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 = 1 \* GB3 ①连续精馏流程图 = 2 \* GB3 ②苯—甲苯的温度组成相图 = 3 \* GB3 ③图解法球理论塔板数 = 4 \* GB3 ④ R—N关联图 = 5 \* GB3 ⑤塔板布置图 = 6 \* GB3 ⑥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/kmol C6H6 甲苯的分子量：92.1kg/kmol C7H8 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=660086.36 总物料衡算：F=D+W Fxf=DxD+WxW 解之得：D=31.61kmol/h W=44.81kmol/h q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= td+tf2= 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=1.897 kJ·kg-1·K-1 甲苯的比热CpB=0.564×4.187 kJ·kg-1·K-1=2.361 kJ·kg-1·K-1（采用内差法计算所得） 则进料的平均比热Cpm=2.219 kJ·kg-1·K-1 当P=0.1MPa时，查得[2]苯的气化潜热为γA=362 kJ·kg-1 甲苯的气化潜热为γB=341.5 kJ·kg-1 则进料液的平均气化潜热γm=0.41×362+0.59×341.5=349.9 kJ·kg-1 所以q=iV-iFiV-iL= 即q=1.273 3、计算最小回流比Rmin 由2得q=1.273 qq-1 由此作图3，q线与平衡线的交点为：xq=0.472 Yq=0.698 则Rmin=(xD 4、计算最小理论塔板数Nmin 由参考[3] 表10—3以及附