天津大学仁爱学院。
化工原理课程设计说明书。
设计题目： 分离苯—甲苯系统的板式精馏塔设计。
学生姓名 xx 班级 10级过程装备与控制工程1班。
开始设计时间 2013 年 9 月 8 日。
完成设计时间 2013 年 9 月 18 日。
指导教师王立轩设计成绩。
板式连续精馏塔设计任务书。
一、设计题目：分离苯—甲苯系统的板式精馏塔设计
试设计一座分离苯—甲苯系统的板式连续精馏塔，要求原料液的年处理量为 35000 吨，原料液中苯的含量为 40 %，分离后苯的纯度达到 98 %，塔底馏出液中苯含量不得高于1%（以上均为质量百分数）。
二、操作条件。
1. 塔顶压强4 kpa （表压）；
2. 进料热状态饱和液体进料。
3. 回流比最小回流比的1.5—1.8倍。
加热蒸气压强： 101.3 kpa（表压）；
单板压降0. 7 kpa
三、塔板类型 ： 浮阀塔板。
四、生产工作日。
每年300天，每天24小时运行。
五、厂址。厂址为天津地区。
六、设计内容。
1. 设计方案的确定及流程说明。
2. 塔的工艺条件及有关物性数据的计算。
3. 精馏塔的物料衡算。
4. 塔板数的确定。
5. 塔体工艺尺寸的计算。
6. 塔板主要工艺尺寸的设计计算。
7. 塔板流体力学验算。
8. 绘制塔板负荷性能图。
9. 塔顶冷凝器的初算与选型。
10. 设备主要连接管直径的确定。
11. 全塔工艺设计计算结果总表。
12. 绘制生产工艺流程图及主体设备简图。
13. 对本设计的评述及相关问题的分析讨论。
绪论。化工原理课程设计是综合运用《化工原理》课程和有关先修课程（《物理化学》，《化工制图》等）所学知识，完成一个单元设备设计为主的一次性实践教学，是理论联系实际的桥梁，在整个教学中起着培养学生能力的重要作用。通过课程设计，要求更加熟悉工程设计的基本内容，掌握化工单元操作设计的主要程序及方法，锻炼和提高学生综合运用理论知识和技能的能力，问题分析能力，思考问题能力，计算能力等。
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-甲苯连续精馏筛板塔的设计，即需设计一个精馏塔用来分离易挥发的苯和不易挥发的甲苯，采用连续操作方式，需设计一板式塔将其分离。
1、设计方案的确定及工艺流程的说明。
1.生产工艺流程简图。
2.设计方案的确定。
本设计任务为分离苯一甲苯混合物。由于对物料没有特殊的要求，可以在常压下操作。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人精馏塔内。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，故操作回流比取最小回流比的1.
5倍。塔底设置再沸器采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。
二、全塔物料衡算。
1.原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数。
苯的摩尔质量
甲苯的摩尔质量
2.原料液及塔顶塔底产品的平均摩尔质量。
3.物料衡算。
原料处理量：
总物料衡算。
易挥发组分物料衡算：
联合解得：
三、塔板数的确定。
1.理论板层数的确定。
苯-甲苯属理想体系，可采用**法求理论板层数。
1）、由手册查得苯-甲苯物系的气液平衡数据，绘出x-y图与t-x-y图。
附图)（20、求最小回流比及操作回流比。
采用作图法求最小回流比。在附图1中对角线上，自点e（0.44,0.44）作垂线ef，即为q线，该线与平衡线的交点坐标为。
所以最小回流比为。
取操作回流比为。
3）、精馏塔打气、液相负荷。
l=rd= 2.253×24.93=56.17kmol/h
v=(r+1)d=(2.253+1)×24.93=81.1 kmol/h
l'=l+qf=56.17+56.55=112.72 kmol/l
v'=v+(q-1)f=81.1 kmol/h
4)、操作线方程。
精馏段操作线方程。
提馏段操作线方程：
5）、**法求理论层数。
采用**法求理论板层数，如附图1所示。求解结果为：
总理论板层数： =15 其中精=7 提=7(不包括再沸器)
进料板位置： =8
2.全塔效率。
由奥康奈尔法
根据塔顶，塔底液相组成，查t-x-y图知塔顶温度81℃，塔底温度109.9℃，求得塔平均温度为。
该温度下的相对挥发度，查（化工原理）第10页附表三，内插法知
液相粘度内插法
全塔效率。所以总实际板层数 ：
四、精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算。
1.操作压力。
塔顶压强101.3+4=105.3kpa
每层塔板的压降 kpa
进料板压力 =105.3+0.7×13=114.4kpa
精馏段平均压力 =(105.3+114.4)/2=109.85kpa
塔底压强pd+n△p=105.3+0.7×26=123.5kpa
提馏段平均压力 =（114.4+123.5）/2=118.95kpa
2.操作温度。
依据操作压力，由安托尼方程计算。
塔顶温度 =82.4℃
进料板温度 ℃
塔底温度 ℃
精馏段平均温度 ℃
提馏段平均温度 ℃
3.平均摩尔质量。
塔顶：, 由平衡图（附图1）知：
进料板：由**理论板（附图1）得，
塔底： 所以，精馏段气、液混合物平均摩尔质量。
提馏段气、液混合物平均摩尔质量。
4.平均密度。
1. 气相平均密度由理想气体状态方程计算
2.液相平均密度液相平均密度计算公式
塔顶液相平均密度： 由，查得 ，
进料板液相平均密度：由， 查得，
进料板液相的质量分数为：
进料板液相平均密度：由， 查得，塔釜液相质量分数为：
精馏段液相平均密度为：
提馏段液相平均密度为：
5.液相平均表面张力。
液相平均表面张力计算公式：
塔顶液相平均表面张力：由℃，查手册，
进料板液相平均表面张力：由℃，查手册，，
塔底液相平均表面张力：由℃，查手册。
精馏段液相平均表面张力：
提馏段液相平均表面张力：
6.液相平均粘度。
液相平均粘度计算公式：
塔顶液相平均粘度：由℃，查手册，,
由 所以：
进料板液相平均粘度：
查手册： ,所以：
塔底： 由℃，查手册： ,所以： =0.2399
精馏段液相平均粘度为：
提馏段液相平均粘度为：
五．精馏塔的塔体工艺尺寸的计算。
1.塔径的计算。
1）最大空塔气速和空塔气速最大空塔气速计算公式：
体积流率：取板间距 ，板上液层高度，则
0.45-0.05=0.4m
查手册 =0.087，
所以 取安全系数0.6，则空塔气速为。
（2） 塔径：
按标准塔径圆整后为 d=1.2m
塔截面积为
2==1.1304m2
实际空塔气速为
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