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1、2009级化学工程与工艺课程设计设计题目：分离苯-甲苯混合物的连续精馏装置姓名：学院：学号：成绩：目录第一章 绪论1.1 精馏的定义及原理11.2 精馏的分类1.3 精馏的操作特点1.4 精馏的操作评价1.5 苯甲苯的相关物性参数1.6 符号说明第二章 设计任务2.1 技术参数2.2 设计的主要内容第三章 设计内容3.1 方案的确定和工艺流程说明3.2 全塔物料衡算3.3 塔板的层数3.4 塔的操作工艺条件及计算3.4.1平均压强3.4.2 平均温度3.4.3 平均黏度3.4.4 平均分子量3.4.5 平均表面张力3.4.6平均相对密度3.5 塔体尺寸的工艺计算3.5.1 塔径的计算3.5.2
2、 精馏塔有效高度的计算第四章 辅助设备的选择和计算4.1冷凝器的设计4.2换热器的设计4.3再沸器的设计4.4离心泵的设计附录：参考资料第一章 绪论1.1精馏的定义及原理精馏是一种利用回流使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操作，广泛用于石油、化工、轻工、食品、冶金等部门。对于一次汽化，冷凝来说，由于液体混合物中所含的组分的沸点不同，当其在一定温度下部分汽化时，因低沸点物易于气化，故它在气相中的浓度较液相高，而液相中高沸点物的浓度较气相高，这就改变了气液两相的组成。当对部分汽化所得蒸汽进行部分冷凝时，因高沸点物易于冷凝，使冷凝液中高沸点物的浓度较气相高，而为冷
3、凝气中低沸点物的浓度比冷凝液中要高。这样经过一次部分汽化和部分冷凝，使混合液通过各组分浓度的改变得到了初步分离。如果多次的这样进行下去，将最终在液相中留下的基本上是高沸点的组分，在气相中留下的基本上是低沸点的组分，混合物就分离为纯或比较纯的组分。1.2精馏的分类精馏操作按不同方法进行分类。根据操作方式，可分为连续精馏和间歇精馏；根据混合物的组分数，可分为二元精馏和多元精馏；根据是否在混合物中加入影响汽液平衡的添加剂，可分为普通精馏和特殊精馏（包括萃取精馏、恒沸精馏、水蒸汽精馏、分子精馏和加盐精馏等）；按照精馏操作的条件（如压力）不同，可分为加压精馏、常压精馏、减压精馏等。1.3精馏的操作特点通
4、过精馏分离可以直接获得所需要的产品，较其它一些分离方法，如吸收、萃取等精馏的操作流程较为简单。 精馏分离的适用范围广，它不仅可以分离液体混合物，而且可用于气态或固态混合物的分离。 精馏过程适用于各种浓度混合物的分离，而像吸收、萃取、结晶、膜分离等操作，只有当被提取组分浓度较低时才比较经济。 精馏操作是通过对混合液加热建立汽液两相体系的，所得到的汽相还需要再冷凝液化。因此，精馏操作耗能较大。 精馏技术经过多年的发展及广泛的使用，目前已具有相当成熟的工程设计经验与一定的基础理论研究，并发展出了以精馏为基础的许多新型复合传质分离技术。 精馏过程操作简单，易于工程化。即可连续操作，也可间歇操作，可应用
5、于各种批量的操作中。1.4精馏的操作评价评价精馏操作的主要指标是：产品的纯度。板式塔中的塔板数或填充塔中填料层高度，以及料液加入的位置和回流比等，对产品纯度均有一定影响。调节回流比是精馏塔操作中用来控制产品纯度的主要手段。组分回收率。这是产品中组分含量与料液中组分含量之比。操作总费用。主要包括再沸器的加热费用、冷凝器的冷却费用和精馏设备的折旧费，操作时变动回流比，直接影响前两项费用。此外，即使同样的加热量和冷却量，加热费用和冷却费用还随着沸腾温度和冷凝温度而变化，特别当不使用水蒸气作为加热剂或者不能用空气或冷却水作为冷却剂时，这两项费用将大大增加。选择适当的操作压力，有时可避免使用高温加热剂或
