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1、化工原理课程设计分离苯甲苯连续精馏筛板塔序言课程设计是“化工原理”的一个总结性教学环节，是培养学生综合运用本门课程 及有关先修课程的基本知识来解决某一设计任务的一次训练， 在整个教学计划中它起 着培养学生独立工作能力的重要作用。精馏是分离液体混合物（含可液化的气体混合物）最常用的一种单元操作，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，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。本设计
2、 的题目是苯 - 甲苯连续精馏筛板塔的设计，即需设计一个精馏塔用来分离易挥发的苯 和不易挥发的甲苯，采用连续操作方式，需设计一板式塔将其分离。分离苯和甲苯， 可以利用二者沸点的不同，采用塔式设备改变其温度，使其分离并分别进行回收和储 存。目录一、化工原理课程设计任务书 (6)1、设计题目 (6)2、设计任务 (6)3、设计条件 (6)二、精馏塔的物算 (6)1、原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 (6)2、原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 (6)3、物料衡算 (7)三、塔板数的确定 .(7)1理论板层数NT的求取(7)2、实际板层数的求取 (10)四、精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (
3、10)1、操作压力计算 (11)2、操作温度计算 (11)3、平均摩尔质量计算 (12)4、平均密度计算 (13)5、液体平均表面张力计算 (14)6、液体平均粘度计算 (15)五、精馏塔塔体工艺尺寸计算 (17)1、塔径的计算 (17)2、 精馏塔有效高度计算 (19)六、塔板主要工艺尺寸计算 (19)1、溢流装置计算 (19)2、塔板布置 (20)七、筛板的流体力学验算 (23)1、塔板压降 (23)2、液面落差 (24)3、泡沫夹带 (24)4、漏液 (25)5、液泛 (25)八、塔板负荷性能图 (28)1、漏液线 (28)2、液沫夹带线 (29)3、液相负荷下限线 (29)4、液相负荷
4、上限线 (30)5、液泛线 (30)九、设计结果一览表 (37)十、附录 (38)十一、 主要物性数据 (40)十二、个人心得体会及改进意见 (43)化工原理课程设计任务书1、设计题目：筛板式精馏塔设计2、设计任务：试设计分离苯-甲苯混合物的筛板精馏塔。已知原料液的处理量为5000kg/h , 组成为0.5 （苯的质量分数），要求塔顶馏出液的组成为0.95，塔底釜液的组成 为 0.02。3、设计条件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）自选自选0.7kPaEt50%试根据上述工艺条件作出筛板的设计计算。二、精馏塔的物算1、原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率苯的摩尔质量M
5、a=78.11 kg/kmol甲苯的摩尔质量M b=92.13 kg/kmolXf0. 5 / 78. 110. 5 / 78. 110. 5 / 92. 130. 5410. 95/ 78. 110. 95 / 78. 110. 05 / 92. 130. 957xw0. 02 / 78. 110. 02 / 78. 110. 98 / 92. 130. 0242、原料液及塔顶，塔底产品的平均摩尔质量Mf0. 541 * 78. 11 (10. 541) * 92. 1384. 55 kg/kmolMd0. 957 * 78. 11 (10. 957) * 92. 1378. 71 kg/k
6、mol3、物料衡算原料处理量qFqm59. 14 kmol/h84. 55总物料衡算qpqD qW 59. 14 q d qw苯物料衡算qF XpqpXDqwXw59. 14 * 0.541qD * 0.957 qW* 0.024联立解得qD32. 77 kmol/hqw26. 37 kmol/h三、塔板数确定1、理论版层数Nt的求取1.1、求最小回流比及操作回流比由任务书中给出的常压下苯一甲苯的气液平衡数据Xa利用公式0p Pb0 0PaPb0pAyA XAp 得出下表:温度，C80.1859095100105110. 6苯 Pa, kPa101 .33116. 9135. 5155. 71
