分离苯甲苯混合液的筛板精馏塔化工原理课程设计.docx
《分离苯甲苯混合液的筛板精馏塔化工原理课程设计.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《分离苯甲苯混合液的筛板精馏塔化工原理课程设计.docx(46页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
分离苯甲苯混合液的筛板精馏塔化工原理课程设计
设计题目:
分离苯-甲苯混合液的筛板精馏塔
学院:
化学化工学院
专业班级:
工艺104
设计者:
冀东瑛(1004500446)
指导老师:
葛元元
设计时间:
2013年7月12日-16日
前言
不知不觉大三最后一个学期即将结束。
经过三年的学习,我们已经系统掌握了关于化工专业各方面的基础知识及专业知识;其中包括有机、无机、分析、物理化学四大化学、CAD机械工程绘图、化工仪表、化工设备基础、化工热力学、化工原理等课程。
可以说知识越学越系统,越来越接近实际工程应用。
如今,在老师的指导下,我们进行了关于化工原理的课程设计。
本次设计的目的是为了把我们大学里所学过的理论知识连串起来,并将它们运用到实际应用中,加深对知识的理解及应用能力。
本次设计的任务是设计用于分离苯-甲苯混合液的筛板式精馏塔。
设计过程中,我们认真分析研究,考虑到实际生产中的经济效益问题及绿色环保问题,经过大量的工艺计算及理论确定,最终选用了筛板式精馏塔,并于常压下用直接蒸汽加热法进行分离操作;设计出了一套比较接近实际的精馏塔装置。
在设计过程中,由于我们所掌握的知识比较有限,且时间比较紧迫,所以设计方案及方法难免有些缺陷,在此我们恳请老师给予理解及指导,以使我们更早更快掌握解决实际工程问题的捷径!
第一章设计任务
1.1任务
苯-甲苯精馏塔设计
1.1.2设计条件
处理量4000kg/h
原料中苯的质量分率0.41
塔顶产品中苯的质量分率0.96
塔釜产品中苯的质量分率0.01
单板压降小于等于0.7kpa
进料状态泡点进料
回流比R=1.7Rmin
塔型筛板塔
塔操作压力4kPa
年生产天数300天
年产量2800吨/年
全塔效率Et=62%
加热类型间接蒸汽加热
精馏类型连续型
1.1.3设计任务
单元设备设计的内容和过程
•过程方案设计
•工艺流程设计
•单元过程模拟计算
•单元设备的工艺设计
•工艺设计的技术文件
•详细设计
课程设计的基本要求
•设计方案简介
•主要设备的工艺设计计算
•主要设备的结构设计和机械设计
•典型辅助设备的选型
•工艺流程图
•主要设备的工艺条件图
•主要设备的总装配图
•编写设计说明书
1.2设计方案的确定
1.2.1选择塔型
精馏塔属气—液传质设备。
气—液传质设备主要分为板式塔和填料塔两大类。
该塔设计生产时日要求较大,由板式塔与填料塔比较[1]知:
板式塔直径放大时,塔板效率较稳定,且持液量较大,液气比适应范围大,因此本次精馏塔设备选择板式塔。
筛板塔是降液管塔板中结构最简单的,它与泡罩塔相比较具有下列优点:
生产能力大10-15%,板效率提高15%左右,而压降可降低30%左右,另外筛板塔结构简单,消耗金属少,塔板的造价可减少40%左右,安装容易,也便于清洗检修[2]。
因此,本设计采用筛板塔比较合适。
1.2.2精馏方式
根据实际生产情况,本精馏塔采用连续精馏方式。
1.2.3操作压力
常压操作可减少因加压或减压操作所增加的增、减压设备费用和操作费用,提高经济效益,在条件允许下常采用常压操作,因此本精馏设计选择在常压下操作。
1.2.4加热方式
在本物系中,水不是难挥发液体,选用间接蒸汽加热。
1.2.5工艺流程
原料经预热器预热达到泡点温度,经管道直接送入下游精馏塔,即我们所设计的塔。
精馏塔塔顶蒸汽经全凝器全部冷凝,然后经过分配器(属于冷凝器的部分),一部分馏出液在泡点状态下作为回流液回到精馏塔,一部分作为产品流出。
由于塔顶产品仍比较热,所以经过冷却器冷却。
在塔釜,釜液经再沸器间接蒸汽加热,为精馏段提供物料。
塔釜出来的产品经水泵全部送出。
第二章筛板式精馏塔的工艺设计
2.1精馏塔的工艺计算
2.1.1苯和甲苯的汽液平衡组成
表2-1苯和甲苯的汽液平衡组成
温度t
℃
液相中苯的摩尔分率
x
气相中苯的摩尔分率
y
110.56
0.00
0.00
109.91
1.00
2.50
108.79
3.00
7.11
107.61
5.00
11.2
105.05
10.0
20.8
102.79
15.0
29.4
100.75
20.0
37.2
98.84
25.0
44.2
97.13
30.0
50.7
95.58
35.0
56.6
94.09
40.0
61.9
92.69
45.0
66.7
91.40
50.0
71.3
90.11
55.0
75.5
80.80
60.0
79.1
87.63
65.0
82.5
86.52
70.0
85.7
85.44
75.0
88.5
84.40
80.0
91.2
83.33
85.0
93.6
82.25
90.0
95.9
81.11
95.0
98.0
80.66
97.0
98.8
80.21
99.0
99.61
80.01
100.0
100.0
2.1.2.精馏塔的物料衡算
(1)、原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率
设苯以A表示,甲苯以B表示
苯的摩尔质量:
甲苯的摩尔质量:
由以为基准,则:
(2)、原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量
