化工原理课程设计苯甲苯混合液筛板精馏塔的设计.docx

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1、化工原理课程设计T.甲苯混合液筛板精馈塔的设计姓名:班级：高材I1oo2学号：序号:年月目录1苯甲苯混合液筛板精储塔设计概述12板式精循塔设计任务书13设计计算23.1 设计方案的选定及基础数据的搜集23.2 精储塔的物料衡算33.3 塔板数的确定43.4 塔的精馈段操作工艺条件及相关物性数据的计算63.5 精福段的气液负荷计算84精储塔的塔体工艺尺寸计算84.1 塔径的计算84.2 塔板工艺结构尺寸的设计与计算95筛板的流体力学验算106精储段塔板负荷性能图127设计结果一览表151苯甲苯混合液筛板精馈塔设计概述塔设备是化工、炼油生产中最重要的设备之一。塔设备的设计和研究，已经受到化工行业的

2、极大重视。在化工生产中，塔设备的性能对于整个装置的产品产量、质量、生产能力和消耗定额，以及三废处理和环境保护等各个方面，都有非常重大的影响。精储是分离液体混合物（含可液化的气体混合物）最常用的一种单元操作，在化工，炼油，石油化工等工业中得到广泛应用。精储过程在能量剂驱动下（有时加质量剂），使气液两相多次直接接触和分离，利用液相混合物中各组分的挥发度的不同，使易挥发组分由液相向气相转移，难挥发组分由气相向液相转移，实现原料混合液中各组分的分离。根据生产上的不同要求，精储操作可以是连续的或间歇的，有些特殊的物系还可采用衡沸精储或萃取精储等特殊方法进行分离。本设计的题目是苯-甲苯混合液筛板精储塔的设

3、计，即需设计一个精储塔用来分离易挥发的苯和不易挥发的甲苯。2板式精储塔设计任务书一、设计题目苯-甲苯混合液筛板精储塔的设计。二、设计任务（1）原料液中苯含量：质量分率=55%（质量），其余为甲苯。（2）塔顶产品中苯含量不得低于98%（质量）。（3）塔底釜液含甲苯量不低于98%（质量）(4)生产能力：45000t/y苯产品，年开工330天。(1)精储塔顶压强：4.0kPa(表压)(2)进料热状态：饱和液体(5)冷却水温度：30(6)饱和水蒸汽压力:2.5kgfcm2(表(7)设备型式：筛板塔四、设计内容及要求(1)设计方案的确定及流程说明(2)塔的工艺计算(3)塔和塔板主要工艺尺寸的设计塔高、塔

4、径以及塔板结构尺寸的确定；塔板的流体力学验算；塔板的负荷性能图。(4)编制设计结果概要或设计一览表3设计计算3.1 设计方案的选定及基础数据的搜集本设计任务为分离苯一甲苯混合物。由于对物料没有特殊的要求，可以在常压下操作。对于二元混合物的分离，应采用连续精储流程。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人精储塔内。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1.5倍。塔底设置再沸器采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。其中由于蒸储过程的原理是多次进行部分汽化和冷凝

5、，热效率比较低，但塔顶冷凝器放出的热量很多，但其能量品位较低，不能直接用于塔釜的热源，在本次设计中设计把其热量作为低温热源产生低压蒸汽作为原料预热器的热源之一，充分利用了能量。塔板的类型为筛板塔精微，筛板塔塔板上开有许多均布的筛孔，孔径一般为38mm,筛孔在塔板上作正三角形排列。下图是板式塔的简略图：进料再沸器冷凝水T塔底产品C（或残液）1,m加热水蒸汽板式精谒塔表1苯、甲苯在某些温度t下的饱和蒸汽压（谭天恩化工原理P73）tc80.184889296100104108110.6P7kPa101.3114.1128.4144.1161.3180200.3222.4237.7P17kPa3944

6、.550.857.865.674.283.694101.3表2苯甲苯物系在总压101325kPa下的tx（y）图（谭天恩化工原理P73）t/80.184889296100104108110.6X10.8160.6510.5040.3730.2560.1520.0570y10.9190.8250.7170.5940.4550.30.1250表3苯甲苯物系在某些温度t下的（X值（谭天恩化工原理P75）tc80.184889296100104108110.6a2.602.562.532.492.462.432.402.372.35X10.8160.6510.5040.3730.2560.1520.0

