二〇一〇年十一月三十日。
设计任务书。
1设计题目：分离苯—甲苯混合液的浮阀板式精馏塔工艺设计。
2设计参数。
1) 设计规模：苯——甲苯混合液处理量3 万t/a
2) 生产制度：年开工300天，每天小时连续生产。
3) 原料组成：苯含量为40%（质量百分率，下同）
4) 进料状况：含苯40的苯——甲苯混合溶液20℃
5) 分离要求：塔顶苯含量不低于96%，塔底苯含量不大于2%
6) 建厂地区：大气压为760mmhg，自来水年平均温度为20℃的滨州市。
3设计要求和工作量。
1） 完成设计说明书一份。
2） 完成精馏塔工艺条件图一张。
4设计说明书主要内容。
化工生产常需进行二元液相混合物的分离以达到提纯或**有用组分的目的，。精馏操作在化工、石油化工、轻工等工业生产中占有重要的地位。为此，掌握气液相平衡关系，熟悉各种塔型的操作特性，对选择、设计和分析分离过程中的各种参数是非常重要的。
塔设备是化工、炼油生产中最重要的设备类型之一。本次设计的浮阀塔是化工生产中主要的气液传质设备。此设计针对二元物系的精馏问题进行分析、选取、计算、核算、绘图等，是较完整的精馏设计过程，该设计方法被工程技术人员广泛的采用。
本设计书对苯和甲苯的分离设备─浮阀精馏塔做了较详细的叙述，主要包括：工艺计算，辅助设备计算，塔设备等的附图。
采用浮阀精馏塔，塔高17.88米，塔径1.0米，按逐板计算理论板数为24。
算得全塔效率为0.540。塔顶使用全凝器，部分回流。
精馏段实际板数为12，提馏段实际板数为12。实际加料位置在第13块板(从上往下数)，操作弹性为3.28。
通过板压降、漏液、液泛、雾沫夹带的流体力学验算，均在安全操作范围内。
塔的附属设备中，所有管线均采用无缝钢管。再沸器采用卧式浮头式换热器。用140℃饱和蒸汽加热，用20℃循水作冷凝剂。饱和蒸汽走管程，釜液走壳程。
关键词：苯__甲苯、精馏、**法、负荷性能图、精馏塔设备结构。
化工生产中常需进行液体混合物的分离以达到提纯或**有用组分的目的。互溶液体混合物的分离有多种方法，蒸馏及精馏是其中最常用的一种。蒸馏是分离均相混合物的单元操作之一，精馏是最常用的蒸馏方式，是组成化工生产过程的主要单元操作。
为实现高纯度的分离已成为蒸馏方法能否广泛应用的核心问题，为此而提出了精馏过程。精馏的核心是回流，精馏操作的实质是塔底供热产生蒸汽回流，塔顶冷凝造成液体回流。
我们工科大学生应具有较高的综合能力、解决实际生产问题的能力和创新的能力。课程设计是一次让我们接触并了解实际生产的大好机会，我们应充分利用这样的机会去认真去对待。而新颖的设计思想、科学的设计方法和优秀的设计作品是我们所应坚持努力的方向和追求的目标。
浮阀塔盘自20世纪50年代初期开发以来，由于制造方便及其性能上的优点，很多场合已取代了泡罩塔盘。这类塔盘的塔盘板开有阀孔，安置了能在适当范围内上下浮动的阀片，其形状有圆形、条形及方形等。由于浮阀与塔盘板之间的流通面积能随气体负荷的变动而自动调节，因而在较宽的气体负荷范围内，均能保持稳定操作。
气体在塔盘板上以水平方向吹出，气液接触时间长，雾沫夹带量少，液面落差也较小。与泡罩塔盘相比，处理能力较大，压力降较低，而塔板效率较高，缺点是阀孔易磨损，阀片易脱落。操作气速不可能会很高，因为会产生严重的雾沫夹带，这就限制了生产能力的进一步提高。
具有代表性的浮阀塔有f1型（v1型）浮阀塔板、重盘式浮阀塔、盘式浮阀、条形浮阀及锥心形浮阀等。
本设计任务为分离苯__甲苯混合物。对于二元混合物的分离，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。
塔顶上升蒸气采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，其余部分经产品冷凝器冷却后送至储罐。该物系属易分离物系，最小回流比较小，故操作回流比取最小回流比的2倍。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。
