化工原理 课 程 设 计题目： 苯-甲苯二元物系筛板式精馏塔的设计 化工原理课程设计任务书 一 设计题目：苯-甲苯连续筛板式精馏塔的设计二 任务要求 设计一连续筛板精馏塔以别离苯和甲苯，具体工艺参数如下：原料加料量 F100kmol/h进料组成 xF0.462馏出液组成 xD0.932釜液组成 xw0.032塔顶压力 p100kpa单板压降 0.7 kPa2 工艺操作条件：常压精馏，塔顶全凝器，塔底间接加热，泡点进料，泡点回流。 三 主要设计内容 1、设计方案的选择及流程说明2、工艺计算3、主要设备工艺尺寸设计 1塔径及 精或提 馏段塔板结构尺寸确实定 2塔板的流体力学校核 3塔板的负荷性能图 4总塔高4、辅助设备选型与计算5、设计结果汇总6、工艺流程图及精馏塔设备条件图目录摘要化工生产常需要进行液体混合物的别离以到达提纯或回收有用组分的目的，精馏是利用液体混合物中各组分挥发度的不同并借助于屡次局部汽化和局部冷凝到达轻重组分别离的方法。精馏操作在化工、石油化工、轻工等工业生产中中占有重要的地位。为此，掌握气液相平衡关系，熟悉各种塔型的操作特性，对选择、设计和分析别离过程中的各种参数是非常重要的。塔设备是化工、炼油生产中最重要的设备类型之一。本次设计的筛板塔是化工生产中主要的气液传质设备。此设计针对二元物系的精馏问题进行分析、选取、计算、核算、绘图等，是较完整的精馏设计过程，该设计方法被工程技术人员广泛的采用。精馏设计包括设计方案的选取，主要设备的工艺设计计算物料衡算、热量衡算、工艺参数的选定、设备的结构设计和工艺尺寸的设计计算，辅助设备的选型，工艺流程图，主要设备的工艺条件图等内容。通过对精馏塔的运算，可以得出精馏塔的各种设计如塔的工艺流程、生产操作条件及物性参数是合理的，换热器和泵及各种接管尺寸是合理的，以保证精馏过程的顺利进行并使效率尽可能的提高。关键词：苯、甲苯、精馏段、提馏段、筛板塔。 第一章 绪论1.1设计方案苯和甲苯的混合液是使用机泵经原料预热器加热后，送入精馏塔。塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝后，冷凝液局部利用重力泡点回流；局部连续采出经冷却器冷却后送至产品罐。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送入贮槽。具体连续精馏流程参见下列图图1-2-1：全凝器 回流 出料 乙胺二乙胺溶液 塔釜全塔物料衡算 1.2 设计板数确实定筛板塔的设计画筛板负荷性能图热量衡算附属设备及主要附件的设计1.3 选塔依据 筛板塔是现今应用最广泛的一种塔型，设计比拟成熟，具体优点如下：1) 结构简单、金属耗量少、造价低廉.2) 气体压降小、板上液面落差也较小.3) 塔板效率较高.改良的大孔筛板能提高气速和生产能力，且不易堵塞塞孔.第二章 精馏塔的工艺设计2.1 精馏塔的物料衡算原料液及塔顶塔底产品的摩尔分率：进料组成：=0.45+0.001(20-8)=0.462溜出液组成：=0.92+0.001(20-8)=0.932釜液组成：=0.02+0.001(20-8)=0.032进料量F=100kmol/h总物料衡算： 即：易挥发组分物料衡算： 即：联立解得：D=47.78kmol/h，W=52.22kmol/h2.1.2原料液及塔顶塔底产品的平均摩尔质量：苯的摩尔质量：kg/mol 甲苯的摩尔质量：kg/mol=O.46278.11+(1-0.462)92.14=85.66kg/mol=0.93278.11+(1-0.932)92.14=79.06kg/mol=0.03278.11+(1-0.032)92.14=91.69kg/mol2.2物性参数的计算2.2.1操作温度的计算由苯-甲苯的气液平衡关系表2-1知：101.3kPa) 表2-1温度 t/ 苯的摩尔分数温度t/苯的摩尔分数液相x/气相y/液相x/气相y/110.4 0.0 0.0 90.0 58.4 77.8 106.0 10.8 23.2 86.0 73.8 87.6 102.0 