分离年处理量3万吨的苯—甲苯混合液的填料精馏塔计算 .doc

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1、毕业设计（论文）手册学 院： 职业技术学院 专业班级： 炼油 0932 姓 名： 杨海金 指导教师： 刘冬梅 2012 年 6 月填 写 说 明1.本手册是学院对毕业设计（论文）工作进行质量监控的重要依据，必须认真如实填写，妥善保管。2.毕业设计（论文）答辩前，学生要将经顶岗单位指导教师、指导教师及评阅教师评阅后的本手册送交答辩委员会评阅。3.凡由指导教师组或外聘（反聘）教师指导学生，各系（部）要派负责教师协助做好毕业设计（论文）手册的填写工作。毕业设计（论文）任务书设计（论文）题目： 分离年处理量3万吨的苯甲苯混合液的填料精馏塔 设计（论文）时间： 2012 年3 月30 日 至 2012

2、年 6月20 日 设计（论文）进行地点： 辽宁石油化工大学 1、设计（论文）内容： 1介绍苯、甲苯的相关知识 2介绍精馏塔种类、设备等知识 3记录精馏塔工艺计算过程 2、设计（论文）的主要技术指标苯（30，质量分数） ; 分子式： C6H6 ; 分子量：78.11 ; CAS：108-88-3 甲苯（70%，质量分数）;分 子 式：C7H8;分 子 量：92.13 分离要求：塔顶镏出液的组成为0.96，塔底釜液组成为0.01 操作压力：101.325kPa回流比：R=1.2Rmin 3、3、设计（论文）的基本要求1毕业设计（论文）应在培养计划规定的时限内完成； 2毕业设计（论文）要具有科学性，

3、要求论述系统完整，不能零碎和片面，应做到首尾一贯而不能前后矛盾，要实事求是而不能主观臆造； 3毕业设计（论文）应做到观点明确、论据充分、有必要的相关资料和图表等； 4毕业设计（论文）必须参阅一定量的资料，并在论文（设计）中反映出来； 毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）任务书4、应收集的资料及主要参考文献1柴诚敬等.化工原理课程设计.天津:天津科学技术出版社,1994 2贾绍义,柴诚敬等.化工传质与分离过程.北京:化学工业出版社,2001 3姚玉英等.化工原理,下册.天津:天津大学出版社,1999 4匡国柱,史启才等.化工单元过程及设备课程设计.北京化学行业出版社,2002 5编辑委员会.化

4、学工程手册气液传质设备. 北京化学工业 出版社,1989 6刘乃鸿等.工业塔新型规整填料应用手册.天津:天津大学出版社,1993 5、进度安排及完成情况序号设计（论文）各阶段任务日 期完成情况1收集资料4月5日4月30日完成2整理文献综述4月30日5月25日完成3完成论文并打印5月25日6月20日完成 学生签名： 杨海金 指导教师签名： 刘冬梅 系主任签名： 邓书平 2012 年 6月 20 日 毕业设计（论文）评阅书毕业设计（论文）评阅书指导教师评语： 评 分 表（导师建议成绩）项目创新摘要内容排版表现合计权重105601015100分数指导教师签字： 年 月 日 毕业答辩情况表答辩时间：2

5、0 年 月 日答辩组成员姓 名职 称工 作 单 位注 备答辩评语： 建议答辩成绩： 答辩组长： 20 年 月 日答辩委员会意见： 答辩委员会主席 20 年 月 日成 绩附 录Cp比热，kJ/kg&S226;K； D塔径，m；D塔顶产品流量，kmol/h或kg/h； M分子量；F原料流量，kmol/h或kg/h； LS塔内液体流量，m3/s n筛孔总数； NT理论板数；N理论板数； P操作压强，kPa；P0饱和蒸汽压，kPa；V上升气量，kg/hX物料含量分离年处理量3万吨的苯甲苯混合液的填料精馏塔计算摘 要本设计主要以分离苯-甲苯二元系混合液的填料精馏塔，对年处理量为3万吨的分离填料精馏塔。进

