3.5 筛板精馏塔设计例3.5 筛板精馏塔设计示例.doc

3.5 筛板精馏塔设计示例 3.5.1 化工原理课程设计任务书 设计题目:分离苯-甲苯混合液的筛板精馏塔 在一常压操作的连续精馏塔内分离苯-甲苯混合液。已知原料液的处理量为4000kg/h，组成为0.41(苯的质量分率)，要求塔顶馏出液的组成为0.96，塔底釜液的组成为0.01。 设计条件如下： 表3-18 操作压力 进料热状态 回流比 单板压降 全塔效率 建厂地址 4kPa(塔顶常压)自选 自选 ≤0.7kPaET=52%天津地区 试根据上述工艺条件作出筛板塔的设计计算。 3.5.2 设计计算 1 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。 2 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 甲苯的摩尔质量 （2）原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 （3）物料衡算 原料处理量 总物料衡算 46.61＝D＋W苯物料衡算 46.61×0.45＝0.966D＋0.012 W联立解得 D＝21.40 kmol／hW=25.21kmol／h3 塔板数的确定 （1）理论板层数NT的求取 苯一甲苯属理想物系，可采用图解法求理论板层数。 ①由手册查得苯一甲苯物系的气液平衡数据，绘出x~y图，见图3-22。 ②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3-19中对角线上，自点e（0.45，0.45）作垂线ef即为进料线(q线)，该线与平衡线的交点坐标为 yq＝0.667 xq＝0.450故最小回流比为 取操作回流比为 ③求精馏塔的气、液相负荷  图3-22 图解法求理论板层数 ④求操作线方程 精馏段操作线方程为提馏段操作线方程为⑤图解法求理论板层数 采用图解法求理论板层数，如图3-22所???。求解结果为 总理论板层数NT＝12．5（包括再沸器） 进料板位置NF＝6（2）实际板层数的求取 精馏段实际板层数5/0.52＝9.6≈10,提馏段实际板层数6.5/0.52=12.5≈134 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= 105.3 kPa 每层塔板压降 △P＝0.7 kPa进料板压力 PF ＝105.3＋0.7×10＝112.3kPa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 tD＝82.1℃ 进料板温度 tF＝99.5℃ 精馏段平均温度 tm＝（82.l＋99.5）/2 = 90.8℃（3）平均摩尔质量计算 塔顶平均摩尔质量计算 由xD=y1=0.966,查平衡曲线（见图3-22），得x1=0.916进料板平均摩尔质量计算 由图解理论板（见图3-22，得yF＝0.604查平衡曲线（见图3-22），得xF＝0.388精馏段平均摩尔质量 （4）平均密度计算 ①气相平均密度计算 由理想气体状态方程计算，即 ②液相平均密度计算 液相平均密度依下式计算，即 塔顶液相平均密度的计算 由tD＝82.1℃，查手册得 进料板液相平均密度的计算 由tF＝99.5℃，查手册得 进料板液相的质量分率  精馏段液相平均密度为 ρLm=（812.5+791.6）/2=802.1 kg/m3(5) 液体平均表面张力计算 液相平均表面张力依下式计算，即 塔顶液相平均表面张力的计算 由 tD＝82.1℃，查手册得 σA=21.24 m N/m σB=21.42 m N/mσLDm=0.966×21.24+(1-0.966)×21.42=21.25 mN/m进料板液相平均表面张力的计算 由tF＝99.5℃，查手册得 σA=18.90 m N/m σB=20.0 m N/mσLFm=0.388×18.90+(1-0.388)×20.0=19.57 mN/m精馏段液相平均表面张力为 σLm=（21.25+19.57）/2=20.41 mN/m(6) 液体平均粘度计算 液相平均粘度依下式计算，即 lgμLm=Σxilgμ