苯甲苯连续精馏塔设计.doc

目 录1. 流程和工艺条件的确定和说明12. 操作条件和基础数据12.1. 操作条件12.2. 基础数据13. 精馏塔的物料衡算13.1. 原料液及塔顶、塔顶产品的摩尔分率13.2. 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量23.3. 物料衡算24. 塔板数的确定24.1. 理论塔板层数NT的求取24.1.1. 绘t-x-y图和x-y图24.1.2.最小回流比及操作回流比的确定44.1.3.精馏塔气、液相负荷的确定44.1.4. 求操作线方程44.1.5. 图解法求理论板层数44.2. 实际塔板数的求取45. 精馏塔的工艺条件及有关物性的计算45.1. 操作压力计算55.2. 操作温度计算56. 设计实验评论207.参考文献218. 附图（工艺流程简图、主体设备设计条件图）21摘要精馏塔作为一种工业生产使用的塔设备，在化工、医药、食品等行业得到广泛应用。根据精馏原理可知，精馏塔实现精馏操作，必须同时拥有塔底再沸器和塔顶冷凝器，有时还有配原料液、预热器、回流液泵等附属设备。 本次设计根据实际操作条件，设计苯-甲苯连续精馏塔，即需设计一个精馏塔用来分离易挥发的苯和不易挥发的甲苯，采用连续操作方式，需设计一个筛板式塔将其分离。综合工艺操作方便、经济及安全等多方面考虑，本设计采用塔板为碳钢材料，按照逐板计算求得理论板数为11。塔顶使用全凝器，部分回流。精馏段实际板数为6，提馏段实际板数为9。全塔塔径为2.0m。通过对塔内物料物性数据的分析，按照工程实践经验，设计了塔的工艺尺寸，确定了操作点符合操作要求。最后，对塔的附属设备进行了设计，主要是接口管径的设计计算，从而完成了此次设计任务。关键词：苯-甲苯分离；精馏塔；塔板1. 流程和工艺条件的确定和说明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，其余部分经产品冷凝冷却后送至储罐。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2.5倍。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。2. 操作条件和基础数据2.1. 操作条件塔顶压力 常压 4kPa（表压）进料热状态 泡点进料 （）回流比 2.5倍 2.2. 基础数据进料中苯含量（质量分数） 50%塔顶苯含量（质量分数） 95%塔釜苯含量（质量分数） 2%生产能力（吨/日） 100（20h/d）3. 精馏塔的物料衡算苯的摩尔质量 甲苯的摩尔质量 3.1. 苯的各摩尔分率苯的摩尔质量 甲苯的摩尔质量 原料液含苯的摩尔分率塔顶含苯的摩尔分率塔底含苯的摩尔分率3.2. 原料液及塔顶、底苯的平均摩尔质量原料液平均摩尔质量塔顶液平均摩尔质量塔底液平均摩尔质量3.3. 物料衡算生产能力：100t/d=5000kg/h进料流量： 总物料衡算： 苯物料衡算： 联立解得： 4. 塔板数的确定4.1. 理论塔板层数NT的求取苯甲苯属理想物系，可采用图解法求理论板层数。4.1.1. 绘苯甲苯溶液的y-x图沸点110.6105.7110298.2595.292.489.8287.328582.6181.280.81气相组成020.837.250.761.971.379.185.791.295.998100液相组成010203040506070809095100苯甲苯体系相平衡曲线图 X(苯） （图一）4.1.2.最小回流比及操作回流比的确定平均相对挥发度 ，回流比与最小回流比之比为2.5操作回流比4.1.3.精馏塔气、液相负荷的确定4.1.4. 求操作线方程平衡线方程 精馏段操作方程塔釜气相回流比 提馏段操作方程 4.1.5. 求理论板层数1)采用图解法求理论板层数，如图二所示。 （图二）求解结果为总理论塔板数 NT=11（包括再沸器）进料板位置 NF=5精馏段的理论板数为 4提馏段的理论板数为 6第11块板为再沸器4.1.6. 实际塔板数的求取塔板效率：0.7精馏段实际板层数 提馏段实际板层数 实际板数（不含再沸器）5. 精馏塔的塔体工艺尺寸计算5.1. 塔径的计算已知：塔径：0.5-0.8m 塔板间距：0.3-0.35m选取塔径：0.6m 塔板间距：0.32m5.2. 精馏塔有效高度的计算塔顶：0.81.5m 塔釜：2-2.5m塔顶：1.0m 塔釜：2.2m精馏段有效高度为提馏段有效高度为精馏塔总高度6精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算6.1操作压力的计算塔顶操作压力 每层塔板的压降 进料板压力 塔底压强 精馏段平均压强 提馏段平均压强 6.2操作温度的计算塔顶温度 塔底温度进料板温度精馏段平均温度提馏段平均温度6.3平均摩尔质量计算（1）塔顶平均摩尔质量由，查图得塔顶气相平均分子量塔顶液相平均分子量（2）进料板平均摩尔质量计算由图解理论板，得进料板气相平均分子量进料板液相平均分子量（3）塔釜平均摩尔质量计算塔釜组成 塔釜气相平均分子量塔釜液相平均分子量精馏段气相平均分子量精馏段液相平均分子量提馏段气相平均分子量提馏段液相平均分子量6.4平均密度计算6.4.1.气相组分密度计算由理想气体状态方程计算精馏段气相平均密度提馏段气相平均密度6.4.2液相平均密度计算液相平均密度依下式计算，即（1）塔顶液相平均密度的计算有80，得（2）进料板液相平均密度的计算有进料板液相的质量分率（3）塔釜液相平均密度的计算有，得精馏段液相平均密度为提馏段液相平均密度为7.主要工艺接管尺寸的计算和选取7.1塔顶蒸汽出口管的直径操作压力为常压时，蒸汽导管中常用流速12-20m/s，蒸汽管的直径为，其中是塔顶蒸气量，取故选取接管外径厚度63020mm7.2回流管的直径塔顶冷凝器械安装在塔顶平台时，回流液靠重力自流入塔内，流速可取0.2-0.5m/s.取，则故选取接管外径厚度252mm7.3进料管的直径采用高位槽送料入塔，料液速度可取为，取料液速度则故选取接管外径厚度21914mm7.4塔底出料管的直径一般可选取塔底出料管的料液流速为，循环式再沸器取本设计实验取塔底出料管的料液流速为故选取接管外径厚度1335.5mm塔顶蒸汽出口管的直径回流管的直径进料管的直径塔底出料管的直径63020mm252mm21914mm1335.5mm8. 设计实验评论苯是由煤干馏、石油催化裂解、催化重整得到，常含有芳香族同系物、噻吩及饱和烃等，常采取精馏的方法分离提纯苯。苯为无色透明液体，有芳香族特有的气味，难用于水。苯的危险特性属第3.2类中闪点易燃液体。苯的蒸气对人有强烈的毒性，急性中毒时出现酒醉状态、晕眩、瞳孔放大、网膜出血、皮肤苍白、体温和血压下降、脉搏微弱，终因呼吸麻痹、痉挛而死亡。工业上常用作合成燃料、医药、农药、照相胶片以及石油化工制品的原料，清漆、硝基纤维的稀释剂、脱漆剂、树脂、人造革等溶剂。本设计进行苯和甲苯的分离，采用直径为2m的精馏塔，选取效率较高、塔板结构简单、加工方便的单溢流方式，并采用了弓形降液盘。该设计的优点： 1.操用、调节、检修方便；2.制造安装较容易；3.处理能力大，效率较高，压强较低，从而降低了操作费用；4.操作弹性较大。该设计的缺点：设备的计算及选型都有较大的误差存在，从而选取的操作点的不是在最好的范围内，影响了设计的优良性。9.参考文献1 程能林.溶剂手册.北京：化学工业出版社，20022 刘光启等.化工物性算图手册, 20023 杨祖荣.化工原理.北京：化学工业出版社，20094 贾邵义 柴诚敬.化工原理课程设计.天津：天津大学出版社，200210.附图（工艺流程简图、主体设备设计条件图）