化工原理课程设计---连续精馏板式塔内分离苯—甲苯混合物(编辑修改稿)

化工原理课程设计---连续精馏板式塔内分离苯—甲苯混合物(编辑修改稿)内容摘要：

at the same time heat and mass transfer design secification through the material balance,energy balance,technalogy,structural design and rerification and a series of work to design a reasonable possibility of the sieve rower. 第 4 页 第一章 设计任务及方案确定 设计任务 在操作压力为 4kPa（表压）连续精馏板式塔内分离苯 — 甲苯混合物。 已知：原料处理量为 105t／ a 操作周期 7200 小时 /每年；要求进料液组成60%（质量分率，其下如同），塔顶馏出液组成为  98%，塔底釜液的组成为  2%。 进料热状况：饱和液体进料 回流比： R/Rmin=2 单板压降： ΔP ≤ 设计方案的确定 本设计任务为分离苯 — 甲苯混合物。 此二元混合物可按理想混合物处理，采用连续精馏馏程。 设计中采用饱和液体进料方式，将原料液通过预热器加热至泡点后送如精馏塔内。 塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回馏至塔内，其于部分产品经冷却器冷却后送至储罐。 该物系属于易分离物系，最小回馏比较小，故操作回馏比取最小回馏比的 倍。 塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却器冷却后送至储罐。 其中浮阀塔低气液负荷、操作弹性大、效率高、单位体积生产能力大、气液负荷可变性好等优点且部分已形成标准 系列，故选用浮阀塔为主体设备。 第 5 页 第二章 精馏塔的工艺计算 精馏塔的物料衡算 已知参数列表 表 11 参数列表 质量分WF（ %） WD（ %） WW（ %） q ΔP（ kPa） 操作周期 小时 /每年 处理量 R/Rmin F （ t/h） P 表压 P  98  2 1 7200 30000 2 4 原料液及塔顶、塔釜产品的摩尔分率 苯的摩尔质量 MA＝ g／ mol 甲苯的摩尔质量 MB＝ g／ mol 原料液及塔顶、塔釜产品的平均摩尔质量 MF= +（ ） = g／ mol MD= +（ ） = g／ mol MW= +（ ） = g／ mol 原料处理量 Ｆ＝ 4000/总物料衡算与苯的物料衡算： F D wF D WF D Wx x x  联立解得：Ｄ＝ kmol/h Ｗ＝ kmol/h 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 操作温度的计算 1 计算操作温度需下列公式： 第 6 页 ①安托尼方程 *lg BAp tC ②***ABPPBXPP 2 查得苯、甲苯的安托尼常数： 苯 甲苯 A B C A B C 3采用笔算，见其下结果 通过上面两式试差求得 精馏段： tD=℃ ， tF=℃， tM=℃， 提留段： tW=℃ ， tF=℃， tM=℃， 塔板数的确定 1 理论塔板层数 NT的求取 苯 甲苯属理想物系，可采用图解法求得理论板层 数 ①由手册查得 苯 甲苯物料的气、液平衡数据，绘出 x～ y图。 ②求最小回流比及操作回流比 采用作图法求得最小回流比。 在途中对角线上，自点 e（ ）做垂线ef即为进料线（ q 线），该线与平衡线的焦点坐标为 yq = xq = 故最小回流比为： 取操作回流比为： R = Rmin= 2 = ③ 精馏塔的气、液相负荷 L=RD= =V=(R+1)D=(+1) =39。 L ’ =L+qF=+=15kmol/h 39。 V =V’ =④ 求操作线方程 精馏段操作线方程为 第 7 页 提馏段操作线方程为 ⑤用图解法求理论塔板数 ： 精馏段实际板层数 N 精 =5/≈ 10 提馏段实际板层数 N 提 =⑥ 全塔黏度 （液体平均黏度） 的计算 以精馏段为例计算 黏度计算公式： lg lgiLm ix 利用液体黏度共线图 查得 tD=℃时：   mPaS  mPaS l g 0. 97 4 l g 0. 02 6 l g 0. 30 2LD m A B LD m      mPaS 查得 tW=℃时：   mPaS   mPaS l g 0. 01 2 l g 0. 98 8 l g 0. 24 95LW m A B LW m      mPaS 全塔黏度： L 精 = 0 .2 7 62L D m L W m m P a S  同理 提镏段 全塔黏度： L 提 =  操作压力的计算 以精馏段为例计算 塔顶 操作压力 PD=+4 = 每层塔压降 ΔP = 进料板 的压 力 PF=+10 = 精馏段平均压 力 pm = （ +） /2= kPa 同理 提留段 塔底操作压力 PF= 每层塔压降 ΔP = 进料板的压力 PF=+10 = 精馏段平均压 力 pm = （ +） /2= kPa 第 8 页 第三章 精馏塔的塔体工艺尺寸计算 气体流量的计算 苯与甲苯可以按理想气体处理 精馏段 的气液相体积流率为 VS = 12 38 0 6 . 9 0 . 0 0 3 3 6 0 0 0 . 0 4 7 3 /2 . 9 3 1 . 0 5 3 3 6 0 0hLhVL smV                提馏段 3, 1 3 8 . 1 6 8 7 . 0 7 9 1 . 0 2 3 /3 6 0 0 3 6 0 0 3 . 2 6 5VMvs VMVM sq m    平均摩尔质量计算 平均摩尔质量 ① tD时塔顶的平均摩尔质量 : 1 x 1  0. 96 6 78 .1 1 ( 1 0. 96 6) 92 .1 3 78 .5 9 /V D M k g m olM      0. 91 6 78 .1 1 ( 1 0. 91 6) 92 .1 3 79 .2 9 /LD M k g m olM       ② tF时进料板处的平均摩尔质量 : x =0. y= 0. 49 78 .1 1 0. 51 92 .1 3 85 .2 6 /VFM k g m olM      /L F M k g m olM      ③ tW时塔釜的平均摩尔质量 :  wy = 0. 02 96 78 .1 1 0. 97 04 92 .1 3 91 .7 2 /V w M k g m olM      /LwM k g m olM      精馏段的平均摩尔质量 气相平均摩尔质量： 8 5 . 2 6 7 8 . 5 9 8 1 . 9 3 /2VM k g m o lM  第 9 页 液相 平均摩尔质量： 8 8 . 2 6 7 8 . 9 9 8 3 . 6 3 /2LM k g m o lM  提镏段 的平均摩尔质量 气相平均摩尔质量： 39。 9 1 . 7 2 8 5 . 2 6 8 8 . 4 9 /2VM k g m o lM  液相 平均摩尔质量： 39。 9 1 . 9 6 8 8 . 2 6 9 0 . 1 1 /2LM k g m o lM ) 平均密度的计算 气相平均密度的计算 31 0 8 . 5 3 8 0 . 3 9 2 . 9 3 /8 . 3 1 4 ( 8 6 . 2 5 2 7 3 . 1 5 )m V mVM mPM kg mR T    液相平均密度的计算 液相平均密度的计算选用下式： 1 iLm ia 由物性数据手册查得不同温度下的密度 [2]，列入下表 : 80℃ 100℃ 120℃ 苯（ 3/kgm ） 甲苯（ 3/kgm ） ① tD=℃时塔顶的平均密度计算（ 1 代表苯； 2 代表甲苯） 1。