6、料中苯含量为30%质量分数，的常温液体。要求塔顶镏出液为0.96，塔底釜液为0.01. 进行工艺计算填料塔是塔设备的一种。塔内填充适当高度的填料，以增加两种流体间的接触表面。结构较简单，检修较方便。广泛应用于气体吸收、蒸馏、萃取等操作。精馏是分离液体混合物最常用的一种单元操作，在炼油、化工、石油化工等工业中得到广泛应用。精馏过程在能量剂的驱动（有时加质量剂），使气液两相多次直接接触和分离，利用液相混合物中各组分的挥发度不同，使易挥发组分由液相向气相转移，难挥发组分由气相向液相转移，实现原料混合液中各组分的分离。在化工或炼油厂中，塔设备的性能对于整个生产质量、生产能力和消耗额定及三废处理和环境保

7、护及各方面都有重大影响。据有关资料报道塔设备的资料费用占整个投资的费用的较大比例。因此，塔设备的设计和研究，受到化工和炼油行业的极大重视。根据设计任务书，此塔设计为填料精馏塔。关键词：苯甲苯、精馏塔、混合液目 录第一章 文献综述1 1.1填料塔概述1 1.2苯及甲苯21.2.1苯21.2.2甲苯3 1.3精馏41.3.1精馏塔及原理41.3.2精馏操作对塔设备的要求4 1.4精馏塔类型51.4.1填料精馏塔类型5 1.5精馏塔的设计步骤7第二章 设计部分8 2.1操作条件的确定82.1.1操作压力82.1.2 进料状态82.1.3加热方式92.1.4冷却剂与出口温度92.1.5热能的利用10

8、2.2确定设计方案的原则102.2.1满足工艺和操作的要求102.2.2满足经济上的要求112.2.3 保证安全生产11 2.3 填料精馏塔的工艺计算112.3.1物料衡算122.3.2热量衡算132.3.3理论塔板数计算152.3.4精馏塔主要尺寸的设计计算162.3.5塔径设计计算182.3.6附属设备及主要附件的选型计算202.3.7精馏塔的高度24第三章 结 论26谢 辞27附 录28参考文献29前 言精馏是多级分离过程，即同时进行多次部分汽化和部分冷凝的过程。因此可是混合物得到几乎完全的分离。精馏可视为由多次蒸馏演变而来的。精馏操作广泛用于分离纯化各种混合物，是化工、医药、食品等工业

9、中尤为常见的单元操作。化工成产中，精馏主要用于以下几种目的:（1)获得馏出液塔顶的产品；（2)将溶液多级分离后，收集馏出液，用于获得甲苯，甲苯等；（3)脱出杂质获得纯净的溶剂或半成品，如酒精提纯，进行精馏操作的设备叫做精馏塔。根据精馏原理可知，单有精馏塔还不能完成精馏操作，必须同时拥有塔底再沸器和塔顶冷凝器，有时还有配原料液，预热器、回流液泵等附属设备，才能实现整个操作。精馏塔也就是一种换热器。但和一般的传热过程相比，精馏操作又有如下特点：沸点升高、物料的工艺特性、节约能源 塔板的类型与选择：大多数塔填料在分离效率、压降等方面优于板式塔。对于给定的分离要求，较高的分离效率及较低的压降意味着需要

10、的精馏回流比降低、节约能耗和适于热敏性物料的分离。主要的填料除了效率高、压降低、通量大之外，还有以下优点： 操作弹性大：可在更宽的气液流率范围操作而不会液泛、泄漏或夹带；能处理起泡物系：填料单元能使泡沫破碎，所以填料比塔板更适合高起泡性物料；能处理含固体的物料：大孔隙率填料（例如格栅类）可以处理含大量悬浮固体的物料，而一般的错流塔板会被阻塞；持液量小：大多数板式塔气体时分散相，液体是连续相，具有固定的静液层，所以持液量大。而填料塔在操作过程中，液体是分散相，气体时连续相，气液呈膜式接触，不但阻力小，而且持液量少。这一特点特别适于热敏性物料的真空精馏。第一章 文献综述1.1 填料塔概述填料塔，是

11、一类用于气液和液液系统的微分接触传质设备，主要由圆筒形塔体和堆放在塔内对传质起关键作用的填料等组成，用于吸收、蒸馏和萃取，也可用于接触式换热、增湿、减湿和气液相反应过程。所以塔设备的研究一直是国内外学者普遍关注的重要课题 。填料塔的应用始于19世纪中叶，起初在空塔中填充碎石、砖块和焦炭等块状物，以增强气液两相间的传质。1914年德国人F.拉西首先采用高度与直径相等的陶瓷环填料（现称拉西环）推动了填料塔的发展。此后，多种新填料相继出现，填料塔的性能不断得到改善，近30年来,填料塔的研究及其应用取得巨大进展,不仅开发了数十种新型高效填料，还较好地解决了设备放大问题。到60年代中期，直径数米乃至十几

