化工原理课程设计》说明书。
设计题目：苯—甲苯混合液板式精馏塔设计。
学院化工与药学院。
专业化学工程与工艺。
年级班别 09级化工工艺1班。
学号 2009402010143
学生姓名潘卫桃。
2011 年 12 月
1. 前言3
2. 设计题目4
3. 原始数据及操作条件4
4. 设计内容4
5. 精馏塔的工艺设计计算5
5.1精馏塔的工艺设计计算5
5.2常压下苯—甲苯气、液平衡组成与温度的关系6
5.3理论塔板的计算11
5.4初步设计13
5.5溢流装置14
5.6 塔板布置及浮阀数目与排列15
6. 塔板的流体力学计算17
6.1相通过浮阀塔板的压降17
6.2 淹塔16
6.3物沫夹带18
6.4 塔板负荷性能图19
7. 塔附件设计23
7.1 接管24
7.2 筒体与封头24
7.3 裙座25
7.4 吊柱25
7.5 人孔26
8 塔总体高度的设计26
8.1 塔的顶部空间高度26
8.2 塔的底部空间高度26
8.3 塔体高度27
9 附属设备设计27
10塔板布置图28
11塔板负荷性能图29
12 总结30
设计任务书。
一、前言。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 30℃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，冷凝液一部分加回流至塔内，其余部分经产品冷却器冷却后送至储罐。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。
浮阀塔盘是自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，很多场合已取代泡罩塔盘，这类塔盘的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。操作气速本可能会很高，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。
本设计使用的是浮阀塔，浮阀塔有生产能力大、操作弹性大、塔板效率高、气体压降及液面落差小和抗腐蚀性较高等优点。在使用过程中有可能松脱或被卡住，造成该阀孔处的气液通过状况失常，为避免阀片生锈后与塔板粘连，以致盖住阀孔而不能浮动，浮阀及塔板都用不锈钢制成。此外，胶黏性液体易将阀片粘住；液体中固体颗粒较多较大，会使阀片被架起等缺点。
工艺流程草图如下。
二、设计题目：
苯—甲苯混合液板式精馏塔设计。
三、原始数据及操作条件：
年处理量： 15万吨。
料液初温：30℃
料液浓度： 50% （苯的质量分率）
塔顶产品浓度：98%（苯的质量分率）
塔底釜液含苯量不高于2%（以质量计）
每年实际生产天数300天
压力：常压，单板压降不大于0.7kpa
假定总板效率为：0.6
设备型式：浮阀塔。
四、设计内容。
1.精馏塔的工艺设计计算。
1）物料衡算。
2）塔温确定。
3）塔板数的确定。
2.精馏塔的结构设计。
1）塔的结构设计。
2）塔板主要工艺尺寸的计算。
3）流体力学验算。
4）操作性能负荷图。
3.接管的设计。
4.辅助设备的计算及选型。
五、精馏塔的工艺设计计算。
1、精馏塔全塔物料恒算。
f：原料液流量 （kmol/sxf：原料组成（mol/%）
d：塔顶产品流量（kmol/sxd：塔顶组成（mol/%）
w：塔底残液流量（kmol/s） xw： 塔底组成（mol/%）
原料苯的组成：xf=
塔顶组成：xd=
塔底组成：xw=
进料量： f=1.5×105t/a=
物料恒算：f=d+w
fxf=dxd+wxw
联立代入求解：d=0.03696(kmol/sw=0.03154 (kmol/s)
2、常压下苯—甲苯气、液平衡组成与温度的关系（表1）
表1 苯---甲苯气、液平衡组成（摩尔）与温度的关系。
1） 温度。
利用表3—1中数据由拉格朗日插值可求得tf td tw.
tdt d=80.54℃
twt w=109.4℃
精馏段平均温度：℃
提馏段平均温度：℃
2)密度。已知：混合液体密度：（α为质量分率，m为平均相对分子质量），不同温度下苯与甲苯的密度见表2.
混合气密度：
1 精馏段：
液相组成x1:; 得x1=69.79%
气相组成y1: y1=85.18%
所以=780.7494+92（1-0 .7494）= 81.51（kg/kmol）
=780.8518+92 (1-0.8518)= 79.65（kg/kmol）
2 提馏段：
液相组成x2 x2=23.66%
气相组成y2: y2=41.76%
所以=780.2589+92（1- 0.2589）=88.38（kg/kmol）
=780.4176+92（1-0.4176）=85.75（kg/kmol）
苯与甲苯在不同温度下的密度表2
求得在与下的苯与甲苯的密度。
85.65苯=808.92kg/m3
甲苯=804.48kg/m3
同理， =100.08℃ kg/m3
甲苯2=790.9kg/m3
在精馏段：液相浓度ρl1：
气相密度： =2.71 3
在提馏段：液相浓度ρl2
l2=7 90.9
气相密度：ρv2=86.112
3） 混合液体表面张力。
查苯-甲苯物系在101.3kpa下温度组成图，xf=0.5412进料泡点温度为92℃.**温度为98℃
物料由30℃升温到92℃所需的热量为。
表1-3苯和甲苯不同温度下的表面张力。
苯表面张力
甲苯表面张力
86.85℃下。
100.08℃下。
苯表面张力
甲苯表面张力
在提馏段中，4）混合物的黏度。
85.65℃，查得：
100.08℃，查得：
精馏段黏度。
提馏段黏度：
5）相对挥发度。
1 精馏段挥发度：由xa=0.7494,ya=0.8822得，xb=0.2506,yb=0.1178
所以 2 提馏段挥发度：由x`a=0.2589,y`a=0.4466得，x`b=0.7411,y`b=0.5534
所以。6）气、液相体积流量计算。
平衡线方程：y=
q线方程： y= y=4.39x-1.835
联立平衡线方程和我q线方程得
取。1 精馏段：l=rd=1.660.03696=0.0614(kmol/s)
v=(r+1)d=(1.66+1) 0.03696=0.098 (kmol/s)
已知： 则有质量流量：l1=
体积流量：
2 提馏段：因本设计为饱和液体进料，所以q=1.636。
已知： 则有质量流量：
体积流量：
3、理论塔板的计算。
理论板：指离开这种板胡气液两相互成平衡，而且塔板上液相组成均匀。
根据在1.01325pa下苯-甲苯胡气液平衡组成关系可绘出平衡曲线，即x-y曲线图，40℃进料q=1.295
精馏段操作线方程
提馏段操作线方程
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