苯—甲苯板式精馏塔的工艺设计.doc

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1、化工原理课程设计说明书苯—甲苯板式精馏塔的工艺设计工艺计算书（精馏段部分）学院：化学化工学院专业：应用化学专业设计者：杨钱生班级：2007级07班学号：2007104407372010年7月1日（一）设计题目设计一座苯-甲苯连续精馏塔，要求年产纯度为99.1%的甲苯1.9×104t，塔顶馏出液中含甲苯不得高于2%，原料液中含甲苯38%（以上均为质量分数）（二）操作条件1.塔顶压力4kPa（表压）。2.进料热状态自选。3.回流比自选。4.塔底加热蒸汽压力0.5MPa（表压）。5.单板压降≤0.7kPa。（三）塔板类型筛板（四）工作日每年300天，每天24小时连续运行。（五）厂址天津地区（六）

2、设计类容1.精馏塔的物料衡算；2.塔板数的确定；3.精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算;4.精馏塔的塔体工艺尺寸计算；5.塔板主要工艺尺寸的计算；1.塔板的流体力学验算；2.塔板负荷性能图；3.精馏塔接管尺寸计算；4.绘制生产工艺流程图；5.绘制精馏塔设计条件图；6.绘制塔板施工图（选作）；7.对设计过程的评述和有关问题的讨论;（二）设计基础数据表1-1苯(A)-甲苯(B)饱和蒸气压（总压1.013×105Pa）温度/℃859095100105pA*/105Pa1.1691.3351.5571.7922.042PB*/105Pa0.4600.5400.6330.7430.860表1-2苯

3、-甲苯物系的气液平衡数据x00.0580.1550.2560.3760.5080.6590.8301y00.1280.3040.4530.5960.7200.8300.9431表1-3苯-甲苯部分温度下的密度温度/℃81.091.4815.9803.5808.88798.6设计计算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冷却后送至储罐。该物系属易分离物系，最小回流比较小，故操作回流比去最小回流比的２倍

4、。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。1.精馏塔的物料衡算a)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MB=92.13kg/kmolb)原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量MF=0.658×78.11+(1-0.658)92.13=82.90kg/kmolMF=0.983×78.11+(1-0.983)92.13=78.59kg/kmolMF=0.012×78.11+(1-0.012)92.13=91.96kg/kmolc)物料衡算原料处理量总物料衡算31.83=D+W苯物料衡算31.83×0.658=0.983D+0.011W联

5、立解得D=21.19kmol/hW=10.64kmol/h1.塔板数的确定a)理论板层数NT的求取苯-甲苯属理想物系，可采用图解法求理论板层数。i.由手册查得苯-甲苯物系的气液平衡数据表1-2，绘出x-y图，如图1-1。ii.求最小回流比及操作回流比。采用作图法求最小回流比。在图1-1中对角线上，自e(0.658,0.658)作垂线ef即为进料线(q线)，该线与平衡线的交点坐标为xq=0.658yq=0.828故最小回流比为取操作回流比为R=2Rmin=2×0.91=1.82i.求精馏塔的气、液相负荷L=RD=1.82×21.19=38.57kmol/hV=(R+1)D=(1.82+1)

6、21.19=59.76kmol/hL’=L+F=38.57+31.83=70.40kmol/hV’=V=59.76kmol/hii.求操作线方程精馏段操作线方程为提馏段操作线方程为iii.图解法求理论板层数采用图解法求理论塔板层数，如图1-1所示。求解结果为总理论板层数NT=14(包括再沸器)进料板位置NF=6a)实际塔板数的求取精馏段实际板层数N精=5/0.52=9.6≈10提馏段实际板层数N提=9/0.52=17.3≈182.精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算以径流段为例进行计算a)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

7、PF=105.3+0.7×10=112.3kPa精馏段平均压力Pm=(105.3+112.3)/2=108.8kPab)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泡点温度，其中苯甲苯的饱和蒸气压由安东尼方程计算，计算过程略。计算结果如下：塔顶温度tD=81.0℃进料板温度tF=91.4℃精馏段平均温度tm=(81.0+91.4)/2=86.2℃c)平均摩尔质量塔顶平均摩尔质量计算由xD=y1=0.983,查平衡