化工原理课程设计-苯甲苯

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1、化工原理课程设计设计题目：分离苯—甲苯混合液的浮阀精馏塔学生姓名：学号：班级：指导老师：写作时间：分离苯—甲苯混合液的浮阀精馏塔1.设计任务及操作条件1.1工艺条件及数据（1）原料液为苯—甲苯混合液，苯含量为45%（质量分率）。（2）塔顶苯含量不低于98%（质量分率）。（3）塔底苯含量不高于2%（质量分率）。（4）进料温度为35℃。（5）生产能力：年处理苯—甲苯混合液3.5万吨（开工率330天/年）。（6）塔板类型：浮阀塔板。1.2操作条件（1）塔顶压力4kPa（表压）。（2）间接蒸汽加热，加热蒸汽压力为2.5kgf/cm

2、2（表压）。（3）冷却水进口温度30℃，出口温度50℃。（4）设备热损失为加热蒸汽供热量的5％。1.3厂址厂址为济南。2.设计方案本设计任务为分离苯-甲苯混合液。对于二元混合物系的分离，应采用连续精馏流程。塔顶上升蒸气采用全凝器冷凝，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后送至储罐。该物系属易分离物系，最小回流比小，合适的操作回流比为最小回流比的1.7至2倍之间。塔釜采用间接蒸气加热，塔底产品经冷却后送至储罐。Error!Referencesourcenotfound.为精馏塔的工艺流程图。图1精馏塔工艺流程

3、图3.1精馏塔的物料衡算（1）原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数苯的摩尔质量为MA=78.11kg/kmol。甲苯的摩尔质量为MB=92.13kg/kmol。原料液苯含量为45%，塔顶苯含量不低于98%，塔底苯含量不高于2%（均为质量分率）。转换成摩尔分率为xF==0.491xD==0.983xw==0.024（2）原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量MF=0.491×78.11+（1-0.491）×92.13=85.25kg/kmolMD=0.983×78.11+（1-0.983）×92.13=78.35kg/kmolMW

4、=0.024×78.11+（1-0.024）×92.13=91.80kg/kmol（3）物料衡算年处理苯—甲苯混合液3.5万吨（开工率330天/年）。计算得原料处理量F==51.84kmol/h由总物料衡算51.84=D+W轻组分苯的物料衡算51.84×0.491=0.983D+0.024W联立解得：D=25.24kmol/hW=26.60kmol/h列出物料衡算表。表1物料衡算表进料出料项目摩尔分数流量（kmol/h）项目摩尔分数流量（kmol/h）进料F0.49151.84塔顶产品D0.98325.24塔底产品W0.0

5、2426.60合计51.84合计51.843.2求取精馏塔的理论塔板数苯—甲苯体系为理想物系，故可以使用图解法计算理论塔板数，具体求解过程如下。表2给出常压（101.33kPa）下苯—甲苯二元物系的汽—液平衡组成。表2苯—甲苯二元物系的汽—液平衡组成苯摩尔分数温度(℃)苯摩尔分数温度(℃)液相x气相y液相x气相y0.0000.000110.60.5920.78989.40.0880.212106.10.7000.85386.80.2000.370102.20.8030.91484.40.3000.50098.60.9030

6、.95782.30.3970.61895.20.9500.97981.20.4890.71092.11.0001.00080.2①查得苯-甲苯物系的气液平衡数据，绘出x-y图，见图2。②求解进料热状况参数q。由设计任务可知，进料温度为TF=35℃。由气液平衡数据可查得进料组成xF=0.491的苯—甲苯溶液的泡点Ts=92.1℃。平均温度为t===63.55℃。表3表4为苯和甲苯的有关物性数据。表3苯-甲苯的摩尔热容温度℃050100150苯(kJ/kmol/K)72.789.7104.8118.1甲苯(kJ/kmol/K)

7、93.3113.3131146.6表4苯-甲苯的汽化潜热温度℃20406080100120苯(kJ/kg)431.1420407.7394.1379.3363.2甲苯(kJ/kg)412.7402.1391379.4367.1354.2利用插值法，使用公式（M为所要求的物理量）求苯的摩尔热容CmA：得CmA=93.8kJ/(kmol·K)同理可得甲苯的摩尔热容CmB=124.6kJ/(kmol·K)苯的汽化潜热rA=392.8kJ/kg=392.8×78.11=30679kJ/kmol甲苯的汽化潜热rB=378.3kJ/k

8、g=378.3×92.13=34852kJ/kmol加料液的平均摩尔热容Cm,p=CmAxA+CmBxB=99.3×0.301+124.6×(1-0.301)=117.0kJ/(kmol·K)加料液的平均摩尔汽化热r=rAxA+rBxB=30679×0.301+34852×(1-0.301)=33596