化工原理课程设计苯甲苯精馏塔设计最终Word格式文档下载.docx
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(1)设计方案的确定及流程说明
(2)塔的工艺计算
(3)塔和塔板主要工艺尺寸的设计
塔高、塔径以及塔板结构尺寸的确定;
塔板的流体力学验算;
塔板的负荷性能图。
(4)编制设计结果概要或设计一览表
(5)辅助设备选型与计算
(6)绘制塔设备结构图:
采用绘图纸徒手绘制
五、时间及地点安排
(1)时间:
2011.6.20~2011.7.3(第18周~第19周)
(2)地点:
明德楼A318
(1)教室
六、参考书目
[1]谭天恩•化工原理(第二版)下册•北京:
化学工业出版社,1998
[2]何潮洪,冯霄•化工原理•北京:
科学出版社,2001
[3]柴诚敬,刘国维•化工原理课程设计•天津:
天津科学技术出版社,1994
[4]贾绍义,柴敬诚•化工原理课程设计•天津:
天津大学出版社,2002
三设计计算
1.1设计方案的选定及基础数据的搜集
本设计任务为分离苯一甲苯混合物。
由于对物料没有特殊的要求,可以在常压下操作。
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人精馏塔内。
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,故操作回流比取最小回流比的1.8倍。
塔底设置再沸器采用间接蒸汽加热,塔底产品经冷却后送至储罐。
其中由于蒸馏过程的原理是多次进行部分汽化和冷凝,热效率比较低,但塔顶冷凝器放出的热量很多,但其能量品位较低,不能直接用于塔釜的热源,在本次设计中设计把其热量作为低温热源产生低压蒸汽作为原料预热器的热源之一,充分利用了能量。
塔板的类型为筛板塔精馏,筛板塔塔板上开有许多均布的筛孔,孔径一般为3~8mm,筛孔在塔板上作正三角形排列。
筛板塔也是传质过程常用的塔设备,它的主要优点有:
(1)结构比浮阀塔更简单,易于加工,造价约为泡罩塔的60%,为浮阀塔的80%左右。
(2)处理能力大,比同塔径的泡罩塔可增加10~15%。
(3)塔板效率高,比泡罩塔高15%左右。
(4)压降较低,每板压力比泡罩塔约低30%左右。
筛板塔的缺点是:
(1)塔板安装的水平度要求较高,否则气液接触不匀。
(2)操作弹性较小(约2~3)。
(3)小孔筛板容易堵塞。
下图是板式塔的简略图:
表1苯和甲苯的物理性质
项目
分子式
分子量M
沸点(℃)
临界温度tC(℃)
临界压强PC(kPa)
苯A
C6H6
78.11
80.1
288.5
6833.4
甲苯B
C6H5—CH3
92.13
110.6
318.57
4107.7
表2苯和甲苯的饱和蒸汽压
温度
85
90
95
100
105
kPa
101.33
116.9
135.5
155.7
179.2
204.2
240.0
,kPa
40.0
46.0
54.0
63.3
74.3
86.0
表3常温下苯—甲苯气液平衡数据([2]:
例1—1附表2)
液相中苯的摩尔分率
1.000
0.780
0.581
0.412
0.258
0.130
汽相中苯的摩尔分率
0.900
0.777
0.630
0.456
0.262
表4纯组分的表面张力([1]:
附录图7)
80
110
120
苯,mN/m
甲苯,Mn/m
21.2
21.7
20
20.6
18.8
19.5
17.5
18.4
16.2
17.3
表5组分的液相密度([1]:
附录图8)
温度(℃)
苯,kg/
814
805
791
778
763
甲苯,kg/
809
801
780
768
表6液体粘度µ
([1]:
)
苯(mP
.s)
0.308
0.279
0.255
0.233
0.215
甲苯(mP
0.311
0.286
0.264
0.254
0.228
表7常压下苯——甲苯的气液平衡数据
温度t
℃
x
气相中苯的摩尔分率
y
110.56
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
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
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
苯的摩尔质量
甲苯的摩尔质量
(2)原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量
(3)物料衡算
原料处理量
总物料衡算
苯物料衡算
联立解得
式中F------原料液流量
D------塔顶产品量
W------塔底产品量
3塔板数的确定
(1)理论板层数NT的求取
苯一甲苯属理想物系,可采逐板计算求理论板层数。
①求最小回流比及操作回流比。
采用恩特伍德方程求最小回流比。
解得,最小回流比
取操作回流比为
②求精馏塔的气、液相负荷
(泡点进料:
q=1)
③求操作线方程
精馏段操作线方程为
提馏段操作线方程为
(2)逐板法求理论板
又根据
可解得
=2.47
相平衡方程
解得
变形得
用精馏段操作线和相平衡方程进行逐板计算
=0.983,
=0.959
,
因为,
故精馏段理论板n=5,用提留段操作线和相平衡方程继续逐板计算
,
因为,
所以提留段理论板n=5(不包括塔釜)
(3)全塔效率的计算
查温度组成图得到,塔顶温度TD=80.94℃,塔釜温度TW=105℃,全塔平均温度Tm=92.97℃。
分别查得苯、甲苯在平均温度下的粘度
平均粘度由公式,得
全塔效率ET
(4)求实际板数
精馏段实际板层数
提馏段实际板层数
进料板在第11块板。
1.3精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算
(1)操作压力计算
塔顶操作压力P=4+101.3kPa
每层塔板压降△P=0.7kPa
进料板压力
=105.3+0.7×
10=112.2kPa
塔底操作压力
=119.3kPa
精馏段平均压力Pm1=(105.3+112.3)/2=108.8kPa
提馏段平均压力Pm2=(112.3+119.3)/2=115.8kPa
(2)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
安托尼方程计算,计算过程略。
计算结果如下:
塔顶温度
进料板温度
=85.53℃
塔底温度
=105.0℃
精馏段平均温度
=(80.9.+85.53)/2=83.24℃
提馏段平均温度
=(85.53+105.0)/2=95.27℃
(3)平均摩尔质量计算
塔顶平均摩尔质量计算
由xD=y1=0.957,代入相平衡方程得x1=0.959
进料板平均摩尔质量计算
由上面理论板的算法,得
=0.877,
=0.742
塔底平均摩尔质量计算
由xw=0.077,由相平衡方程,得yw=0.171
精馏段平均摩尔质量
提馏段平均摩尔质量
(4)平均密度计算
①气相平均密度计算
由理想气体状态方程计算,精馏段的平均气相密度即
提馏段的平均气相密度
②液相平均密度计算
液相平均密度依下式计算,即
塔顶液相平均密度的计算
由tD=80.94℃,查手册得
塔顶液相的质量分率
进料板液相平均密度的计算
由tF=85.53℃,查手册得
进料板液相的质量分率
塔底液相平均密度的计算
由tw=105.0℃,查手
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