【正文】 化工原理課程設計 書 苯 — 甲苯 精餾 塔設計 班級： 姓名： 學號： 指導老師： 2 目 錄 （一） 化工原理設計任務書 ............................................................ 3 （二） 概述 .......................................................................................... 4 一、 精餾基本原理 ...................................................................... 4 二、 設計方案的確定 ...................................................................... 4 （三） 塔工藝計算 ............................................................................. 5 一、 精餾塔物料衡算 .................................................................. 5 二、 塔板數(shù)確定 .......................................................................... 5 三、 精餾塔的工藝條件及有關物性數(shù)據(jù)的計算 .................... 7 四、 精餾塔的塔體工藝尺寸設計 ........................................... 11 五、 塔板主要工藝尺寸計算 ................................................... 12 六、 篩板的流體力學驗算 ....................................................... 14 七、 塔板負荷性能圖 ................................................................ 17 八、 設計結果一覽表 ................................................................. 23 （四） 輔助設備的設定 ................................................................... 24 （五） 設計評述心得 ....................................................................... 25 （六） 參考書目及附表 ................................................................... 25 3 （一） 化工原理設計任務書 一、設計名稱： 苯 甲苯精餾塔設計 二、設計條件： 在常壓連續(xù)精餾塔中精餾分離含苯 35%（質量 %，下同）的苯 甲苯混合液，要求塔頂流出液中苯的回收率為 97%，塔底釜 殘液中含苯不高于 2%。 處理量： 17500 t/a， 料液組成（ 苯 質量分數(shù)）： 35%， 塔頂產品組成（質量分數(shù)）： 97%， 塔頂易揮發(fā)組分回收率： 99%， 每年實際生產時間： 300 天 三、 設計任務 完成精餾塔的工藝設計，有關附屬設備的設計和選型，繪制精餾塔系統(tǒng)工藝流程圖和精餾塔裝配圖，編寫設計說明書。 四、基礎數(shù)據(jù)或其他操作條件所需數(shù)據(jù)自己查閱資料或根據(jù)資料確定 五 、設計說明書內容 1 目錄 2 概述（ 設計方案的確定和流程說明、 精餾基本原理 等 ） 3. 塔的物料恒算、塔板數(shù)的確定、塔的工藝條件 及有關物性數(shù)據(jù)的計算； 4. 塔和塔板的主要工藝尺寸的設計： （ 1） 塔體工藝尺寸的計算； （ 2） 塔板主要工藝尺寸的計算； （ 3） 塔板的流體力學驗算； （ 4） 塔板負荷性能圖。 5. 設計結果概要或設計一覽表 6. 輔助設備的選型 —— 對再沸器進行設計，對預熱器進行選型 7. 參考文獻 8. 對本設計的評述或有關問題的分析討論。 4 （二） 概述 一、 精餾基本原理 精餾操作就是利用液體混合物在一定壓力下各組分揮發(fā)度不同的性質，在塔內經過多次部分汽化與多次部分冷凝， 使各組分得以完 全分離的過程。 二、 設計方案的確定 本設計任務為分離苯一甲苯混合物。 由于對物料沒有特殊的 要求，可以在常壓下操作。 對于二元混合物的分離，應采用連續(xù)精餾流程。設計中采用泡點進料，將原料液通過預熱器加熱至泡點后送人精餾塔內。塔頂上升蒸氣采用全凝器冷凝，冷凝液在泡點下一部分回流至塔內，其余部分經產品冷卻器冷卻后送至儲罐。該物系屬易分離物系，最小回流比較小，故操作回流比取最小回流比的 2倍。 塔底設置再沸器 采用間接蒸汽加熱，塔底產品經冷卻后送至儲罐。 塔板的類型為篩板塔精餾，篩板塔塔板上開有許多均布的篩孔，孔徑一般為3~8mm，篩孔在塔板上作正三角形排列。 篩板塔也是傳質過程常用的塔設備，它的主要優(yōu)點有： (１ ) 結構比浮閥塔更簡單，易于加工，造價約為泡罩塔的 60％，為浮閥塔的 80％左右。 (２ ) 處理能力大，比同塔徑的泡罩塔可增加 10～ 15％。 (３ ) 塔板效率高，比泡罩塔高 15％左右。 (４ ) 壓降較低，每板壓力比泡罩塔約低 30％左右。 篩板塔的缺點是： (１ ) 塔板安裝的水平度要求較高，否則氣液接觸不勻。 (２ ) 操作彈性較小 (約 2～ 3)。 (３ ) 小孔篩板容易堵塞。 5 （三） 塔工藝計算 一、 精餾塔物料衡算 1． 原料液及塔頂產品的 摩爾分率 苯的摩爾質量 甲苯的摩爾質量 / / / ??? 0 . 9 7 7 8 . 1 1 0 . 9 7 40 . 9 7 7 8 . 1 1 0 . 0 3 9 2 . 1 3Dx ??? 2. 原料液及塔頂產品的平均摩爾質量 88 78. 11 12 92. 13 86. 568FM k g k m ol? ? ? ? ? 74 78. 11 26 92. 13 78. 475DM k g k m ol? ? ? ? ? 3. 由 物料衡算 計算塔底產品的摩爾分率及平均摩爾質量 原料處理量 31 7 5 0 0 1 0 / 2 8 . 0 83 0 0 2 4 8 6 . 5 6 8F k m o l h k m o l h??? ? ? 總物料衡算 =D＋ W 苯 塔頂回收率 (D )/(F )= 聯(lián)立解得 D＝ kmol/h W= kmol/h 式中 F原料液流量 D塔頂產品量 W塔底產品量 由 苯物料衡算 ＝ ＋ Wx 解得 Wx = 二、 塔板數(shù)確定 1．苯 甲苯相對揮發(fā)度確定 根據(jù)表 2 計算各溫度下相對揮發(fā)度，得以下計算結果： T= C ,? =。 T=85 C ,? =。 T=90C ,? =。 T=95 C ,? =。 T=100 C ,? =。 T=105C ,? =。 6 由此得平均相對揮發(fā)度 ? = 2. 回流比的確定 由于進料為泡點進料， q=1, m i n (1 )1 [ ] 1 .6 411DDFFxxR ?? ?? ? ??? min2 ?? 3. 精餾塔氣液相負荷 8 11 .07 36 .31 /L R D k mol h? ? ? ? ? ( 1 ) R D k m ol h? ? ? ? ? 39。 ( 1 ) ( 1 ) ( 3 .8 2 1 ) 1 1 .0 7 4 7 .3 8 /V R D q F k m o l h? ? ? ? ? ? ? ? 39。 8 11. 07 1 28. 08 64. 39 /L R D qF k m ol h? ? ? ? ? ? ? 4. 求操 作線方程 精餾段方程為：1 0 . 7 6 6 0 . 2 2 711 Dn n nxRy x xRR? ? ? ? ??? 提餾段方程為： 39。1 39。39。 1 . 3 6 0 . 0 0 2 3 8m m w mLWy x x xVV? ? ? ? ? 5. 逐板法求理論板數(shù) 相平衡方程 2 .4 71 ( 1 ) 1 1 .4 7xxy xx????? ? ? 1 Dyx? = 1111 1 1 1(1 )