苯—甲苯板式精馏塔的工艺设计.doc

化工原理课程设计说明书 学院：化学化工学院 专业：应用化学专业 设计者： 杨 钱 生 班级：2007级07班 学号：200710440737 2010年7月1日 设计题目 PB*/105Pa 0.460 0.540 0.633 0.743 0.860 表1-2 苯-甲苯物系的气液平衡数据 x 0 0.058 0.155 0.256 0.376 0.508 0.659 0.830 1 y 0 0.128 0.304 0.453 0.596 0.720 0.830 0.943 1 表1-3 苯-甲苯部分温度下的密度 温度/℃ 81.0 91.4 815.9 803.5 808.88 798.6 设计计算 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，故操作回流比去最小回流比的２倍。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。 精馏塔的物料衡算 原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 苯的摩尔质量 MA=78.11kg/kmol 甲苯的摩尔质量 MB=92.13kg/kmol 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 MF=0.658×78.11+(1-0.658)92.13=82.90kg/kmol MF=0.983×78.11+(1-0.983)92.13=78.59kg/kmol MF=0.012×78.11+(1-0.012)92.13=91.96kg/kmol 物料衡算 原料处理量 总物料衡算 31.83=D+W 苯物料衡算 31.83×0.658=0.983D+0.011W 联立解得 D=21.19kmol/h W=10.64kmol/h 塔板数的确定 a) 理论板层数NT的求取 苯-甲苯属理想物系，可采用图解法求理论板层数。 由手册查得苯-甲苯物系的气液平衡数据表1-2，绘出x-y图，如图1-1。 求最小回流比及操作回流比。 采用作图法求最小回流比。在图1-1中对角线上，自e(0.658,0.658)作垂线ef即为进料线(q线)，该线与平衡线的交点坐标为 xq=0.658 yq=0.828 故最小回流比为 取操作回流比为 R=2Rmin=2×0.91=1.82 求精馏塔的气、液相负荷 L=RD=1.82×21.19=38.57kmol/h V=(R+1)D=(1.82+1)21.19=59.76kmol/h L’=L+F=38.57+31.83=70.40kmol/h V’=V=59.76kmol/h 求操作线方程 精馏段操作线方程为 提馏段操作线方程为 图解法求理论板层数 采用图解法求理论塔板层数，如图1-1所示。求解结果为 总理论板层数 NT=14(包括再沸器) 进料板位置 NF=6 实际塔板数的求取 精馏段实际板层数 N精=5/0.52=9.6≈10 提馏段实际板层数 N提=9/0.52=17.3≈18 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 以径流段为例进行计算 操作压力计算 塔顶操作压力 PD=101.3+4=105.3kPa 每层塔板压降 △P =0.7kPa 进料板压力 PF=105.3+0.7×10=112.3kPa 精馏段平均压力 Pm=(105.3+112.3)/2=108.8kPa 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，其中苯甲苯的饱和蒸气压由安东尼方程计算，计算过程略。计算结果如下： 塔顶温度 tD=81.0℃ 进料板温度 tF=91.4℃ 精馏段平均温度 tm=(81.0+91.4)/2=86.2℃ 平均摩尔质量 塔顶平均摩尔质量计算 由xD=y1=0.983,查平衡曲线（见图1-1），得 x1=0.955 MVDm=0.983×78.11+(1-0.983)92.13=78.34kg/kmol MLDm=0.955×78.11+(1-0.955)92.13=78.74kg/kmol 进料平均摩尔质量计算 由图解理论板（见图1-1），得 yF=0.808 查平衡曲线（见图1-1），得 xF=0.630 MVFm=0.808×78.11+(1-0.808)92.13=80.80kg/kmol MLFm=0.630×78.11+(1-0.630)92.13=83.30kg/kmol 精馏段平均摩尔质量 MVm=（78.34+80.80）/2=79.57kg/kmol MLm=（78.74+83.30）/2=81.02kg/kmol 平均密度计算 气相平均密度计算 由