7、570表4纯组分的表面张力温度（）8090100110120苯,mN/m21.22018.817.516.2甲苯，mN/m21.720.619.518.417.3表5纯组分的液相密度温度（C）8090100110120苯,kg814805791778763甲苯,1m0/8098017917807683.2 精储塔的物料衡算（1）原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率苯的摩尔质量MA=78.1甲苯的摩尔质量MB=92.1进料组成苯的质量分数=0.5555/78.155/78.1+45/92.1=0.590塔顶储出液苯的质量分数=0.9855/78.11=0.983/55/78.1+45/92.1塔底釜

8、液苯的质量分数=0.0255/78.1/55/78.1+45/92.11=Q0235(2)原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量Mf=78.10.590+92.1(1-0.590)=83.84Md=78.10.983+92.1(1-0.983)=78.34Mw=78.10.0235+92.1(1-0.0235)=91.77(3)物料衡算145000x1000TTF=diJIhno1/h原料处理量I330x24全塔物料衡算：F=EM-WFxF=DxEM-WxW代入F=67.77kmo1hxF=0.59xD=0.983xW=0.0235解得D=40.01kom1h,W=27.76kmo1/h式中F原

9、料液流量D-塔顶产品量W塔底产品量3.3 塔板数的确定(1)理论板数NT的求取。苯一甲苯属理想物系，可采用逐板计算求理论板数。最小回流比及操作回流比的计算：由表3随温度的升高，(X的值略有减小，但变化不大。取的平均值:=(2.6+2.35)/2=2.475ax_2.475x1+(-1)x1+1.475x采用饱和液体进料，q=1O于是Xe=XF=O.5902.475xf2.4750.590yp=E-=().781r1+1.475xf1+1.4750.590Rxdye0.9830.781min.一-0.781-0.590取操作回流比为R=1.5Rmin=1.59求操作线方程精循段操作线方程为xn_

10、1.59R+11.59+142%=O61x+o.381.59+1提储段操作线通过(0.0235,0.0235)(0.590,0.740)两点于是得到提福段操作线方程：yT26x+003逐板法求理论板数：用精微段操作线和相平衡方程进行逐板计算V.=J“一y3=0.940-2475T475y=0.8057X2=0.918+o38%=0.940n1234567Xn0.9590.9180.8630.7960.7230.6490.583y0.9830.9650.940.9060.8660.8210.776交替应用相平衡线和精微段操作线方程得到以下数据:因为x7=0.583xF=0.590故精馄段理论板n

11、=6o用提储段操作线和相平衡方程继续逐板计算y8=1.26x7+0.003=0.738)82.475-1.4758=0.532交替应用相平衡线和精储段操作线方程得到以下数据:n8910111213141516Xn0.5320.4550.3550.2480.1570.0920.0520.0290.016y0.7380.6740.5760.450.3160.2010.1190.0680.039因为x6=0.016xD.0235故提储段理论板n=8（不包括塔釜）。总塔板数为14（不包括塔釜）,第7块板为加料板。(2)全塔效率的计算查谭天恩化工原理P73图10-1温度组成图得到,塔顶温度tD=80.4

12、2C,塔釜温度tW=109.95C,全塔平均温度tm=95.18Co查谭天恩化工原理附录黏度共线图，得到苯、甲苯在平均温度下的粘度=0.25mPas=0.30mPas平均粘度025X0.590+0.30X(1-0.590)=027mPa与全塔效率将二017-0.616IgMn=O17-0.616Ig0.27=0.5(3)求实际板数精储段实际板数NPI=言=11.53,取回12提储段实际板数Np?=白=15.38,取耳16。总塔板数数及州祁飞283.4 塔的精储段操作工艺条件及相关物性数据的计算(1)平均压力R塔顶操作压力P=4+101.3=105.3kPa每层塔板压降按ZiP=O.7kPa进料

13、板压力匠=105.3+0.7x12=113.7kPa精储段平均压力R=(105.3+113.7)/2=109.5kPa(2)平均温度查谭天恩化工原理P73图10-1温度组成图得到，塔顶温度t80.42C进料板温度团=89.96C，于是精微段平均温度Q=(80.42+89.96)/2=85.19(3)平均摩尔质量计算塔顶：由二e.983,代入相平衡方程得M=O.959Mvdm=0.98378.1+(1-0.983)x92.1=78.34a/kmo1M1dm=0.95978.1+(1-0.959)92.1=78.672g/kmo1进料板：yp=0.740,Xf=O.590Mvfm=0.74078.1+(1-0.740)92.1=81.74/kmo1=0.59078.1+(1-0.590)92.1=83.84kg/kmo1精储段：叵$78.34+81.74)/2=80.0极后方Mmg(78.67+83.84)/2=81.Ihno1（4）平均密度气相平均密度计算：匕MVm109.580.04RTm8.314x(85.19+273.15)=2.943kgm3液相平均密度计算：将表5密度与温度的数据关联成