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1. 任务书
1.1 设计题目
分离苯—甲苯精馏系统设计
—精馏塔设计
1.2 设计任务
1 处理能力:5000kg/h;
2 进料组成:苯含量35%(质量,下同),温度为25;
3 工艺要求:塔顶苯含量95%,塔底苯含量2.5%;
4 操作条件:常压;
5 设备型式:浮阀塔
1.3 设计内容
1 设计方案的确定和流程说明
2 精馏塔的工艺设计
3 精馏塔的结构设计
4 精馏塔的强度设计
5 其他主要设备的选型
1.4 设计要求
1 设计说明书一份;
2 设计图纸:
工艺流程图一张(采用AutoCAD绘制);
主要设备总装配图一张(A1);
3 答辩。
1.5 设计完成时间
2007.9.3~2007.9.28
2. 工艺设计
2.1 设计方案的论述
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。由于冷液进料加大提馏段的回流液流量,从而增大其负荷,所以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,塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝,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。该物系属易分离体系,最小回流比较小,故操作回流比取最小回流比的1.9倍。塔釜采用间接蒸汽加热,塔底产品经产品冷却后送至储罐。
2.2 精馏塔的物料衡算
确定精馏塔的原料液、塔顶及塔底的摩尔流量。
苯的摩尔质量: MA=78.11kg/kmol
甲苯的摩尔质量:MB=92.13kg/kmol
原料苯组成:(摩尔分数,下同)
塔顶组成:
塔底组成:
原料液平均摩尔质量:
进料量:F=5000/MF=5000/86.6846=57.6804kmol/h=0.016kmol/s
物料衡算式为:F=D+W
F=D+W
联立代入求解:D=22.3163kmol/h=0.0062kmol/s
W=35.3641kmol/h=0.0098kmol/s
F:原料液流量(kmol/s) D:塔顶产品流量(kmol/s)
W:塔底残液流量(kmol/s)
2.3 常压下苯-甲苯气液平衡组成(摩尔)与温度关系
表1常压下苯-甲苯气液平衡组成(摩尔)与温度关系[1]
苯的摩尔分数 温度/ 苯的摩尔分数 温度/ 液相 气相 液相 气相 0.0 0.0 110.6 59.2 78.9 89.4 8.8 21.2 106.1 70.0 85.3 86.8 20.0 37.0 102.2 80.3 91.4 84.4 30.0 50.0 98.6 90.3 95.7 82.3 39.7 61.8 95.2 95.0 97.9 81.2 48.9 71.0 92.1 100.0 100.0 80.2 利用表中数据由拉格朗日插值法求得下列温度
① :, =95.50
② :, =81.05
③ :, =109.10
④ 精馏段平均温度:
⑤ 提馏段平均温度:
⑥ 气体温度:: ,=82.3;
:, =110.0
2.3.1 密度
表2 液态芳烃的密度(kg/m3)[2]
温度 40 60 80 100 120 140 苯 857.3 836.6 815.0 792.5 768.9 744.1 甲苯 848.2 829.3 810.0 790.3 770.0 748.8 已知:混合液密度: [3]
混合气密度:
其中a为质量分率,为平均相对分子质量。
(1) 精馏段:
求,
, =805.7kg/m3
, =801.8kg/m3
求平均组成
, x1=0.638
, y1=0.816
求平均摩尔质量
=78.11×0.638+92.13×(1-0.638)=83.2 kg/kmol
=78.11×0.816+92.13×(1-0.816)=80.7 kg/kmol
求
⑤求,
, kg/m3
=2.7kg/m3
(2) 提馏段:=102.3
求,
, kg/m3
, kg/m3
求平均组成
, x2=0.197
, y2=0.366
求平均摩尔质量
=78.11×0.197+92.14×(1-0.197)=89.4 kg/kmol
=78.11×0.366+92.14×(1-0.366)=87.0 kg/kmol
求
求,
, kg/m3
kg/m3
2.3.2 混合液体表面张力[1]
计算非水溶液混合物表面张力用Maclead-Sugden法。
公式:
式中:——混合物的表面张力;——I组份的等张比容;,——液相,气相的摩尔分率;
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