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分离苯-甲苯混合液的浮阀板式精馏塔工艺设计
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湖北民族学院化工原理课程设计
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第二章设计任务书
1.设计题目：
分离苯-甲苯混合液的浮阀板式精馏塔工艺设计
2.工艺条件：
生产能力：苯-甲苯混合液处理量80000t/a
原料组成：苯含量为40%（质量百分率，下同）
进料状况：热状况参数q自选
分离要求：塔顶苯含量不低于99.5%，塔底苯含量不大于1.5%
3.建厂地区：
大气压为760mmHg，自来水年平均温度为15℃的滨州
4.塔板类型：板式精馏塔
5.生产制度：年开工300天，每天三班8小时连续生产
6.设计内容：
1）精馏塔的物料衡算；
2）塔板数的确定；
3)精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算；
4)精馏塔的塔体工艺尺寸计算；
5)塔板主要工艺尺寸的计算；
6)塔板的流体力学验算；
7)塔板负荷性能图；
8)精馏塔接管尺寸计算；
9)绘制生产工艺流程图；
10)绘制精馏塔设计条件图；
11)绘制塔板施工图（可根据实际情况选作）；
12)对设计过程的评述和有关问题的讨论。
第三章设计内容
3.1设计方案的确定及工艺流程的说明
本设计任务为分离苯-甲苯混合物。对于该二元混合物的分离，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2倍。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。
3.2全塔的物料衡算
3.2.1原料液及塔顶底产品含苯的摩尔分率
苯和甲苯的相对摩尔质量分别为78.11kg/kmol和92.14kg/kmol，原料含苯的质量百分率为40%，塔顶苯含量不低于99.5%，塔底苯含量不大于1.5%，则：
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：
3.2.2原料液及塔顶底产品的平均摩尔质量
由3.1.1知产品中甲苯的摩尔分率，故可计算出产品的平均摩尔质量：
原料液的平均摩尔质量：
MF＝78.11×0.440＋(1－0.440)×92.14＝85.967kg/kmol
塔顶液的平均摩尔质量：
MD＝78.11×0.996＋(1－0.996)×92.14＝78.166kg/kmol
塔底液的平均摩尔质量：
MW＝78.11×0.0176＋(1－0.0176)×92.14＝91.893kg/kmol
3.2.3料液及塔顶底产品的摩尔流率
依题给条件：一年以300天，一天以24小时计，得：
F,＝8000t/（300×24）h＝1111.12kg/h，
全塔物料衡算：
进料液：F=1111.12（kg/h）/91.893（kg/kmol）=12.091kmol/h
总物料恒算：F=D+W
苯物料恒算：F×0.440=D×0.996+0.0176×12.091
联立解得：W＝6.963kmol/h
D＝5.128kmol/h
3.3塔板数的确定
理论塔板数的求取
苯-甲苯物系属理想物系，可用梯级图解法（M·T）,求取NT，步骤如下：
3.3.1平衡曲线的绘制
根据苯-甲苯的相平衡数据，利用泡点方程和露点方程求取。
依据，将所得计算结果如列表2：
表2苯（x）-甲苯（y）的相平衡数据
温度，（℃）
80.1
84
88
92
96
100
104
108
110.6
（kpa）
苯
101.3
101.3
101.3
101.3
101.3
101.3
101.3
101.3
101.3
甲苯
39.0
39.0
39.0
39.0
39.0
39.0
39.0
39.0
39.0
两相摩尔分率
X
1.000
0.816
0.651
0.504
0.373
0.256
0.152
0.057
0
Y
1.000
0.919
0.825
0.717
0.594
0.455
0.300
0.125
0
本方案中，塔内压力接近常压（实际上略高于常压），因操作压力偏离常压很小，所以其对x~y平衡关系的影响完全可以忽略。将上表中数据作图得x~y曲线：
图
图1苯—甲苯混合液的y-x图
3.3.2操作回流比的确定
表3苯--甲苯物系在某些温度t下的a值（附x值）
t(℃)
80.1
84
88
92
96
100
104
108
110.6
α
2.60
2.56
2.53
2.49
2.46
2.43
2.40
2.37
2.35
x
1
0.816
0.651
0.504
0
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