一、设计题目
苯—甲苯连续精馏塔设计 二、原始数据及条件
生产能力：年处理苯—甲苯混合液：F0=3400吨（开工率8000小时/年） 原 料：苯的含量Xf0为37%（质量百分比，下同）的常温液体 分离要求：塔顶苯的含量Xd0不低于95.5% 塔底苯的含量Xw0不高于1% 建厂地址：吉林市 三、设计要求
（一）编制一份设计说明书，主要内容包括：
1、前言
2、流程的确定和说明（附流程简图） 3、生产条件的确定和说明 4、精馏塔的设计计算 5、附属设备的选型和计算 6、设计结构列表
7、设计结果的讨论和说明 8、注明参考和使用的设计资料 9、结束语
（二）绘制一个带控制点的工艺流程图 （三）绘制精馏塔的工艺条件图 四、设计日期：
目 录
摘 要 .................................................................................................................................... 2 第 1 章 绪论 .................................................................................................................... 2
1.1 设计流程..................................................................................................................... 2 1.2 设计思路..................................................................................................................... 3
第 2 章 精馏塔的工艺设计 ........................................................................................ 4
2.1 产品浓度的计算 .......................................................................................................... 4 2.2 最小回流比的计算和适宜回流比的确定 ....................................................................... 5 2.3 物料衡算..................................................................................................................... 5 2.4 精馏段和提馏段操作线方程......................................................................................... 6 2.5 逐板法确定理论板数及进料位置（编程）.................................................................... 6 2.6 全塔效率、实际板数及实际加料位置........................................................................... 7
第 3 章 精馏塔主要工艺尺寸的设计计算 ............................................................ 8
3.1 物性数据计算.............................................................................................................. 8 3.2 精馏塔主要工艺尺寸的计算....................................................................................... 10 3.3 塔板主要工艺尺寸的计算 .......................................................................................... 12 3.4 塔板流体力学校核..................................................................................................... 15 3.5
塔板符合性能图 ........................................................................................................ 17
第 4 章 热量衡算......................................................................................................... 21
4.1 热量衡算示意图 ........................................................................................................ 21 4.2 热量衡算................................................................................................................... 21
第 5 章 塔附属设备的计算 ...................................................................................... 25
5.1 筒体与封头 ............................................................................................................... 25 5.2 除沫器 ...................................................................................................................... 25 5.3 裙座.......................................................................................................................... 25 5.4 塔总体高度的设计..................................................................................................... 25 5.5 换热器（进料预热器或产品冷却器）的设计计算 ....................................................... 26 5.6 进料管的设计............................................................................................................ 27 5.7 泵的选型................................................................................................................... 27 5.8 贮罐的计算 ............................................................................................................... 28
