化工原理课程设计说明书 苯-甲苯分离过程筛板式精馏塔
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目录
1 设计方案的选择及流程说明 4
1.1 概述 4
1.1.1 精馏原理 4
1.1.2 精馏塔选定 4
1.2 设计方案的确定 4
2 精馏塔的物料衡算 5
2.1 原料液及塔顶和塔底产品的平均摩尔质量 5
2.2 原料液及塔顶和塔底的摩尔分率 5
2.3 物料衡算 5
3 塔数的确定 6
3.1 理论板层数 的求取 6
3.1.1 相对挥发度的求取 6
3.1.2 求最小回流比及操作回流比 6
3.1.3 求精馏塔的气、液相负荷 7
3.1.4 求操作线方程 7
3.1.5 采用逐板法求理论板层数 7
3.2 实际板层数的求取 8
4 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 8
4.1 操作压力的计算 8
4.2 操作温度的计算 9
4.3 平均摩尔质量计算 9
4.4 平均密度计算 10
4.4.1 气相平均密度计算 10
4.4.2 液相平均密度计算 10
4.5 液体平均表面张力的计算 11
4.6 液体平均黏度计算 12
5 塔及塔板的工艺尺寸的设计计算 13
5.1 塔径的设计计算 13
5.1.1 精馏段： 13
5.1.2 提馏段： 14
5.2 塔的有效高度的计算 15
5.3 塔的实际高度的计算 15
5.4 溢流装置的计算 15
5.4.1 精馏段： 15
5.4.2 提馏段： 16
5.5 塔板布置 17
5.5.1 精馏段： 17
5.5.2 提馏段： 18
6 流体力学验算 20
6.1 塔板压强降 20
6.1.1 精馏段： 20
6.1.2 提馏段： 21
6.2 液沫夹带量的校核 21
6.2.1 精馏段： 21
6.2.2 提馏段： 22
6.3 溢流液泛的校核 22
6.3.1 精馏段： 22
6.3.2 提馏段： 23
6.4 液体在降液管内停留时间的校核 23
6.4.1 精馏段： 23
6.4.2 提馏段： 23
6.5 漏液点的校核 23
6.5.1 精馏段： 23
6.5.2 提馏段： 24
7 塔板负荷性能图（以精馏段为例） 25
7.1 漏液线 25
7.2 液沫夹带线 25
7.3 液相负荷下限线 26
7.4 液相负荷上限线 26
7.5 液泛线 27
7.6 负荷性能图及操作弹性 28
8 计算结构汇总表 29
9 小结 30
设计方案的选择及流程说明
1.1 概述
1.1.1 精馏原理
利用从塔底部上升的含轻组分较少的蒸气，与从塔顶部回流的含重组分较少的液体逆流接触，同时进行多次部分汽化和部分冷凝，使原料得到分离。
同时进行多次部分汽化和部分冷凝是在精馏塔中实现的。塔板上有一层液体，气流经塔板被分散于其中成为气泡，气、液两相在塔板上接触，液相吸收了气相带入的热量。使液相中的易挥发组分汽化，由液相转移到气相；同时，气相放出了热量，使气相中的难挥发组分冷凝，由气相转移到液相。部分汽化和部分冷凝的同时进行是汽化、冷凝潜热相互补偿。精馏就是多次而且同时进行部分汽化和部分冷凝，使混合液得到分离的过程。
1.1.2 精馏塔选定
精馏是气液两相之间的传质过程，而传质过程是由能提供气液两相充分接触的塔设备完成，并要求达到较高的传质效率。根据塔内气液接触部件的结构型式，可分为板式塔和填料塔两大类。板式塔内设置一定数量塔板，气体以鼓泡或喷射形式穿过板上液层进行质量、热量传递，气液相组成呈阶梯变化，属于逐级接触逆流操作过程。填料塔内装有一定高度的填料层，液体自塔顶填料表面下流，气体逆流而上，与液相接触进行质量、热量传递，气液相组成沿塔高连续变化，属于微分接触操作过程。我们选择的是板式塔。
板式塔大致可分为两类：一类是有降液管的塔板，如泡罩、浮阀、筛板等；另一类是无降液管塔板，如栅板、穿流式波纹板等。工业上应用较多的是前者。这里，我们选择的是具有降液管的筛板塔。筛板塔是在塔板上钻有均匀分布的筛孔，上升气流经筛孔分散、鼓泡通过板上液层，形成气液密切接触的泡沫层（或喷射的液滴群）。
筛板塔的优点是结构简单，制造维修方便，造价低，相同条件下生产能力高于浮阀塔。其缺点是稳定操作范围窄，小孔径筛板易堵塞，不适宜处理粘性大的、脏的和带固体粒子的液料。但设计良好的筛板塔仍具有足够的操作弹性，对易阻塞的物系可采用大孔径筛板。
工业上对塔设备的主要要求：（1）生产能力大；（2）传质、传热效率高；（3）气流的摩擦阻力小；（4）操作稳定，适应性强，操作弹性大；（5）结构简单，材料耗用量小；（6）制造安装容易，操作维修方便。此外还要求不易堵塞、耐腐蚀等。
实际上，任何塔设备都难以满足上述所有要求，因此，设计者应根据塔型特点、物系性质、生产工艺条件、操作方式、设备投资、操作与维修费用等技术经济评价以及设计经验等因素,依矛盾的主次，综合考虑，选择适宜的塔型。
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