苯乙苯连续精馏塔的设计.docx

1、苯乙苯连续精馏塔的设计课程设计说明书学 院： 生态与资源工程学院 专业班级： 2012级化学工程与工艺(1)班 课程名称： 化工原理课程设计 题 目： 苯-乙苯连续精馏塔的设计 学生姓名：蔡 学号： 指导老师： 杨自涛 2015年6一、设计说明书 32.1塔设备在化工生产中的作用和地位 42.2筛板塔的结构特点及应用场合 42.3主要物性数据 4三、精馏塔的物料衡算 53.1进料组成 53.2全塔的物料衡算 53.3相对挥发度和回流比的确定 53.4塔板数的计算 73.4.1理论塔板数的计算 73.4.2实际塔板数的计算 8四、精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 84.1平均压力PM 84.

2、2平均温度tm 94.3平均分子量 94.4平均密度 104.5液体的平均表面张力 104.6液体平均粘度 11五、汽液负荷计算 11六、精馏塔的塔体工艺尺寸计算 116.1塔径 116.2溢流装置 136.3弓形降液管宽度Wd和截面Af 146.4降液管底隙高度 156.5塔高 15七、塔板的流体力学验 167.1降液管液泛 167.2降液管内停留时间 177.3液沫夹带 177.4漏液 17八、塔板负荷性能图 188.1液沫夹带线 188.2液泛线（气相负荷上限线） 188.3液相负荷上限线 198.4漏液线（气相负荷下限线） 198.5液相负荷下限线 208.6操作线与操作弹性 20九、

3、设计评述 21十、参考文献 21一、设计说明书（一）、设计题目苯-乙苯连续精馏塔的设计（二）、设计要求进精馏塔的料液含乙苯40%（质量分数，下同），其余为苯；塔顶的乙苯含量不得高于2%；残液中乙苯含量不得低于98%。生产能力为年产4.6万吨、98%的乙苯产品。（三）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.加热蒸气压：0.5MPa（表压）5.单板压降 0.7kPa。（四）塔板类型 ： 筛板塔（五）工作日每年工作日为300天，每天24小时连续运行。（六）、设计内容1、设计说明书的内容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

4、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；6)塔板的流体力学验算；7)塔板负荷性能图；8)精馏塔接管尺寸计算；9)对设计过程的评述和有关问题的讨论。2、设计图纸要求：1)绘制生产工艺流程图；2)绘制精馏塔装配图。二、前言2.1塔设备在化工生产中的作用和地位塔设备是化工、石油化工、精细化工、医药。食品和环保等行业普遍使用的气液传质设备，主要应用与蒸馏、吸收、解吸、萃取、洗涤、闪蒸、增湿、减湿、干燥等单元操作。2.2筛板塔的结构特点及应用场合筛板塔其塔板上开有许多均匀的小孔。根据孔径的大小，分为小孔径筛板（孔径为3-8mm）和大孔径筛板（孔径为10-25mm）两类。工业应用以小

5、孔径筛板为主，大孔径筛板多用于某些特殊的场合（如分离粘度大、易结焦的物系）。筛板的优点是结构简单，易于加工，造价低，约为泡罩塔的60%，浮阀塔的80%；板上液面落差小，气体压降低，生产能力较大，比同直径泡罩塔增加20%-40%；气体分散均匀，传质效率较高；安装容易清理检修方便。其缺点是筛板易堵塞，不宜处理易结焦、粘度大的物料，且筛板塔的设计和操作不当，易产生漏液，使操作弹性减小，传质效率下降2.3主要物性数据1.苯、乙苯的物理性质项目分子式分子量沸点临界温度临界压力Pa苯AC6H678.1180.1288.56833.4乙苯BC8H10106.16136.2348.574307.72.苯、乙苯

6、在某些温度下的表面张力t/20406080100120140苯（mN/m）28.826.2523.7421.2718.8516.4914.17乙苯（mN/m）29.327.1425.0122.9220.8518.8116.813.苯、乙苯在某些温度下的液相密度t/20406080100120140苯（/m）877.4857.3837.6815.0792.5768.9744.1乙苯（/m）867.7849.8931.8913.6795.2776.2756.74.苯、乙苯在某些温度下的粘度t/020406080100120140苯（mPas）0.7420.6380.4850.3810.3080.2

7、550.2150.184乙苯（mPas）0.8740.6660.5250.4260.3540.3000.2590.2265.不同塔径的板间距塔径D/m0.3-0.50.5-0.80.8-1.61.6-2.42.4-4.0板间距HT/200-300250-350300-450350-600400-600三、精馏塔的物料衡算原料液流率为F，塔顶产品流率为D,塔底产品流率为W，对精馏塔做全塔物料衡算。有：F=D+W FxF=DxD+Wxw苯的摩尔质量：MA=78.11Kg/Kmol,乙苯的摩尔质量：MB=106.16Kg/Kmol。原料液及塔顶，塔底产品的平均摩尔质量MF=（1-40%）78.11+

