化工原理课程设计分离苯甲苯的混合物

1、化工原理课程设计说明书系 别： 专 业： 学生姓名： 指导教师： 2013年 月 日目录1 设计方案的确定12 精馏塔的物料衡算12.1 原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数12.2 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量12.3 物料衡算13 塔板数的确定24 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算44.1 操作压力计算44.2 操作温度计算44.3 平均摩尔质量计算54.4 平均密度计算64.5 液体平均表面张力计算74.6 液体平均粘度计算75 精馏塔的塔体工艺尺寸的计算85.1 塔径的计算85.2 精馏塔有效高度的计算106 塔板主要工艺尺寸的计算116.1 溢流装置计算116.2 踏板布置1

2、27 筛板的流体力学验算147.1 塔板压降147.2 液面落差157.3 液沫夹带157.4 漏液157.5 液泛168 塔板负荷性能图168.1 液漏线168.2 液沫夹带线178.3 液相负荷下限线188.4 液相负荷上限线198.5 液泛线191 设计方案的确定本设计任务为分离苯-甲苯的混合物。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入精馏塔内。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

3、产品经冷却后送至储罐。2 精馏塔的物料衡算2.1 原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数苯的摩尔质量 甲苯的摩尔质量 2.2 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量2.3 物料衡算原料处理量 总物料衡算 苯物料衡算联立解得 3 塔板数的确定计算最小回流比，因当选取时，即解得，因为，所以相平衡方程 或 （a）由式（a）得 精馏段操作线 （b）提馏段操作线 (因q=1)式中 代入可得 （c）泡点进料 q=1, yx第1块板0.9660.920017524第2块板0.9300131430.84325817第3块板0.8724436270.734684502第4块板0.7910133770.605115608

4、第5块板0.6938367060.478488259第6块板0.5988661940.376724377表3-1 塔板数解法（a）因，第7块板上升的气相组成由提馏段操作方程（c）计算，yx第7块板0.4910010.280856302第8块板0.3612026120.186279846第9块板0.2372128780.11182445第10块板0.1396018540.061640216第11块板0.0738103230.03125571第12块板0.0339762360.014039448第13块板0.0114057170.004649258表3-2 塔板数解法（b）同样，所需总理论板数为1

5、3块，第6块加料，精馏段需5块板。实际板层数的求取精馏段实际板层数 提馏段实际板层数 4 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算4.1 操作压力计算塔顶操作压力 每层塔板压降 p=0.7kPa进料板压力 精馏段平均压力 塔釜压强 提馏段平均压力 4.2 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:苯 甲苯 得 由表格得塔顶温度 同理可得进料板温度 精馏段平均温度 塔釜温度 提馏段平均温度 4.3 平均摩尔质量计算（1） 塔顶平均摩尔质量计算由,得（2） 进料板平均摩尔质量计算,得 （3） 精馏段平均摩尔质量计算

6、（4） 塔釜平均摩尔质量计算,（5） 提馏段平均摩尔质量计算4.4 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，即精馏段的计算提馏段的计算(2) 液相平均密度计算塔顶液相平均密度计算：由查手册得进料板液相平均密度计算：由进料板液相的质量分数为精馏段液相平均密度为 塔釜液相平均密度为,查手册得提馏段液相平均密度为4.5 液体平均表面张力计算塔顶液相平均表面张力计算:由进料板液相平均表面张力计算:由，精馏段液相平均表面张力为塔釜液相平均表面张力为由，查手册得，提馏段平均表面张力为4.6 液体平均粘度计算塔顶液相平均粘度的计算：由，解得进料板液相平均粘度的计算：由查手册得，解得精馏段液

7、相平均粘度为塔釜液相平均粘度的计算：由，解得提馏段液相平均粘度为5 精馏塔的塔体工艺尺寸的计算5.1 塔径的计算（1）精馏段的气、液相体积流量为 (D表示的是馏出液的流率）式中由计算，经查表得，图的横坐标为取板间距板上液层高度，则查图得取安全系数为，则空塔气速为 （表示的是塔径）按标准塔径圆整后为塔截面积为实际空塔气速为 （2） 提馏段的气、液相体积流量为,式中由计算，经查表得，图的横坐为取板间距板上液层高度，则查图得,取安全系数为，则空塔气速为 （表示的是塔径）按标准塔径圆整后为塔截面积为实际空塔气速为5.2 精馏塔有效高度的计算精馏段有效高度为提馏段有效高度为在进料板上方开一人孔，其高度为

