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1.2.2加热方式
本设计采用间接蒸汽加热，加热设备为再沸器。本设计不易利用直接蒸汽加热，因为直接蒸汽的加入，对釜内溶液起一定稀释作用，在进料条件和产品纯度，轻组分收率一定前提下，釜液浓度相应降低，故需在提馏段增加塔板以达到生产要求，从而又增加了生产的费用，但也增加了间接加热设备。 1.2.3操作压力的选取
本设计采用常压操作，一般，除了热敏性物料以外，凡通过常压蒸馏不难实现分离要求，并能用江河水或循环水将馏出物冷凝下来的系统都应采用常压蒸馏。在化工设计中有很多加料状态，这次设计中采用气液混合物进料。 1.2.4回流比的选择
对于一般体系最小回流比的确定可按常规方法处理，但对于某些特殊体系，如乙醇水体系则要特殊处理，该体系最小回流比Rmin的求取应通过精馏段操作线与平衡线相切得到。而适宜回流比R的确定，应体现最佳回流比选定原则即装置设备费与操作费之和最低，我们推荐以下简化方法计算各项费用，从而确定最佳回流比。一般经验值为R=(1.1-2.0)Rmin. 1.2.5塔顶冷凝器的冷凝方式与冷却介质的选择
塔顶选用全凝器，因为后继工段产品以液相出料，但所得产品的纯度低于分凝器，因为分凝器的第一个分凝器相当于一块理论板。
塔顶冷却介质采用自来水，方便、实惠、经济。 1.2.6板式塔的选择
板式塔工艺尺寸设计计算的主要内容包括：板间距、塔径、塔板型式、溢流装置、塔板布置、流体力学性能校核、负荷性能图以及塔高等。其设计计算方法可查阅有关资料。着重应注意的是：塔板设计的任务是以流经塔内气液的物流量、操作条件和系统物性为依据，确定具有良好性能（压降小、弹性大、效率高）的塔板结构与尺寸。塔板设计的基本思路是：以通过某一块板的气液处理量和板上气液组成，温度、压力等条件为依据，首先参考设计手册上推荐数据初步确定有关的独立变量，然后进行流体力学计算，校核其是否符合所规定的范围，如不符合要求就必须修改结构参数，重复上述设计步骤直到满意为止。最后给制出负荷性能图，以确定适宜操作区和操作弹性。塔高的确定还与塔顶空间、塔底空间、进料段高度以及开人孔数目的取值有关，可查资料。
表1-1 参数选取
项目
方式
压力 加料状态 加热方式
回流比
冷凝器 冷却介质 板式塔
[2]
选 取 连续精馏 常压 气液混合 间接蒸汽 R=(1.1-2.0)Rmin 全凝器 1.2.7 关于附属设备的设计 附属设备的设计主要有：
自来水 筛板塔
1）热量衡算求取塔顶冷凝器、冷却器的热负荷和所需的冷却水用量；再沸器的热负荷和所需的加热蒸气用量；
2）选定冷凝器和再沸器的型式求取所需的换热面积并查阅换热器标准，提出合适的换热器型号；
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第二章 精馏塔工艺设计计算
2.1物料衡算 2.1.1塔的物料衡算
（1）苯的摩尔质量：MA=78.11kg/kmol 甲苯的摩尔质量：MB=92.13kg/kmol （2）原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量：
MD=0.98?78.11+(1-0.98)?92.13=78.39kg/kmol MF=0.45?78.11+(1-0.45)?92.13=85.82kg/kmol MW=0.035?78.11+(1-0.035)?92.13=91.64kg/kmol （3）物料衡算
总物料衡算：D+W=F
即 D+W=100 易挥发组分物料衡算： DXD+WXW=FXF
即 D?0.98+W?0.035=100?0.45 由(1)和(2)解得D=43.92kmol/h W=56.08 kmol/h 2.2板数的确定 2.2.1温度的求解
表2-1苯—甲苯平衡数据（p=101.325kPa）（化学工业出版社）
温度t/℃ 液相中苯的摩气相中苯的摩尔分数x% 尔分数y% 温度t/℃ 液相中苯的摩气相中苯的摩尔分数x% 尔分数y% 109.91 1.00 2.5 90.11 55.0 75.5 108.79 3.00 7.11 80.80 60.0 79.1 107.61 5.00 11.2 87.63 65.0 82.5 105.05 10.0 20.8 86.52 70.0 85.7 102.79 15.0 29.4 85.44 75.0 88.5 100.75 20.0 37.2 84.40 80.0 91.2 98.84 25.0 44.2 83.33 85.0 93.6 97.13 30.0 50.7 82.25 90.0 95.9 95.58 35.0 56.6 81.11 95.0 98.0 94.09 40.0 61.9 80.66 97.0 98.8 92.69 45.0 66.7 80.21 99.0 99.61 91.40 50.0 71.3 80.10 100.0 100.0 利用上表中的数据，用数值插值法确定tF,tD,tW。 塔顶温度：80.21-80.6699.0-97.0=tD-80.6698.0-97.0?tD=80.44oC
进料板上温度：tF=92.69oC
6
1）2）（
（
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t-108.79107.61-108.79塔底温度：=W?tW=108.50oC2
5.00-3.003.50-3.00精馏段平均温度：t1=提馏段平均温度：t2=tF+tD92.69+80.44==86.57oC 22tF+tW92.69+108.50==100.60oC 222.2.2气相组成的求解
根据所求温度，利用表2-1，采用插值法求得各气相组成：yD、yF、yW 塔顶气相组成：
