苯与甲苯精馏塔课程设计文档格式.docx
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1）板式精馏塔设计任务书
1、设计题目：
设计分离苯―甲苯连续精馏筛板塔
2）设计任务及操作条件
2、设计任务：
物料处理量：
5.4万吨／年
进料组成：
35％苯，苯-甲苯常温混合溶液（质量分率，下同）
分离要求：
塔顶产品组成苯≥95％
塔底产品组成苯≤6%
3、操作条件
平均操作压力：
101.3kPa
平均操作温度：
93.7℃
回流比：
3.141
单板压降：
0.9kPa
4、工时：
3）设计方法和步骤
1、设计方案简介
根据设计任务书所提供的条件和要求，通过对现有资料的分析对比，选定适宜的流程方案和设备类型，初步确定工艺流程。
对选定的工艺流程，主要设备的形式进行简要的论述。
2、主要设备工艺尺寸设计计算
（1）收集基础数据
（2）工艺流程的选择
（3）做全塔的物料衡算
（4）确定操作条件
（5）确定回流比
（6）理论板数与实际板数
（7）塔径计算及板间距确定
（8）堰及降液管的设计
（9）塔板布置及筛板塔的主要结构参数
（10）塔板的负荷性能图
（12）塔盘结构
（13）塔高
3、设计结果汇总
4、设计评述
4）参考资料
⑴《化工原理课程设计》，贾绍义，柴诚敬主编，天津大学出版社，2002.8
⑵《化工原理》下册，天津大学华工学院柴诚敬主编，高等教育出版社，2006.1
⑶《化工原理课程设计》，大连理工大学化工原理教研室编，大连理工大学出版社，1994.7
⑷《化工原理》第二版下册，天津大学化工学院柴诚敬主编，高等教育出版社，2010.6
⑸《化工单元过程及设备课程设计》，匡国柱，史启才主编，化学工业出版社，2001.10
⑹《传递过程与单元操作》下册，陈维杻主编，浙江大学出版社，1994.8
⑺《化工原理课程设计指导》，任晓光主编，化学工业出版社，2009.1
二、设计计算
1）设计方案的选定及基础数据的搜集
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。
设计中采用泡点进料，将原料液通过预热器加热至泡点后送人精馏塔内。
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：
（１）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。
（２）处理能力大，比同塔径的泡罩塔可增加10～15％。
（３）塔板效率高，比泡罩塔高15％左右。
（４）压降较低，每板压力比泡罩塔约低30％左右。
筛板塔的缺点是：
（１）塔板安装的水平度要求较高，否则气液接触不匀。
（２）操作弹性较小（约2～3）。
（３）小孔筛板容易堵塞。
下图是板式塔的简略图：
表苯和甲苯的物理性质
项目
分子式
分子量M
沸点（℃）
临界温度tC（℃）
临界压强PC（kPa）
苯A
甲苯B
C6H6
C6H5—CH3
78.11
92.13
80.1
110.6
288.5
318.57
6833.4
4107.7
表苯和甲苯的饱和蒸汽压
温度
85
90
95
100
105
kPa
，kPa
101.33
40.0
116.9
46.0
135.5
54.0
155.7
63.3
179.2
74.3
204.2
86.0
240.0
表常温下苯—甲苯气液平衡数据
液相中苯的摩尔分率
汽相中苯的摩尔分率
1.000
0.780
0.900
0.581
0.777
0.412
0.630
0.258
0.456
0.130
0.262
表纯组分的表面张力
80
110
120
苯，mN/m
甲苯，Mn/m
21.2
21.7
20
20.6
18.8
19.5
17.5
18.4
16.2
17.3
表组分的液相密度
温度（℃）
苯,kg/
甲苯,kg/
814
809
805
801
791
778
780
763
768
表液体粘度µ
苯（mP.s）
甲苯（mP.s）
0.308
0.311
0.279
0.286
0.255
0.264
0.233
0.254
0.215
0.228
表常压下苯——甲苯的气液平衡数据
温度t
℃
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
10.0
20.8
102.79
15.0
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
61.9
92.69
45.0
66.7
91.40
50.0
71.3
90.11
55.0
75.5
80.80
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
2）精馏塔的物料衡算
（1）原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率
进料液苯的质量分数
塔顶液苯的质量分数
塔底液苯的质量分数
苯的摩尔质量
甲苯的摩尔质量
（2）原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量
（3）物料衡算
年处理量：
5.4万吨
原料处理量
总物料衡算
苯物料衡算
联立（即采出率）
解得：
式中------原料液流量
------塔顶产品量
------塔底产品量
3）塔板数的确定
（1）理论板层数的求取
苯一甲苯属理想物系，可采用图解法求理论板层数。
①由手册查得苯一甲苯物系的气液平衡数据，绘出图，见下图
图苯一甲苯物系的气液平衡图
②求最小回流比及操作回流比。
采用作图法求最小回流比。
液体为泡点进料，所以。
在上图中对角线上，自点作垂线，即为进料线（线），该线与平衡线的交点坐标为
故最小回流比为
取操作回流比为
③求精馏塔的气、液相负荷
（由于泡点进料）
④求操作线方程
精馏段操作线方程为
提馏段操作线方程为
根据两操作线方程可以做如下图：
图作图法求理论塔板数
由上图可知精馏段为6块板，提馏段为4块板。
（2）逐板法求理论板
苯的沸点为80.1℃，甲苯的沸点为110.6℃。
两组分的平均沸点为95.35℃。
假定整个蒸馏过程中不同温度的饱和蒸汽压与此温度下的两组分的饱和蒸汽压相等，即假定整个蒸馏过程中两组分的饱和蒸汽压不变。
95℃下两组分的饱和蒸汽压通过查表可得：
又根据可解得
取
相平衡方程
精馏段理论板数计算：
精馏段操作线方程：
因为精馏段理论板
提馏段理论板数计算：
所以提馏段理论板n=4
全塔效率的计算（查表得各组分黏度，）
精馏段实际板层数为,
提馏段实际板层数为
进料板在第11块板
捷算法求理论板数
由公式
代入
由
4）精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算
以逐板法所计算所得的板数为例：
（1）操作压力计算
假定塔顶操作压力
每层塔板压降
塔底操作压力
进料板压力
精馏段平均压力
提馏段平均压力
（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，计算过程略。
计算结果如下：
塔顶温度
塔底温度
进料板温
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