化工原理课程设计-苯-甲苯分离过程板式精馏塔

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1、课程设计说明书课程名称:化工原理课程设计设计题目：苯-甲苯分离过程板式精馏塔院系：化学与环境工程学院学生姓名：学号：专业班级：09有机化工生产技术（二）班指导教师：2011年5月8日-18-苯—甲苯板式精馏塔摘要：塔设备是化工炼油生产中最重要的设备之一，它可使气液或液液两相之间进行紧密接触，达到相际传质及传热的目的。常见的可在塔设备中操作的有：精馏、吸收、解析和萃取等，此外，工业气体的冷却与回收，气体的湿法净制和干燥以及兼有气液两相传质和传热的增湿减湿等。在化工或炼油厂中，塔设备的性能对于整个产业质量、生产能力和消耗定额及三废处理和环境保护等各方面都有重大影响。据有关资料报道塔设备的资料费用

2、占整个工艺设备投资费用的较大比例。因此，塔设备的设计和研究，受到化工炼油等行业的极大重视。根据任务设计书，此设计的塔形为筛板塔采用连续精馏。关键词：饱和蒸汽压、回流比、塔顶、塔釜、进料板、泡点进料等。-18-板式精馏塔设计说明书一设计题目苯—甲苯精馏塔的工艺设计二设计内容1精馏塔的工艺计算2精馏塔的结构设计及流体力学计算3绘制精馏塔工艺条件图三工艺条件1进料量为5500kg/h,泡点进料2原料液组成为0.5（笨的质量分数，下同）3塔顶采用全凝器，部分产品会留，不分产品冷凝后储存4塔顶流出液组成为0.96,塔底釜液组成为0.015操作压力为4kPa(塔顶表压)；6回流比与最小回流比的比值自选;

3、7单板压降不大于0.7kPa;8全塔效率Et=52%;四设计项目1设计方案的确定；2精馏塔的物料横算；3塔板数的确定；4精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算；5精馏塔的塔体工艺尺寸计算；6塔板主要工艺尺寸计算；7筛板的流体力学验算；8塔板负荷性能图；-18-五设计计算（一）设计方案的确定本设计任务为分离苯—甲苯混合物。对于二元混合物的分离，应采用连续精馏流程。设计中采用泡点进料，将原料液通过预热器加热至泡点后送入精馏塔内。塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝，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冷却后送至储罐。该物系属于易分离物系，最小回流比较小，故操作回流比取最小回流比的2倍。塔釜采

4、用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。（二）精馏塔的物料横算1.原料液及塔顶塔底产品的摩尔分率苯的摩尔质量MA=78.11kg/kmol甲苯的摩尔质量MA=92.13kg/kmolxF=0.541xD=0.966xW=0.0122.原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量Mf=0.541×78.11＋（1－0.541）×92.13=84.55㎏/molMd=0.966×78.11＋（1－0.966）×92.13=78.59㎏/molMw=0.012×78.11＋（1－0.012）×92.13=91.96㎏/mol3.物料横算原料处理量F=5500/84.55=65.05kmol/h总物料横算

5、65.05=D＋W苯物料横算65.05×0.541=0.966D＋0.012W联立解得D=36.07kmol/hW=28.98kmol/h(三)塔板数的确定苯—甲苯属理想物系，可采用图解法求理论板层数。-18-确定指定压力下溶液的泡点需用试差法。我们先假设t为某个值，用安托尼方程计算出PA*、PB*,在代人泡点方程算出xa与给定的xa较看是否相等，若计算值偏小则初设泡点偏高，再设泡点，直至xa与给定值近似为止，此时即为泡点温度，算出PA*、PB*从而求出@由气液平衡方程可在两组分溶液的x—y图上画出气液平衡线因为q=1,根据知q线(xf,yf)，且垂直于x轴，与对称轴交于e点，与平衡线交于g

6、点，从图上可读出g点对应的x、y值，y=0.75,x=0.541;故最小回流比为取操作回流比为R=2Rmin=2×1.033=2.066求精馏塔的气、液相负荷L=RD=2.066×36.07=74.52kmol/hV=（R＋1）D=3.066×36.07=110.59kmol/hL’=L＋F=74.52＋65.05=139.57kmol/hV’=V=110.59kmol/h求操作线方程精馏段操作线方程为=0.674x＋0.315L’W提馏段操作线方程为y’=——x’-——xw=0.262x’－0.0034V’V’图解法求理论板层数（如图1）-18-总理论板层数NT=12进料板位置NF=5精馏

7、段实际板层数N精=4÷0.52≈8提馏段实际板层数N提=8÷0.52≈16（四）精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算（以精馏段为例计算）1.操作压力计算塔顶操作压力PD=101.3＋4=105.3kPa每层塔板压降△P≤0.7kPa进料板压力PF=105.3＋0.7×8=110.9kPa精馏段平均压力Pm=(105.3＋110.9)÷2=108.1kPa2.操作温度计算依据操作压力，由泡点方程通过试差法计算出