80.21-80.6680.44-80.66=?yD=99.20%
99.61-98.8100yD-98.8利用表2-1直接查得进料板处气相组成：yF?66.70% 107.61-108.79108.50-108.79=?yW=8.12% 塔底气相组成：11.2-7.11100yW-7.112.2.3平均分子式量的求解
物料相对平均分子量：
xD+xF0.98+0.45==0.715=71.50"y+yF99.20%+66.70%精馏段平均气相组成：y1=D==0.8295=82.95"精馏段平均液相组成：x1=精馏段液相平均分子量:ML1=0.715?78.11+（1-0.715）?92.13=82.106kg/kmol精馏段气相平均分子量:MV1=0.8295?78.11+（1-0.8295）?92.13=80.501kg/kmolxW+xF0.035+0.45?x==0.2425=24.25"2y+yF8.12%+66.70%提馏段平均气相组成y2=W?y==37.41"2提馏段平均液相组成：x2=提馏段液相平均分子量：ML2=0.2425?78.11+（1-0.2425）?92.13=88.730kg/kmol精馏段气相平均分子量：MV2=0.3741?78.11+（1-0.3741）?92.13=86.885kg/kmol
2.2.4物系密度的求解
塔体主要部位液相组成中苯的质量分数的计算： 设苯的质量分数为m%,其相应液相的摩尔分率为x，
m7811x78.11 x=整理得：m=m100-m92.13-14.02x+78.1192.13分别把XD=0.98、XF=0.45、XW=0.035带入求得： 液相中苯的质量分数为
?D=0.9765、?F=0.4096、?F=0.0298
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混合物密度的求解：
表2-2不同温度下苯-甲苯密度表： 温度 t/C
o80 815 810
90 803.9 800.2
100 792.5 790.3
110 780.3 780.3
120 768.9 770.0
?LA/kg/m3
?LB/kg/m3
利用上表中数据利用数值差值法确定进料温度tF，塔顶温度tD，塔底温度tW下的苯与乙醇 的密度： tD=80.44oC1 90-8090-80.443=?ρAD=814.51kg/m(塔顶液相组成中苯的密度)803.9-815803.9-ρAD90-8090-80.44=?ρBD=809.57kg/m3(塔顶液相组成中甲苯的密度)800.2-810800.2-ρBD10.97651-0.9765=+?ρD=814.395kg/m3(塔顶混合液体的密度) ρD814.51809.57tF=92.69oC 100-90100-92.69=?ρAF=800.833kg/m3(加料板温度下混合液中苯的密度)792.5-803.9792.5-ρAF100-90100-92.69=?ρBF=797.537kg/m3(加料板温度下液相中苯的密度)
790.3-800.2790.3-ρBF10.40961-0.4096=+?ρF=798.882kg/m3(塔顶混合液的密度) ρF800.83797.54tw=108.50oC 110-100110-108.503=?ρ=782.13kg/m(塔底液相中苯的密度)AW780.3-729.5780.3-ρAW110-100110-108.50=?ρBW=781.80kg/m3(塔底混合液的密度)
780.3-790.3780.3-ρBW10.02981-0.0298=+?ρW=781.81kg/m3(塔底混合液的密度) ρW782.13781.808
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精馏段液相平均密度： ρD+ρF798.882+814.3953ρL1===806.639kg/m22提馏段液相平均密度: ρ+ρW798.883+781.81ρL2=F==790.346kg/m3221.6 表面张力的求解： tD=80.44oC 90-8090-80.44=?σAD=21.22?10-3(塔顶液相组成中苯的表面张力)20.06-21.2720.06-σAD90-8090-80.44=?σBD=21.64?10-3(塔顶液相组成中甲苯的表面张力)
20.59-21.6920.59-σBD塔顶温度下液相的表面张力：?mD=?ADxAD+?BD(1-xAD)=21.23?10?3N/mtF=92.69oC
100-90100-92.69?3=??AF=19.73?10N/m(加料板温度下混合液中苯的表面张力)18.85-20.0618.85-?AF100-90100-92.69=?σBF=20.42?10?3N/m(加料板温度下液相中甲苯的表面张力)19.94-20.5919.94-σBF进料版温度下液相的平均表面张力：?mF=?AFxAF+?BF(1-xAF)=20.11?10?3N/m
tw=108.50oC 110-100110-108.50=??AW=17.84?10?3N/m(塔底混合液中苯的表面张力)17.66-18.8517.66-?AW110-100110-108.50=??BW=18.69?10?3N/m(塔底混合液中甲苯的表面张力)
18.41-19.9418.46-?BW塔底液相的平均表面张力：?mW=?AWxAW+?BW(1-xAW)=18.66?10?3N/m精馏段液相平均表面张力：
21.23?20.11?10?3=20.67?10?3N/m22提馏段液相平均表面张力: ?mF+?mW20.11?18.66?3?3?m2==?10=19.39?10N/m22?m1=?mD+?mF=9