8、40%106.16=89.33Kg/KmolMD=(1-2%)78.11+2%106.16=78.67Kg/KmolMW(1-98%)78,11+98%106.16=105.6Kg/Kmol3.1进料组成原料、塔顶、产品中的苯的摩尔分数xF=(0.6/78.11)/ (0.6/78.11)+(0.4/106.16) =0.671xD=(0.98/78.11)/ (0.98/78.11)+(0.02/106.16) =0.985xw=(0.02/78.11)/ (0.02/78.11)+(0.96/106.16) =0.0273.2全塔的物料衡算产物的产量：W=(4.6107)/(3002410

9、5.6)=60.50Kmol/h求得F=60.50(0.985-0.027)/(0.985-0.671)=184.58 Kmol/h D=F-W=184.58-60.50=124.08 Kmol/h3.3相对挥发度和回流比的确定饱和液体（泡点）进料，q=1，Xe=XF=0.671T/808896104112120128136x1.0000.7430.5420.3850.2590.1570.0720.000y1.0000.9400.8650.7620.6310.4650.2570.000塔顶的温度：（示差法）=(0.940-0.985)/(0.985-1)解得：T=82进料板温度：=(0.542

10、-0.671)/(0.671-0.743) 解得：T=90.87塔釜的温度：=(0-0.027)/(0.027-0.072)解得：T=133由t-x-y曲线可知：tD=83、tW=129.5、tF=90.5全塔的平均温度t=( tD+tw+tF)/3=（83+129.5+90.5）/3=101有由上表数据作图得x-y曲线及t-x(y)曲线，在x-y图上，因q=1，查得ye=0.910,而xe=xF=0.671，xD=0.985,故有Rm=(0.985-0.910)/(0.910-0.671)=0.31因为二元物系平衡方程为y=,已知该方程过（0.671，0.910）解得=5.0考虑到精馏段操作

11、线离平衡线较近，理论最小回流比较小，故取操作回流比为最小回流比的2倍，即R=2Rm=20.31=0.623.4塔板数的计算3.4.1理论塔板数的计算精馏段操作线为y= +=0.38x+0.61提馏段操作线为过（0.671 ，0.865）和（0.027,0.027）两点的直线。提馏段操作线为y=1.3x-0.0081平衡曲线为y=采用逐板计算法理论塔板数，步骤如下：精馏段 y1=xD=0.985 x1=0.929 y2=0.38x+0.61=0.380.929+0.62=0.973 x2=0.878 y3=0.944 x3=0.771 y4=0.903 x4=0.651xF=0.671所以精馏段

12、需要3块理论板，加料板为第4块理论板。提馏段 y5=1.3x-0.0081=1.30.651-0.0081=0.8382 x5=0.5089 y6=0.6535 x6=0.2739 y7=0.3480 x7=0.0964 y8=0.1172 x8=0.0259xW=0.027 所以提馏段需要4块因此，精馏塔的理论塔板数为NT=8-1=7层，进料板位置为第4块板。 3.4.2实际塔板数的计算塔板效率是气、液两相的传质速率、混合和流动状况，以及板间反混（液沫夹带、气泡夹带和漏液所致）的综合结果。板效率为设计的重要数据。QConne11对几十个工业塔及实验塔板效率进行综合归纳，认为蒸馏塔可用相对挥发

13、度与液相粘度的乘积作为参数来关联全塔效率，其经验式为：ET=0.49(L) -0.245由示差法得在塔顶、进料、塔底温度下的粘度如下表8290.1133苯（mPas）0.3030.2810.195乙苯（mPas）0.4390.3270.238顶=0.303xD+0.349(1-xD)=0.304mPas底=0.195xW+0.238(1-xW)=0.237进料=0.281xF+0.327(1-xF)=0.296=（顶+底+进料）/3=0.279全塔效率ET=0.49（5.00.279）-0.245=0.452精馏段Np1= =7提馏段Np1=4/0.4529总塔板数NP=NP1+NP2=16块，实际加料板位置在第8块。四、精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算4.1平均压力PM取每层塔板压降为0.7KPa塔顶压力PD=P0+P表=101.3+4=105.3Kpa加料板压力PF=PD+NP10.7=105.3+70.7=110.2KPa塔底压力PW=PF+NP20.7=110.2+90.7=116.5KPa精馏段平均压力PM1=(105.3+110.2)/2=107.75KPa提馏段平均压力PM2=(116.5+110.2)/2=113.35KPa全塔平均操作压力PM=(105.3+116.5)/2=110.9KPa4.2平均温度tm