苯—甲苯精馏塔设计_化工原理毕业论文书

化工原理课程设计书

苯—甲苯精馏塔设计

目 录

（一） 化工原理设计任务书 .......................................................... 3 （二） 概述 ...................................................................................... 4 一、 精馏基本原理 ................................................................... 4 二、 设计方案的确定 ................................................................... 4 （三） 塔工艺计算 .......................................................................... 4 一、 精馏塔物料衡算 ............................................................... 5 二、 塔板数确定 ....................................................................... 5 三、 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算................... 7 四、 精馏塔的塔体工艺尺寸设计 ......................................... 11 五、 塔板主要工艺尺寸计算 ................................................. 12 六、 筛板的流体力学验算 ..................................................... 14 七、 塔板负荷性能图 ............................................................. 17 八、 设计结果一览表 .............................................................. 23 （四） 辅助设备的设定 ................................................................ 24 （五） 设计评述心得 .................................................................... 25 （六） 参考书目及附表 ................................................................ 26

（一） 化工原理设计任务书

一、设计名称：

苯-甲苯精馏塔设计 二、设计条件：

在常压连续精馏塔中精馏分离含苯35%（质量%，下同）的苯-甲苯混合液，要求塔顶流出液中苯的回收率为97%，塔底釜残液中含苯不高于2%。

处理量： 17500 ta，

料液组成（苯质量分数）： 35%， 塔顶产品组成（质量分数）： 97%， 塔顶易挥发组分回收率： 99%， 每年实际生产时间： 300天 三、设计任务

完成精馏塔的工艺设计，有关附属设备的设计和选型，绘制精馏塔系统工艺流程图和精馏塔装配图，编写设计说明书。

四、基础数据或其他操作条件所需数据自己查阅资料或根据资料确定 五、设计说明书内容

1 目录

2 概述（设计方案的确定和流程说明、精馏基本原理等）

3. 塔的物料恒算、塔板数的确定、塔的工艺条件及有关物性数据的计算； 4. 塔和塔板的主要工艺尺寸的设计：

（1） 塔体工艺尺寸的计算； （2） 塔板主要工艺尺寸的计算； （3） 塔板的流体力学验算； （4） 塔板负荷性能图。 5. 设计结果概要或设计一览表

6. 辅助设备的选型——对再沸器进行设计，对预热器进行选型 7. 参考文献

8. 对本设计的评述或有关问题的分析讨论。

（二） 概述

一、 精馏基本原理

精馏操作就是利用液体混合物在一定压力下各组分挥发度不同的性质，在塔内经过多次部分汽化与多次部分冷凝，使各组分得以完全分离的过程。 二、 设计方案的确定

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2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。

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。

（三） 塔工艺计算

一、 精馏塔物料衡算

1．原料液及塔顶产品的摩尔分率 苯的摩尔质量 甲苯的摩尔质量

0.35/78.11xF??0.388 0.35/78.11?0.65/92.130.9778.11?0.974

0.9778.11?0.0392.13xD?2. 原料液及塔顶产品的平均摩尔质量

MF?0.388?78.11?0.612?92.13?86.568kgkmol MD?0.974?78.11?0.026?92.13?78.475kgkmol 3. 由物料衡算计算塔底产品的摩尔分率及平均摩尔质量

17500?103kmol/h?28.08kmolh 原料处理量F?300?24?86.568总物料衡算 28.08=D＋W

苯塔顶回收率 (D×0.974)(F×0.388)=0.99 联立解得 D＝11.07 kmol=5 0.283，y'2L'W?'xm?'xw?1.36x1'?0.00238?0.382 VV根据相平衡和操作线方程依次计算得：

0.201； 0.270， 0.130； 0.175， 0.079；

0.105， 0.045； 0.0594， 0.0249； 0.0315， 0.0130； 0.0153， 0.00625<0.00663

所以提馏段板数为7，总理论塔板数为12，进料板为第6块板。 取全塔板效率为0.5，可得实际板数为24，进料板为第11块板。 二、 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=101.33+4=105.33 kPa 每层塔板压降 △P＝0.7 kPa

塔底操作压力=105.33+0.724=122.13 kPa 进料板操作压力=105.33+0.711=113.03 kPa

精馏段平均压力 P m ＝（105.33+113.03）2＝109.18 kPa 提馏段平均压力P m =（113.033+122.13）2 =117.58 kPa 2. 操作温度计算 依据操作压力，由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＝82.65℃，进料板温度＝98.85℃ ，塔底温度=117.03℃ 精馏段平均温度=（ 82.65＋98.85）2 = 90.75℃ 提馏段平均温度=（98.85+117.03）2 =107.94℃ 3.平均摩尔质量

塔顶平均摩尔质量计算 由= 0.974， 0.938

ML,Dm?0.938?78.11?(1?0.938)?92.13?78.98kgkmolMV,Dm?0.974?78.11?(1?0.974)?92.13?78.47kgkmol 进料板平均摩尔质量计算

由上面理论板的算法，得＝0.610，＝0.388

MV,F,m?0.610?78.11?(1?0.610)?92.13?83.58kgkmolML,Fm?0.388?78.11?(1?0.388)?92.13?86.69kgkmol 塔底平均摩尔质量计算 由xw=0.00663, yw=0.0162

MV,Wm?0.0162?78.11?(1?0.0162)?92.13?91.90kgkmolML,wm?0.00663?78.11?(1?0.00663)?92.13?92.03kgkmol 精馏段平均摩尔质量

78.47?83.58MV,m?kgkmol?81.16kgkmol278.98?86.69ML,m?kgkmol?82.83kgkmol

2提馏段平均摩尔质量

83.58?91.90MV,m?kgkmol?87.74kgkmol292.03?86.69ML,m?kgkmol?89.36kgkmol

24. 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

?v,m?PmMv,mRTmPmMv,mRTm?107.43?81.16?2.95kgm3

8.314?(273.15?90.75)提馏段的平均气相密度

?'v,m??111.63?87.74?3.12kgm3

8.314?(273.15?107.94)2）液相平均密度计算

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