化工原理筛板精馏塔课程设计案例

吉林化工学院

化工原理课程设计

题目 ____________ 筛板精馏塔分离苯一甲苯工艺设计

教学院化工与材料工程学院

专业班级材化0801 ____________ 学生姓名______________________

学生学号08150108____________

指导教师张福胜___________________ 2010年6月14日

5.1塔顶冷凝器设计计算 (23)

5.2泵的选型 (24)

5.4塔总体高度的设计 (25)

目录

摘要 ....................................................... 一

绪论 ....................................................... 二

第一章流程及流程说明 (1)

第二章 精馏塔工艺的设计 (2)

2.1产品浓度的计算 (2)

2.1.1原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 (2)

2.1.2原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量

2 2.2最小回流比的确定 (3)

2.3物料衡算 3

2.4精馏段和提馏段操作线方程 (3)

2.4.1求精馏塔的气液相负荷

2.4.2求操作线方程 3

2.5精馏塔理论塔板数及理论加料位置

3 2.6实际板数的计算 3

2.7实际塔板数及实际加料位置

第三章精馏塔主要工艺尺寸的设计计算 ..............

3.1物性数据计算 (5)

3.2精馏塔主要工艺尺寸的计算 (9)

3.3筛板流体力学验算 (13)

3.4塔板负荷性能图 (16)

第四章热量衡算 ........................

4.1塔顶气体上升的焓。 (21)

4.2回流液的焓 ° . 21

4.3塔顶馏出液的焓^厲 (21)

4.4冷凝器消耗焓Q (21)

4.5进料的焓 Q (21)

4.6塔底残液的焓 (21)

4.7再沸器的焓Q (22)

21 第五章塔的附属设备的计算 ....................

23

结论 (27)

致谢 (28)

参考文献 (29)

主要符号说明30

摘要

在此筛板精馏塔分离苯-甲苯的设计中，给定的条件为：

进料量为F=85kmol/h

塔顶组成为：X D 0.98

进料馏出液组成为：X F 0.5

塔釜组成：X W =0.03

加料热状态:q=1

塔顶操作压强：P 101.3kPa（表压）

首先根据精馏塔的物料衡算，求得D和W通过图解法确定最小回流比；再根据操作线方程，运用图解法求得精馏塔理论板数，确定温度奥康奈尔公式求的板效率，继而求得实际板数，确定加料位置。

然后进行精馏段和提馏段的设计工艺计算，求得各工艺尺寸，确定精馏塔设备结构。继而对筛板的流体力学进行验算，检验是否符合精馏塔设备的要求，作出塔板负荷性能图，对精馏塔的工艺条件进行适当的调整，使其处于最佳的工作状态。

第二步进行塔顶换热器的设计计算。先选定换热器的类型，确定物性数据，计算传热系数和传热面积。然后对进料泵进行设计，确定类型。

关键词：

苯-甲苯、精馏、图解法、负荷性能图、精馏塔设备结构塔附属设备

下图为连续精馏过程简图:

绪论

在本设计中我们使用筛板塔，筛板塔的突出优点是结构简单，造价低。合理的设计和适当的操作筛板塔能满足要求的操作弹性，而且效率高。采用筛板可解决堵塞问题，适当控制漏液。

筛板与泡罩板的差别在于取消了泡罩与升气管，而直接在板上开很多小直径的孔一一筛

孔。操作时气体以高速通过小孔上升，液体则通过降液管流到下一层板。分散成泡的气体使板上液层成为强烈湍动的泡沫层。

相同条件下，筛板塔生产能力比泡罩塔高10%^ 15%板效率亦约高10%^ 15%而每板压力降则低30%左右，适用于真空蒸馏；塔板效率较高，但稍低于浮阀塔。具有较高的操作弹性，但稍低于泡罩塔。其缺点是小孔径筛板易堵塞，不适宜处理脏的、粘性大的和带固体粒子的料液。

第一章流程及流程说明

本设计任务为分离苯一一甲苯混合物。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，其余部分经产品冷却器冷却后送至储罐。该物系属易分物系，最小回流比较小，故操作回流比取最小回流比的2倍。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。

任务书上规定的生产任务长期固定，适宜采用连续精流流程。贮罐中的原料液用机泵加入精馏塔；塔釜再沸器用低压蒸汽作为热源加热料液；精馏塔塔顶设有全凝器，冷凝液部分利用重力泡点回流；部分连续采出到产品罐。简易流程如下，具体流程见附图。

第二章精馏塔工艺的设计

2.1产品浓度的计算

2.1.1原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 0.5/ 78.11 X F = =0.54

0.5/ 78.11 0.5/ 92.13 0.03/ 78.11

=0.035

0.03/ 78.11 0.97/92.13 2.1.2原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量

M F

0.54 78.11 (1 0.54) 92.14 83.989 kg/Kmol M D 0.984 78.11 (1 0.984) 92.14 78.301 kg/Kmol M W 0.035 78.11 (1 0.035) 92.14 92.114 kg/Kmol 苯一一甲苯属于理想物系，可采用图解法求理论板数。

2.2最小回流比的确定

1.查手册 绘制苯一一甲苯气液平衡线x-y 图。 2求最小回流比及操作回流比。

采用作图法求最小回流比。在图上对角线上，自点 e (0.54，0.54 )作垂线ef 即为进

料线，该线与平衡线的交点坐标为 苯的摩尔质量 M A =78.11kg/mol 甲苯的摩尔质量 M B =92.13kg/mol

产品中苯的质量分数x D 0.98/ 78.11 0.98/ 78.11 0.02/92.13

=0.984 进料中苯的质量分数 残液中苯的质量分数x w

y q=0.745 最小回流比

X q =0.54

R min

X d y q

1.17

取操作回流比为2倍最小回流比R=2R min 2.33