12、米的填料塔已不足为奇。现在，填充塔已与板式塔并驾齐驱，成为广泛应用的传质设备。填料塔自它发明以来已广泛地应用于化工生产的各个领域。近二十年, 规整填料塔对板式塔、散装填料以及其它多种塔设备产生了巨大的冲击, 在国内外引起众多研究者的极大兴趣, 在近几年的文献中, 国外有大量的规整填料研究报道。它因其高通量, 低压降, 操作稳定而广泛地用于气一液,液一液接触的塔设备中, 如蒸馏、吸收、萃取等诸多领域。特别是在气液接触中, 已越来越多地被采用, 如已有设备通过利用规整填料来更换塔内构件, 从而达到提高塔负荷的目的。但国内在这方面的研究则较少, 如何设计规整填料蒸馏塔已成为一个重要的课题, 它对自行

13、设计, 改进现有设备生产状况都较为重要。规整填料种类较多, 有板波纹填料、格栅填料、丝网填料等, 材质有金属、塑料、陶瓷等。即使同样的种类亦有不同的规格, 它们的比表面、空隙率及几何尺寸存在差异, 这样在选择填料时, 应根据体系物性, 操作负荷, 压降要求, 同时兼顾材料性能等, 进行综合考虑, 保证既经济又能正常生产。1.2 苯及甲苯 1.2.1 苯苯具有的苯环结构导致它有特殊的芳香性。苯环是最简单的芳环，由六个碳原子构成一个六元环，每个碳原子接一个基团，苯的6个基团都是氢原子。苯在常温下为一种无色、有甜味的透明液体，并具有强烈的芳香气味。苯可燃，有毒，也是一种致癌物质。苯是一种碳氢化合物也

14、是最简单的芳烃。它难溶于水，易溶于有机溶剂，本身也可作为有机溶剂。苯是一种石油化工基本原料。苯的产量和生产的技术水平是一个国家石油化工发展水平的标志之一【1】。（1）工业用途早在1920年代，苯就已是工业上一种常用的溶剂，主要用于金属脱脂。由于苯有毒，人体能直接接触溶剂的生产过程现已不用苯作溶剂。苯有减轻爆震的作用而能作为汽油添加剂。在1950年代四乙基铅开始使用以前，所有的抗爆剂都是苯。然而现在随着含铅汽油的淡出，苯又被重新起用。由于苯对人体有不利影响，对地下水质也有污染，欧美国家限定汽油中苯的含量不得超过1%。苯在工业上最重要的用途是做化工原料。苯可以合成一系列苯的衍生物：苯与乙烯生成乙苯

15、，后者可以用来生产制塑料的苯乙烯； 苯与丙烯生成异丙苯，后者可以经异丙苯法来生产丙酮与制树脂和粘合剂的苯酚； 还可以制尼龙的环己烷；合成顺丁烯二酸酐，用于制作苯胺的硝基苯。（2）健康危害由于苯的挥发性大，暴露于空气中很容易扩散。人和动物吸入或皮肤接触大量苯进入体内，会引起急性和慢性苯中毒。有研究报告表明，引起苯中毒的部分原因是由于在体内苯生成了苯酚。长期吸入会侵害人的神经系统，急性中毒会产生神经痉挛甚至昏迷、死亡1.2.2 甲苯（1）、标识 中文名：甲苯 分子式： C7H8相对分子质量：92.14CAS：108-88-3危险性类别：第3.2类，中闪点易燃液体化学类别：芳香烃（2）、主要成份与性

16、状主要成分：纯品外观与性状：无色透液体，有类似苯的芳香气味。主要用途：用于掺合汽油组成及作为生产甲苯衍生物、炸药、染料中间体药物等的主要原料。（3）、健康危害侵入途径：吸入，食入，经皮吸收。健康危害：对皮肤、粘膜有刺激性，对中枢神经系统有麻醉作用。急性中毒：短时间内吸入较高浓度本品可出现眼及上呼吸道明显的刺激症状、眼结膜及咽部充血、头晕、头痛、恶心、呕吐、胸闷、四肢无力，步态蹒跚、意识模糊。重症者可有躁动、抽搐、昏迷。慢性中毒：长期接触可发生神经衰弱综合征，肝肿大，女工月经异常等。皮肤干燥、皲裂皮炎。（4）、急救措施皮肤接触：脱去被污染的衣着，用肥皂水和清水彻底冲洗皮肤。眼睛接触：提起眼睑，用

