【正文】 苯 — 甲苯精餾塔設(shè)計 _化工原理課程設(shè)計書 化工原理課程設(shè)計 書 苯 — 甲苯精餾塔設(shè)計 2 目 錄 （一） 化工原理設(shè)計任務(wù)書 ............................................................ 3 （二） 概述 .......................................................................................... 4 一、 精餾基本原理 ...................................................................... 4 二、 設(shè)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(guān)物性數(shù)據(jù)的計算 .................... 7 四、 精餾塔的塔體工藝尺寸設(shè)計 ........................................... 11 五、 塔板主要工藝尺寸計算 ................................................... 12 六、 篩板的流體力學(xué)驗算 ....................................................... 14 七、 塔板負(fù)荷性能圖 ................................................................ 17 八、 設(shè)計結(jié)果一覽表 ................................................................. 23 （四） 輔助設(shè)備的設(shè)定 ................................................................... 24 （五） 設(shè)計評述心得 ....................................................................... 25 （六） 參考書目及附表 ................................................................... 25 3 （一） 化工原理設(shè)計任務(wù)書 一、設(shè)計名稱： 苯 甲苯精餾塔設(shè)計 二、設(shè)計條件： 在常壓連續(xù)精餾塔中精餾分離含苯 35%（質(zhì)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(zhì)量分?jǐn)?shù)）： 35%， 塔頂產(chǎn)品組成（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）： 97%， 塔頂易揮發(fā)組分回收率： 99%， 每年實際生產(chǎn)時間： 300 天 三、 設(shè)計任務(wù) 完成精餾塔的工藝設(shè)計，有關(guān)附屬設(shè)備的設(shè)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(shè)計說明書。 四、基礎(chǔ)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(shè)計說明書內(nèi)容 1 目錄 2 概述（ 設(shè)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(guān)物性數(shù)據(jù)的計算； 4. 塔和塔板的主要工藝尺寸的設(shè)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(xué)驗算； （ 4） 塔板負(fù)荷性能圖。 5. 設(shè)計結(jié)果概要或設(shè)計一覽表 6. 輔助設(shè)備的選 型 —— 對再沸器進行設(shè)計，對預(yù)熱器進行選型 7. 參考文獻 8. 對本設(shè)計的評述或有關(guān)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(zhì)，在塔內(nèi)經(jīng)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(shè)計方案的確定 本設(shè)計任務(wù)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(yīng)采用連續(xù)精餾流程。設(shè)計中采用泡點進料，將原料液通過預(yù)熱器加熱至泡點后送人精餾塔內(nèi)。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(nèi)，其余部分經(jīng)產(chǎn)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(shè)置再沸器 采用間接蒸汽加熱，塔底產(chǎn)品經(jīng)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(zhì)過程常用的塔設(shè)備，它的主要優(yōu)點有： (１ ) 結(jié)構(gòu)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(chǎn)品的摩爾分率 苯的摩爾質(zhì)量 甲苯的摩爾質(zhì)量 0 .3 5 / 7 8 .1 1 0 .3 8 80 .3 5 / 7 8 .1 1 0 .6 5 / 9 2 .1 3Fx ??? 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(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量 0. 38 8 78 .1 1 0. 61 2 92 .1 3 86 .5 68FM k g k m ol? ? ? ? ? 0 .9 7 4 7 8 .1 1 0 .0 2 6 9 2 .1 3 7 8 .4 7 5DM k g k m o l? ? ? ? ? 3. 由 物料衡算 計算塔底產(chǎn)品的摩爾分率及平均摩爾質(zhì)量 原料處理量 317 50 0 10 / 28 .0 830 0 24 86 .5 68F k m ol h k m ol 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(chǎn)品量 W塔底產(chǎn)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(jié)果： T= C ,? =。 T=85 C ,? =。 T=90C ,? =。 T=95 C ,? =。 T=100 C ,? =。 T=105 C ,? =。 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(fù)荷 3 . 2 8 1 1 . 0 7 3 6 . 3 1 /L R D k m o l h? ? ? ? ? ( 1 ) 4 . 2 8 1 1 . 0 7 4 7 . 3 8V R D k m o l h? ? ? ? ? 39。 ( 1 ) ( 1 ) ( 3. 82 1 ) 11 .0 7 47 .3 8 /V R D q F k m ol h? ? ? ? ? ? ? ? 39。 3. 28 11 .0 7 1 28 .0 8 64 .3 9 /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。 6 02 38m m w mLWy x x xVV? ? ? ? ? 5. 逐板法求理論板數(shù) 相平衡方程 1 ( 1 ) 1 xx????? ? ? 1 Dyx? = 1111 1 1 1(1 ) 2 . 4 7 (1 )yyx y y y y??? ? ? ? ?= 2 1 10 . 7 6 6 0 . 2 2 7 0 . 9 4 611 DxRy x xRR? ? ? ? ?