化工原理课程设计--苯—甲苯二元物系筛板式精馏塔的工艺设计

化工原理课程设计--苯—甲苯二元物系筛板式精馏塔的工艺设计内容摘要：

： FDxx解得：D= 的 摩 尔 质 量甲 苯 的 摩 尔 质 量吉林化工学院化工原理课程设计32 板数的确定 相对挥发度的计算 苯－甲苯的饱和蒸汽压可用 Antoine 方程求算，即：式中 t――物系温度，℃；――饱和蒸汽压，kPa。 *PA,B,C――Antoine 常数，式中 A、B、C 为常系数，对于乙醇－水物系，其值见表 11苯甲苯物系安托因方程系数表 11组分 A B C苯 1211 甲苯 1345 注：表中苯以 A 表示；甲苯以 B 表示。 求得数据列于表 12表 12T(℃) 85 90 95 100 105 *()AaPkp  参见文献（4）中 53 页相对挥发度的计算方法，结合表 21 数据，在全塔温度操作范围内，求出塔顶和塔底的平均相对挥发度 ，则平均相对挥127..发度为：． 最小回流比的确定气液相平衡方程为 ()1()nnnxxy …………………………………………（3） 得 ,0。 eqx因 为 由 相 平 衡 方 程  取 操 作 回 流 比 为 *logBPAtC吉林化工学院化工原理课程设计4 求精馏塔气液相负荷精馏段：  (1)(1)提馏段： .034qF ()972(.) 操作线方程的确定精馏段操作线方程： 11RxyDnn得： .(5)提馏段操作线方程： 1nnWLyxV得： ..(6)解（5） （6）得： 03,53qqxy 精馏塔理论塔板数及理论加料位置采用相平衡方程与操作线方程式逐板计算法编程（程序见附录一）求得各理论板气液相组成（见表 13）：表 13塔板 1 2 3 4 5 6气相组成 液相组成 塔板 7 8 9 10 11 12气相组成 液相组成 塔板 13 14 15 16 17 18气相组成 液相组成 由逐板计算发求得总理论板数为 18 块板（包括塔釜） ，精馏段板数为 10 块，提馏段需要 8 块板，第10 块板加料。 操作温度的计算苯－甲苯的饱和蒸汽压可用 Antoine 方程求算，即： *logBPAtC吉林化工学院化工原理课程设计5式中 t――物系温度，℃；――饱和蒸汽压，kPa。 *PA,B,C――Antoine 常数，式中 A、B、C 为常系数，对于乙醇－水物系，其值见表 23苯甲苯物系安托因方程系数表 23组分 A B C苯 1211 甲苯 1345 注：表中苯以 A 表示；甲苯以 B 表示。 由试差法的： 塔顶温度  进料板温度 176。 塔釜温度176。 W精馏段平均温度 176。 1()提馏段平均温度 176。 2(..)定性温度 176。 ==.4CDWt查得。 .2ABmPasPas (1)(). .=9(7TLE（ ） 39。  实际板数的计算精馏段实际板数 提馏段实际板数 吉林化工学院化工原理课程设计6 （包括塔釜） 操作压强 取每层塔板压降为 则 P=,塔顶压强 1325D进料板压强 .塔底压强 007WP精馏段平均操作压强: 1(.)提馏段平均操作压强: 2(..).8P 平均摩尔质量计算（1）塔顶 11 ,.758(09).. 4DVLyxM（2）进料板 66 ,.345781().. 72mVFLyxM（3）塔底 1414 ,.08(.173)92..8kgol.. 03mVFLyx（4）精馏段平均分子量：吉林化工学院化工原理课程设计7气相： 1,液相： 1,1...65lL （5）提馏段平均分子量：气相： 1,液相： 1,27.. 平均密度（1）气相密度 Vm精馏段平均液相密度： 31, (7)vmpRT 提馏段平均液相密度： 32, ..(2519)mvmM （2）液相密度 L由式 可求相应的液相密度。 1ABimL①对于塔顶： , 由 文 献 查 得其中 α 的质量分率为， .97.. 则 ②对于进料板： ,由 文 献 查 得其中 α 的质量分率为：吉林化工学院化工原理课程设计8  则 ③对于塔底： 33.,80.,由 文 献 查 得其中 α 的质量分率为：  则 ..78035lmD（3）精馏段平均液相密度： , 3,提馏段平均液相密度： , 3,2.. 液体表面张力 niimx1（1）对于塔顶： , 由 文 献 查 得 (09).mLm（2）对于进料板： 115., .4, 由 文 献 查 得 0347.