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1、分离苯和甲苯混合液的常压筛板精馏塔设计书一 绪论精馏是一种利用回流是液体混合物得到高纯度分离的蒸馏方法，是工业上应用最广的液体混合物分离单元操作，广泛应用于石油、化工、轻工、食品、冶金等领域。精馏过程在能量剂驱动下，使气液两相多次直接接触和分离，利用液相混合物中各组分的挥发度的不同，使易挥发组分由液相向气相转移，难挥发组分由气相向液相转移，实现原料混合液中各组分的分离。根据生产上的不同要求，精馏操作可以是连续的或间歇的，按操作压力还可分为常压、加压和减压蒸馏，有些特殊的物系还可采用衡沸精馏或萃取精馏等特殊方法进行分离。 典型的精馏设备是连续精馏装置，包括精馏塔、塔底再沸器、塔顶全凝器/冷凝器。
2、 本设计采用筛板板式精馏塔完成指定分离任务，设计书中包括物料衡算和能量横算；以及塔板数的确定，塔板工艺尺寸的确定，再沸器、全凝器的选型等容。本设计按以下几个阶段进行：(1)设计方案确定和说明。根据给定任务，对精馏装置的流程、操作条件、主要设备型式及其材质的选取等进行论述。(2)蒸馏塔的工艺计算，确定塔高和塔径。(3)塔板设计：计算塔板各主要工艺尺寸，进行流体力学校核计算。接管尺寸、泵等，并画出塔的操作性能图。(4)管路及附属设备的计算与选型，如再沸器、冷凝器。(5)绘制精馏塔的设备图。二设计方案的确定设计题目：分离苯甲苯混合液的常压筛板精馏塔1.原始数据：生产能力：处理量为8000kg/h原料
3、：苯含量为40%（mol,下同）的液体进料方式：泡点进料分离要求：塔顶馏出液苯含量为95%塔底釜液甲苯含量为98%操作要求：取回流比为 倍的最小回流比，总板效率为0.82.装置流程的确定装置流程包括精馏塔，原料预热器，再沸器，冷凝器，釜液冷却器和产品冷却器等设备。蒸馏在塔的多次部分气化与多次部分冷凝实现分离，热量自塔釜输出，由冷凝器和冷却器中的冷却介质将余热带走。次设计中采用的是用泵输送原料。塔顶冷凝器采用是全凝器，以便于准确的控制回流比。3.操作压力的选择精馏操作经常可在常压、加压和减压下进行。确定操作压力时，必须根据所处理物料的性质，兼顾技术上的可行性和经济上的合理性进行考虑。根据苯和甲苯
4、的物料特性，此设计采用常压操作。4.进料热状况的选择进料状态和塔板数、塔径、回流量及塔的预热负荷都有密切的联系。在实际生产中进料状态有多种，但一般都将料液预热到泡点或接近泡点才送入塔中，这主要是由于此时塔的操作比较容易控制，不致受季节气温的影响。此外，在泡点进料时，精馏段与提馏段的塔径相同，为设计和制造上提供了方便。此设计采用泡点进料。5加热方式的选择精馏釜的加热方式通常采用间接蒸汽加热，设置再沸器。由于饱和水蒸气温度与压力互为单值函数关系，其温度科通过压力调节。同时，饱和水蒸气的冷凝替热较大，价格较低廉，因此通常用饱和水蒸气作为加热剂，在苯设计中采用的就是饱和水蒸气加热。6回流比的选择回流比
5、是精馏操作的重要工艺条件，其选择原则是使设备费和操作费之和最低。在本设计中采用最小回流比的2倍作为才做回流比。三精馏塔全物料衡算F：进料量（kmol/s） xF：原料组成（摩尔分数，下同）D：塔顶产品流量（kmol/s） xD：塔顶组成W：塔底残液流量（kmol/s） xW：塔底组成笨的摩尔质量：MA=78kg/kmol甲苯的摩尔质量：MB=92kg/kmol由已知条件：xf=0.4 xD=0.95 xW=1-0.98=0.02进料量：F=8000kg/h=8000/3600(0.4*78+0.6*92)=0.0257kmol/s物料衡算式：F=D+W FxF=DxD+WxW四、精馏塔的工艺条
6、件及有关物性数据的计算附：苯甲苯气液平衡组成与温度的关系（101.3Pa）苯/%（摩尔分数）温度/液相气相0.00.0110.68.821.2106.120.037.0102.230.050.098.639.761.895.248.971.092.159.278.989.470.085.386.880.391.484.490.395.782.395.097.981.2100.0100.080.21. 温度利用表中数据用插法计算时间tF、tD、tDtF：（95.2-92.1）/（39.7-48.9）=（tF-95.2）/（40-39.7）tF=95.10tD：tD=81.2tW：（106.1-1
7、10.6）/（8.8-0）=（tW-110.6）/（2-0）tW=109.58所以精馏段平均温度:t1=（tF+tD）/2=（95.10+81.2）/2=88.15提馏平均温度： t2=(tF+tW)/2=（95.10+109.58）/ 2=102.341 密度已知：混合液密度：1/PL=aa/PA+ab/PB混合气密度：Pv=（T0PM）/22.4TP0式中：PL、Pv表示混合液、混合气的密度；PA、PB表示A、B纯组成的密度；aa、ab表示A、B纯组成的质量分数；T0、P0表示237.15k和101.3kPa；P、T代表操作压力和温度；M表示平均相对分子质量。aAF=(0.4*78)/0.