(3)、物料衡算
由题意可知
总物料守恒
苯物料守恒
由、得:
2.2回流比及理论塔板的确定
相平衡方程为:
求q线方程
冷夜进料,取q=1.2
则:
q线方程为
由相平衡方程和q线方程交点()求最小回流比
回流比的确定
取R=1.7*Rmin=1.7*1.0856=1.8455
最小理论板数的确定
理论板数的捷算法
由吉利兰关联图读出:
=0.4407又=7.9933代入上试得N=15.0796
所以理论塔板数NT=16块
精馏段理论板数的确定
由吉利兰关联图读出
由吉利兰关联图读出又代入上试得NR=7.0006=8(块)
所以精馏段理论塔板数NR=8(块)
提馏段理论板数的确定
由吉利兰关联图读出
又代入上试得NS=8.2188=9块
所以提馏段理论塔板数NS=9(块)
最终以精馏段与提馏段理论板数的总和为全塔总理论板数,即为17块。
2.3板效率及实际塔板数的确定
求实际板数
由得
精馏段实际板数:
N精=(块)
提馏段实际板数:
N提=(块)
即全塔实际板数为24块
2.4操作方程的确定
精馏段:
V=(R+1)D=2.3027×21.43=49.3473
提馏段:
精馏段操作线方程:
提镏段操作线方程:
2.5精馏段物性数据计算
图2-1苯-甲苯系的气液相平衡图
由查表2-1苯—甲苯的气液相平衡得:
计算塔顶、塔底、进料处相对挥发度:
塔内平均相对挥发度为:
由苯—甲苯在不同温度下的汽液平衡数据作出组成温度图
由图2-2读出塔顶、塔底、进料温度:
t=81.82C
t=93.40C
t=110.00C
图2-2苯和甲苯的组成温度图
操作压强:
P=105.325kpa
平均温度:
t:
t=81.82Ct=93.4Ct=110C
tm=(t+t)/2=(81.82+93.4)/2=87.61℃
2.5.1.定性组成
(1)塔顶y=X=0.9659查平衡曲线得到x=0.9221
(2)进料y=0.682x=0.4505
2.5.2.平均分子量
查附表[8]知:
(1)塔顶:
=0.965978.11+(1-0.9659)92.14=78.59()
=0.922178.11+(1-0.9221)92.14=79.20()
(2)进料:
=0.68278.11+(1-0.682)92.14=82.57()=0.450578.11+(1-0.4505)92.14=85.82()
平均分子量==()==()
2.5.3.平均密度
由和:
1/=a/+a/,A为苯B为甲苯
塔顶:
在81.82℃下:
=811()=806()
a=(0.9221*78.11)/[0.9221*78.11+(1-0.9221)*92.13]=0.9094
=0.9094/811+(1-0.9094)/806
则=810.77()
进料:
在进料温度93.4c下:
=802,=798
a=(0.4505*78.11)/[0.4505*78.11+(1-0.4505)*92.13]=0.4101
=则=798.72
即精馏段的平均液相密度:
=(810.77+798.72)/2=804.745()
平均气相密度:
==(105.325*80.58)/[8.314*(87.61+273)]=2.831()
2.5.4.精馏段液体表面张力
(1)塔顶:
查和求得在81.82℃下:
=20.8=21.5
=0.9659×20.8+(1-0.9659)×21.5=20.824()
(2)进料:
在110℃下:
=17.5()=18.4()
=0.9659×17.5+(1-0.9659)×18.4=17.531()
则=(+)/2=(20.824+17.531)/2=19.178()
2.5.5.液体平均粘度
液相平均粘度依下式计算:
(1)塔顶:
在81.82℃下:
A是苯,B是甲苯XD=0.9659
=0.305;=0.308;
(2)lg=0.9659lg0.305+0.0341lg0.308
则=0.597169()
(3)进料:
在93.4℃下XF=0.4505
=0.270;=0.278
lg=0.4505lg0.270+0.5495lg0.278
则=0.5702557()
=(+)/2=0.583713()
2.5.6.气液体积流率的计算
由已知条件=70.29=48.86得
==(70.29*80.58)/(3600*2.831)=0.5557()
===0.00139()
2.6提留段物性数据计算
操作压强P=105.325
温度tt=81.82Ct=93.4Ct=110C
t=(t+t)/2=(93.4+110)/2=101.7C
2.6.1.定性组成
(1)塔釜=0.0118查相平衡图得到:
=0.028
(2)进料
2.6.2.平均分子量
查附表[8]知:
(1)塔斧:
=0.02878.11+(1-0.028)92.14=91.75()
=0.011878.11+(1-0.0118)92.14=91.97()
(2)进料:
=0.68278.11+(1-0.682)92.14=82.57()=0.4505
78.11+(1-0.4505)92.14=85.82()
平均分子量=()==()
2.6.3.平均密度
由式:
1/=a/+a/查和
塔釜:
在110℃下:
A-苯B-甲苯
=778()=780()
a=
=0.01002/778+(1-0.01002)/780
则=779.98()
进料:
在进料温度93.4c下:
=802,=798
a=(0.4505*78.11)/[0.4505*78.11+(1-0.45