乙苯-苯乙烯组分化学工程课程设计

荆楚理工学院课程设计成果 学院:_ 班 级: 学生姓名: 学 号: 设计地点（单位）_ _设计题目:_乙苯-苯乙烯分离设备_ 完成日期： 2013 年 11月1 日 指导教师评语: _ _ _ _ 成绩(五级记分制):_ _ _ 教师签名:_ _ 目 录1. 流程和工艺条件的确定和说明52. 操作条件和基础数据52.1. 操作条件52.2. 基础数据53. 精馏塔的物料衡算53.1. 原料液及塔顶、塔顶产品的摩尔分率53.2. 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量63.3. 物料衡算64. 塔板数的确定64.1. 理论塔板层数NT的求取64.1.1. 绘 x-y图74.1.2.最小回流比及操作回流比的确定74.1.3. 求操作线方程74.1.4. 求理论板层数84.2. 实际塔板数的求取95. 精馏塔的工艺条件及有关物性的计算95.1. 操作压力计算95.2. 操作温度计算105.3. 平均摩尔质量计算115.4.平均密度计算115.4.1. 气相平均密度计算115.4.2. 液相平均密度计算115.5. 液体平均表面张力计算125.6.液体平均黏度计算125.7. 全塔效率计算135.7.1. 全塔平均相对挥发度计算135.7.2. 全塔效率的计算146. 精馏塔的塔体工艺尺寸计算146.1. 塔径的计算146.2. 精馏塔有效高度的计算157. 塔板主要工艺尺寸的计算157.1. 溢流装置计算157.1.1. 堰长lW157.1.2. 溢流堰高度hW157.1.3. 弓形降液管宽度Wd和截面积Af167.1.4. 降液管底隙高度h0167.2. 塔板布置167.2.1. 塔板分布177.2.2. 边缘区宽度确定177.2.3. 开孔区面积计算177.2.4. 筛孔计算及其排列178. 筛板的流体力学验算178.1. 塔板压降178.1.1. 干板阻力hc计算178.1.2. 气体通过液层的阻力h1计算188.1.3. 液体表面张力的阻力h计算188.2. 液面落差188.3. 液沫夹带198.4. 漏液198.5. 液泛209. 塔板负荷性能图209.1. 漏液线209.2. 液沫夹带线219.3. 液相负荷下限线219.4.液相负荷上限线229.5.液泛线2210. 主要工艺接管尺寸的计算和选取2410.1. 塔顶蒸气出口管的直径dV2410.2. 回流管的直径dR2410.3. 进料管的直径dF2410.4. 塔底出料管的直径dW2411. 主要符号参考表2512.参考文献2613. 附图（主体设备设计条件图）26 1.1 设计方案的选定及基础数据的搜集 26 1. 流程和工艺条件的确定和说明本设计任务为分离乙苯苯乙烯混合物。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入精馏塔内。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，其余部分经产品冷凝冷却后送至储罐。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2倍。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。2. 操作条件和基础数据2.1. 操作条件塔顶压力 4kPa进料热状态 泡点进料 回流比 2倍 塔底加热蒸气压力 0.5Mpa（表压） 单板压降 0.7kPa。2.2. 基础数据进料中苯含量（质量分数） 40%塔顶苯含量（质量分数） >98%塔釜苯含量（质量分数） < 2%生产能力（万吨/年） 4.83. 精馏塔的物料衡算3.1. 原料液及塔顶、塔顶产品的摩尔分率乙苯的摩尔质量 苯乙烯的摩尔质量 3.2. 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量3.3. 物料衡算生产能力 总物料衡算 苯物料衡算 联立解得 4. 塔板数的确定4.1. 理论塔板层数NT的求取4.1.1. 绘x-y图通过查设计手册，得此环境下相对挥发度所以相平衡方程为，即，求得数据描点作图，得x-y图。4.1.2.最小回流比及操作回流比的确定采用作图法求最小回流比。