课程设计说明书。
题目： 每小时处理20吨苯—甲苯精馏塔的设计。
院系： 化工与环境学院
专业班级：化学工程与工艺08级3班。
学号： 0804034352
学生姓名谢发祥。
指导教师柳来栓。
2023年 3月 3 日
中北大学课程设计（**）任务书。
化工与环境学院。
年月日。附录27
本文对处理55000吨苯-甲苯的精馏塔进行设计，选用筛板塔，采用连续操作方式。对工艺过程进行了物料衡算，对塔板数、精馏塔的塔体工艺尺寸等进行了计算，得到的结果为：塔板数为22，塔径为1.
4m，板间距为0.40m，精馏塔的有效高度为8.8m。
第六块板进料，设置三个人孔，人孔直径为0.45m。堰长为0.
924m，溢流堰高度为0.046m，弓形降液管宽度为0.174 m，降液管底隙高度为0.
038m，凹形受溢盘深度为50mm，塔板分为四块，边缘区宽度确定取 = 为0.065 m， e 为0.065 m，筛孔数目为5796个，筛孔按正三角形排列。
化工原理课程设计是一个综合性和实践性较强的教学环节，也是理论联系实际的有效手段。通过化工原理课程设计，要求学生能综合运用本课程和前修课程的基本知识，进行融汇贯通的独立思考，在规定的时间内完成指定的化工设计任务，从而得到化工工程设计的初步训练。
课程设计不同于平时的作业，在设计中需要学生自己做出决策，即自己确定方案，选择流程，查取资料，进行过程和设备计算，并要对自己的选择做出论证和核算，经过反复的分析比较，择优选定最理想的方案和合理的设计。所以，课程设计是培养学生独立工作能力的有益实践。
通过课程设计，学生应该注重以下几个能力的训练和培养：
1. 查阅资料，选用公式和搜集数据(包括从已发表的文献中和从生产现场中搜集)的能力；
2. 树立既考虑技术上的先进性与可行性，又考虑经济上的合理性，并注意到操作时的劳动条件和环境保护的正确设计思想，在这种设计思想的指导下去分析和解决实际问题的能力；
3. 迅速准确的进行工程计算的能力；
4. 用简洁的文字，清晰的图表来表达自己设计思想的能力。
精馏是分离液体混合物（含可液化的气体混合物）最常用的一种单元操作，在化工，炼油，石油化工等工业中得到广泛应用。精馏过程在能量剂驱动下（有时加质量剂），使气液两相多次直接接触和分离，利用液相混合物中各组分的挥发度的不同，使易挥发组分由液相向气相转移，难挥发组分由气相向液相转移，实现原料混合液中各组分的分离。根据生产上的不同要求，精馏操作可以是连续的或间歇的，有些特殊的物系还可采用衡沸精馏或萃取精馏等特殊方法进行分离。
本设计的题目是苯-甲苯连续精馏的设计，即需设计一个精馏塔用来分离苯和甲苯，采用连续操作方式，需设计一筛板塔，具体工艺参数如下：
料液处理量： 55000t/年
进料组成0.399(质量分率)
塔顶流出液组成： 0.957(质量分率)
塔底釜液组成： 0.035(质量分率)
操作压力：塔顶压强为4kpa（表压）
进料状况：泡点。
回流比： r=2rmin
生产时间：每年320天，每天24小时。
单板压降：
冷凝器→塔顶产品冷却器→苯的储罐→苯↑↓回流。
原料→原料罐→原料预热器→精馏塔↑回流↓
再沸器← →塔底产品冷却器→甲苯的储罐→甲苯
首先，苯和甲苯的原料混合物进入原料罐，在里面停留一定的时间之后，通过泵进入原料预热器，在原料预热器中加热到泡点温度，然后，原料从进料口进入到精馏塔中。因为被加热到泡点，混合物中既有气相混合物，又有液相混合物，这时候原料混合物就分开了，气相混合物在精馏塔中上升，而液相混合物在精馏塔中下降。气相混合物上升到塔顶上方的冷凝器中，这些气相混合物被降温到泡点，其中的液态部分进入到塔顶产品冷却器中，停留一定的时间然后进入苯的储罐，而其中的气态部分重新回到精馏塔中，这个过程就叫做回流。
