苯-乙苯连续精馏塔的设计

目录

一、任务书………………………………………………………………2 二、设计方案……………………………………………………………3 三、符号说明……………………………………………………………4 四、主要物性数据………………………………………………………5 五、工艺计算……………………………………………………………6

1、精馏塔全塔物料恒算……………………………………………6 2、塔板数的确定……………………………………………………6 3、实际塔板数的求取………………………………………………7 4、相关物性参数的计算……………………………………………9 5、塔和塔板的主要工艺尺寸计算………………………………15

6、筛板的流体力学计算…………………………………………20 7、塔板负荷性能图………………………………………………26 六、筛板塔工艺设计计算结果汇总 …………………………………33 七、管路设计 …………………………………………………………34 八、设计评述 …………………………………………………………35 九、参考文献 …………………………………………………………35

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任务书

（一）设计题目

苯-乙苯连续精馏塔的设计

（二）设计任务及操作条件

1) 进精馏塔的料液含乙苯40%（质量分数，下同），其余为苯； 2) 塔顶的乙苯含量不得高于2%； 3) 残液中乙苯含量不得低于98%；

4) 生产能力为年产 5.5万 吨98%的乙苯产品； 5) 操作条件

a) 塔顶压力 4kPa（表压） b) 进料热状态 泡点进料 c) 回流比 2倍最小回流比 d) 加热蒸气压力 0.5MPa（表压） e) 单板压降 ≤0.7kPa。 （三）塔板类型 筛板塔。 （四）工作日

每年工作日为300天，每天24小时连续运行。 （五）厂址 厂址为新乡地区。 （六）设计内容

1、设计说明书的内容

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) 对设计过程的评述和有关问题的讨论

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设计方案

本设计任务为分离苯-乙苯混合物。对于二元混合物的分离，应采用连续精馏。精馏过程的流程设计如下： 工艺流程

如图1所示。原料液由高位槽经过预热器预热后进入精馏塔内。操作时连续的从再沸器中取出部分液体作为塔底产品（釜残液）再沸器中原料液部分汽化，产生上升蒸汽，依次通过各层塔板。塔顶蒸汽进入冷凝器中全部冷凝或部分冷凝，然后进入贮槽再经过冷却器冷却。并将冷凝液借助重力作用送回塔顶作为回流液体，其余部分经过冷凝器后被送出作为塔顶产品。为了使精馏塔连续的稳定的进行，流程中还要考虑设置原料槽。产品槽和相应的泵,有时还要设置高位槽。且在适当位置设置必要的仪表（流量计、温度计和压力表）。以测量物流的各项参数。

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符号说明

英文字母

Ls——液体体积流量， m3/hAa——塔板开孔区面积，m2 n——筛孔数目 Af——降液管截面积，m2 P——操作压力，kPa Ao——筛孔区面积，m2 ?P——气体通过每层筛板的压降，kPa

AT——塔的截面积，m2 T——理论板层数

C——负荷因子，无因次 t——筛孔的中心距，m C20——表面张力为20mN/m的负荷因子 u——空塔气速，m/s do——筛孔直径，m uomin——漏液点气速，m/s D——塔径，m uo'——液体通过降液体系的速度m/s ev——液沫夹带量，kg液/kg气 Vn——气体体积流量，m/s R——回流比 Vs——气体体积流量，m/s Rmin——最小回流比 Wc——边缘无效区宽度，m M——平均摩尔质量，kg/kmol Wd——弓形降液管高度，m Tm——平均温度，℃ Ws——破沫区宽度，m g——重力加速度，m/s2 Z——板式塔有效高度，m Fo——筛孔气相动触因子

hl——出口堰与沉降管距离，m 希腊字母

hc——与平板压强相当的液柱高度，m ?——筛板厚度，m

hd——与液体流过降液管压强降 ?——液体在降液管内停留时间，s 相当的液柱高度，m ?——粘度，mPa·s Lh——液体体积流量，m3/h ?——密度，kg/m3 hf——板上清液高度，m ?——表面张力，mN/m hl——板上清液层高度，m ?——开孔率，无因次 ho——降液管的底隙高度，m ?——质量分率，无因次 how——堰上液层高度，m

Hw——出口堰高度，m 下标

Hw'——进口堰高度，m max——最大 h?——与克服表面张力压强降相 min——最小 当的液柱高度，m L——液相 H——板式塔高度，m V——气相 Hd——降液管内清夜层高度，m HF——进料处塔板间距，m HP——人孔处塔板间距，m HT——塔板间距，m K——稳定系数 lw——堰长，m

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主要物性数据

1、苯、乙苯的物理性质

项目 苯A 乙苯B 分子式 C6H6 C8H10 分子量 78.11 106.16 沸点℃ 80.1 136.2 临界温度℃ 临界压强Pa 288.5 6833.4 348.57 4307.7 2、苯、乙苯在某些温度下的表面张力

t/℃ 20 28.8 29.3 40 26.25 27.14 60 23.74 25.01 80 21.27 22.92 100 18.85 20.85 120 16.49 18.81 140 14.17 16.82 ?苯(mN/m) ?乙苯(mN/m) 3、苯、乙苯在某些温度下的粘度

t/℃ ?苯(mPa·?s）0 20 40 60 80 100 120 140 0.742 0.638 0.485 0.381 0.308 0.255 0.215 0.184 0.874 0.666 0.525 0.426 0.354 0.300 0.259 0.226 ?乙苯（mPa?s) 4、苯、乙苯的液相密度

t/℃ 20 877.4 40 857.3 849.8 60 836.6 931.8 80 815.0 913.6 100 792.5 795.2 120 768.9 776.2 140 744.1 756.7 ?苯(kg/m3) ?乙苯(kg/m3) 867.7 5、不同塔径的板间距

塔径D/m 板间距HT/mm 0.3-0.5 200-300 0.5-0.8 250-350 0.8-1.6 300-450 1.6-2.4 350-600 2.4-4.0 400-600

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