7、79. 2204. 2240. 0甲苯 Pb , kPa40.046. 054. 063. 374. 386. 0101. 33温度t/ C80.284889296100104108110.4Xa1.00.830.6390.5080.3760.2550.1550.0580yA1.00.930.820.720.5960.4520.3040.1280由表可苯甲苯平衡曲线图因 q=1 所以 XqxF 0.541采用作图法求最小回流比。如图可知xq =0.541yq =0.749故最小回流比为RminyqVqXq.957I491.00. 7490. 541取操作回流比为 R2Rmin2 1.0 2.0
8、1.2、求精馏塔的气，液相负荷qLRqo2. 032. 7765. 54 Kmol/hqv(R1)qo(2. 01)32.7798. 31 Kmol/hqLqLqqF65.541* 59.14124. 68Kmol/h%qV-(1 -q)qFqv98- 31 Kmol/h1.3、求操作线方程精馏段操作线方程为yn 1旦Xn旦R 1 R 12. 00. 957xn0. 667xn2.0 1 2.0 10. 319提馏段操作线方程qDX FXW0. 541 0. 0240. 544 qFxDxW0.957 0.024代入得1.4、qLqL - qwqwxwqLqw1. 268x m 0. 006逐
9、板法计算理论板数因为混合物的相平衡方程为yqXq(1)xq泡点进料q=1 xqxF0.541yq 0. 749所以甲苯的相对挥发度为2.53第一块板上升的蒸汽组成y1 Xd0.957从第一块板下降的液体组成式由Xnn 求取(1)ynX1y12.531. 53y10. 9572. 531. 530. 9570. 898第二块板上升的气相组成用式求取y20.667 * 0.8980. 3190. 918第二块板下降的液体组成X20. 9182. 531. 53 * 0. 9180. 816如此反复计算ya 0.8629 X30. 7133y50. 7225X50. 5071因 X5Xq,第五块板上
10、升的气相组成由提馏段操作方程计算y61.268 * (0. 5071 -0. 0060. 637第六块板下降的液体组成X6o.6370 4102. 531.53 * 0.637同理：y70. 5133X70. 2942y80. 3671X80. 1865y90. 2305X90. 1058y1o0. 1282X100. 0549y 110. 0637X110. 0262y 120. 0272X120. 0109 Xw 0.024所需总理论板数为12块，第5块加料，精馏段需4块板2、实际板层数的求取全塔效率的计算（查表得各组分黏度卩1=0.269，卩2=0.277） 卩 l=Xf 卩 i+ （
11、1-Xf）卩 2Et=0.49 （a * 卩 l ） -0.245 =0.53精馏段实际板层数N精4/0.537. 558提留段实际板层数N提7/0.5313.2114四、精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算1、操作压力计算苯的依据操作压力，有泡点方程通过试差法计算出泡点温度，其中苯、甲塔顶操作压力Pd101. 34105. 3kPa塔底操作压力115. 1kPa每层塔板压降P0. 7kPa进料板压力Pf105. 30. 7 * 8110.9kPa精馏段平均压强Pm(105. 3110.9 ) / 2108.1 kPa提馏段平均压强Pm(115. 1110.9) / 2113. 0kPa2、操
12、作温度计算IgP A=6.032-1206.35/(t+220.24)IgP B=6.032-1206.35/(t+220.24)卩总=Pa*0.957+Pb* *0.043试差法算出 塔顶温度85.9 CIgP A=6.032-1206.35/(t+220.24)lgPB=6.032-1206.35/(t+220.24)卩总=Pa*0.541+Pb* *0.459试差法算出 进料板温度Tf91.2c塔底温度Tw109. 2 C精馏段平均温度Tm85. 6 C提馏段平均温度Tm100.2 C3、平均摩尔质量计算由 xdyi0.957得Xiyi0. 9570. 8982. 531.53yi2. 531.530. 957MVDm0. 95778. 11(10. 957)92. 1378. 71 kg/kmolMLDm0. 89878. 1i(10. 898)92. 1379. 54 kg/kmol进料板平均摩尔质量计算y F0. 723X F0. 507MVrm0. 723 * 78.11(10. 723) * 92.1381. 99kg/kmolMLFm0. 507 * 78.11(10. 50
