苯-甲苯分离精馏塔课程设计2.doc

目录一工艺流程图和基础数据的搜集 3二 精馏塔的物料衡算 51•原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数 … 52•原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 53•物料衡算原料处理量 5三塔板数的确定 61•理论板层数 N t的求取 62•实际板层数的求取 7四精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 71•操作压力计算 72•操作温度计算 83•平均摩尔质量计算 84•平均密度计算 85.液相平均表面张力计算 96•液相平均粘度计算 10五精馏塔的塔体工艺尺寸计算 101・精馏段塔径的计算 102・提馏段塔径的计算 113・精馏塔有效高度计算 12六 塔板主要工艺尺寸的计算 12㈠精馏段1. 溢流装置计算 122. 塔板布置 13㈡提馏段1. 溢流装置计算 142. 塔板布置 14七 筛板的流体力学验算 16㈠精馏段1. 塔板压降 162. 液面落差 173. 液沫夹带 174. 漏液 175. 液泛 17㈡提馏段1. 塔板压降 172•液面落差 183•液沫夹带 184•漏液 195.液泛 19八塔板负荷性能图 19㈠精馏段1. 漏液线 192. 液沫夹带线 203. 液相负荷下限线 204. 液相负荷上限线 215. 液泛线 21㈡提馏段1. 漏液线 222. 液沫夹带线 233. 液相负荷下限线 234. 液相负荷上限线 245. 液泛线 24九热量衡算、换热器及管道选取 261.塔顶冷凝器 262塔釜再沸器 283进料预热器 304塔顶产品冷凝器 315塔底产品冷凝器 336离心泵的选择 35十设计一览表 35十一参考文献 36附图 ...37一工艺流程图和基础数据的搜集下图是板式塔的简略图Vn-1冷凝器Vn进料Ln降液营加热水蕤汽Xj i4 • ■«I | j viI - "Tw先（乜 J，1L' m—1再沸器冷匾水L‘ m国1板式精I留塔回济罐项目分子式分子量M沸点（C）临界温度tc（C）临界压强PC（kPa）苯AC6Ho78.1180.1288.56833.4甲苯BC6H— CH92.13110.6318.574107.7表1苯和甲苯的物理性质温度°C80.1859095100105110.6I 0Pa，kPa101.33116.9155.7155.7179.2204.20240.0Pb , kPa40.046.063.363.374.386.0表2 苯和甲苯的饱和蒸汽压温度0C80.1859095100105110.6液相中苯的摩尔分率1.0000.7800.5810.4120.2580.1300汽相中苯的摩尔分率1.0000.9000.7770.6300.4560.2620表3常温下苯一甲苯气液平衡数据温度8090100110120苯，mN/m21.22018.817.516.2甲苯，Mn/m21.720.619.518.417.3表4纯组分的表面张力温度（C ）8090100110120苯,kg/ m3814805791778763表5组分的液相密度甲苯,kg/ m3809801791780768表6液体粘度聽温度（C）8090100110120苯（mPa .s）0.3080.2790.2550.2330.215甲苯（mFp .s ）0.3110.2860.2640.2540.228表7常压下苯——甲苯的气液平衡数据温度t c液相中苯的摩尔分率x气相中苯的摩尔分率y110.560.000.00109.911.002.50108.793.007.11107.615.0011.2105.0510.020.8102.7915.0「 29.4100.7520.037.298.8425.044.297.1330.050.795.5835.056.694.0940.061.992.6945.066.791.4050.071.390.1155.075.587.6365.082.586.5270.085.785.4475.088.584.4080.091.283.3385.0「 93.682.2590.095.981.1195.098.080.6697.0「 98.880.2199.099.6180.01100.0100.0图1常压下苯一一甲苯的气液平衡数据图二精馏塔的物料衡算1•原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数苯的摩尔质量 M A =78.11Kg/kmol甲苯的摩尔质量M B=92.14Kg/kmol0.40/78.11X F= =0.4400.40/78.11 0.60/92.140.97/78.11X d = =0.9740.97/78.11 0.03/92.140.02/78.11X w = =0.0240.02/78.11 +0.98/92.142. 