化工原理课程设计---分离苯—甲苯混合物的精馏塔设计.docx

化工原理课程设计说明书设计题目：分离苯—甲苯混合物的精馏塔设计学校：*********班级：**************设计者：**********指导老师：*******设计时间：2012年7月11日2012年7月17日目录设计任务p.2前言p.3精馏装置工艺流程图(附图1)精馏塔设计计算基本数据的计算p.4回流比的计算p.4塔板数的计算p.5精馏塔的工艺设计塔径的计算p.7塔高的计算p.9塔板数的计算和设计p.9精馏塔的负荷性能的计算塔板负荷性能的计算p.12塔板的流体力学校核p.14精馏塔的辅助设备塔顶冷凝器p.17塔底再沸器p.20设计小结p.22参考文献p.23附图连续精馏流程图苯—甲苯的温度组成相图图解法球理论塔板数 R—N关联图塔板布置图精馏段塔板负荷性能图提馏段塔板负荷性能图设计任务设计题目：分离苯甲苯混合物的精馏塔的设计前言本课程实际的题目是分离苯—甲苯混合物的精馏塔的设计，精馏操作是一门重要的化工单元操作，此操作主要在塔设备中进行，使均相液体混合物经多次部分气化和多次部分液化，以达到使混合物系分离或得到较高纯度的组分的目的，精馏设计的主要任务是根据物系性质和工艺要求，确定操作条件，选择一定的塔形，进行工艺和设备尺寸的计算。精馏装置的流程比较定型，一般包括：精馏塔，塔顶蒸汽冷凝器，塔底再沸器，原料加热器以及输送设备等。气液传质设备主要是塔设备，其中最重要的类型为板式塔和填料塔。板式塔主要有筛板塔，泡罩塔和浮阀塔。本设计为筛板塔。筛板塔踏板上开有很多直径约几毫米的筛孔，操作时液体进入进料板，沿板面从一侧流到另一侧，越过出口堰的上沿，落入降液管而进入下一层，如此逐层下流，塔板出口的溢流堰使板上维持一定的液层高度，用于气液交换。气体从塔底端到达最底层一层板的上方，经由板上的筛孔逐渐上升，由于板上液层的存在，气体通过每一层板上的筛孔时，分散成很多气泡，气体符合一般都大到足以使气泡紧密接触，不断合并和破裂，使液层成为泡沫层，为两相接触提供大的相界面积，并造成一定程度的湍动，这都有利于传质速率的提高。筛板多采用不锈钢板或合金钢板制成，使用碳钢的比较少，孔的直径约为3~8mm，以4~5mm较常用，板的厚度约为孔径的0.4~0.8倍，此外，又有一种大孔筛板，孔径在10mm以上，用于悬浮颗粒与脏污的场合。筛板塔的结构简单，造价低，其生产能力较泡罩塔高10%~15%，板效率约高10%~15%，而每板压降则低30%左右。所以本次设计采用筛板塔设计模式。精馏塔的设计计算精馏装置工艺流程图精馏装置一般包括：精馏塔、塔顶蒸汽冷凝器、料液预热器、塔底再沸器、液体输送设备和管路等，其工艺流程比较固定。工业生产中常见的精馏流程（附图1）。塔的设计计算基本数据的计算苯的分子量：78.1kg/kmolC6H6甲苯的分子量：92.1kg/kmolC7H8进料的平均分子量：MF=0.41×78.1+0.59×92.1=86.36kg/kmol进料液的摩尔量为：F==76.42kmol/h总物料衡算：F=D+WFxf=DxD+WxW解之得：D=31.61kmol/hW=44.81kmol/hq值的计算由苯—甲苯的温度—组成相图（附图2）得：当xF=0.41时苯的泡点温度为tD=94.8℃进料温度为50℃时的平均温度为t===72.4℃由液体的比热共线图[1]可查得苯的比热CpA=0.453×4.187kJ·kg-1·K-1=1.897kJ·kg-1·K-1甲苯的比热CpB=0.564×4.187kJ·kg-1·K-1=2.361kJ·kg-1·K-1（采用内差法计算所得）则进料的平均比热Cpm=2.219kJ·kg-1·K-1当P=0.1MPa时，查得[2]苯的气化潜热为γA=362kJ·kg-1甲苯的气化潜热为γB=341.5kJ·kg-1则进料液的平均气化潜热γm=0.41×362+0.59×341.5=349.9kJ·kg-1所以q=====1.273即q=1.2733、计算最小回流比Rmin由2得q=1.2734.669由此作图3，q线与平衡线的交点为：xq=0.472Yq=0.698则Rmin==1.2044、计算最小理论塔板数Nmin由参考[3]表10—3以及附图2，计算xF=0.41xD=0.97xW=0.015下，分别对应的泡点温度，取三处的α的几何平均值。tF=101℃tD=82℃tW=110.4℃αF=2.42αD=2.62αW=2.35则α= =2.46全回流时，所需理论塔板数最少，由芬斯克（Fenske）方程[4]Nmin=5、计算理论塔板数N设R=1.3由吉利兰关联图[5]得解之得同上，设若干R值，可算得相应的若干N值，其结果列表如下设RRminNmin1.51.2040.11847.510.5517.9101.71.2040