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1、化工原料课程设计任务书一、题目设计一连续精馏塔装置，用以分离： 苯-甲苯混合物 混合物二、原始数据1、原料：处理量： 17吨/小时 进料状态： 饱和液体 组成： xF=0.43（质量） 2、产品要求： xD=0.97（摩尔），xW=0.03（摩尔） 3、冷凝器形式： 全凝器 冷却剂温度： 30 三、计算说明书内容1、流程简图2、工艺计算（包括物料衡算及热量衡算总表）3、塔板计算4、塔体初步设计5、辅助设别的选用6、计算结果汇总表7、分析与讨论四、绘图要求1、塔体总图2、塔板总图一、工艺流程简图如图1，塔顶设全凝器，轻组分经全凝器冷凝后，部分作为回流返回塔内；塔底设有再沸器。二、工艺计算1、全塔
2、物料衡算原料组成：（质量） 塔顶组成：（摩尔）塔底组成：（摩尔）摩尔衡算原料摩尔组成： 进料量：摩尔衡算方程：，联立求得：，质量衡算由摩尔衡算结果，可得塔顶产品质量流率塔底产品质量流率由塔顶、塔底产品组成，也可分别求得苯、甲苯的摩尔流量和质量流量。物料衡算结果如表1.表1 全塔物料衡算结果（Kmol/h或Kg/h）质量流量 摩尔流量 组成 总流量 摩尔 质量 摩尔流量 质量流量进料 苯 7310 93.59 0.471 0.43 198.76 17000 甲苯 9690 105.18 0.529 0.57 塔顶产品 苯 7062.67 90.42 0.97 0.965 93.22 7320.3
3、1 甲苯 257.64 2.80 0.03 0.035 塔底产品 苯 247.33 3.17 0.03 0.026 105.55 9679.69 甲苯 9439.36 102.38 0.97 0.974 2、确定冷凝罐、塔顶及塔底的操作压力和温度（1）冷凝罐的压力和温度冷却剂的温度为30，为保证一定的传热温差，通常产品冷却后的温度比冷却剂高10-20，取t=15，则冷凝罐的温度为45。假定凝液罐的压力为1atm，则查图1得KA=0.32,KB=0.13，此时，有压力选高了。观察图表可以发现，当压力取为0.5atm时，仍不能满足的要求，图中低于0.5atm的相平衡数据难以获得，此时，不宜采用泡点
4、方程。考虑到低压时，安托因方程由低压下的泡点方程 将t=45代入安托因方程，得，得。查饱和蒸汽压图2，可得45时，得，与安托因方程的计算结果一致。从冷凝罐的压力出发，对本蒸馏体系有两种方案：采取常压蒸馏，冷凝罐中的液体为过冷液体，回流为过冷回流；采取减压蒸馏。常压蒸馏会引起塔内各处温度相应提高，而塔底温度的提高可能会引起塔内物料的结焦、聚合、变质或腐蚀设备。本体系为苯、甲苯，相对较轻，温度升高不是很大时不会引起结焦问题；减压蒸馏不仅需要增加真空设备的投资和操作费用，而且由于真空下气体体积的增加，将增大蒸馏塔的塔径。综合考虑，采用常压蒸馏，此时，冷凝罐的压力为1atm，温度为45。（2）塔顶操作
5、压力和温度的确定冷凝罐内压力为1atm，塔顶蒸汽通过塔顶馏出管线及冷凝器的阻力一般为，取阻力为0.01Mpa，则塔顶压力为101.325+10=111.325Kpa。假定塔顶温度为80，查图3，得KA=0.84，KB=0.36，由露点方程，得，不满足误差小于0.01的要求。另取塔顶温度为84，则KA=1.05，KB=0.42，此时，满足误差要求，故塔顶压力为111.325Kpa，塔顶温度为84。（3）塔底操作压力和温度的确定塔顶压力加上全塔压降即为塔底操作压力。由经验知，塔的实际板数一般为20-30，分离度高时，取的大些；每层板的压降一般为3-6mmHg。取N=25，每层板的压降为5mmHg，
6、则塔底压力为假设塔底温度为110，查图，得KA=1.73，KB=0.80，此时，由泡点方程，不满足误差要求。另假定塔底温度为120，则KA=2.20，KB=0.96，此时，满足误差要求。故塔底温度为120，塔底压力为128Kpa。3、确定进料状态进料为饱和液体进料，故q=1；由常压下T-x-y相图，可读得进料温度约为93.图2 常压下苯-甲苯体系T-x-y相图4、做出y-x想平衡曲线塔顶、塔底的平均压力为，与常压相差不大，可近似用常压下的相平衡数据，得相平衡曲线如图3.图3 苯-甲苯体系的y-x相图5、确定最小回流比及最小理论板数最小回流比在图3中由做垂线，交相平衡曲线于（0.471,0.69
