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1、化工原理课程设计题目：苯甲苯精馏塔的设计专业：姓名：指导教师：xxxxx 学院xx 年 xx 月江苏科技大学化工原理课程设计目录前言3任务书4一. 理论依据4二. 工艺计算过程1设计方案的确定72精馏塔的物料衡73.塔板数的确定84. 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算85. 精馏段气液负荷计算106. 塔和塔的主要工艺尺寸计算117. 筛板的流体力学验算158. 塔板负荷性能图179. 精馏塔的附属设备及接管尺寸21三.参考文献21化工原理课程设计是高等学校的一门专业必修课 ,通过本课 程学习,有利于培养学生的独立工作、独立思考和运用所学知识 解决实际工程技术问题的能力,是提高学生综合素质
2、,使大学生向 工程师转化的一个重要的教学环节。蒸馏单元操作自古以来就在工业生产中用于分离液体混合 物。它是利用液体混合物中各组分的挥发度不同进行组份分离 的，多用于分离各种有机混合液，蒸馏有许多操作方式，按有没 有液体回流，可分为有回流蒸馏与无回流蒸馏，有回流的蒸馏称 为精馏。本次设计的要求是要设计苯-甲苯精馏塔，用以分离苯- 甲苯的混合液。此次设计在盛建国老师的指导下进行，运用学过的基础知 识，锻炼自己设计生产设备的能力。此次设计加深了我们对精馏 操作的认识，锻炼了我们阅读化工原理文献并且搜集资料的能 力，同时液培养了我们独立思考问题、分析问题、解决问题的能 力，也培养了我们相互协作的能力，
3、为今后实际工作的应用打好 了基础。由于设计者的水平有限，所设计的方案之中难免有不妥之处，希望老师给予批评指正。任务书在一连续操作的精馏塔中分离苯-甲苯溶液，混合液中含苯41%，饱和液体进料。已知原料液的处理量为 4000kg/h要求：馏出液中苯的组成不低于 0.94（摩尔分数），釜液中苯的组成为006。单板压降不大于07kpa,操作压力：4kpa （塔顶常压），回流比：R=2,进料热状态参数q=138理论依据1）苯和甲苯的物理性质：项目分子式分子量沸点C临界温度t , Cc临界压强P ,kc苯ACH6 678.1180.1288.56833.4甲苯BCHCH6 5 392.13110.6318
4、.574107.7（2）苯与甲苯的液相密度pt, C8090100110120苯，kg/m3815803.9792.5780.3768.9甲苯，kg/m3810800.2790.3780.3770.0（3）液体表面张力0 ：t, C8090100110120苯，mN/m21.2720.0618.8517.6616.49甲苯，mN/m21.6920.5919.9418.4117.31液体粘度t, C8090100110120苯，mpas0.3080.2790.2550.2330.215甲苯，mpas0.3110.2860.2640.2540.228(5)液体气化热Yt, C80901001101
5、20苯，kj/kg394.1386.9379.3371.5363.2甲苯，kj/kg379.9373.8367.6361.2354.6(6)饱和蒸汽压P：苯、甲苯的饱和蒸汽压可用方程Antoine求算，bgp=A_ B ,式中：tt + C物系温度C； P饱和蒸汽压A、B、C-Antoine常数，其值见附表:组分ABC苯6.0231206.35220.24甲苯6.0781343.94219.587)苯_甲苯溶液的气液平衡数据温度tC液相中苯的摩尔分数X气相中苯的摩尔分数y110.560.000109.911.002.50108.793.007.11107.615.0011.2105.0510.
6、0020.8102.7915.0029.4101.7520.0037.298.8425.0044.297.1330.0050.795.5835.0056.694.0940.0061.992.6945.0066.791.4050.0071.390.1155.0075.588.8060.0079.187.6365.0082.586.5270.0085.785.475.0088.584.4080.0091.283.3385.0093.682.2590.0095.981.1195.0098.080.6697.0098.880.2199.0099.680.01100.00100板式精憾塔工艺计算过程一.