因为是泡点进料，则xF =xq，在图二中对角线上，自点（0.395，0.395）作垂线即为进料线（q线），该线与平衡线的交点坐标为故最小回流比为则操作回流比为4.1.3. 求操作线方程精馏段操作线方程为 提馏段操作线方程为 联立两操作方程，解得交点坐标为 三、塔板数的确定（一）理论塔板数的求取采用图解法求理论板层数，如图所示。求解结果为总理论塔板数 NT=48（包括再沸器）进料板位置 NF=27（二）精馏塔实际塔板数。 用适宜回流比在计算机上通过逐板计算，得到全塔理论塔板数以及精馏段和提馏段各自的理论塔板数。然后根据全塔效率求得全塔、精馏段、提馏段的实际塔板数，确定加料板的位置。塔板效率确定利用公式： 以下求得 同理可求得提馏段 =0.6610精馏段实际板层数 N精=26/0.6608=40块提馏段实际板层数 N提=21.8/0.6610=33块实际总板数N=73块全塔总效率实际进料板位置 Nm=NR+1=415. 精馏塔的工艺条件及有关物性的计算5.1. 操作压力计算塔顶操作压力 每层塔板压降 P=0.70 进料板压力 PF=105.3+0.70×40=133.3kPa精馏段平均压力 Pm=(105.3+133.3) / 2=119.3塔底段操作压力 得提馏段平均压力5.2. 操作温度计算 安托因方程 ，所以查表得乙苯 的A=6.08208，B=1424.25，C=213.206 已知 ，所以塔顶所以塔顶温度，同理进料板温度塔底温度 精馏段平均温度 提馏段平均温度 1） 塔顶平均摩尔质量计算由，逐板计算得 故 0.9804×106.16+（1-0.9804）×104.150.9765×106.16+（1-0.9765）×104.152）进料板平均摩尔质量计算由逐板计算解理论板，得 0.4363×106.16+（1-0.4363）×104.15 0.385×106.16+（1-0.385）×104.153）塔底平均摩尔质量计算 4）精馏段平均摩尔质量（105.03+106.11）/2（106.11+104.92）/25） 提馏段平均摩尔质量 5.4.平均密度计算5.4.1. 气相平均密度计算由理想气体状态方程计算，即精馏段理想气体密度：提馏段理想气体密度：5.4.2. 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有，查手册2得A=758 .528kg/m3 B=792.27 kg/m3 进料板液相平均密度计算有，查手册2得A=754.75 kg/m3 B=788.44kg/m3 进料板液相的质量分率精馏段液相平均密度为同理可得提馏段平均密度为5.5. 液体平均表面张力计算液相平均表面张力依下式计算，即塔顶液相平均表面张力的计算有，查手册2得A=16.47 ， B=29.18 。进料板液相平均表面张力的计算有，查手册2得A = 16.12 B = 29.08 精馏段液相平均表面张力为同理可得提馏段平均表面张力为 5.6.液体平均黏度计算液相平均粘度依下式计算，即塔顶液相平均粘度的计算由，查手册2得 解出进料板液相平均粘度的计算由，查手册2得 解出 精馏段液相平均粘度为同理可得提馏段液相平均粘度5.7. 全塔效率计算5.7.2. 全塔平均相对挥发度计算相对挥发度依下式计算，即 （理想溶液）查表计算求得精馏段相对挥发度为同理可得提馏段相对挥发度为5.7.3. 全塔效率的计算塔板效率：运用公式 精馏段：提馏段：精馏段实际板层数 N精=26/0.6608=40块提馏段实际板层数 N提=21.8/0.6610=33块实际总板数N=73块全塔总效率实际进料板位置 Nm=NR+1=416. 塔体工艺尺寸计算6.1. 塔径的计算精馏塔气、液相负荷的确定 精馏段的气、液相体积流率为 由 umax=式中C=0.2，查手册史密斯关联图4其中横坐标为 取板间距HT=0.6 m，板上液层高度hL=0.07m,则HT-hL=0.6-0.07=0.53m查史密斯关联图可得 C20=0.071C=0.2=0.071×=0.073取安全系数为0.7，则空塔气速为u= 0.7umax=0.70×1.05=0.738m/s按标准塔径圆整后为 D=2.5m塔截面积为实际空塔气速为 同理求得提馏段塔径为：=1.71m圆整后的=2.5m塔截面积为实际空塔气速为 6.2. 精馏塔有效高度的计算