化工原理课程设计（规整填料塔）

填料精馏塔设计任务书

一、设计题目：填料塔设计 二、设计任务：苯-甲苯精馏塔设计 三、设计条件：

1、年处理含苯41%（质量分数，下同）的苯-甲苯混合液3万吨； 2、产品苯含量不低于96%； 3、残液中苯含量不高于1%； 4、操作条件：

填料塔的塔顶压力：4kPa（表压） 进料状态：自选 回流比：自选

加热蒸汽压力：101.33kPa（表压） 5、设备型式：规整填料塔

6、设备工作日：300天/年，24h连续运行 四、设计内容和要求 序号 1 2 3 4 设计内容 工艺计算 结构设计 流体力学验算 冷凝器的传热面积和冷却介质的用量计算 再沸器的传热面积和加热介质的5 6 7 用量计算 计算机辅助计算 编写设计说明书 将数据输入计算机，绘制负荷性能图 目录、设计任务书、设计计算及结果、流程图、参考资料等 要求 物料衡算、热量衡算、理论塔板数等 塔高、塔径、分布器、接口管的尺寸等 塔板负荷性能图 1

目录

第1章 流程的确定和说明 ............................................................................................... 3 1.1加料方式 .................................................................................................................... 3 1.2进料状态 .................................................................................................................... 3 1.3冷凝方式 .................................................................................................................... 3 1.4回流方式 .................................................................................................................... 3 1.5加热方式 .................................................................................................................... 3 1.6加热器 ........................................................................................................................ 4 第2章 精馏塔设计计算 ................................................................................................... 5 2.1操作条件和基础数据 ................................................................................................... 5

2.1.1操作压力........................................................................................................... 5 2.1.2基础数据........................................................................................................... 5 2.2精馏塔工艺计算 .......................................................................................................... 7

2.2.1物料衡算........................................................................................................... 7 2.2.2热量衡算........................................................................................................... 9 2.2.3理论塔板数计算 ...............................................................................................11 2.3精馏塔的主要尺寸 .................................................................................................... 12

2.3.1精馏塔设计的主要依据.................................................................................... 12

2.3.2塔径设计计算.................................................................................................. 15 2.3.3填料层高度的计算........................................................................................... 16 第3章 附属设备及主要附件的选型计算 ........................................................................ 17 3.1冷凝器 ...................................................................................................................... 17

3.1.1计算冷却水流量 .............................................................................................. 18 3.1.2冷凝器的计算与选型 ....................................................................................... 18 3.2再沸器 ...................................................................................................................... 18

3.2.1间接加热蒸汽.................................................................................................. 18 3.2.2再沸器加热面积 .............................................................................................. 18 3.3塔内其他结构 ........................................................................................................... 19

3.3.1接管的计算与选择........................................................................................... 19

3.3.2液体分布器 ..................................................................................................... 20 3.3.3除沫器 ............................................................................................................ 21 3.3.4液体再分布器.................................................................................................. 22 3.3.5填料支撑板的选择........................................................................................... 22 3.3.6塔底设计......................................................................................................... 23 3.3.7塔的顶部空间高度........................................................................................... 23 第4章 结束语 ............................................................................................................... 24

参考文献................................................................................................................. 25

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第1章 流程的确定和说明

1.1加料方式

加料分两种方式：泵加料和高位槽加料。高位槽加料通过控制液位高度，可以得到稳定流量，但要求搭建塔台，增加基础建设费用：泵加料属于强制进料方式，泵加料易受温度影响，流量不太稳定，流速也忽大忽小，影响传质效率。靠重力的流动方式课省去一笔费用，本次加料可选泵加料，泵和自动调节装置配合控制加料。

1.2进料状态

进料方式一般有冷夜进料、泡点进料、气液混合物进料、露点进料、加热蒸气进料等。冷夜进料对分离有利，但会增加操作费用。泡点进料对搭操作方便，不受季节气温影响。泡点进料基于恒摩尔流，假定精馏段和提馏段上升蒸气量相等，精馏段和提馏塔径基本相等。

由于泡点进料时塔的制造比较方便，而其他进料方式对设备的要求高，设计起来难度相对加大，所以采用泡点进料。

1.3冷凝方式

选全凝器，塔顶出来的气体温度不高，冷凝后回流液和产品温度不高，无需再次冷凝，且本次分离是为了分离苯和甲苯，且制造设备较为简单，为节省资金，选全凝器。

1.4回流方式

宜采用重力回流，对于小型塔，冷凝器由重力作用回流入塔。优点是回流冷凝器无需支撑结构；缺点是回流控制较难安装，但强制回流需用泵，安装费用、电耗费用大，故不用强制回流，塔顶上升蒸气采用冷凝冷却器以冷凝回流入塔内。

1.5加热方式

采用间接加热，因为对同一种进料组成，热状况及回流比得到相同的馏出液

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组成及回收率时，利用直接蒸气加热时，所理论塔板数比用间接蒸气时要多一些，若待分离的混合液为水溶液，且水是难挥发组分，釜液近于纯水，这时可采用直接加热方式，由于本次分离的是苯-甲苯混合液，故采用间接加热。

1.6加热器

选用管壳式换热器。只有在工艺物料的特征性或工艺条件特殊时才考虑选用其他型式。例如，热敏性物料加热多采用降膜式或者波纹式管式换热器或者换热器流路均匀、加热效率高的加热器。

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第2章 精馏塔设计计算

2.1操作条件和基础数据 2.1.1操作压力

精馏操作按操作压力可分为常压精馏、加压精馏和减压精馏。一般采用常压精馏，压力对挥发度的影响不大。在常压下不能进行分离或达不到分离的要求时，采用加压精馏；对于热敏性物质采用减压精馏。

当压力较高时，对塔顶冷凝有利，对塔底加热不利，同时压力升高，相对挥发度降低，管径减小，壁厚增加。本次设计选用常压101.325kPa作为操作压力。

2.1.2基础数据

1、饱和蒸汽压 温度0C PAPB080.1 表2-1 苯和甲苯的饱和蒸汽压 85 90 95 100 116.9 46.0 135.5 54.0 155.7 63.3 179.2 74.3 105 204.2 110.6 240.0 ,kPa 101.33 ，kPa 40.0 086.0 （注：A-苯，B-甲苯，下同。） 2、气液平衡关系及平衡数据

表2-2 常压下苯——甲苯的气液平衡数据

温度t ℃ 110.56 109.91 108.79 107.61 105.05 102.79 100.75 98.84 液相中苯的摩尔分率 x 0.00 1.00 3.00 5.00 10.0 15.0 20.0 25.0 5

气相中苯的摩尔分率 y 0.00 2.50 7.11 11.2 20.8 29.4 37.2 44.2

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