液平衡数据
表一[苯（101.3KPa）/%（mol）]
温度t℃
液相中苯的摩尔分率x
气相中苯的摩尔分率y
110.56
0.00
109.91
1.00
2.50
108.79
3.00
7.11
107.61
5.00
11.2
105.05
10.00
20.8
102.79
15.00
29.4
100.75
20.0
37.2
98.84
25.0
44.2
97.13
30.0
50.7
95.58
35.0
56.6
94.09
40.0
61.9
92.69
45.0
66.7
91.40
50.0
71.3
90.11
55.0
75.5
88.80
60.0
79.1
87.63
65.0
82.5
86.52
70.0
85.7
85.44
75.0
88.5
84.40
80.0
91.2
83.33
85.0
93.6
82.25
90.0
95.9
81.11
95.0
98.0
80.66
97.0
98.8
80.21
99.0
99.61
80.01
100.0
由上数据可绘出和t-x-y图和x-y图。
图一
图二
2.4.1.2.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。
因为是泡点进料，则xF=xq，在图二中对角线上，自点（0.281,0.281）作垂线即为进料线（q线），该线与平衡线的交点坐标为
yq=0.486xq=0.281
故最小回流比为
Rmin===2.298
则操作回流比为
R=1.25Rmin=1.25×
2.298=2.873
2.4.1.3精馏塔气、液相负荷的确定
L=RD=2.873×
119.43=343.12kmol/h
V=（R+1）D=（2.873+1）×
119.43=462.55kmol/h
L′=L+F=343.12+363.48=706.60kmol/h
V′=V=462.55kmol/h
2.4.1.4.求操作线方程
精馏段操作线方程为
0.742x+0.247
提馏段操作线方程为
1.561x+0.013
2.4.1.5.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=17（包括再沸器）
进料板位置NF=8
2.4.2.实际塔板数的求取
精馏段实际板层数N精=7/0.52=13.46≈14
提馏段实际板层数N提=10/0.52=19.23≈20
2.5精馏塔的工艺条件及有关物性的计算
2.5.1操作压力计算
塔顶操作压力PD=4+101.3=105.3kPa
每层塔板压降ΔP=0.70kPa
进料板压力PF=105.3+0.70×
14=115.1kPa
精馏段平均压力Pm=（105.3+115.1）/2=110.2kPa
2.5.2.操作温度计算
由图二得出
塔顶温度tD=81.10º
进料板温度tF=97.56º
精馏段平均温度tm=（81.10+97.56）/2=89.32º
2.5.3.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=0.957×
MLDm=0.90×
78.11+（1-0.90）×
92.13=79.51kg/kmol
进料板平均摩尔质量计算
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