(357).76Lm（3）对于塔底： , .N,  由 文 献 查 得 (0).9mLm（4）精馏段平均表面张力： 吉林化工学院化工原理课程设计9提馏段平均表面张力： ..9mNm 液体粘度 niiLmx1（1）对于塔顶： , 由 文 献 查 得L Dlg9lg31(.9)lg1m m（2）对于进料板： 5.,.264as,.284asFLALBt由 文 献 查 得Ll047l26()l807Pm Fm （3）对于塔底： ,.9Pas,.5asWLALBtC 由 文 献 查 得Llglg(1.)lg22m Wm（4）精馏段平均液相粘度： ,提馏段平均液相粘度： ,2..5．精馏段塔和塔板主要工艺尺寸计算 气液负荷和塔径的计算（1）精馏段气液负荷计算 V=,L= Kmol/h . 319780496360VMSmmsρ ...311 51/360Lρ（2）提馏段气液负荷计算 = , =.47 ..6..332298260151037VmSLKolhKolhMms（3）初选所设计的精馏塔为中型塔，采用单流型塔板.板间距 HT=450mm吉林化工学院化工原理课程设计10则: H THL= / /, .=()()(= 312 21 08649查 C20= 依式 147 校正物系表面张力 ./LmN . .L()()020226校 正 表 面 张 力 8585 max .1. ./LVuCs493最 大 空 塔 气 速 4取安全系数为 ,则空塔速度塔径 .06塔 径 081531按标准塔径圆整为 .截面积为  实际空塔气速为 , 精馏塔有效高度的计算精 馏 段 有 效 高 度 为 (19)T精 精 （ N） H提 馏 段 有 效 高 度 为 (). 提 （ ） 08在 进 料 板 上 方 开 一 个 小 孔 ， 其 高 度 为 .精 提故 精 馏 塔 的 有 效 高 度 为对塔的实际高度，根据文献提供的经验值，假设塔底座为 1500mm,人孔直径为 500mm,前一节已经设出塔板板间距为 450mm,那么它的实际高度值为。 408519405mH 溢流装置因塔径 ,可选用采用单溢流，弓形降液管，平行受液盘及平行溢流堰，吉林化工学院化工原理课程设计11（1）溢流堰长 (2)出口堰高 hWLOh溢流收缩系数 E=1取板上清液层高度 选平直堰，堰上液高度 为OWh 32 ().841().1hOWhEl 故 (3)弓形降液管的宽度 与降液管的面积dfA由 查文献（1）中图 57 得 W d/D=，A f/AT=故 .29480739fTA计算液体在降液管中停留时间， 故降液管设计合理。 1 311360..（4）降液管底隙高度 h0取液体通过降液管底隙的流速 ，依下式计算降液管底隙高度 h0 .. 塔板布置（1）塔般的分块因 ，故塔板采用分块式。 由文献（1）查表 53 得，塔板分为 3 块。 80mD（2）边缘区宽度确定取。 .65, cW（3）开孔区面积计算吉林化工学院化工原理课程设计12]sin180[2122RxxRAa 其中： 221[si()].故 [()].91m46aA （4）筛孔数 n 与开孔率 φ本设计所处理的物系无腐蚀性，可选用 碳钢板，取筛孔直径。 3md筛孔按正三角形排列，取 孔中心距 51td取筛孔的孔径 d 0=5mm塔板上筛孔数目为 ..915467Ant孔塔板开孔区的开孔率 φ %.1()15td开孔率在 515%范围内，符合要求。 气体通过筛孔的气速 110, . 筛板的流体力学验算 塔板压降（1）干板阻力 计算ch干板阻力 ，由 查文献（1）中图 510 得 C 0=0,2 2,1 .().05()().24m76VcLuhC液 柱（2）气流穿过板上液层压降相当的液柱高度 hl吉林化工学院化工原理课程设计13..8aVF查文献（1）中 511，得。 07故 11().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 ， 31,液 柱气体通过每层塔板的液柱高度 液 柱气体通过每层塔板的压降为（设计允许值）因为 D60得 筛 板 ， 液 面 落 差 可 忽 略 不 计 液沫夹带量的验算塔板上鼓泡层的高度 6 ,1 ()() 液 液 气 气∴精馏段在设计负荷下不会发生过量雾沫夹带。 漏液的验算对筛板塔，漏夜点气速为 ,min4.()Lo VuCh..)293 吉林化工学院化工原理课程设计14实 际 孔 速筛板的稳定性系数 ,该值大于 ，符合设计要求。 故本设计中精馏段在设计负荷下无明显漏液。 液泛验算为防止降液管液泛的发生，应使降液管中清液层高度 )(WTdhH苯—甲苯物系属一般物系，取 ，1().(467).2485mTWHh液 柱11...279()PLddTWh 液 柱故在设计负荷下不会发生液泛。 根据以上塔板的各项流体力学验算，可以认为精馏段塔径和各项工艺尺寸是合适的。 塔板负荷性能图 漏液线 0,min04.(.)LVu。