化工原理课程设计
------------苯-甲苯连续精馏筛板塔的设计
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2011年 7 月
苯-甲苯连续精馏筛板塔的设计
目录
一 序 言 ...................................................................................................................... 3 二 板式精馏塔设计任务书五 .................................................................................... 3 三 设计计算 ................................................................................................................ 3
1.1 设计方案的选定及基础数据的搜集 .............................................................. 3 1.2 精馏塔的物料衡算 .......................................................................................... 5 1.3 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 .................................................. 9 1.4 精馏塔的塔体工艺尺寸计算 ........................................................................ 14 1.5 塔板主要工艺尺寸的计算 ............................................................................ 15 1.6 筛板的流体力学验算 .................................................................................... 18 1.7 塔板负荷性能图 ............................................................................................ 20 四 设计结果一览表 .................................................................................................. 25 五 板式塔得结构与附属设备 .................................................................................. 26
5.1附件的计算 ..................................................................................................... 26
5.1.1接管 ....................................................................................................... 26 5.1.2冷凝器 ................................................................................................... 27 5.1.3 再沸器 .................................................................................................. 28 5.2 板式塔结构 .................................................................................................. 28 六 参考书目 .............................................................................................................. 30 七 设计心得体会 ...................................................................................................... 30 八 附录 ...................................................................................... 错误！未定义书签。
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苯-甲苯连续精馏筛板塔的设计
一 序 言
二 板式精馏塔设计任务书五
三 设计计算
1.1 设计方案的选定及基础数据的搜集
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1.8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。其中由于蒸馏过程的原理是多次进行部分汽化和冷凝，热效率比较低，但塔顶冷凝器放出的热量很多，但其能量品位较低，不能直接用于塔釜的热源，在本次设计中设计把其热量作为低温热源产生低压蒸汽作为原料预热器的热源之一，充分利用了能量。
塔板的类型为筛板塔精馏，筛板塔塔板上开有许多均布的筛孔，孔径一般为3～8mm，筛孔在塔板上作正三角形排列。筛板塔也是传质过程常用的塔设备，它的主要优点有：
(１) 结构比浮阀塔更简单，易于加工，造价约为泡罩塔的60％，为浮阀塔的80％左右。
(２) 处理能力大，比同塔径的泡罩塔可增加10～15％。 (３) 塔板效率高，比泡罩塔高15％左右。
(４) 压降较低，每板压力比泡罩塔约低30％左右。 筛板塔的缺点是：
(１) 塔板安装的水平度要求较高，否则气液接触不匀。 (２) 操作弹性较小(约2～3)。
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苯-甲苯连续精馏筛板塔的设计
(３) 小孔筛板容易堵塞。 下图是板式塔的简略图：
表1 苯和甲苯的物理性质 项目 苯A 甲苯B 0温度C 分子式 C6H6 C6H5—CH3 80.1 101.33 40.0 分子量M 78.11 92.13 85 116.9 46.0 80.1 1.000 沸点（℃） 80.1 110.6 90 135.5 54.0 95 155.7 63.3 90 0.581 临界温度t（℃） C288.5 318.57 100 179.2 74.3 95 0.412 临界压强PC（kPa） 6833.4 4107.7 表2 苯和甲苯的饱和蒸汽压 105 204.2 86.0 100 0.258 0.456 110.6 240.0 PA,kPa PB，kPa 00表3 常温下苯—甲苯气液平衡数据（[2]：P8例1—1附表2）
0温度C 85 0.780 105 0.130 0.262 液相中苯的摩尔分率 汽相中苯的摩尔分率 1.000 0.900 0.777 0.630 表4 纯组分的表面张力([1]：P378附录图7)
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苯-甲苯连续精馏筛板塔的设计
温度 苯，mN/m 甲苯，Mn/m 温度(℃) 苯,kg/m3 甲苯,kg/m3 温度(℃) 苯（mPa.s） 80 80 21.2 90 20 100 18.8 110 17.5 120 16.2 17.3 120 763 768 120 0.215 0.228 21.7 20.6 19.5 18.4 表5 组分的液相密度([1]：P382附录图8) 80 814 809 90 0.279 0.286 90 805 801 100 791 791 100 0.255 0.264 110 778 780 110 0.233 0.254 表6 液体粘度μL（[1]：P365）
0.308 甲苯（mPa.s） 0.311 表7常压下苯——甲苯的气液平衡数据 1.2 精馏塔的物料衡算
(1) 原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 苯的摩尔质量
甲苯的摩尔质量 MB?92.13kg/kmol
0.75/78.11?0.7800.75/78.11?0.25/92.13
0.98/78.11xD??0.9830.98/78.11?0.02/92.13
0.085/78.11xW??0.0990.085/78.11?0.915/92.13
（2）原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 xF?MF?0.780?78.11?(1?0.780)?92.13?81.20(kg/kmol) MD?0.983?78.11?(1?0.983)?92.13?78.40(kg/kmol) MW?0.099?78.11?(1?0.099)?92.13?90.73(kg/kmol)
（3）物料衡算 原料处理量
90000000F??1.49?102(kmol/h)81.20?310?24 总物料衡算 D?W?1.49?10 苯物料衡算 0.780F?0.983D?0.099W 联立解得
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