第 6 章 结论 .................................................................................................................. 29
6.1 结论.......................................................................................................................... 29 6.2 主要数据结果总汇..................................................................................................... 29
结 束 语 ............................................................................................... 错误！未定义书签。 参考文献 ............................................................................................... 错误！未定义书签。 附录1主要符号说明 ........................................................................ 错误！未定义书签。 附录2 程序框图 ................................................................................ 错误！未定义书签。 附录3 精馏塔工艺条件图 ............................................................. 错误！未定义书签。 附录4 生产工艺流程图 .................................................................. 错误！未定义书签。 教 师 评 语 ........................................................................................ 错误！未定义书签。
I
摘 要
本次化工原理课程设计，设计出了苯—甲苯得分离设备—连续浮阀式精馏塔。进料摩尔分数为0.409，使塔顶产品苯的摩尔含量达到0.95，塔底釜液摩尔分数为0.01。
综合工艺方便，经济及安全多方面考虑，本设计采用了浮阀式塔板对苯—甲苯溶液进行分离提纯。按照逐板法计算理论塔板数为18块，其中精馏段塔板数为7块，提馏段塔板数为11块。根据经验是算得全塔效率为0.544，塔顶使用全凝器，泡点回流。精馏段实际板数为13块，提馏段实际板数为21块，实际加料板位置在第9块板。由精馏段的工艺计算得到塔经0.3m，塔总高19.50m。通过流体力学验算表明此塔的工艺尺寸符合要求，由负荷性能图可以看出此精馏塔有较好的操做性能，精馏段操作弹性为1.48。
塔的附属设备中，所有管线均采用无缝钢管，预热器采用管壳式换热器。用100℃饱和水蒸气加热，饱和水蒸气走壳程，进料液走管程。
关键词：苯—甲苯 浮阀精馏 逐板计算 负荷 、
绪论 1.1 设计流程
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，其余部分经产品冷却器冷却后送至储罐。该物系属易分物系，最小回流比较小，故操作回流比取最小回流比的1.2倍。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。
设计流程框图如下： 精馏塔的工艺设计
任务书上规定的生产任务长期固定，适宜采用连续精流流程。贮罐中的原料液用机泵加入精馏塔；塔釜再沸器用低压蒸汽作为热源加热料液；精馏塔塔顶设有全凝器，冷凝液部分利用重力泡点回流；部分连续采出到产品罐。简易流程如下，具体流程见附图。
绘制工艺流程图和工艺条件图 精馏塔主要工艺尺寸的设计 热量衡算 塔的附属设备及主要附件的选型
4
D
3
1
5
2
F F
W
1-原料罐，2-进料罐，3-苯、甲苯精馏塔，4-塔顶全凝器，5-再沸器 1.2 设计思路
本次课程设计的任务是设计苯—甲苯精馏塔，塔型为浮阀式板塔，进料为两组份进料，且苯与甲苯的挥发度有明显差别，可用一个塔进行精馏分离。
要分离的组分在常压下均是液体，因此操作在常压下即可进行，进料为泡点进料，需预热器。同时在塔顶设置冷凝器，在塔底设置再沸器，由于塔顶不许汽相出料，故采用全凝，又因所设计的塔较高，应用泵强制回流。 1.2.1加料方式
本设计的加料方式为泡点进料。 1.2.2加热方式
本设计的加热方式为塔底间接加热。 1.2.3回流比的选择
选择操作回流比为最小回流比的1.2倍。 1.2.4塔顶冷凝器的冷凝方式与冷却介质的选择
冷凝方式为全凝,冷却介质为冷水。 1.2.5设计流程图
F
2
第 2 章 精馏塔的工艺设计
2.1 产品浓度的计算
M苯=78.11 ， M甲苯=92.14 摩尔分数 XF=XD=XW=
0.37/78.110.37/78.11?0.63/92.140.95/78.110.95/78.11?0.05/92.140.01/78.110.01/78.11?0.99/92.14?0.409?0.957?0.012
摩尔质量
MF=XFM苯+（1-XF）M甲苯=0.409?78.11?(1?0.409)?92.14?86.40kg/kmol
MD?XDM苯苯?（1?XD）M甲苯?0.957?78.11?（1?0.957）?92.14?78.71kg/kmol
MW?XWM?（1?XW）M甲苯?0.012?78.11?（1?0.012）?92.14?91.16kg/kmol2.2 平均相对
挥发度的计算
温度计算
表2.1苯—甲苯的气液平衡与温度的关系表[1]
温度 /0C
苯/%(mol分率) 温度
/0C 液相
气相 0 21.2 37.0
95.2 92.1 89.4 86.8 苯/%(mol分率) 温度
/0C 液相 39.7 48.9 59.2 70.0 气相 61.8 71.0 78.9 85.3 84.4 82.3 81.2 80.2 苯/%(mol分率) 液相 80.3 90.3 95.0 100.0 气相 91.4 95.7 97.9 100.0 110.6 0 106.1 8.8 102.2 20.0
98.6 30.0 50.0 用内插法求得tF、tD、tW
40.9?39.7tD?80.2??tD?81.16?C tD :
100.0?95.095.2?100.0110.6?1006.1tW?110.6tW :??tW?109.99?C
0?21.21.2?0故由上塔顶温度tD?81.16?C
tF :
95.2?92.139.7?48.980.2?81.2?tF?95.2?tF?94.79?C
气相组成 yD:81.2?80.297.9?100.095.2?92.161.8?70.0?81.16?80.2100yD?100.095.2?74.79?yD?98.32%
进料温度tF?94.79?C 气相组成 yF:?61.8?100yF?yF?62.88%
塔底温度tW?109.99?C