《苯-乙苯连续精馏塔的设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《苯-乙苯连续精馏塔的设计（16页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、精品文档，仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除课程设计说明书学 院： 生态与资源工程学院 专业班级： 2012级化学工程与工艺(1)班 课程名称： 化工原理课程设计 题 目： 苯-乙苯连续精馏塔的设计 学生姓名：蔡 学号： 20124121036 指导老师： 杨自涛 2015年6目录一、设计说明书32.1塔设备在化工生产中的作用和地位42.2筛板塔的结构特点及应用场合42.3主要物性数据4三、精馏塔的物料衡算53.1进料组成53.2全塔的物料衡算53.3相对挥发度和回流比的确定53.4塔板数的计算73.4.1理论塔板数的计算73.4.2实际塔板数的计算8四、精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计
2、算84.1平均压力PM84.2平均温度tm94.3平均分子量94.4平均密度104.5液体的平均表面张力104.6液体平均粘度11五、汽液负荷计算11六、精馏塔的塔体工艺尺寸计算116.1塔径116.2溢流装置136.3弓形降液管宽度Wd和截面Af146.4降液管底隙高度156.5塔高15七、塔板的流体力学验167.1降液管液泛167.2降液管内停留时间177.3液沫夹带177.4漏液17八、塔板负荷性能图188.1液沫夹带线188.2液泛线（气相负荷上限线）188.3液相负荷上限线198.4漏液线（气相负荷下限线）198.5液相负荷下限线208.6操作线与操作弹性20九、设计评述21十、参考
3、文献21一、设计说明书（一）、设计题目苯-乙苯连续精馏塔的设计（二）、设计要求进精馏塔的料液含乙苯40%（质量分数，下同），其余为苯；塔顶的乙苯含量不得高于2%；残液中乙苯含量不得低于98%。生产能力为年产4.6万吨、98%的乙苯产品。（三）操作条件1.塔顶压力：4kPa（表压）2.进料热状态：自选3.回流比：自选4.加热蒸气压：0.5MPa（表压）5.单板压降 0.7kPa。（四）塔板类型 ： 筛板塔（五）工作日每年工作日为300天，每天24小时连续运行。（六）、设计内容1、设计说明书的内容1) 精馏塔的物料衡算；2) 塔板数的确定；3) 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算；4) 精馏塔的
4、塔体工艺尺寸计算；5) 塔板主要工艺尺寸的计算；6) 塔板的流体力学验算；7) 塔板负荷性能图；8) 精馏塔接管尺寸计算；9) 对设计过程的评述和有关问题的讨论。2、设计图纸要求：1) 绘制生产工艺流程图；2) 绘制精馏塔装配图。二、前言2.1塔设备在化工生产中的作用和地位塔设备是化工、石油化工、精细化工、医药。食品和环保等行业普遍使用的气液传质设备，主要应用与蒸馏、吸收、解吸、萃取、洗涤、闪蒸、增湿、减湿、干燥等单元操作。2.2筛板塔的结构特点及应用场合筛板塔其塔板上开有许多均匀的小孔。根据孔径的大小，分为小孔径筛板（孔径为3-8mm）和大孔径筛板（孔径为10-25mm）两类。工业应用以小孔
5、径筛板为主，大孔径筛板多用于某些特殊的场合（如分离粘度大、易结焦的物系）。筛板的优点是结构简单，易于加工，造价低，约为泡罩塔的60%，浮阀塔的80%；板上液面落差小，气体压降低，生产能力较大，比同直径泡罩塔增加20%-40%；气体分散均匀，传质效率较高；安装容易清理检修方便。其缺点是筛板易堵塞，不宜处理易结焦、粘度大的物料，且筛板塔的设计和操作不当，易产生漏液，使操作弹性减小，传质效率下降2.3主要物性数据1.苯、乙苯的物理性质项目分子式分子量沸点临界温度临界压力Pa苯AC6H678.1180.1288.56833.4乙苯BC8H10106.16136.2348.574307.72.苯、乙苯在
6、某些温度下的表面张力t/20406080100120140苯（mN/m）28.826.2523.7421.2718.8516.4914.17乙苯（mN/m）29.327.1425.0122.9220.8518.8116.813.苯、乙苯在某些温度下的液相密度t/20406080100120140苯（/m）877.4857.3837.6815.0792.5768.9744.1乙苯（/m）867.7849.8931.8913.6795.2776.2756.74.苯、乙苯在某些温度下的粘度t/020406080100120140苯（mPas）0.7420.6380.4850.3810.3080.25