7、 设计方案的确定本设计任务为分离苯一甲苯混合物。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人精馏塔内。 塔顶上升蒸气采用全凝器冷凝，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 2 倍。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐二. 精馏塔的物料衡算(1) 原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率苯的摩尔质量 匹!=血11施/尿引甲苯的摩尔质量= 92.13kg / kmal40二 0.44丫 =78.11儿 f 4060+78.1192.13叽=94,
8、q=6(2) 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量M=0.44X78.11+(l-0.44) X92.13=85.96kg/kmolFM=0.94X78.11+(1-0.94)X92.13=78.95 kg/kmolDM=0.06X78.11+(1-0.06)X92.13=96.44kg/kmolW(3) 物料衡算F -= 46.6RmoZ/ h原料处理量：总物料衡算DW=46.61苯的物料衡算 46.61X0.44=0.94D0.06W联立解得 D = 20.13 kmol / hW=26.48kmolh三塔板数的确定相平衡方程:X=y/a-(a-l)y=y/2.46-1.46y 精馏段操作
9、线方程 y=(R/R+1)x+ D/(R+1)=0.667x+0.3133塔釜汽液回流比Ri=2.59 提留段操作线方程： y=( R1+1)/ R1Xx- X/ R1=1.38x-0.023W 理论塔板数计算： 先交替使用相平衡方程与精馏段操作线方程计算如下： y=xD=0.94 由相平衡方程 x=.0862操作线方程x=0.7632x=0.6543x=0.5484x=0.4625x=0.400x6Fy=0.8882y=0.8323y=0.7494y=0.6795y=0.6226所以第六快板为进料板。以下交替用提留段操作线方程与相平衡方程计算如下：x=0.400y=0.5807y=0.462
10、8y=0.3269y =0.200106x=0.3607x=0.2588x=0.1649x =0.08210y =0.103x =0.0447x所以总理论板数为 11，精馏段理论板数为 5。四精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算以精馏段为例进行计算。(1) 操作压力计算塔顶操作压力 PD=101.3 + 4二 105.3 kPa每层塔板压降P=0.7 kPa进料板压力 P =105.3 + 0.7X10=112.3kPaF精馏段平均压力 P m = (105.3 + 112.3)/ 2 = 108.8 kPa(2) 操作温度计算依据操作压力，由泡点方程通过试差法计算出泡点温度，其中苯、甲苯的饱
11、和蒸气压 由安托尼方程计算，计算过程略。计算结果如下：塔顶温度t =82.1CD进料板温度t =99.5CF精馏段平均温度 tm=(82.l + 99.5)/2 = 90.8C(3) 平均分子量塔顶 X = y =0.94 x =0.862D 1 1M =0.94X78.11+(1-0.94) X92.13=78.95kg/kmolVDmM =0.862X78.11+(1-0.862)X92.13=80.04kg/kmolLDm进料板 y =0.639 X =0.408 (由苯甲苯的平衡曲线查知)FFM =0.639X78.11+(1-0.639)X92.13=83.17kg/kmolVFmM
12、 =0.408X78.11+(1-0.408)X92.13=86.41kg/kmolLFm则精馏段平均分子量 M =(78.95+83.17)/2=81.06 kg/kmolVmM =(80.04+86.41)/2=83.26 kg/kmolLm(4) 平均密度p1.液相密度PLm依下式：丄=乙+企 (a为质量分数)P P PLmLALB10.940.06塔顶 =+p =813.01Kg /m3P812.7807.9LmDLmD进料板，由加料板液相组成x =0.408A_0.408 x 78.11o = 0.37A 0.408x78.11 + (1-0.408)x92.13p +p791.8K
13、g/m3LmF 793.1790.8LmF1故精馏段液相平均密度P (813.01+791.8)-802.4Kg/ m3Lm 22.气相密度pmV= 2.92 Kg/ m3PM108.8 x 81.13P m =mV RT8.314 x (90.8 + 273.1)(5) 液体表面张力&mG 工咒mi ii=1顶部 g -0.94X21.24+0.034X21.42-20.67mN/mm进料 g -0.408X18.9+0.639X20-20.49 mN/mm则精馏段平均表面张力为：g (20.67+20.49)/220.58 mN/mm液体粘度卩Lm卩-工咒卩Lmi ii=1顶部 卩-0.94 X 0.302+0.06 X 0.306-0.302mPa sLm进料 r =0.408 X 0.256+0.639 X 0.265=0.274 mPa sLm则精憎段平均液体粘度卩=(0.302+0.274)/2=0.288 mPa - sLm五、精馏段气液负荷计算V=(R+1)D=(2 +1) X 21.43=64.29kmol/hV = V