6、低温冷却剂（或冷冻剂），但却增添加压或抽真空的操作费用。1.5苯、甲苯的相关物性参数表1 苯和甲苯的物理性质项目分子式分子量M沸点（）临界温度tC（）临界压强PC（kPa）苯AC6H678.1180.1288.56833.4甲苯BC6H5CH392.13110.6318.574107.7表2 苯和甲苯的饱和蒸汽压温度80.1859095100105110.6,kPa101.33116.9135.5155.7179.2204.2240.0，kPa40.046.054.063.374.386.0表3 常温下苯甲苯气液平衡数据温度80.1859095100105液相中苯的摩尔分率1.0000.780
7、0.5810.4120.2580.130汽相中苯的摩尔分率1.0000.9000.7770.6300.4560.262表4 纯组分的表面张力温度8090100110120苯，mN/m甲苯，mN/m21.221.72020.618.819.517.518.416.217.3表5 组分的液相密度温度()8090100110120苯,kg/814805791778763甲苯,kg/809801791780768表6 液体粘度温度()8090100110120苯（mP.s）0.3080.2790.2550.2330.215甲苯（mP.s）0.3110.2860.2640.2540.2281.6符号说明
8、符号意义单位M摩尔质量Kg/kmol理论板层数-F原料处理量Kmol/hD塔顶产品馏出液流量Kmol/hW塔底产品釜残液Kmol/hL下降液体的流量Kmol/hV上升气体的流量Kmol/hq进料热状况参数-R回流比-D塔径mC计算液泛速度的负荷因子-C20液体表面张力为20mN/m时的负荷因子-P操作压力kPaT热力学温度KET全塔效率-x液相中易挥发组分的摩尔分数-y气相中易挥发组分的摩尔分数-相对挥发度-密度Kg/m黏度mPa.s表面张力NA塔截面积u空塔气速m/s气相平均流量m/s液相平均流量m/sHT板间距mK传热系数-Q热流量KW第二章 设计任务书2.1技术参数设计任务：在一常压操作
9、的连续精馏塔内分离苯-甲苯混合物。已知原料液的处理量为8000kg/h(按7200h/年)，组成为0.04（摩尔分数），要求塔顶馏出液的组成为0.97，塔底釜液的组成为0.02，平均=2.5。操作压力进料热状况回流比单板压降全塔效率4kPa（塔顶表压）泡点进料q = 1R=1.8 Rmin0.7kPa设计条件：2.2设计的主要内容编写设计任务书：设计方案的确定精馏塔的工艺计算精馏塔和塔板主要尺寸的计算绘制精馏装置流程图第三章 主要内容3.1设计方案的确定本设计任务为分离苯甲苯混合物。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
10、升蒸汽采用全冷凝器冷凝，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1.8倍。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。3.2全塔物料衡算1）原料液及塔顶，塔底产品的摩尔分率苯的摩尔质量 MA=78.11 kg/kmol 甲苯的摩尔质量 MB=92.13 kg/kmol 2）原料液及塔顶，塔底产品的平均摩尔质量 3）物料衡算 原料处理量 总物料衡算 F=D+W 93.07=D+W 苯物料衡算 93.07*0.4402=0.9744D+0.0235W 联立解得 D=40.79kmol/h W=52.28kmol/h 4）求最小回流比及操作回流比 平均挥发度=2.5 泡点进料q=1 所以 混合物的相平衡方程为 故最小回流比为 取操作回流比为 5）求精馏塔的气，液相负荷 6）求操作线方程 精馏段操作线方程为 提馏段操作线方程 代入得 3.3塔板的层数1）理论板层数的求取逐板法计算理论板数 泡点进料 q=1 第一块板上升的蒸汽组成 从第一块板下降的液体组成式由 求取 第二块板上升的气相组成用式求取 第二块板下降的液体组成 如此反复计算 因,第八块板上升的气相组成由提馏段操