液相混合物就从塔底一部分进入到塔底产品冷却器中，一部分进入再沸器，在再沸器中被加热到泡点温度重新回到精馏塔。塔里的混合物不断重复前面所说的过程，而进料口不断有新鲜原料的加入。最终，完成苯与甲苯的分离。
精馏设备所用的设备及其相互联系，总称为精馏装置，其核心为精馏塔。常用的精馏塔有板式塔和填料塔两类，通称塔设备，和其他传质过程一样，精馏塔对塔设备的要求大致如下：
①生产能力大：即单位塔截面大的气液相流率，不会产生液泛等不正常流。
动。效率高：气液两相在塔内保持充分的密切接触，具有较高的塔板效率或传质效率。
流体阻力小：流体通过塔设备时阻力降小，可以节省动力费用，在减压操作是时，易于达到所要求的真空度。
有一定的操作弹性：当气液相流率有一定波动时，两相均能维持正常的流动，而且不会使效率发生较大的变化。
⑤结构简单，造价低，安装检修方便。
能满足某些工艺的特性：腐蚀性，热敏性，起泡性等。
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入精馏塔内。
塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝，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，取操作回流比为最小回流比的2倍。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。
2.2.1原料业及塔顶、塔底产品的摩尔分率。
苯的摩尔质量
甲苯的摩尔质量
2.2.2原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量。
2.2.3物料衡算。
原料液处理
总物料衡算
苯物料衡算
联立解得 2.3.1.理论塔板数nt的求取。
苯—甲苯属理想物系，可采用**法求理论塔板数。
由手册查得苯—甲苯物系的气液平衡数据，绘出 x—y 图，见图1.
求最小回流比及操作回流比。
采用作图法求最小回流比。在图1 中对角线上，自点作垂线e f即为进料线（q线），该线与平衡线的交点坐标为。
故最小回流比为。
操作回流比为。
求精馏塔的气、液相负荷。
求操作线方程。
精馏段操作线方程为。
提馏段操作线方程为。
**法求理论塔板数。
采用**法求理论塔板数，如图1 所示。求解结果为。
总理论板层数 （包括再沸器）
进料板位置
2.3.2实际板层数的求取。
精馏段实际板层数
提馏段实际板层数
2.4精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算。
2.4.1操作压力计算。
塔顶操作压力
每层塔板压降
进料板压力
精馏段平均压力
塔底压力 提馏段平均压力
2.4.2操作温度计算。
根据操作压力，由泡点方程（）通过试差法计算出泡点温度，其中苯、甲苯的饱和蒸汽压由安托尼方程()计算。计算结果如下：
塔顶温度 进料板温度
塔底温度 精馏段平均温度。
提馏段平均温度。
2.4.3平均摩尔质量计算。
塔顶平均摩尔质量计算。
由查平衡曲线（见图1），得。
进料板平均摩尔质量计算。
由**理论板（见图1），得。
查平衡曲线（见图1），得。
精馏段平均摩尔质量。
提馏段平均摩尔质量计算。
由，查平衡曲线（见图1），得。
提馏段平均摩尔质量。
2.4.4平均密度计算。
气相平均密度计算。
由理想气体状态方程计算，即。
精馏段：提镏段：
液相平均密度计算。
液相平均密度依下式计算，即。
塔顶液相平均密度的计算。
由，查表1 得。
进料板液相平均密度的计算。
由，查表1 得。
进料板液相的质量分率。
精馏段液相平均密度为。
塔底液相平均密度的计算。
由，查表1 得。
塔底液相的质量分率。
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