化工课程设计说明书
引 言
1
塔设备是化学工业，石油化工，生物化工，制药等生产过程中广泛采用的传质设备。根据塔内气液接触构件的结构形式，可分为板式塔和填料塔两大类。
板式塔为逐级接触式气液传质设备，塔内设置一定数量的塔板，气体以鼓泡形式或喷射形式通过塔板上的液层，正常条件下，气相为分散相，液相为连续相，气相组成呈阶梯变化，它具有结构简单，安装方便，压降低，操作弹性大，持液量小等优点，被广泛的使用。本设计的目的是分离苯—甲苯的混合液，故选用板式塔。
设计方案的确定和流程说明
1. 塔板类型
精馏塔的塔板类型共有三种：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，阀片可随气流量大小而上下浮动，故操作弹性大，气液接触时间长，因此塔板效率较高。本设计采用浮阀塔板。 2. 加料方式
加料方式共有两种：高位槽加料和泵直接加料。
采用泵直接加料，具有结构简单，安装方便等优点，而且可以引入自动控制系统来实时调节流量及流速。故本设计采用泵直接加料。 3. 进料状况
进料方式一般有两种：冷液进料及泡点进料。
对于冷液进料，当进料组成一定时，流量也一定，但受环境影响较大；而采用泡点进料，不仅较为方便，而且不受环境温度的影响，同时又能保证精馏段与提馏段塔径基本相等，制造方便。故本设计采用泡点进料。 4. 塔顶冷凝方式
苯与甲苯不反应，且容易冷凝，故塔顶采用全凝器，用水冷凝。塔顶出来的气体温度不高，冷凝后的回流液和产品无需进一步冷却，选用全凝器符合要求。 5. 回流方式
回流方式可分为重力回流和强制回流。
本设计所需塔板数较多，塔较高，为便于检修和清理，回流冷凝器不适宜塔
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顶安装，故采用强制回流。 6. 加热方式
2
加热方式分为直接蒸气和间接蒸气加热。直接蒸气加热在一定回流比条件下，塔底蒸气对回流液有稀释作用，从而会使理论塔板数增加，设备费用上升。故本设计采用间接蒸气加热方式。 7. 操作压力
苯和甲苯在常压下相对挥发度相差比较大，因此在常压下也能比较容易分离，故本设计采用常压精馏。
综上所述，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，由于苯和甲苯属于易分离的体系，所以采用常压精馏。由于冷液进料加大提馏段的回流液流量，从而增大其负荷，所以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。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经产品冷却后送至储罐。
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第一章 精馏塔的工艺设计
第一节 精馏塔全塔物料衡算[1]
已知苯摩尔质量——78.11kg/kmol；甲苯摩尔质量——92.13kg/kmol
原料液组成xF（摩尔分数，下同）：
35/78.11=0.3884=38.84%
35/78.11?65/92.1395.0/78.11塔顶组成xD：xD==0.9573=95.73%
95/78.11?5/92.132.5/78.11塔底组成xW：xW==0.0294=2.94%
2.5/78.11?97.5/92.133
xF=
原料液的平均摩尔质量M：
M=0.3884×78.11+(1-0.3884)×92.13=86.68kg/kmol
进料量F：F=6000kg/h=6000/86.68kmol/h=69.22 kmol/h
物料衡算式：F=D+W，FxF=DxD?WxW 其中D为塔顶产品流量，kmol/h;W为塔釜残液流量，kmol/h
联立解得：D=26.78kmol/h,W=42.44kmol/h
第二节 基本数据
1. 常压下苯-甲苯气液平衡组成（摩尔）与温度关系
表1-1常压下甲苯-间甲苯酚气液平衡组成（摩尔）与温度关系[3] 苯的摩尔分数 液相
气相
温度/oC
苯的摩尔分数 液相（%）
475.35 23.4
气相（%）
86．0 419.25 87.0 88.5 90.9 95.1 95.8 97.2 98.2
418.35 415.35 410.75 400.95 398.95 393.95 390.15 温度/oC
（%） （%） 0.0 2.5 5.8 7.8 9.7
0.0
27.3 462.15 25.3 46.6 454.15 27.8 53.5 448.95 33.0 58.8 446.95 49.3
10.3 60．8 446.05 52.8 11.9 12.5
67.4 440.85 66.5 69.4 438.95 76.5
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15.0 75.6 432.95 1.0 1.0 383.85 17.3
78.2 430.25
利用表中数据由拉格朗日插值法求得下列温度 ① t98.6?95.2F：
30.0?39.7?tF?98.638.84?30.0， tF=95.50oC
② t81.2?80.2t?81.2D：
95.0?100.0?D95.73?95.0， tD=81.05oC
③ t110.6?106.1tW?110.W：
0.0?8.8?62.94?0.0， toW=109.10C
④ 精馏段平均温度：t95.50?81.051?2?88.3oC
⑤ 提馏段平均温度：t95.50?109.102?2?102.3oC ⑥ 气体温度：t82.3?81.2DV：
95.7?97.9?tDV?81.295.73?97.9 ，tDV=82.3oC；
t110.6?106.1WV：0.0?21.2?tWV?106.12.94?21.2， tWV=110.0oC
2 密度
表1-2 液态芳烃的密度（kg/m3）[4]
温度 40 60
80
100
120
140
苯
857.3 836.6 815.0 792.5 768.9 744.1
甲苯 848.2 829.3 810.0 790.3 770.0 748.8
已知：混合液密度：
1?aA?aB? [3] L?A?B混合气密度：?V?T0pM22.4Tp 0其中a为质量分率，M为平均相对分子质量。 (1) 精馏段：t1?88.3oC
① 求?苯，?甲苯
4
1.1）
1.2）
（（