1、烟台大学化学化工学院课程设计说明书设计题目：苯-甲苯分离过程浮阀板式精馏塔设计 学 号： 200821504119 学生姓名： 鲁家刚 专业班级： 化学工程与工艺一班（化 081-1） 指导教师： 孙烈刚 总评成绩： 2011 年 7 月 4 日烟台大学化学化工学院课程设计说明书2课程设计任务书一、设计题目苯-甲苯分离过程浮阀板精馏塔设计二、设计任务1.原料名称:苯-甲苯二元均相混合物；2.原料组成：含苯 38%（质量百分比） ；3.产品要求：塔顶产品中苯含量不低于 99%，塔釜中苯含量小于1%；4.生产能力：年产量 3 万吨/年；5.设备形式：浮阀塔；6.生产时间：300 天/年，每天 24
2、h 运行；7.进料状况：泡点进料；8.操作压力：常压；9.加热蒸汽压力：270.18kPa10.冷却水温度：进口 35，出口 45；三、设计内容1.设计方案的选定及流程说明2.精馏塔的物料衡算3.精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算（加热物料进出口温度、密度、粘度）4.塔板数的确定5.精馏塔塔体工艺尺寸的计算烟台大学化学化工学院课程设计说明书36.塔板主要工艺尺寸的计算7.塔板的流体力学验算8.塔板负荷性能图9.换热器设计10.馏塔接管尺寸计算11.绘制生产工艺流程图（带控制点、机绘，A2 图纸）12.绘制板式精馏塔的总装置图（包括部分构件，A1 图纸）13.撰写课程设计说明书一份四、设计要求
3、1.工艺设计说明书一份2.工艺流程图一张，主要设备总装配图一张（采用 AutoCAD 绘制）五、设计完成时间2011 年 6 月 27 日2011 年 7 月 15 日烟台大学化学化工学院课程设计说明书4目 录概述 .5第一章 塔板的工艺设计 .7第一节 精馏塔全塔物料衡算 .7第二节 基本数据 .7第三节 实际塔板数计算 .13第四节 塔径的初步计算 .14第五节 溢流装置 .15第六节 塔板布置及浮阀数目与排列 .16第二章 塔板的流体力学计算 .18第一节 气体通过浮阀塔的压降 .18第二节 液泛 .19第三节 雾沫夹带 .20第四节 塔的负荷性能图 .20第三章 塔附件设计 .24第一
4、节 接管 .24第二节 筒体与封头 .26第三节 塔的总体高度 .27第四章 附属设备设计 .28第一节 原料预热器 .28第二节 塔顶冷凝器 .29第三节 再沸器 .30第四节 泵的计算与选型 .30自我评价 .32烟台大学化学化工学院课程设计说明书5参考文献 .33概述本设计任务为分离苯-甲苯混合物。对于该二元均相混合物的分离，应采用连续精馏过程。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。塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝，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 1.22 倍。塔釜采用
5、间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。本设计的目的是分离苯甲苯二元均相混合物，选用板式浮阀塔。工艺流程确定及说明1. 塔板类型精馏塔的塔板类型有三种：泡罩塔板，筛孔塔板，浮阀塔板。浮阀塔板具有结构简单，制造方便，造价低等优点，且开孔率大，生产能力大，操作弹性大，汽液接触时间长，因此塔板效率高。本设计采用板式浮阀塔2. 加料方式本精馏塔加料选择泵直接加料，结构简单，安装方便，而且可以引入自动控制系统来实时调节流量及流速。3. 进料状况本精馏塔选择泡点进料。4. 塔顶冷凝方式苯与甲苯不反应，且容易冷凝，故本精馏塔塔顶选择全凝器，用水冷凝。5. 回流方式本设计处理量大，所需塔板数多，塔较高，回流冷
6、凝器不适宜塔顶安装，烟台大学化学化工学院课程设计说明书6故采用强制回流。6. 进料状况加热方式可分为：直接蒸汽加热和间接蒸汽加热。直接蒸汽加热在一定的回流比条件下，塔底蒸汽对回流液有一定的稀释作用，从而使理论板数增加，设备费用上升，所以本设计采用间接蒸汽加热（135） 。7. 操作压力苯-甲苯在常压下相对挥发度较大，因此在常压下也比较容易分离，故本设计采用常压精馏。烟台大学化学化工学院课程设计说明书7第一章 塔板的工艺设计第一节 精馏塔全塔物料衡算1.原料液级塔顶、塔底产品的摩尔分率已知苯的摩尔质量 甲苯的摩尔质量KmolgMA/1.78 KmolgMB/13.92原料液组成 XF (摩尔分数
7、，下同 ) 46.0./6.0178/3.0.FX塔顶组成 53929D塔底组成 18././. W2. 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量KmolgMF /24.8613.9)46.01(.784196.0557D .(.8)./W l3. 物料衡算一年以 300 天，一天以 24 小时计，计算可得塔顶产品流率：D310/302453.7kmol/h （ 78.2） 全塔物料衡算：5.FW.196.20915.08FW解的 F127.98kmol/h W74.71kmol/h第二节 基本数据1.各种定性温度由下表中的数据，采用内插法计算一下温度(液相温度)得 93.54t94.092.6.
8、=45016FFt得 80.1888.5DD得 109.81t.71.733WWt烟台大学化学化工学院课程设计说明书8精馏段的平均温度为： =86.8612FDt提馏段的平均温度为： =101.68Wt精馏段： =86.86 由表 1 内差法可得 =68.47% =84.72%1t 1x1y精馏段液相平均摩尔质量： =82.53kg/kmol0.6847.(0.6847)92.3LM精馏段气相平均摩尔质量： =80.25 12Vkg/kmol 提馏段： =101.68 由表 1 内差法可得 =21.41% =39.17%2t 2x2y提馏段液相平均摩尔质量： =89.13kg/kmol20.4
9、78.1(0.41)9.3LM提馏段气相平均摩尔质量： =86.64 kg/kmol 397V表 1 苯-甲苯汽液平衡数据2.密度烟台大学化学化工学院课程设计说明书9表 2 不同温度苯-甲苯的密度对于混合液体的密度 ： （其中 为质量分率）ABL1aaA对于混合气体的密度 ： （其中 M 为平均摩尔质量）02.4VTp精馏段： =86.861t由表 2 内差法可得 3807.9Kgm苯 380.2Kgm甲 苯=0.6481a.2.()Ax=0.3521B由 计算得 =805.94AL1aL3Kg.m由 计算得 =2.72 02.4VTpMV3.提馏段： =101.68t由表 2 内差法可得 3
10、790.45Kgm苯 378.62Kgm甲 苯=0.1876281a.()Ax=0.8124B由 计算得 =788.96AL1aL3Kg.m由 计算得 =2.82 02.4VTpMV3.烟台大学化学化工学院课程设计说明书103.粘度表 3 不同温度苯-甲苯的密度由内差法分别求得精馏段与提馏段平均温度下苯和甲苯的粘度精馏段： =86.861t计算得 =0.288mPas =0.294 mPas 苯 甲 苯则精馏段平均粘度为： =0.290 mPas1=x1苯 甲 苯 -提馏段： =101.682t计算得 =0.251mPas =0.262 mPas 苯 甲 苯则提馏段平均粘度为： =0.260 mPas22=x苯 甲 苯 1-4.表面张力表 4 不同温度苯-甲苯的表面张力液相平均表面张力依下式计算，即： niiLmx1精馏段： =86.861t由内差法计算得 =20.85mN/m =20.94 mN/m苯 甲 苯精馏段平均表面张力为：=20.88 mN/m20.8564720.91.6847Lm
