化工原理课程设计-苯甲苯化原理课程设计-苯甲苯化工原理课程设计-苯甲苯化工原理课程设计-苯甲苯.doc

化工原理课程设计 设计题目：分离苯—甲苯混合液的浮阀精馏塔 学生姓名： 学号： 班级： 指导老师： 写作时间： 分离苯—甲苯混合液的浮阀精馏塔 1.设计任务及操作条件 1.1工艺条件及数据 （1）原料液为苯—甲苯混合液，苯含量为45%（质量分率）。 （2）塔顶苯含量不低于98%（质量分率）。 （3）塔底苯含量不高于2%（质量分率）。 （4）进料温度为35℃。 （5）生产能力：年处理苯—甲苯混合液3.5万吨（开工率330天/年）。 （6）塔板类型：浮阀塔板。 1.2操作条件 （1）塔顶压力 4kPa（表压）。 （2）间接蒸汽加热，加热蒸汽压力为2.5kgf/cm2（表压）。 （3）冷却水进口温度30℃，出口温度50℃。 （4）设备热损失为加热蒸汽供热量的5％。 1.3厂址 厂址为济南。 2.设计方案 本设计任务为分离苯-甲苯混合液。对于二元混合物系的分离，应采用连续精馏流程。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后送至储罐。该物系属易分离物系，最小回流比小，合适的操作回流比为最小回流比的1.7至2倍之间。塔釜采用间接蒸气加热，塔底产品经冷却后送至储罐。 图 1为精馏塔的工艺流程图。 图 1 精馏塔工艺流程图 3.1精馏塔的物料衡算 （1）原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数 苯的摩尔质量为MA=78.11kg/kmol。 甲苯的摩尔质量为 MB=92.13kg/kmol。 原料液苯含量为45%，塔顶苯含量不低于98%，塔底苯含量不高于2%（均为质量分率）。 转换成摩尔分率为 xF==0.491 xD==0.983 xw==0.024 （2）原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 MF=0.491×78.11+（1-0.491）×92.13=85.25kg/kmol MD=0.983×78.11+（1-0.983）×92.13=78.35kg/kmol MW=0.024×78.11+（1-0.024）×92.13=91.80kg/kmol （3）物料衡算 年处理苯—甲苯混合液3.5万吨（开工率330天/年）。 计算得原料处理量 F==51.84kmol/h 由总物料衡算 51.84=D+W 轻组分苯的物料衡算51.84×0.491=0.983D+0.024W 联立解得：D=25.24kmol/h W=26.60kmol/h 列出物料衡算表。 表1 物料衡算表 进料 出料 项目 摩尔分数 流量（kmol/h） 项目 摩尔分数 流量（kmol/h） 进料F 0.491 51.84 塔顶产品D 0.983 25.24 塔底产品W 0.024 26.60 合计 51.84 合计 51.84 3.2求取精馏塔的理论塔板数 苯—甲苯体系为理想物系，故可以使用图解法计算理论塔板数，具体求解过程如下。 表2给出常压（101.33kPa）下苯—甲苯二元物系的汽—液平衡组成。 表2 苯—甲苯二元物系的汽—液平衡组成 苯摩尔分数 温度(℃) 苯摩尔分数 温度(℃) 液相x 气相y 液相x 气相y 0.000 0.000 110.6 0.592 0.789 89.4 0.088 0.212 106.1 0.700 0.853 86.8 0.200 0.370 102.2 0.803 0.914 84.4 0.300 0.500 98.6 0.903 0.957 82.3 0.397 0.618 95.2 0.950 0.979 81.2 0.489 0.710 92.1 1.000 1.000 80.2 ①查得苯-甲苯物系的气液平衡数据，绘出x-y图见2。 ②求解进料热状况参数q。 由设计任务可知，进料温度为TF=35℃。 由气液平衡数据可查得进料组成xF=0.491的苯—甲苯溶液的泡点Ts=92.1℃。 平均温度为t===63.55℃。 表 3表 4为苯和甲苯的有关物性数据。 表 3苯-甲苯的摩尔热容 温度℃ 0 50 100 150 苯(kJ/kmol/K) 72.7 89.7 104.8 118.1 甲苯(kJ/kmol/K) 93.3 113.3 131 146.6 表 4苯-甲苯的汽化潜热 温度℃ 20 40 60 80 100 120 苯(kJ/kg) 431.1 420 407.7 394.1 379.3 363.2 甲苯(kJ/kg) 412.7 402.1 391 379.4 367.1 354.2 利用插值法，使用公式（M为所要求的物理量） 求苯的摩尔热容CmA： 得CmA=93.8kJ/(kmol·K) 同理可得 甲苯的摩尔热容CmB=124.6kJ/(kmo