21.0 39.9 84.082.4 92.1 98.0 32.2 54.3 82.0 91.5 96.4 94.0 44.6 66.8 81.0 96.3 98.5 92.0 51.2 72.5 80.2 100.0 100.0 下面用内插法分别求塔顶，进料，塔釜的温度，分别用，表示：对于塔顶：=0.93，由气液平衡关系表用内插法求，即：塔顶温度：= 解得：=81.65进料温度：= 解得：=93.52塔底温度：= 解得：=109.10精馏段平均温度：t=87.585提溜段平均温度：t=101.312.2.2 相对挥发度的计算苯甲苯的饱和蒸汽压可用安托因方程求解，即：Lg=A- 式中：t：物系温度，单位： .：饱和蒸汽压，A,B,C,Antoine常数，见如下表2-2 表2-2组分ABC苯(A)6.0231206.35220.24甲苯(B)6.0781342.94219.58 即：苯-甲苯的安托因方程分别为：对于塔顶：=81.65，那么 =6.023- =106.42Kpa =6.078- =41.35Kpa=2.574同理，塔底：=109.10 那么 =6.023- =229.12Kpa =6.078- =97.52Kpa 解得：p=229.308kPa, p=97.230kPa=2.349相对挥发度为：=2.459从而得到相平衡方程:y= 泡点进料：q=1，X=X=0.462，代入相平衡方程，得y=0.68最小回流比为：R=1.16R=1.12.0R，取R=1.8R=1.81.16=2.092.3 精馏塔汽液相负荷精馏段：L=RD= 2.0947.78=99.86kmol/h V=(R+1)D=(2.09+1)47.78=147.64kmol/h提馏段：=L+qF=99.86+1100=199.86kmol/h kmol/h2.4 操作线方程确实定精馏段操作线方程确实定：= 提馏段操作线方程确实定 联立以上两式得：，2.5精馏塔理论塔板数的计算对于苯-甲苯物系，我采用了相平衡方程与操作线方程式逐板计算法求理论板数：精馏段操作线方程： 1提溜段操作线方程： 2平衡线方程： 3由于是全凝器： 从第一块塔板下降的液体组成由式3求得：第二块板上升的气相组成用式1求得：第二块板下降的液相组成由3式求得：用此法依次计算得:， ， ， 因为,所以第6块板上升的气相组成由提馏段操作线方程(2)求得:以此计算得：， ， ， ， ， 根据以上求解结果可得：总理论板数为 ，第6块板为进料板，精馏段理论板数为5块，提馏段理论板数为6块。2.6 板效率的计算对于进料：=93.52 得：又 精馏段平均相对挥发度： 提馏段平均相对挥发度：由液体平均粘度公式： 可求得不同温度下苯和甲苯的粘度对于苯(A)，其中， 即：当时， 当时， 对于甲苯(B)，其中， 即：当时， 当时 又精馏段的液相组成：提馏段的液相组成：精馏段平均液相粘度：提馏段的平均液相粘度:精馏段的板效率：提馏段的板效率：2.7实际板数的计算及全塔效率的计算其中第11块为加料版。全塔效率：第三章 板式塔主要工艺尺寸的设计计算 3.1 塔的工艺条件及物性的数据计算3.1.1 操作压力的计算塔顶操作压力 假设每层塔板压降 进料板压力 精馏段平均压力 塔釜压力 进料板压力 提馏段平均压力 3.1.2操作温度计算=81.65 t=93.52 t=109.10精馏段平均温度 提馏段平均温度 3.1.3平均摩尔质量的计算塔顶平均摩尔质量的计算 由,。可知：进料板平均摩尔质量计算 由，塔釜平均摩尔质量的计算 由，精馏段平均摩尔质量的计算提馏段平均摩尔质量的计算3.1.4平均密度气相平均密度计算 由理想气体状态方程计算,即 精馏段 提馏段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 ，得： 质量分率为 那么 进料板液相平均密度的计算 ，得： 质量分率为 那么 塔底液相平均密度的计算 ，得： 质量分率为 那么 精馏段平均液相密度：提馏段平均液相密度：3.1.5液体平均外表张力液相平均外表张力依下式