苯甲苯精馏塔设计方案doc.docx
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苯甲苯精馏塔设计方案doc
（一）设计方案的确定
本设计任务为分离苯—甲苯混合物，对于二元混合物的分离。
应用连续精馏流程。
设计中采用泡点进料。
将原料通过预热器加热至泡点后进入连续精馏塔内。
塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝后，部分回流，其余部分经产品冷却后送至储罐。
操作回流比取最小回流比的1.5倍。
塔内采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。
（二）精馏塔的物料衡算
1.原料液及塔顶塔底产品的摩尔分率
苯的摩尔质量：
=78.11
甲苯的摩尔质量：
=92.13
2.原料液及塔顶塔底产品的摩尔质量：
3.物料衡算
（三）塔板数的确定
1.理论塔板数的求取
苯和甲苯属理想物系，可采用.图解法求
（1）根据苯和甲苯的气液平衡数据作图，参图1和图2。
（2）求最小回流比及操作回流比R。
因泡点进料，1在图1中对角线上自点e（0.228，0.228）作垂线即为进料线，该线与平衡线的交点坐标为，该点就是最小回流比时操作线与平衡线的交点坐标。
最小回流比：
操作回流比：
故取操作回流比4.41
（3）求理论板数
精馏段操作线方程
q线方程为
如图1所示，
做图法求得：
=18块（不包括再沸器），第11块为进料板。
2塔效率的确定
=0.17-0.616
根据塔顶、塔釜液相组成，利用表格中的数据由拉格朗日插值法可求
t，℃
t，℃
110.56
0.00
0.00
90.11
55.0
75.5
109.91
1.00
2.50
88.80
60.0
79.1
108.79
3.00
7.11
87.63
65.0
82.5
107.61
5.00
11.2
86.52
70.0
85.7
105.05
10.0
20.8
85.44
75.0
88.5
102.79
15.0
29.4
84.40
80.0
91.2
100.75
20.0
37.2
83.33
85.0
93.6
98.84
25.0
44.2
82.25
90.0
95.9
97.13
30.0
50.7
81.11
95.0
98.0
95.58
35.0
56.6
80.66
97.0
98.8
94.09
40.0
61.9
80.21
99.0
99.61
92.69
45.0
66.7
80.01
100.0
100.0
91.40
50.0
71.3
精馏段的平均温度℃
提馏段的平均温度℃
混合物的黏度
精馏段89.825℃时，
进料板99.68C时，
提馏段109.80℃时，
精馏段塔板效率
提馏段塔板效率
精馏段塔板数
提馏段塔板数
全塔总效率
（四）精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算
1.操作压力的计算
塔顶操作压力
每层塔板压降
进料板压力
塔底操作压力
精馏段平均压力
提馏段平均压力
2.操作温度的计算（计算板效率时已算出）
塔顶温度℃
进料温度℃
塔底温度℃
精馏段平均温度℃
提馏段平均温度℃
3.平均摩尔质量计算
塔顶平均摩尔质量计算由，查平衡曲线得：
进料板平均摩尔质量
由图解理论板得：
查平衡曲线得
塔底平均摩尔质量查图得
精馏段的平均摩尔质量
提馏段平均摩尔质量
4.平均密度的计算
（1）气相平均密度的计算
由理想气体状态方程计算，
精馏段
提馏段
（2）液相平均密度的计算
液相平均密度依进行计算
a）塔顶平均密度的计算
由℃查手册得，
b）进料板液相平均密度的计算
℃，查手册得，
进料板的液相质量分率：
c）塔底液相平均密度的计算
℃，查手册得，
塔底的液相质量分率：
精馏段液相平均密度
提馏段液相平均密度
5.液相平均表面张力的计算
液相平均表面张力按公式进行计算
塔顶液相平均表面张力的计算
由℃查手册得，
进料板液相平均表面张力的计算
℃，查手册得，
塔底液相平均表面张力的计算
℃，查手册得，
精馏段液相平均表面张力
提馏段液相平均表面张力
6.液相平均黏度的计算（前面已经计算过）
精馏段液相平均黏度
提馏段液相平均黏度
（五）精馏塔的塔体工艺尺寸计算
1.塔径的计算
（1）精馏段的气液相体积流率为
C由式计算出，
可由史密斯关联图查出，横坐标数值：
取板间距=0.50m，板上液层高度=0.07m，则
查图得，，
取安全系数为0.6，则空塔气速为
，
按标准塔径圆整为
塔截面积为
实际空塔气速为
（2）提馏段的气液相体积流率为
可由史密斯关联图查出，横坐标数值：
取板间距，板上液层高度，则
查图得
取安全系数为0.75，则空塔气速为
，
按标准塔径圆整为
塔截面积为
实际空塔气速为
2精馏塔有效高度的计算
（1）精馏段有效高度为
提馏段有效高度为
在进料板上方开一人孔，其高度为0.8m，
故精馏塔的有效高度为
（六）塔板主要工艺尺寸的计算
1．溢流装置计算
因塔径为2000mm可选用单溢流弓形降液管，采用凹形受液盘。
各项计算如下：
、
①精馏段
（1）堰长，取
（2）溢流堰高度，由，选用平直堰，堰上液层高度
因为，，查液流收缩系数计算图，得
1.02,则
取板上层清液高度=70，故
②提馏段
（1）堰长，取
（2）溢流堰高度，由，
因为，，查液流收缩系数计算图，得
近似取1,则
取板上层清液高度=80，故
（3）弓形降液管宽度和截面积
由查图得，，
故
依式验算液体在降液管中的停留时间
精馏段
提馏段
故降液管设计合理。
（4）降液管底隙高度
精馏段
，所以降液管底隙高度设计合理
提馏段
所以降液管底隙高度设计合理
2.塔板布置及浮阀数目及排列
（1）塔板的分块：
因D≥800，故采用分块式，塔板分为5块。
（2）浮阀数目与排列
取阀孔动能因子，则孔速，
（3）每层板上的筛孔数N
取，
取边缘宽度，破沫区宽度，计算塔板
上的鼓泡区面积，即：
，
其中
浮阀排列方式采用等腰三角形叉排，取同一模块排的孔心距，
则排间距，考虑到板间距的影响排间距应小些，故，画图并以等腰三角形方式作用排得浮阀数为384，，在9~12之间.塔板开孔率为%
提馏段：
（1）因，故塔板采用分块式，共分为5块.