17、流动清水或生理盐水冲洗。就医。吸 入：迅速脱离现场至空气新鲜处。保持呼吸道通畅。如呼吸困难，给输氧。如呼吸停止，立即进行人工呼吸。就医。食 入：饮足量温水，催吐，就医。1.3 精馏1.3.1 精馏塔及原理 蒸馏塔是进行精馏的一种塔式汽液接触装置。有板式塔与填料塔两种主要类型。根据操作方式又可分为连续精馏塔与间歇精馏塔。蒸气由塔底进入，与下降液进行逆流接触，两相接触中，下降液中的易挥发(低沸点)组分不断地向蒸气中转移，蒸气中的难挥发(高沸点)组分不断地向下降液中转移，蒸气愈接近塔顶，其易挥发组分浓度愈高，而下降液愈接近塔底，其难挥发组分则愈富集，达到组分分离的目的。由塔顶上升的蒸气进入冷凝器，冷

18、凝的液体的一部分作为回流液返回塔顶进入精馏塔中，其余的部分则作为馏出液取出。塔底流出的液体，其中的一部分送入再沸器，热蒸发后，蒸气返回塔中，另一部分液体作为釜残液取出【3】。蒸馏的基本原理是将液体混合物部分气化,利用其中各组份挥发度不同（相对挥发度，）的特性，实现分离目的的单元操作。蒸馏按照其操作方法可分为：简单蒸馏、闪蒸、精馏和特殊精馏等。 1.3.2 精馏操作对塔设备的要求 精馏所进行的是气(汽)、液两相之间的传质，而作为气(汽)、液两相传质所用的塔设备，首先必须要能使气(汽)、液两相得到充分的接触，以达到较高的传质效率。但是，为了满足工业生产和需要，塔设备还得具备下列各种基本要求： (1

19、) 气(汽)、液处理量大，即生产能力大时，仍不致发生大量的雾沫夹带、拦液或液泛等破坏操作的现象。 (2) 操作稳定，弹性大，即当塔设备的气(汽)、液负荷有较大范围的变动时，仍能在较高的传质效率下进行稳定的操作并应保证长期连续操作所必须具有的可靠性。 (3) 流体流动的阻力小，即流体流经塔设备的压力降小，这将大大节省动力消耗，从而降低操作费用。对于减压精馏操作，过大的压力降还将使整个系统无法维持必要的真空度，最终破坏物系的操作。 (4) 结构简单，材料耗用量小，制造和安装容易。 (5) 耐腐蚀和不易堵塞，方便操作、调节和检修。 (6) 塔内的滞留量要小。实际上，任何塔设备都难以满足上述所有要求，

20、况且上述要求中有些也是互相矛盾的。不同的塔型各有某些独特的优点，设计时应根据物系性质和具体要求，抓住主要矛盾，进行选型。1.4 精馏塔类型填料精馏塔类型塔填料是填料塔的核心。它提供了塔内气-液两相接触进行传质、传热的表面，其性能往往决定了塔器的应用。因此，对塔填料的研究十分活跃。塔填料结构简单、阻力小、装置灵活，特别时新型填料的开发，显著提高了分离效率和基本解决了放大效应后，填料塔的工业应用日益扩大。目前最大塔直径已达20m。新型高效填料取代了旧有填料及部分塔板，在技术改造中取得显著效果，日益引起人们的关注，已成为当前国际上塔器研究与应用的一个重要突破。这种发展趋势可从1960、1969、19

21、79、1987、1992年五次国际精馏会议中，填料与塔板研究论文的相对数量（见表1-1）看出来表1-1 四次国际精馏会议论文数量比较会议年代1960年1969年1979年1987年1992年塔板论文篇数611101015填料论文篇数4562023 大多数塔填料在分离效率、压降等方面优于板式塔。对于给定的分离要求，较高的分离效率及较低的压降意味着需要的精馏回流比降低、节约能耗和适于热敏性物料的分离。主要的填料除了效率高、压降低、通量大之外，还有以下优点： （1)操作弹性大：可在更宽的气液流率范围操作而不会液泛、泄漏或夹带。 （2)能处理起泡物系：填料单元能使泡沫破碎，所以填料比塔板更适合高起泡性

