设计题目：分离苯-甲苯混合液的筛板精馏塔。
学院： 化学化工学院。
专业班级：工艺104
设计者： 冀东瑛（1004500446）
指导老师：葛元元。
设计时间：2024年7月12日-16日。
前言。不知不觉大三最后一个学期即将结束。经过三年的学习，我们已经系统掌握了关于化工专业各方面的基础知识及专业知识；其中包括有机、无机、分析、物理化学四大化学、cad机械工程绘图、化工仪表、化工设备基础、化工热力学、化工原理等课程。
可以说知识越学越系统，越来越接近实际工程应用。
如今，在老师的指导下，我们进行了关于化工原理的课程设计。本次设计的目的是为了把我们大学里所学过的理论知识连串起来，并将它们运用到实际应用中，加深对知识的理解及应用能力。
本次设计的任务是设计用于分离苯-甲苯混合液的筛板式精馏塔。设计过程中，我们认真分析研究，考虑到实际生产中的经济效益问题及绿色环保问题，经过大量的工艺计算及理论确定，最终选用了筛板式精馏塔，并于常压下用直接蒸汽加热法进行分离操作；设计出了一套比较接近实际的精馏塔装置。
在设计过程中，由于我们所掌握的知识比较有限，且时间比较紧迫，所以设计方案及方法难免有些缺陷，在此我们恳请老师给予理解及指导，以使我们更早更快掌握解决实际工程问题的捷径！
1.1任务。
苯-甲苯精馏塔设计。
处理量 4000kg/h
原料中苯的质量分率 0.41
塔顶产品中苯的质量分率 0.96
塔釜产品中苯的质量分率 0.01
单板压降小于等于0.7kpa
进料状态泡点进料。
回流比 r=1.7rmin
塔型筛板塔。
塔操作压力 4 kpa
年生产天数 300 天。
年产量2800 吨/年。
全塔效率et=62%
加热类型间接蒸汽加热。
精馏类型连续型。
单元设备设计的内容和过程。
过程方案设计。
工艺流程设计。
单元过程模拟计算。
单元设备的工艺设计。
工艺设计的技术文件。
详细设计。课程设计的基本要求。
设计方案简介。
主要设备的工艺设计计算。
主要设备的结构设计和机械设计。
典型辅助设备的选型。
工艺流程图。
主要设备的工艺条件图。
主要设备的**配图。
编写设计说明书。
精馏塔属气—液传质设备。气—液传质设备主要分为板式塔和填料塔两大类。该塔设计生产时日要求较大，由板式塔与填料塔比较[1]知：
板式塔直径放大时，塔板效率较稳定，且持液量较大，液气比适应范围大，因此本次精馏塔设备选择板式塔。筛板塔是降液管塔板中结构最简单的，它与泡罩塔相比较具有下列优点：生产能力大10-15%，板效率提高15%左右，而压降可降低30%左右，另外筛板塔结构简单，消耗金属少，塔板的造价可减少40%左右，安装容易，也便于清洗检修[2]。
因此，本设计采用筛板塔比较合适。
根据实际生产情况，本精馏塔采用连续精馏方式。
常压操作可减少因加压或减压操作所增加的增、减压设备费用和操作费用，提高经济效益， 在条件允许下常采用常压操作，因此本精馏设计选择在常压下操作。
在本物系中，水不是难挥发液体，选用间接蒸汽加热。
原料经预热器预热达到泡点温度，经管道直接送入下游精馏塔，即我们所设计的塔。精馏塔塔顶蒸汽经全凝器全部冷凝，然后经过分配器（属于冷凝器的部分），一部分馏出液在泡点状态下作为回流液回到精馏塔，一部分作为产品流出。由于塔顶产品仍比较热，所以经过冷却器冷却。
在塔釜，釜液经再沸器间接蒸汽加热，为精馏段提供物料。塔釜出来的产品经水泵全部送出。
表 2-1 苯和甲苯的汽液平衡组成。
（1）、原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率。
设苯以a表示，甲苯以b表示。
苯的摩尔质量：
甲苯的摩尔质量：
由以为基准，则：
2）、原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量。
3）、物料衡算。
由题意可知
总物料守恒。
苯物料守恒。
由、 得。相平衡方程为：
求q线方程。
冷夜进料，取q=1.2
则：q线方程为。
由相平衡方程和q线方程交点（）求最小回流比。
回流比的确定。
取r=1.7*rmin=1.7*1.0856=1.8455
最小理论板数的确定。
理论板数的捷算法。
由吉利兰关联图读出：
= 0.4407 又 =7.9933代入上试得n=15.0796
所以理论塔板数nt=16块。
精馏段理论板数的确定。
由吉利兰关联图读出。
由吉利兰关联图读出又代入上试得nr=7.0006=8（块）
所以精馏段理论塔板数nr=8（块）
提馏段理论板数的确定。
由吉利兰关联图读出。
又代入上试得ns=8.2188=9块。
所以提馏段理论塔板数ns=9（块）
最终以精馏段与提馏段理论板数的总和为全塔总理论板数，即为17块。
求实际板数。
由得。精馏段实际板数： n精 =（块）
提馏段实际板数： n提 =（块）
即全塔实际板数为24块。
精馏段： v=(r+1)d=2.3027×21.43=49.3473
提馏段：精馏段操作线方程：
提镏段操作线方程：
图2-1 苯-甲苯系的气液相平衡图。
由查表2-1 苯—甲苯的气液相平衡得：
计算塔顶、塔底、进料处相对挥发度：
塔内平均相对挥发度为：
由苯—甲苯在不同温度下的汽液平衡数据作出组成温度图。
由图2-2读出塔顶、塔底、进料温度：
t=81.82c
t=93.40c
t=110.00c
图2-2 苯和甲苯的组成温度图。
操作压强：p=105.325 kpa
平均温度： t：t=81.82c t=93.4c t=110c
tm=（t+ t）/2=(81.82+93.4)/2=87.61℃
1)塔顶 y= x= 0.9659查平衡曲线得到 x=0.9221
2)进料 y=0.682 x=0.4505
查附表[8]知：
1)塔顶：=0.965978.11+(1-0.9659)92.14=78.59（）
2)进料： =0.68278.
11+(1-0.682) 92.14=82.
57（）=0.450578.11+(1-0.
4505)92.14=85.82（）
平均分子量。
由和：1/=a/+a/ ，a为苯 b为甲苯。
塔顶：在81.82℃下：=811() 806()
a=(0.9221*78.11)/[0.9221*78.11+(1-0.9221)*92.13]=0.9094
则=810.77 ()
进料：在进料温度93.4c下：=802，=798
a=（0.4505*78.11）/[0.4505*78.11+(1-0.4505)*92.13]=0.4101
= 则=798.72
即精馏段的平均液相密度：=(810.77+798.72)/2=804.745 ()
平均气相密度：==105.325*80.58)/[8.314*(87.61+273)]=2.831 ()
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