8、6 塔板主要工艺尺寸的计算6.1 溢流装置计算因为塔径，可选用单溢流弓形降液管，采用凹形受液盘。各项计算如下。(1) 堰长取 (2)溢流堰高度选用平直堰，堰上液层高度由近似取E=1，则取板上清液高度，则（3） 弓形降液管宽度和截面积由弓形降液管的参数图得 故 依式则 ，故降液管设计合理。（4）降液管底隙高度 ，满足取，则，故降液管底隙高度设计合理。 选用凹形受液盘，深度。6.2 踏板布置（1） 塔板的分块因，故塔板采用分块式。查表得，塔板分为3块。塔径/mm8001200140016001800200塔板分块数345表6-1 单溢流型塔板分块数（2） 边缘区宽度确定取。（3） 开孔区面积计算开

9、孔区面积按其中故（4） 筛孔计算及其排列本例处理的物系无腐蚀性，可选用的碳钢板，取筛孔直径。筛孔按正三角形排列，取孔中心距为筛孔数目为开孔率为气孔通过阀孔的气速为7 筛板的流体力学验算7.1 塔板压降（1） 干板阻力计算干板阻力由式由查图得，故液柱液柱（2） 气体通过液层的阻力好计算气体通过液层的阻力由式，由计算查图得液柱液柱（3） 液体表面张力的阻力计算液体表面张力所产生的阻力由式计算液柱液柱气体通过每层塔板的液柱可按下式计算，即液柱液柱气体通过每层塔板的压降为 （设计允许值）（设计允许值）7.2 液面落差对于筛板塔，液面落差很小，切本例的塔径和液面量均不大，故忽略液面落差的影响。7.3 液

10、沫夹带液沫夹带量由式计算，一般取，即故在本设计中液沫夹带量在允许范围内。7.4 漏液对筛板塔，漏液点气速可由式计算，即实际孔速稳定系数为 ，故在本设计中无明显漏液。7.5 液泛为防止塔内发生液泛，降液管内液层高应服从式关系，苯-甲苯物系属一般物系，取则 而 板上不设进口堰，由式计算，即 液柱 液柱 液柱因 故在本设计中不会发生液泛现象。8 塔板负荷性能图8.1 液漏线由 得 整理得 整理得0.00060.00150.00300.00450.00600.3070.3170.3290.3390.3470.2900.2990.3100.3200.328表8-1 计算结果由上表数据可作出液漏线1.8.

11、2 液沫夹带线以，关系如下：整理得 整理得 0.00060.00150.00300.00450.00601.8091.7231.6141.5221.4401.7921.7081.6011.5111.430表8-2 计算结果由上表数据可作出液沫夹带线2.8.3 液相负荷下限线对于平直堰，取堰上液层高度作为最小液体负荷标准。由式得取,则据此可作出与气体流量无关的垂直液相负荷下线线3.8.4 液相负荷上限线以作为液体在降液管中停留时间的下限，由式得故 据此可作出与气体流量无关的垂直液相负荷上限线4.8.5 液泛线令 ,联立得忽略，将的关系代入上式，并整理得，式中将有关数据代入，得 ， 故 0.000

12、60.00150.00300.00450.00601.0811.0420.9780.9050.8171.0260.9900.9340.8730.801表8-3 计算结果由上表数据可作出液泛线5.根据以上各线方程，可作出筛板塔的负荷性能图，如下图所示。图8.1 精馏段筛板塔负荷性能图图8.2 提馏段筛板塔负荷性能图在负荷性能图上，作出操作线，有图可以看出，该筛塔的操作上限为液泛控制，下限为漏液控制。由图可得故操作弹性为过操作弹性为所设计筛板塔的主要结果汇总如下表：表8-4 筛板塔设计计算结果序号项目数值1平均温度 、89.7、104.62平均压力 、 108.8、114.43气相流量、0.589、0.5834液相流量、0.0016、0.00185实际塔板数266有效段高度10.47塔径、1.0、1.08板间距、0.40、0.409溢流形式单溢流10降液管形式弓形11堰长、0.66、0.6612堰高、0.048、0.04713板上液层高度、0.06、0.0614堰上液层高度、0.012、0.01315降液管底隙高度、0.024、0.02716安定区宽度、0.065、0.06517边缘区宽度0.03518开孔区面积、0.522