22、物料。 （3)能处理含固体的物料：大孔隙率填料（例如格栅类）可以处理含大量悬浮固体的物料，而一般的错流塔板会被阻塞。 （4)持液量小：大多数板式塔气体时分散相，液体是连续相，具有固定的静液层，所以持液量大。而填料塔在操作过程中，液体是分散相，气体时连续相，气液呈膜式接触，不但阻力小，而且持液量少。这一特点特别适于热敏性物料的真空精馏。 （5）陶瓷、塑料填料耐腐蚀，价格便宜：规整填料综合效益高，改造费用可以很快回收。 填料塔也有如下局限： （1）换热不便：从填料塔取出或加入热量不如板式塔方便。因为在板式塔中可以在板间或板上设置加热（或冷却）管，而填料塔的结构使得从塔内流股取热或加热十分麻烦。 （

23、2）侧线抽出较难：填料塔不适合有许多侧线抽出。 （3）沟流隐患：填料塔对流动不均匀十分敏感，填料中轴向返混也比板式塔严重。 （4）抗腐蚀性强：目前大塔中高效填料多是金属薄板制成，薄板的耐蚀周期不如塔板长。 （5）过程控制较难：高效填料持液量很低，对过程控制来说是个难题。 1、散堆填料 散堆填料早期以焦炭、碎石作为塔填料，目前主要分环形和鞍形两大类，当前最主要的新型散堆填料是金属环矩鞍和阶梯环两种类型。2 规整填料 现代化工生产要求压降更低、操作气速更大、分离程度更高、放大效应小，散堆填料往往难以适应。规整填料可以人为规定填料层气液接触途径，因此放大效应不明显，可以保证在大直径下能有高的效率综观

24、分析可以看出，目前重要的规整填料有两种：波纹类填料和格栅类填料。最近15年来，在塔器的重要领域蒸馏与吸收操作中，最突出的变化是，新型填料特别是规整填料在大直径塔中广泛应用。仅瑞士苏尔寿公司一家在全世界推广应用了2500多座波纹填料塔，最大直径在12m以上，取得了显著效益。人们普遍认为规整比散堆填料贵35%-50%，但生产能力和分离效率则提高10%-20%。从塔器技术改造费用看，采用规整填料要多一些，但从缩小塔体积和节能的收益看，费用可以很快回收。虽谈，目前规整填料尚未成为一种蒸馏操作的理想填料，但最近国外专家预言：“10年后，采用规整填料将成为蒸馏操作唯一可取的途径”。当然不能说规整填料一定完

25、全可以代替散堆填料，但至少从目前看，规整填料时有广泛前途的。 1.5 精馏塔的设计步骤 按下面几个阶段进行：（1）设计方案确定和说明。根据给定任务，对精馏装置的流程、操作条件、主要设备型式及其材质的选取等进行论述。（2）蒸馏塔的工艺计算，确定塔高和塔径。（3）塔板设计：计算塔板各主要工艺尺寸，进行流体力学校核计算。接管尺寸、泵等，并画出塔的操作性能图。（4）管路及附属设备的计算与选型，如再沸器、冷凝器。（5）抄写说明书。（6）绘制精馏装置工艺流程图和精馏塔的设备图。 第二章 设计部分2.1 操作条件的确定确定设计方案是指确定整个精馏装置的流程、各种设备的结构型式和某些操作指标。例如组分的分离顺

26、序、塔设备的型式、操作压力、进料热状态、塔顶蒸汽的冷凝方式、余热利用方案以及安全、调节机构和测量控制仪表的设置等。下面结合课程设计的需要，对某些问题作些阐述。2.1.1 操作压力蒸馏操作通常可在常压、加压和减压下进行。确定操作压力时，必须根据所处理物料的性质，兼顾技术上的可行性和经济上的合理性进行考虑。例如，采用减压操作有利于分离相对挥发度较大组分及热敏性的物料，但压力降低将导致塔径增加，同时还需要使用抽真空的设备。对于沸点低、在常压下为气态的物料，则应在加压下进行蒸馏。当物性无特殊要求时，一般是在稍高于大气压下操作。但在塔径相同的情况下，适当地提高操作压力可以提高塔的处理能力。有时应用加压蒸

