分离苯甲苯混合液的筛板精馏塔化工原理课程设计.docx

1、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

2、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

3、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 4 kPa 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

4、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

5、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

6、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y110.560.000.00109.911.002.50108.793.007.11107.615.0011.2105.0510.020.8102.7915.029.4100.7520.037.298.8425.044.297.1330.050.795.5835.056.694.0940.061.992.6945.066.791.4050.071.390.1155.075.580.8060.079.187.6365.082.586.5270.085.785.

7、4475.088.584.4080.091.283.3385.093.682.2590.095.981.1195.098.080.6697.098.880.2199.099.6180.01100.0100.02.1.2.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

8、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

9、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=2.302721.43=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=105.325 kpa 平均温度： t：t=81.82C t=93.4

10、C t=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=0.682 x=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.

11、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

12、.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=0.965920.8+（1-0.9659）21.5=20.824()(2)进料: 在110下：=17.5() =18.4() =0.965917.5+（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=0.9659 lg0.

13、305 + 0.0341 lg0.308则=0.597169()(3)进料: 在 93.4下 XF =0.4505 =0.270; =0.278lg=0.4505 lg0.270 + 0.5495 lg0.278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 t t=81.82C t=93.4C t=110C t=（t+ t）/2=(93.4+110)

14、/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（） =0.450578.11+(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