目 录
摘 要 ................................................................... V 1 绪论 ................................................................... 1
1.1.1精馏的基本概念 .................................................. 1 1.1.2塔设备在化工生产中的应用和地位 .................................. 2 1.1.3设计前景 ........................................................ 2 1.1.4精馏过程中的主要设备 ............................................ 2 1.1.5再沸器 .......................................................... 3 1.1.6 冷凝器 .......................................................... 3 1.1.7 精馏的工艺流程 .................................................. 3 1.2 苯、甲苯的性质及用途 ................................................ 3 1.2.1 苯的性质及用途 .................................................. 3 1.2.2 甲苯的性质 ...................................................... 4 1.3 设计方案的确定 ...................................................... 4 1.3.1 操作条件的确定 .................................................. 4 1.3.2 流程说明 ........................................................ 5 1.3.3 确定设计方的原则 ................................................ 5 1.3.4 生产方法 ....................................................... 7 1.3.5 主要设备 ........................................................ 7 2 工艺计算 ............................................................. 9 2.1 原始数据 ............................................................ 9 2.2 塔的物料衡算 ........................................................ 9 2.2.1原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数。 .............................. 9 2.2.2 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 ............................ 9 2.2.3 物料衡算 ....................................................... 10 2.3 塔板数的确定 ....................................................... 10 2.3.1 理论板层数NT的求取 ............................................ 10 2.3.2 相平衡线方程的确定 ............................................. 12 2.3.3 求精馏塔的汽液相负荷 ........................................... 12 2.3.4 实际板层数的求取 ............................................... 14
2.4 热量衡算 ........................................................... 14 2.4.1 塔顶、塔底汽化潜热的计算 ....................................... 14 2.4.2 对精馏段（塔顶冷凝器） ......................................... 15 2.4.3 对提馏段（再沸器） ............................................. 15 2.4.4 热蒸汽消耗量 ................................................... 15 2.5 塔的工艺条件及有关物性数据的计算 ................................... 16 2.5.1 操作压力Pm的计算 .............................................. 16 2.5.2 操作温度计算 ................................................... 16 2.5.3 平均摩尔质量计算 ............................................... 16 2.5.4 平均密度计算 ................................................... 17 2.5.6 液体平均黏度计算 ............................................... 19 2.6 塔体工艺尺寸计算 ................................................... 20 2.6.1 精馏段的气、液相体积流率为 ..................................... 20 2.6.2 精馏塔有效高度的计算 ........................................... 22 2.6.3 塔高的计算 .................................................... 22 2.7 塔板主要工艺尺寸的计算 ............................................. 22 2.7.1 溢流装置的计算 ................................................. 22 2.7.2 塔板布置 ...................................................... 24 2.8 筛板的流体力学验算 ................................................. 26 2.8.1 塔板压降 ....................................................... 26 2.8.2 液面落差 ....................................................... 27 2.8.3 液沫夹带 ....................................................... 