27、馏的原因，则在于提高平衡温度后，便于利用蒸汽冷凝时的热量，或可用较低品位的冷却剂使蒸汽冷凝，从而减少蒸馏的能量消耗。2.1.2 进料状态进料状态与塔板数、塔径、回流量及塔的热负荷都有密切的联系。在实际的生产中进料状态有多种，但一般都将料液预热到泡点或接近泡点才送入塔中，这主要是由于此时塔的操作比较容易控制，不致受季节气温的影响。此外，在泡点进料时，精馏段与提馏段的塔径相同，为设计和制造上提供了方便【6】。2.1.3 加热方式蒸馏釜的加热方式通常采用间接蒸汽加热，设置再沸器。有时也可采用直接蒸汽加热。若塔底产物近于纯水，而且在浓度稀薄时溶液的相对挥发度较大(如酒精与水的混合液)，便可采用直接蒸汽

28、加热。直接蒸汽加热的优点是：可以利用压力较低的蒸汽加热；在釜内只须安装鼓泡管，不须安置庞大的传热面。这样，可节省一些操作费用和设备费用。然而，直接蒸汽加热，由于蒸汽的不断通入，对塔底溶液起了稀释作用，在塔底易挥发物损失量相同的情况下，塔底残液中易挥发组分的浓度应较低，因而塔板数稍有增加。但对有些物系(如酒精与水的二元混合液)，当残液的浓度稀薄时，溶液的相对挥发度很大，容易分离，故所增加的塔板数并不多，此时采用直接蒸汽加热是合适的。值得提及的是，采用直接蒸汽加热时，加热蒸汽的压力要高于釜中的压力，以便克服蒸汽喷出小孔的阻力及釜中液柱静压力。对于酒精水溶液，一般采用0.40.7KPa（表压）。饱和

29、水蒸汽的温度与压力互为单值函数关系，其温度可通过压力调节。同时，饱和水蒸汽的冷凝潜热较大，价格较低廉，因此通常用饱和水蒸汽作为加热剂。但若要求加热温度超过180时，应考虑采用其它的加热剂，如烟道气或热油。当采用饱和水蒸汽作为加热剂时，选用较高的蒸汽压力，可以提高传热温度差，从而提高传热效率，但蒸汽压力的提高对锅炉提出了更高的要求。同时对于釜液的沸腾，温度差过大，形成膜状沸腾，反而对传热不利。2.1.4 冷却剂与出口温度冷却剂的选择由塔顶蒸汽温度决定。如果塔顶蒸汽温度低，可选用冷冻盐水或深井水作冷却剂。如果能用常温水作冷却剂，是最经济的。水的入口温度由气温决定，出口温度由设计者确定。冷却水出口温

30、度取得高些，冷却剂的消耗可以减少，但同时温度差较小，传热面积将增加。冷却水出口温度的选择由当地水资源确定，但一般不宜超过50，否则溶于水中的无机盐将析出，生成水垢附着在换热器的表面而影响传热。2.1.5 热能的利用精馏过程是组分反复汽化和反复冷凝的过程，耗能较多，如何节约和合理地利用精馏过程本身的热能是十分重要的。选取适宜的回流比，使过程处于最佳条件下进行，可使能耗降至最低。与此同时，合理利用精馏过程本身的热能也是节约的重要举措。若不计进料、馏出液和釜液间的焓差，塔顶冷凝器所输出的热量近似等于塔底再沸器所输入的热量，其数量是相当可观的。然而，在大多数情况，这部分热量由冷却剂带走而损失掉了。如果

31、采用釜液产品去预热原料，塔顶蒸汽的冷凝潜热去加热能级低一些的物料，可以将塔顶蒸汽冷凝潜热及釜液产品的余热充分利用。此外，通过蒸馏系统的合理设置，也可以取得节能的效果。例如，采用中间再沸器和中间冷凝器的流程1，可以提高精馏塔的热力学效率。因为设置中间再沸器，可以利用温度比塔底低的热源，而中间冷凝器则可回收温度比塔顶高的热量【7】 。2.2 确定设计方案的原则确定设计方案总的原则是在可能的条件下，尽量采用科学技术上的最新成就，使生产达到技术上最先进、经济上最合理的要求，符合优质、高产、安全、低消耗的原则。为此，必须具体考虑如下几点：2.2.1 满足工艺和操作的要求所设计出来的流程和设备，首先必须保