7、50.2150.184乙苯（mPas）0.8740.6660.5250.4260.3540.3000.2590.2265.不同塔径的板间距塔径D/m0.3-0.50.5-0.80.8-1.61.6-2.42.4-4.0板间距HT/200-300250-350300-450350-600400-600三、精馏塔的物料衡算原料液流率为F，塔顶产品流率为D,塔底产品流率为W，对精馏塔做全塔物料衡算。有：F=D+W FxF=DxD+Wxw苯的摩尔质量：MA=78.11Kg/Kmol,乙苯的摩尔质量：MB=106.16Kg/Kmol。原料液及塔顶，塔底产品的平均摩尔质量MF=（1-40%）78.11+4
8、0%106.16=89.33Kg/KmolMD=(1-2%)78.11+2%106.16=78.67Kg/KmolMW(1-98%)78,11+98%106.16=105.6Kg/Kmol3.1进料组成原料、塔顶、产品中的苯的摩尔分数xF=(0.6/78.11)/ (0.6/78.11)+(0.4/106.16) =0.671xD=(0.98/78.11)/ (0.98/78.11)+(0.02/106.16) =0.985xw=(0.02/78.11)/ (0.02/78.11)+(0.96/106.16) =0.0273.2全塔的物料衡算产物的产量：W=(4.6107)/(30024105
9、.6)=60.50Kmol/h求得F=60.50(0.985-0.027)/(0.985-0.671)=184.58 Kmol/h D=F-W=184.58-60.50=124.08 Kmol/h3.3相对挥发度和回流比的确定饱和液体（泡点）进料，q=1，Xe=XF=0.671T/808896104112120128136x1.0000.7430.5420.3850.2590.1570.0720.000y1.0000.9400.8650.7620.6310.4650.2570.000塔顶的温度：（示差法）=(0.940-0.985)/(0.985-1)解得：T=82进料板温度：=(0.542-
10、0.671)/(0.671-0.743) 解得：T=90.87塔釜的温度：=(0-0.027)/(0.027-0.072)解得：T=133由t-x-y曲线可知：tD=83、tW=129.5、tF=90.5全塔的平均温度t=( tD+tw+tF)/3=（83+129.5+90.5）/3=101有由上表数据作图得x-y曲线及t-x(y)曲线，在x-y图上，因q=1，查得ye=0.910,而xe=xF=0.671，xD=0.985,故有Rm=(0.985-0.910)/(0.910-0.671)=0.31因为二元物系平衡方程为y=,已知该方程过（0.671，0.910）解得=5.0考虑到精馏段操作线
11、离平衡线较近，理论最小回流比较小，故取操作回流比为最小回流比的2倍，即R=2Rm=20.31=0.623.4塔板数的计算3.4.1理论塔板数的计算精馏段操作线为y= +=0.38x+0.61提馏段操作线为过（0.671 ，0.865）和（0.027,0.027）两点的直线。提馏段操作线为y=1.3x-0.0081平衡曲线为y=采用逐板计算法理论塔板数，步骤如下：精馏段 y1=xD=0.985 x1=0.929 y2=0.38x+0.61=0.380.929+0.62=0.973 x2=0.878 y3=0.944 x3=0.771 y4=0.903 x4=0.651xF=0.671所以精馏段需
12、要3块理论板，加料板为第4块理论板。提馏段 y5=1.3x-0.0081=1.30.651-0.0081=0.8382 x5=0.5089 y6=0.6535 x6=0.2739 y7=0.3480 x7=0.0964 y8=0.1172 x8=0.0259xW=0.027 所以提馏段需要4块因此，精馏塔的理论塔板数为NT=8-1=7层，进料板位置为第4块板。 3.4.2实际塔板数的计算塔板效率是气、液两相的传质速率、混合和流动状况，以及板间反混（液沫夹带、气泡夹带和漏液所致）的综合结果。板效率为设计的重要数据。QConne11对几十个工业塔及实验塔板效率进行综合归纳，认为蒸馏塔可用相对挥发度
13、与液相粘度的乘积作为参数来关联全塔效率，其经验式为：ET=0.49(L) -0.245由示差法得在塔顶、进料、塔底温度下的粘度如下表8290.1133苯（mPas）0.3030.2810.195乙苯（mPas）0.4390.3270.238顶=0.303xD+0.349(1-xD)=0.304mPas底=0.195xW+0.238(1-xW)=0.237进料=0.281xF+0.327(1-xF)=0.296=（顶+底+进料）/3=0.279全塔效率ET=0.49（5.00.279）-0.245=0.452精馏段Np1= =7提馏段Np1=4/0.4529总塔板数NP=NP1+NP2=16块，实际加料板位置在第8块。四、精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算4.1平均压力PM取每层塔板压降为0.7KPa塔顶压力PD=P0+P表=101.3+4=105.3Kpa加料板压力PF=PD