27 2.8.4 漏液 ........................................................... 28 2.8.5 液泛 ........................................................... 28 2.9 塔板负荷性能图 ..................................................... 29 2.9.1 漏液线 ......................................................... 29 2.9.2 液沫夹带线 ..................................................... 30 2.9.3 液相负荷下限线 ................................................. 31 2.9.4 液相负荷上限线 ................................................. 32 2.9.5 液泛线 ......................................................... 32 2.10 所设计筛板的主要结果总汇表 ........................................ 35
3 辅助设备 ........................................................... 37 3.1 管道规格 ........................................................... 37 3.1.1 原料管 ......................................................... 37 3.1.2 塔出料管 ....................................................... 37 3.1.3 塔釜蒸汽管 ..................................................... 37 3.1.3 塔顶回流管 ..................................................... 37 3.1.4 塔釜出料管 ..................................................... 37 3.2 储槽（原料罐） ..................................................... 38 3.3 选泵（进料泵） ..................................................... 38 3.4 冷凝器的选择 ....................................................... 39 4 结论 .................................................................. 41 参 考 文 献 ............................................................. 41 致 谢 ................................................................... 43 附录 .................................................................... 46
北京化工大学毕业设计 1
1 绪论
1.1.1精馏的基本概念
（1）简单蒸馏与精馏原理
蒸馏操作就是利用液体混合物中各组分的挥发性（沸点）的差别，将互溶的液体混合物分离提纯的单元操作。将液相混合物加热部分汽化时所生成的气象组成与液相组成必将有差异，利用这一差异，就将液体混合物分离。例如加热苯和甲苯的混合液，使之部分分汽化，由于苯的沸点较低，其挥发性较甲苯强，故苯较甲苯易于从液相中汽化出来，将部分汽化所得蒸汽全部冷凝，可得到苯含量高于原料的产品，从而使苯与甲苯的到初步分离。它是目前使用最广的液体混合物分离方法。习惯上，混合物中的易挥发的组分为轻组分，难挥发组分为重组分。
一种利用回流使液体混合物得到高纯度分离的蒸馏方法，是工业上应用最广的液体混合物分离操作，广泛用于石油，化工，轻工，食品，冶金等部门。精馏操作按不同方法进行分类。根据操作方式，可分为连续精馏和间歇精馏；根据混合物的组分，可分为二元精馏和多元精馏；根据是否在混合物中加入影响企业平衡的添加剂可分为普通精馏和特殊精馏（包括萃取精馏和加盐精馏）。若精馏过程伴有化学反应，则称为反应精馏。
（2）精馏塔的操作过程
由再沸器产生的蒸汽自踏地向塔顶上升，回流液自塔顶向塔底，原料液自加料板流入。在每层塔板上汽液相互相接触，汽相多次部分冷凝，液相多次汽化。这样易挥发的组分逐渐聚集到汽相，难挥发的组分聚集到液相。最后，降塔顶蒸汽冷凝，得到符合要求的馏岀液；降塔顶液体引出，得到相当纯净的残液。
精馏的原理是利用混合物中各组分挥发度的不同，即在同一温度下各组分蒸汽压的不同这一性质，是液相中的轻组分转移道汽相中，而汽相中的重组分转移到液相中，从而实现分离的目的。因此精馏操作弹性的好坏直接关系到石油化工企业的经济效益。 （3）精馏和简单蒸馏的区别
精馏有液体回流，简单蒸馏而没有；精馏采用塔设备，简单蒸馏采用回流釜；精馏发生多次部分汽化和多次部分冷凝，简单蒸馏一般只有一次；精馏液和残夜纯度很高，简单蒸馏而很低。
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1.1.2塔设备在化工生产中的应用和地位
塔设备是化工、石油化工、炼油化工生产中应用最广泛的传质传热设备。根据塔
内汽液构件的形式，可分为筛板塔和填料塔两大类。塔设备的设计和研究，已经受到化工行业的极大重视。在化工生产中，塔设备的性能对于整个装置的产品产量、质量 、生产能力和消费定额，以及三废处理和环境保护等各个方面都有非常重大的影响。
筛板塔是化工工业中常用的传质设备之一。它具有结构简单、造价低；板上液面落差小，气体压降低，生产能力较大；气体分散均匀，传质效率高的优点。筛板塔内设置一定数量的塔板，气体以鼓泡或喷射形式传过板上液层，进行传质与传热。在正常操作状况下，气相为分散相，液相为连续相，气相组成呈阶梯变化，属逐级接触逆流操作过程。 1.1.3设计前景
为加强工业技术的竞争力，长期以来，各国都在加大塔的研究力度。如今我国常
用的板式塔中的主要为泡罩塔、浮阀塔和蛇型塔等。填料种类除拉西环、鲍尔环外，阶梯环以及波纹填料、金属丝网填料等规模填料也常采用。近年来我国加强了对筛板塔的研究，提出了斜空塔和浮动喷射等新塔形，同时还进口了一些新型塔设备，这些设备的引进也带动了我国自己的塔设备的科研，设计工作，加速了我国塔技术的开发。 国外关于塔的研究如今已放慢了脚步，因为其已经研究出塔盘的效率不是取决于塔盘的结构，而主要取决于物系的性质，如：挥发度、黏度、混合物的组分等。国外已经转向研究“ 在提高处理能力和简化结构的前提下，保持适当的操作弹性和压力降，并尽量提高塔盘的效率。”在新型填料方面则在努力研究发展有利于汽液分布均匀、高效和制造方便的填料。 1.1.4精馏过程中的主要设备
塔设备是化工、石油化工、炼油化工和炼油等生产中重要的设备之一，它可以使汽-汽或液-液相紧密接触，达到相际传热及船只的目的。塔设备中常见的塔设备为板式塔和填料塔两大类。作为主要传质过程的塔设备，首先必须使汽（气）液两相能充分接触，已获得高的传质效率。此外，为满足工业生产的需要，塔设备还必须满足以下要求：1.生产能力大；2.操作稳定，弹性大；3.流体流动阻力小；4.结构简单，材料耗用少，制造和安装容易；5.耐磨蚀和不易阻塞，操作方便，调节和检修容易。