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1、#苯与甲苯连续精馏塔设计青海大学化工过程设备设计设计题目：设计一座处理苯甲苯混合液的连续筛板式精馏塔设 计 人：旷天亮班 级：11级化工（3）班学 号：1120204009设计时间：2013年12月课程设计任务书 2第一章设计概述 5第二章设计方案的确定及流程说明 9第三章. 塔的工艺计算 12第四章塔和塔板主要工艺尺寸的设计24（1） 塔高、塔径及塔板结构尺寸的确定.24（2） 塔板的流体力学验算.27（3） 塔板的负荷性能图29( 4 )设计结果概要或设计结果一览表.33第五章.对本设计的评述和有关问题的分析讨论.34化工原理课程设计二任务书(1)(一） 设计题目：试设计一座苯甲苯连续精馏

2、塔，要求进料量 5 吨/小时，塔顶馏出液中苯含量不低于99%，塔底馏出液中苯含量不高于2%，原料液中含苯41%（以上均为质量%）。（二）操作条件（1）塔顶压强 4kPa（表压）（2）进料热状况 气液混合进料（液：气=1：2） （3）回流比自选 （4）单板压降不大于0.7kPa（三）设备型式：筛板塔（四）设备工作日：每年330天，每天24小时连续运行（五）厂址：西宁地区（六）设计要求：1、 概述2、 设计方案的确定及流程说明3、 塔的工艺计算4、 塔和塔板主要工艺尺寸的设计（1） 塔高、塔径及塔板结构尺寸的确定；（2） 塔板的流体力学验算（3） 塔板的负荷性能图5、 设计结果概要或设计结果一览表

3、6、 对本设计的评述和有关问题的分析讨论（七）1、苯和甲苯的物理性质分子量沸点,临界温度tc,临界压强Pc, kPa苯78.1180.1288.56833.4甲苯92.13110.6318.574107.7（二） 2、常压下苯甲苯的气液平衡数据温度t,液相中笨的摩尔分率x气相中笨的摩尔分率x110.560.000.00109.911.002.50108.793.007.11107.615.0011.2105.0510.020.8102.7915.029.4100.7520.037.298.8425.044.297.1330.050.795.5835.056.694.0940.061.992.6

4、945.066.791.4050.071.390.1155.075.588.8060.079.187.6365.082.586.5270.085.785.4475.088.584.4080.091.283.3385.093.682.2590.095.981.1195.098.080.6697.098.880.2199.099.6180.01100100.0（三） 3、饱和蒸汽压P0用Antoine 方程计算（四） log P0=A-（五） 式中 t物系温度， P0饱和蒸汽压，kPa A、B、CAntoine常数组分ABC苯6.0231206.35220.24甲苯6.0781343.94219.

5、58（六） 4、组分液相密度温度，8090100110120，kg/m3苯815803.9792.5780.3768.9甲苯810800.2790.3780.3770.0（七） 5、组分的表面张力温度，8090100110120，m苯21.2720.0618.8517.6616.49甲苯21.6920.5919.9418.4117.31（八） 6、液体粘度l温度，8090100110120l,mPas苯0.3080.2790.2550.2330.215甲苯0.3110.2860.2640.2540.228（九） 7、液体汽化潜热温度，8090100110120( KJ/kg)， 苯394.13

6、86.9379.3371.5363.2甲苯379.9373.8367.6361.2354.6（一十） 8、其它物性数据：查相关手册得到第一章设计概述一 塔设备的类型。塔设备是化工、炼油生产中重要的设备之一。塔设备的设计和研究，已经受到化工行业的极大重视。在化工生产中，塔设备的性能对于整个装置的产品产量、质量、生产能力和消耗定额，以及三废处理和环境保护等各个方面，都有非常重大的影响。 精馏过程的实质是利用混合物中各组分具有不同的挥发度。即在同一温度下，各组分的饱和蒸汽压不同这一性质，使液相中的轻组分转移到汽相中，汽相中的重组分转移到液相中，从而达到分离的目的。因此精馏塔操作弹性的好坏直接关系到石

7、油化工企业的经济效益。板式塔内设置一定数量的塔板，气体以鼓泡或喷射形式穿过板上的液层，进行传质与传热。在正常操作下，气相分为分散相，液相为连续相，气相组成呈阶梯变化，属逐级接触逆流操作过程。填料塔内装有一定高度的填料层，液体自塔顶沿填料表面下流，气体逆流向上（有时也采用并流向下）流动。气液两相密切接触进行传质与传热。在正常操作下，气相为连续相，液相为分散相，气相组成呈连续变化，属微分接触逆流操作过程。本设计方案连续板式精馏塔。二塔板类型。板式塔的塔板大致可分为两类：（1）有降液管的塔板，如泡罩、浮阀、筛板、导向筛板、新型垂直筛板、蛇形、S型、多降液管塔板；（2）无降液管的塔板，如穿流式筛板（栅