在本次设计中，我们进行的是苯和甲苯二元物系的精馏分离，简单蒸馏和平衡蒸馏只能达到组分的部分增浓，如何利用两组分的挥发度的差异实现高纯度分离，是精馏塔的基本原理。实际上，蒸馏装置包括精馏塔、原料预热器、蒸馏釜、冷凝器、釜液冷却器和产品冷却器等设备。蒸馏过程按操作方式不同，分为连续蒸馏和间歇蒸馏，我们这次所用的就是浮阀式连续精馏塔。
蒸馏是物料在塔内的多次部分汽化与多次部分冷凝所实现分离的。热量自塔釜输入，由冷凝器和冷却器中的冷却介质将余热带走。在此过程中，热能利用率很低，有时后可以考虑将余热再利用，在此就不叙述。
要保持塔的稳定性，流程中除用泵直接送入塔原料外也可以采用高位槽。
塔顶冷凝器可采用全凝器、分凝器-全能器连种不同的设置。在这里准备用全凝器，因为可以准确的控制回流比。此次设计是在常压下操作。
因为这次设计采用间接加热，所以需要再沸器。回流比是精馏操作的重要工艺条件。选择的原则是使设备和操作费用之和最低。
在设计时要根据实际需要选定回流比。
1、本设计采用连续精馏操作方式。2、常压操作℃进料。4、间接蒸汽加热。5、选r=2rmin。6、塔顶选用全凝器。7、选用浮阀塔。
在此使用浮阀塔，浮阀塔塔板是在泡罩塔板和筛孔塔板的基础上发展起来的，它吸收了两者的优点，其突出优点是可以根据气体的流量自行调节开度，这样就可以避免过多的漏液。另外还具有结构简单，造价低，制造方便，塔板开孔率大，生产能力大等优点。浮阀塔一直成为化工生中主要的传质设备，其多用不锈钢板或合金 。
近年来所研究开发出的新型浮阀进一步加强了流体的导向作用和气体的分散作用，使气液两相的流动接触更加有效，可显著提高操作弹性和效率。
从苯—甲苯的相关物性中可看出它们可近似地看作理想物系。而且浮阀与塔盘板之间的流通面积能随气体负荷的变动而自动调节，因而在较宽的气体负荷范围内，均能保持稳定操作。气体在塔盘板上以水平方向吹出，气液接触时间长，雾沫夹带量少，液面落差也较小。
1）苯的摩尔质量：
甲苯的摩尔质量： =
2）原料液平均摩尔质量：
3）物料衡算。
原料液流量：
总物料衡算：
即。易挥发组分物料衡算：
即。总物料衡算：
d+w=48.56
苯物料衡算：
0.966d+0.0235w=0.44048.56
解得：d=21.46，w=27.10
由文献[1]中苯与甲苯的汽-液平衡组成可以找出算出。如。
表1-6 苯—甲苯（101.3kpa）的t-x-y相平衡数据。
同理可算出其它的。
从而推出。所以平衡线方程。
因为，查表知：苯和甲苯的热熔均为1.83kj/kg，，；
所以q线方程为：y=3.8x-1.26;和平衡线方程联立求得：
取操作回流比。
精馏段操作线方程为：
提馏段操作线方程为：
同理可算出如下值：
所以第七块为进料板。
所以总理论板数为12块（不含再沸器），第7块板上进料。
由苯-甲苯体系的t-x（y）图可知对应的温度为塔底温度，查得为℃。
同理可查得：℃，由它们的安托因方程[2]
平均塔温为。
由经验式[3]
式中，μ—相对挥发度；
加料液体的平均粘度；
及μ为塔顶及塔底平均温度时的数值。
在95.25℃苯的粘度：0.276厘泊。 甲苯的粘度：0.270厘泊。
加料液体的平均粘度：厘泊。
精馏段实际板层数。
提馏段实际板层数(不含再沸器)
1.3精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算。
查苯-甲苯体系的t-x（y）图可知：
精馏段平均温度：
提馏段平均温度：
塔顶压强=101.3kpa
取每层塔板压降δp=0.7kpa，进料板压强：
101.3+12×0.7=109.7kpa
塔底压强：101.3+24×0.7=118.1 kpa
精馏段平均操作压力：
提馏段平均操作压力：
精馏段平均摩尔分数。
精馏段平均摩尔质量。
提馏段平均摩尔分数。
提馏段平均摩尔质量：
1）气相平均密度计算。
理想气体状态方程计算，即。
精馏段气相密度：
提馏段气相密度：
2）液相平均密度计算。
由式求相应的液相密度。
对于塔顶：,查表化工原理[14](360 页)
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