32、证产品达到任务规定的要求，而且质量要稳定，这就要求各流体流量和压头稳定，入塔料液的温度和状态稳定，从而需要采取相应的措施。其次所定的设计方案需要有一定的操作弹性，各处流量应能在一定范围内进行调节，必要时传热量也可进行调整。因此，在必要的位置上要装置调节阀门，在管路中安装备用支线。计算传热面积和选取操作指标时，也应考虑到生产上的可能波动。再其次，要考虑必需装置的仪表(如温度计、压强计，流量计等)及其装置的位置，以便能通过这些仪表来观测生产过程是否正常，从而帮助找出不正常的原因，以便采取相应措施。2.2.2 满足经济上的要求 要节省热能和电能的消耗，减少设备及基建费用。如前所述在蒸馏过程中如能适当

33、地利用塔顶、塔底的废热，就能节约很多生蒸汽和冷却水，也能减少电能消耗。又如冷却水出口温度的高低，一方面影响到冷却水用量，另方面也影响到所需传热面积的大小，即对操作费和设备费都有影响。同样，回流比的大小对操作费和设备费也有很大影响。 降低生产成本是各部门的经常性任务，因此在设计时，是否合理利用热能，采用哪种加热方式，以及回流比和其他操作参数是否选得合适等，均要作全面考虑，力求总费用尽可能低一些。而且，应结合具体条件，选择最佳方案。例如，在缺水地区，冷却水的节省就很重要；在水源充足及电力充沛、价廉地区，冷却水出口温度就可选低一些，以节省传热面积【8】。2.2.3 保证安全生产 例如酒精属易燃物料，

34、不能让其蒸汽弥漫车间，也不能使用容易发生火花的设备。又如，塔是指定在常压下操作的，塔内压力过大或塔骤冷而产生真空，都会使塔受到破坏，因而需要安全装置。以上三项原则在生产中都是同样重要的。但在化工原理课程设计中，对第一个原则应作较多的考虑，对第二个原则只作定性的考虑，而对第三个原则只要求作一般的考虑。2.3 填料精馏塔的工艺计算精馏塔的工艺设计计算，包括塔高、塔径、塔板各部分尺寸的设计计算，塔板的布置，塔板流体力学性能的校核及绘出塔板的性能负荷图。通过全塔物料衡算，可以求出精馏产品的流量、组成和进料流量、组成之间的关系。常规塔指仅有一处进料和塔顶、塔底各有一个产品，塔釜间接蒸汽加热的2.3.1

35、物料衡算已知：F=3.0万吨300天=30000100030024=4167h苯的摩尔质量 =78.11kgkmol甲苯的摩尔质量 笨的摩尔分率 1= (2-1)甲苯摩尔分率 2=1-0.3358=0.6642进料液 =78.110.3347+92.130.6653 =87.42kg/kmolF=4167/87.4247.67kg/kmol 根据物料衡算方程 (2-2)又因F=1=0.3358 ,D= w=解得 D=15.25kmol/h W=32.41kmol/h由于泡点进料q=1，由气液平衡数据，用内插法求得进料液温度 ，得tF=97.81在此溫度下，苯的和饱蒸汽压PA0=159.99kP

36、a.甲苯的饱和蒸汽压PB0=73.33kPa =2.18又根据=2.34 R=1.2Rmin=1.22.34=2.81L=RD=2.8115.25=42.85 Kmol h L=L+q F=43.85+47.66=90.51 Kmol hV=V=58.63 Kmol h 表2-1 物料衡算表物料 流量（Kmol h） 组分 物料 物流（Kmol h）进料F 41.67 苯0.3347 甲苯0.6653塔顶产品D 15.25 苯0.9659 甲苯0.0341 塔底残夜W 32.41 苯0.0468 甲苯0.9532精馏段上升 58.63蒸汽量V提馏段上升 58.63 蒸汽量V 精馏段下降 42.85 液体量L 提留段下降 90.51液体量L2.3.2 热量衡算 1.热量衡算的物流示意图气液平衡数据，用内差法可求塔顶温度塔底温度泡点温度tD =80.83 =108.21注：下标1为苯，下标2为甲苯。温度下:Cp1=25.70=107.80Cp2=31.60 =132.3127.78温度下：Cp1=107.80 Cp2 =142.14 (2-3) 138.35温度下: 塔 顶： （1）塔顶以0为基准，0时塔顶上升气体的焓值 （2）回流液的 Cp1=105.63 Cp2 =133.35 0.96