8、板）、穿流式波纹板等。工业应用较多的是有降液管的塔板，如浮阀、筛板、泡罩塔板等。 筛板塔是扎板塔的一种，内装若干层水平塔板，板上有许多小孔，形状如筛；并装有溢流管或没有溢流管。操作时，液体由塔顶进入，经溢流管（一部分 经筛孔）逐板下降，并在板上积存液层。气体（或蒸气）由塔底进入，经筛孔上升穿过液层，鼓泡而出，因而两相可以充分接触，并相互作用。泡沫式接触气液传质过程的一种形式，性能优于泡罩塔。为克服筛板安装水平要求过高的困难，发展了环流筛板；克服筛板在低负荷下出现漏液现象，设计了板下带盘的筛板；减轻筛板上雾沫夹带缩短板间距，制造出板上带挡的的筛板和突孔式筛板和用斜的增泡台代替进口堰，塔板上开设气

9、体导向缝的林德筛板。筛板塔普遍用作H2S-H2O 双温交换过程的冷、热塔。应用于蒸馏、吸收和除尘等。浮阀塔的塔板上，按一定中心距开阀孔，阀孔里装有可以升降的阀片，阀孔的排列方式，应使绝大部分液体内有气泡透过，并使相邻两阀容易吹开，鼓泡均匀。为此常采用对液流方向成错排的三角形的排列方式。蒸汽自阀孔上升，顶开阀片，穿过环形缝隙，以水平方向吹入液层，形成泡沫，浮阀能随着气速的增减在相当宽的气速范围内自由升降，以保持稳定的操作。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

10、，浮阀塔的推广并不是越来越广。泡罩塔板是工业上应用早的塔板，它主要由升气管及泡罩构成。泡罩安装在升气管的顶部，分圆形和条形两种，以前者使用较广。泡罩有 f80、f100、f150mm 三种尺寸，可 根据塔径的大小选择。泡罩的下部周边开有很多齿缝，齿缝一般为三角形、矩形 或梯形。泡罩在塔板上为正三角形排列。 操作时，液体横向流过塔板，靠溢流 堰保持板上有一定厚度的液层，齿缝浸没于液层之中而形成液封。升气管的顶部 应高于泡罩齿缝的上沿，以防止液体从中漏下。上升气体通过齿缝进入液层时， 被分散成许多细小的气泡或流股，在板上形成鼓泡层，为气液两相的传热和传质 提供大量的界面 泡罩塔板的优点是操作弹性较

11、大，塔板不易堵塞；缺点是结构 复杂、造价高，板上液层厚，塔板压降大，生产能力及板效率较低。泡罩塔板已 逐渐被筛板、浮阀塔板所取代，在新建塔设备中已很少采用。 浮阀塔板具有泡 罩塔板和筛孔塔板的优点，应用广泛。浮阀的类型很多，国内常用的有 F1 型、 V-4 型及 T 型等。浮阀塔板的优点是结构简单、造价低，生产能力大，操作弹性 大，塔板效率较高。其缺点是处理易结焦、高粘度的物料时，阀片易与塔板粘结； 在操作过程中有时会发生阀片脱落或卡死等现象，使塔板效率和操作弹性下降。本设计中采用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38mm，筛孔在塔板上作正三角形排列。筛板塔也是

12、传质过程常用的塔设备，它的主要优点有：()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。()处理能力大，比同塔径的泡罩塔可增加1015。()塔板效率高，比泡罩塔高15左右。()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。()操作弹性较小(约23)。( 3 )小孔筛板容易堵塞。下图是板式塔的简略图：第二章设计方案的确定及流程说明一设计方案遵循的原则。确定设计方案总的原则是在可能的条件下，尽量采用科学技术上的最新成就，使生产达到技术上最先进、经济上最合理的要求，符合优质、高产、安全、低消耗的原则。为此，必须

13、具体考虑如下几点：1.满足工艺和操作的要求：所设计出来的流程和设备，首先必须保证产品达到任务规定的要求，而且质量要稳定，这就要求各流体流量和压头稳定，入塔料液的温度和状态稳定，从而需要采取相应的措施。其次所定的设计方案需要有一定的操作弹性，各处流量应能在一定范围内进行调节，必要时传热量也可进行调整。因此，在必要的位置上要装置调节阀门，在管路中安装备用支线。计算传热面积和选取操作指标时，也应考虑到生产上的可能波动。再其次，要考虑必需装置的仪表(如温度计、压强计，流量计等)及其装置的位置，以便能通过这些仪表来观测生产过程是否正常，从而帮助找出不正常的原因，以便采取相应措施。2.满足经济上的要求：要节省热能和电能的消耗，减少设备及基建费用。如前所述在蒸馏过程中如能适当地利用塔顶、塔底的废热，就能节约很多生蒸汽和冷却水，也能减少电能消耗。又如冷却水出口温度的高低，一方面影响到冷却水用量，另方面也影响到所需传热面积的大小，即对操作费和设备费都有影响。同样，回流比的大小对操作费和设备费也有很大影响。3保证安全生产：例如苯属有毒物料，不能让其蒸汽弥漫车间。又如，塔是指定在常压下操作的，塔内压力过大或塔骤冷而产生真空，都会使塔受到破坏，因而需要安全装