（2）浮阀数目与排列
取阀孔动能因子，则孔速，
（3）每层板上的筛孔数N
取，
取边缘宽度，破沫区宽度，计算塔板
上的鼓泡区面积，即：
，
其中
浮阀排列方式采用等腰三角形叉排，取同一模块排的孔
心距，则排间距考虑到板间距的影响排间距应小些，故，画图并以等腰三角形方式作用排得浮阀数为384.，，在9~12之间.塔板开孔率为
孔区面积计算：
开孔区面积按式计算，式中，m，故
（七）塔板的流体力学校核
1.气相通过浮阀塔板的压降
精馏段：
（1）干板阻力
（2）液层阻力
取充气系数，
（3）液体表面张力所产生的阻力可以忽略
，则单板压降，符合设计要求。
提馏段：
（1）干板阻力
（2）液层阻力
取充气系数，
（3）液体表面张力所产生的阻力可以忽略
，则单板压降，符合设计要求。
2.淹塔
为了防止淹塔现象的发生，要求控制降液管高度
精馏段：
①与气体通过塔板的压强降所相当的液柱高度
②液体通过降液管的压头损失：
因不设进口堰，
③板上液层高度：
，则，取，，则，可见，符合防止淹塔要求。
提馏段：
①与气体通过塔板的压强降所相当的液柱高度
②液体通过降液管的压头损失：
因不设进口堰，
③板上液层高度：
，则，取，，则，可见，符合防止淹塔要求。
3.雾沫夹带
精馏段：
板上液体流径长度：
板上液流面积：
，查图,,泛点率=
，苯和甲苯为正常系统，可按表查物性系数1.0，由图查泛点负荷系数,或由上两式计算出泛点率均小于80%，故可知雾沫夹带量能够满足要求。
提馏段：
板上液体流径长度：
板上液流面积：
，查图,,泛点率=
，苯和甲苯为正常系统，可按表查物性系数1.0，由图查泛点负荷系数,或由上两式计算出泛点率均小于80%，故可知雾沫夹带量能够满足要求。
4.塔板负荷性能图
（1）雾沫夹带线
精馏段：
依下式计算：
泛点率=，按泛率为80%计算如下：
整理得：
（1）
以
（1）式知雾沫夹带线为直线，则在操作范围内任取两个值，依
（1）式算出相应的列于下表，作出雾沫夹带线
（1）
0.0032
0.008
4.27
4.12
提馏段：
依下式计算：
泛点率=，按泛率为80%计算如下：
整理得：
（1）
以
（1）式知雾沫夹带线为直线，则在操作范围内任取两个值，依
（1）式算出相应的列于下表，作出雾沫夹带线
（1）
0.004
0.010
3.89
3.72
（2）液泛线
精馏段：
，由上式确定液泛，线，忽略式中
.代入数据化简得：
0.002
0.004
0.006
0.008
5.236
5.074
4.926
4.780
提馏段：
，由上式确定液泛，线，忽略式中
.代入数据化简得：
0.002
0.004
0.008
4.922
4.777
4.504
液相负荷上限
精馏段：
液体的最大流量应保证降液管中停留时间不低于3-5秒，液体在降液管内停留时间，以作为液体在降液管中停留时间得下限，则：
提馏段：
液体的最大流量应保证降液管中停留时间不低于3-5秒，液体在降液管内停留时间，以作为液体在降液管中停留时间得下限，则：
漏液线
精馏段：
对于型重阀，依计算，则,又知
提馏段：
对于型重阀，依计算，则,又知
液相负荷下限
精馏段：
取堰上液层高度作为液相负荷下限条件，该线为与气体流量无关的竖直线，取1.02，则：
提馏段：
取堰上液层高度作为液相负荷下限条件，该线为与气体流量无关的竖直线，取1.0，则：
由以上
（1）~（5）式分别作出塔板负荷性能图上
（1）
（2）（3）（4）（5）五条线。
精馏段：
提馏段：
由塔板负荷性能图可以看出：
在任务规定的气液负荷下的操作点P处在适宜得操作区内对于精馏段，塔板得气相负荷上限完全由雾沫夹带和漏液线控制，对于提馏段，则由液泛线控制，操作下限由漏液控制。
按照固定得液气比，由本例附图查出塔板得气相负荷上限和气相负荷下限知，精馏段的操作弹性为3.02,提馏段为2.53
（十）塔板主要计算结果汇总表及塔设备附件
浮阀塔工艺设计计算结果
项目
符号
单位
计算数据
精馏段
提馏段
塔径
D
m
2.0
2.0
板间距
m
0.5
0.5
塔板类型
浮阀
单溢流弓形降液管分块式塔板
全塔气速
u
0.54
0.398
堰长
m
1.4
1.4
堰高
m
0.0477
0.0377
板上液层高度
m
0.07
0.08
浮阀数
N
个
384
384
阀孔气速
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