7、0），即，可得最小回流比为最小理论板数塔顶的相对挥发度为，塔底的相对挥发度为，可得全塔的平均相对挥发度为。由芬斯克公式，得。6、确定适宜回流比取不同的，由捷算法分别求出、，可得图和图，如图4和图5。下面以为例进行计算。，故，采用吉利兰关联式，可得，据此，可得，。计算结果如表2。表2 不同的R/Rmin与N、（R+1）N R/Rmin R(R-Rmin)/(R+1)(N-Nmin)/(N+1) N(R+1)N1.11.40.0530 0.60 21.72 52.06 1.21.5272720.1006 0.55 19.09 48.19 1.31.6545450.1437 0.51 17.36 4
8、6.03 1.41.7818180.1829 0.48 16.12 44.77 1.51.9090910.2186 0.44 15.17 44.08 1.62.0363630.2513 0.42 14.43 43.77 1.642.0872720.2637 0.41 14.18 43.72 1.72.1636360.2814 0.39 13.84 43.72 1.82.2909090.3092 0.37 13.35 43.86 1.92.4181810.3349 0.36 12.94 44.15 22.5454540.3588 0.34 12.59 44.56 2.12.6727270.381
9、0 0.32 12.28 45.04 2.22.7999990.4017 0.31 12.02 45.60 2.32.9272720.4211 0.30 11.79 46.22 2.43.0545450.4392 0.29 11.58 46.88 2.53.1818180.4563 0.28 11.40 47.58 2.63.309090.4723 0.27 11.23 48.31 2.73.4363630.4875 0.26 11.08 49.07 2.83.5636360.5018 0.25 10.94 49.85 2.93.6909080.5153 0.24 10.82 50.66 33
10、.8181810.5281 0.23 10.70 51.48 利用表2中的数据，可得下图。图4 图5 由上述分析可取。7、理论板数由y-x相图做梯级，可得精馏段和提馏段的理论板数及进料板位置。精馏段操作线方程提馏段操作线方程q线方程。图6 Mcabe-Thiele图解理论板数由图6，可得精馏段的板数为7，提馏段的板数为7.8，进料板为从塔顶往下数的第8块塔板。8、全塔效率及实际板数（1）粘度塔顶温度为84，查液体粘度共线图6，可得，得塔顶平均粘度为。进料为饱和液体进料，进入塔内后，将达到气液两相平衡。由相平衡数据0.4460.4710.5130.668y0.725可采用内插法，得塔内进料板上液
11、相组成为得。查T-x-y图，可得进料板温度为93。查图得，故。塔底温度为120，查图得，故。精馏段液相平均粘度；提馏段液相平均粘度。（2）效率由之前的计算得，塔顶的相对挥发度，可得，。由进料板温度，查相平衡常数图可得，得。精馏段的平均相对挥发度；提馏段的平均相对挥发度。由奥康奈尔关联，可得精馏段的效率；提馏段的效率。（3）实际板数精馏段的实际板数；提馏段的实际板数；全塔实际板数，其中，由塔顶向下数，第14块板为进料板。9、相关物性的计算（1）平均摩尔质量塔顶气相平均摩尔质量；塔顶液相平均摩尔质量；进料板气相平均摩尔质量；进料板液相平均摩尔质量；塔底液相平均摩尔质量；塔底气相平均摩尔质量。可得精
12、馏段气相平均摩尔质量精馏段液相平均摩尔质量提馏段气相平均摩尔质量提馏段液相平均摩尔质量（2）密度气相的密度为，液相的密度为苯、甲苯体系为二元理想体系，查找化工原理下册压缩因子图可得，。塔内进料板处的压力为；精馏段的平均压力为；提馏段的平均压力为。精馏段的平均温度；提馏段的平均温度。精馏段气相平均密度；提馏段气相平均密度。查找苯-甲苯的密度图表7，可得塔顶84下，故塔顶液相的平均密度；进料93下，可得进料液相平均密度塔底120下，可得塔底液相平均密度精馏段液相平均密度；提馏段液相平均密度。精馏段气相体积；提馏段气相体积；精馏段液相体积；提馏段液相体积。（3）液相表面张力液相表面张力的计算公式为。查图7，塔顶84下，可得塔顶液相平均表面张力；进料板93下，可得进料板液相平均表面张力；塔底120下，可得塔底液相平均表面张力。精馏段液相平均表面张力；提馏段液相平均表面张力。10、全塔热量衡算（1）塔顶塔顶冷负荷塔顶回流为过冷回流，不同于全塔回流比，因此，应先求出冷回流比。冷回流量