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量M F =0.440 78.11+(1-0.440) 92.14=85.97Kg/kmolM d =0.974 78.11+(1-0.974) 92.14=78.47Kg/kmolMW =0.024 78.11+(1-0.024) 92.14=91.80Kg/kmol3. 物料衡算产品产量12000000/7200D= =19.39Kmol/h85.97总物料衡算 F=D+W苯物料衡算 F 0.440=0.974 D+0.024 W联立解得 F=44.29Kmol/h，W=24.90Kmol/h三塔板数的确定1•理论板层数Nt的求取苯-甲苯属理论物系，可采用图解法求理论板层数。

② 求最小回流比及操作回流比采用作图法求最小回流比在图中对角线上，自点 e( 0.440, 0.440 )做垂线，ef即为进料线(q线)，该线和平衡线的交点坐标为：yq =0.660 Xq =0.440故最小回流比为:yq — Xq °.66°—0.440取操作回流比为:R = 2Rmin = 2 1.43=2.86③ 求精馏塔的气、液相负荷L = R D =2.86 19.39 = 55.46Kmol/hV =(R 1) D =(2.86 1) 19.3^74.85 Kmol/hL = L + F = 55.46 + 44.29 = 99.75 Kmol/hV = V = 74.85 Kmol/h④ 求操作线方程L D 55 46 19 39精馏段操作线方程 y =上x D X二 x 0.974二0.741 x 0.252V V 74.85 74.85I提馏段操作线方程 y'二 ±x' _Wxw = "t^x' -2490 0.024 = 1.333x'_ 0.008V V 74.85 74.85⑤ 图解法求理论板层数采用图解法求理论板层数，求解结果为： 总理论板层数N T = 13包括再沸器 ，进料板位置N f = 6塔釜 T=109.5 C2.实际板层数的求取查图得：塔顶 T=81.7 9T=81.7 109.5=95.6 C2T 时 Xa = 0.35 y = 0.57相对挥发度 a=0.57 (1 一0.35)=2.460.35汉(1—0.57)塔顶和塔底平均温度下的粘度Ul八x yi= 0.44 0.26 0.56 0.29 = 0.28mPa・ s-0.245全板效率 Et =°.49(a uL) 0.545精馏段实际板层数:提馏段实际板层数:11板进料N 精 9.3 ：?100.54N 提 —14.8 15四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Pd=101.3kPa每层塔板压降巾=0.7 kPa进料板压力Pf= 101.3 0.7 10 =108.3kPa塔釜压力Pf= 101.3 0.7 2^ 118.8 kPa精馏段平均压力pm= (101.3 108.3)/2 =104.8 kPa精馏段平均压力pm-(108.3 118.8)/2 =113.6 kPa2. 操作温度计算读图知：塔顶温度TD =81.7 C 进料板温度Tf =95.0 C 塔釜温度TF =109.5 C3. 平均摩尔质量计算⑴塔顶摩尔质量计算：由 xD =力=0.974,查平衡曲线，得 x, =0.930MVDm =0.974 78.11 (1 -0.974) 92.13 = 78.47kg / kmolMLDm =0.930 78.11 (1 -0.930) 92.13 = 79.09kg/kmol⑵进料板平均摩尔质量计算由图解理论板，得 yF =0.600查平衡曲线，得 xF -0.380MVFm =0.600 78.11(1 -0.600) 92.13 = 83.72kg / kmolMLFm =0.380 78.11 (1 —0.380) 92.13 = 86.79kg /kmol(3)塔釜摩尔质量计算Xw = y2 “024 X2 =°.°04M Vwm =0.024 78.11(1 -0.024) 92.13 = 91.80kg / kmolM LwF =0.004 78.11 (1 -0.004) 92.13 = 92.08kg/kmol(3) 精馏段平均摩尔质量MVm =(78.47 83.72)/2 =81.09kg/kmolMLm =(79.09 86.79)/2 =82.94kg/kmol(4) 提馏段平均摩尔质量Mvm、(91.80 83.72)/2 = 87.76kg /kmolM Lm'= (92.08 86.79)/2 = 89.44kg / kmol4. 平均密度计算⑴气相平均密度计算由理想气体状态方程计算，即精馏段Pm MVmRTm104.8F1.098.314 (88.35 273.15)。