8、4*78+(1-0.4)*92=0.3611aAD=(0.95*78)/0.95*78+(1-0.95)*92=0.941aAW=(0.02*78)/0.02*78+(1-0.02)*92=0.01701 求在各点温度处相应的气相组成如下：塔顶温度：tD=81.2 气相组成：yD=97.9%进料温度：tF=95.10气相组成：yF（用插法计算）（92.1-95.2）/（71.0-61.8）=（95.1-95.2）/（100yF-61.8）解得：yF=62.10塔底温度：tW=109.58气相组成：yW（用插法计算）（106.1-110.6）/（21.2-0）=（109.58-110.6）/（1
9、00yW-0）解得：yW=4.8% 塔顶、进料板、塔底处的液相、气相平均摩尔质量的计算：MLD=xD*78+（1-xD）*92=78.7kg/kmolMLF=xF*78+（1-xF）*92=86.4kg/kmolMLW=xW*78+（1-xW）*92=91.72kg/kmolMVD=yD*78+（1-yD）*92=78.3kg/kmolMVF=yF*78+（1-yF）*92=83.31kg/kmolMVM=yM*78+（1-yM）*92=91.33kg/kmol所以，精馏段液相平均摩尔质量：ML1=(78.7+86.4)/2=82.55 kg/kmol提馏段液相平均摩尔质量：ML2=（86.4
10、+91.72）/2=89.06 kg/kmol精馏段气相平均摩尔质量：MV1=（78.3+83.31）/2=80.8 kg/kmol提馏段气相平均摩尔质量：MV2=（83.31+91.33）/2=87.32 kg/kmol 在不同温度下苯和甲苯的密度如下：温度/PA/kg.PB/kg.80812.35808.1585808.15804.0690804.06800.8695797.86794.86100790.86789.86105784.86785.86110777.86779.86利用插法可求出tD,tF,tW温度下的苯和甲苯混合液的密度（单位：kg.） tF=95.10 PAF=797.7
11、2 PBF=794.761/PLF=0.3611/797.72+(1-0.3611)/794.76,则PLF=759.83tD=81.2 :PAD=811.34 PBD=807.171/PLD=0.9416/811.34+(1-0.9416)/807.17,则PLD=811.10tW=109.58 :PAW=7778.45 PBW=780.361/PLW=0.01701/778.45+(1-0.01701)/780.36,则PLW=780.33所以，精馏段液相平均密度：PL1=(PLF+PLD)/2=(795.83+811.10)/2=803.47提馏段液相平均密度：PL2=(PLF+PLW)
12、/2=(795.83+780.33)/2=788.08在常压操作下，P=PD,则：PVF=(83.31*273.15)/22.4*(273.15+95.10)=2.76PVD=(78.3+273.15)/22.4*(273.15+81.2)=2.69PVW=(91.33*273.15)/22.4*(273.15+109.58)=2.91所以,精馏段气相平均密度:PV1=(PVD+PVF)/2=(2.69+2.76)/2=2.73提馏段气相平均密度:PV2=(PVF+PVW)/2=(2.76+2.91)/2=2.843. 混合液的表面力液相平均表面力依下式计算，即：LM=xii式中：LM表示混合
13、液的表面力（单位：mN/m）；xi表示各组分的分子量；i表示各纯组分的表面(单位mN/m). 塔顶液相平均表面力的计算：tD=81.2,查手册知：A=20.72mN/m B=20.90mN/mLDm=0.95*20.72+(1-0.95)*20.90=20.73mN/m 进料板液相平均表面力的计算：tF=95.10，查手册知：A=19.15mN/m B=19.45mN/mLFm=0.40*19.15+(1-0.40)*19.45=19.33mN/m 塔底液相平均表面力的计算：tW=109.58,查手册知:A=17.52mN/m B=18.05mN/mLWm=0.02*17.52+(1-0.02
14、)*18.05=18.04mN/m所以，精馏段液相平均表面力为：L1=(20.73+19.33/_2=20.03mN/m提馏段液相平均表面力为：L2=(19.33+18.04)/2=18.68mN/m4.液相平均粘度液体混合物的粘度可用下式计算，即式中：混合液黏度，mPa.s；ii组分的液体黏度，mPa.s；纯液体黏度用下式计算，即：lgL=A/T-A/B式中：L液体温度为T时的黏度，mPa.s；T温度，K；A,B液体黏度常数苯和甲苯的液体黏度常数如下表：组分AB苯545.64265.34甲苯467.33255.24 塔顶液相平均黏度的计算：tD=81.2lgADL=545.64/（273.15+81.2）-545.64/265.34,则ADL=0.3044 mPa.slgBDL=467.33/（273.15+81.2）-476.33/255.24，则BDL=0.3075 mPa.s=0.95*+(1-0.95)*，则，LDM=0.3006 mPa.s 进料板液相平均黏度的计算：tF=95.10lgAFL=545.64/(273.15+95.10)-545.64/265.34,则AFL=0.266
