系别： 能源水利学院
专业： 特种能源技术与工程
指导教师： 王琪
2024年8月 19日。
摘要。精馏是分离液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的应用。本设计的题目是苯—甲苯二元物系板式精馏塔的设计。
在确定的工艺要求下，确定设计方案，设计内容包括精馏塔工艺设计计算，塔辅助设备设计计算，馏塔设备结构图。
关键词：苯-甲苯；精馏；板式塔；塔设备结构。
abstract
distillation is the most commonly used one kind of liquid mixture separation unit operations, in the chemical, oil refining, petrochemical and other industries widely used. the topic of this design is benzene - toluene binary content is the design of the plate column. under certain technical requirements, determine the design scheme, design contents include the rectification tower process design calculation, auxiliary equipment design, tower equipment structure.
key words: benzene - toluene; distillation; plate column; tower equipment structure
本设计任务为分离苯——甲苯混合物。对于二元混合物的分离，应采用连续精馏过程。设计采用泡点进料，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气冷凝，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2倍。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品冷却后送至储罐。
1.1原始数据。
混合物：苯和甲苯。
处理量（kg/h):3700
料料组成（质量分数）：0.41
塔顶组成（质量分数）：0.96
塔底组成（质量分数）：0.02
操作压力（kpa）：4
回流比：2.5
单板压降：0.7kpa
全塔效率：50%
1.2 流程图。
混合物从精馏塔中段进入，经过精馏段精馏后高浓度苯经塔顶冷凝器流出储存与苯储罐中，部分混合物经回流罐后回流至精馏塔。塔釜高浓度甲苯经塔釜再沸器流出储存于甲苯储罐中，其余混合物至提馏段提馏。
2 精馏塔的物料衡算。
苯的摩尔质量 ma=78.11kg/kmol
甲苯的摩尔质量 mb=92.13kg/kmol
xf=xd=
xw=mf=0.483×78.11+（1—0.483）×92.13=85.36kg/kmol
md=0.966×78.11+（1—0.966）×92.13=78.59kg/kmol
mw=0.024×78.11+（1—0.024）×92.13=91.79kg/kmol
3）物料衡算
原料处理量 f= =43.04kmol/h
总物料衡算 43.04=d+w
苯物料衡算 43.04×0.483=0.966d+0.024w
联立求得d=20.97kmol/h
w=22.07kmol/h
相平衡方程y=
或xa)因其泡点进料。
精馏段操作线。
yb) 提镏段操作线 y=式中
代入可得yc)
泡点进料q=1, x=x=0.483
第一块塔板上升的蒸气组成。
y=x=0.966
从第一块板下降的液体组成由式（a）求取。
x=由第二块板上升的气相组成用式（b）求取。
第二块板下降的液体组成。
由此反复计算。
因，第六块板上升的气相组成是由提馏段操作方程（c）计算，第六块板下降的液体组成。
同样 由此反复计算。
所需总理论塔板数为13块，第6块加料，精馏段需5块。
精馏段实际板层数
提馏段实际板层数
以精馏段为例进行计算。
塔顶操作压力
进料板压力
精馏段平均压力
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，计算过程略。计算结果如下：
塔顶温度 进料板温度
精馏段平均温度
1.塔顶平均摩尔质量计算。
已知。2.进料板平均摩尔质量计算。
已知 3.精馏段平均摩尔质量。
1）气相平均密度计算。
由理想气体状态方程计算，即。
2）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：
由查手册得。
进料板液相平均密度的计算：
由查手册得。
进料板液相的质量分数为。
精馏段液相平均密度为。
液相平均表面张力依下式计算：
塔顶液相平均表面张力的计算：
由查手册得。
进料板液相平均表面张力的计算：
由查手册得
精馏段平均表面张力为。
液相平均黏度依下式计算，即。
塔顶液相平均黏度的计算：
由查手册得。
解得 进料板液相平均黏度的计算：
由查手册得。
解得 精馏段平均黏度为。
精馏段的气液相体积流量为。
式中c由式5-5计算，其中的由图1-1查取，图的横坐标为。
图5-1 取板间距。
查图5-1得。
取安全系数为0.7，则空塔气速为。
按标准塔径圆整后为d=1m
塔截面积为。
实际空塔气速为。
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