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化工原理课程设计说明书设计题目:分离甲苯-苯的混合液设计者:专业:化学工程与工艺学号:指导老师:2008年7月16日分离甲苯-苯的混合物厦门大学化学工程与生物工程系化工原理课程设计任务书设计题目:分离甲苯-苯的混合液设计条件:处理量:4吨/小时进料浓度:40%甲苯(质量)处理要求:塔顶甲苯浓度≤4.5%(质量)塔底甲苯浓度≥96.5%(质量)年工作小时:7200小时专业:化学工程与工艺学号:姓名:指导老师:2008年7月16日分离甲苯-苯的混合物目录一、设计的方案简介二、工艺流程图及其说明三、工艺计算及主体设备设计四、辅助设备的计算及选型五、参考文献附图一、相平衡曲线x-y(求理论板图解法)附图二、工艺流程简图附图三、设备一览表附图四、主体设备工艺条件图分离甲苯-苯的混合物一、设计方案简介苯和甲苯性质相似,但我们可以根据相对挥发对的差异,利用精馏技术分离得到高纯度的苯,回收甲苯。本次设计采用板式精馏塔、连续操作,处理量4000kg/h,泡点进料,回流比为1.8倍的最小回流比,塔顶冷凝才用全凝器,塔底再废器为间壁加热,产品质量分数达到95.5%,釡出液质量分数小于3.5%。在设计过程中将先对塔内进行工艺计算分析气液相组成、温度、压力等的变化,得到塔的各种设计尺寸;然后将对本工艺的附属设备进行计算,并选型;对工业生产过程做好理论基础。二、工艺流程图(见附图)及说明1、工艺流程图(附图二)2、工艺流程简介来自贮槽的原料液经高压泵进入预热器预热到一定温度之后进入精馏塔,塔顶冷凝器将上升蒸汽冷凝成液体,其中一部分作为塔顶产品取出,另一部分重新引回塔顶作为回流液。最终塔顶出来的苯产品再经过一个冷却器冷却后进入苯贮槽。塔釜设有再沸器。加热的液体产生蒸汽再次回到塔底,沿塔上升,同样在每层塔板上进行汽液两相的热质交换。塔釜的另一部分釜液经冷却器后排入下水道。加热蒸汽分为两路,分别进入预热器和再沸器作为加热介质。降温后的液体水或者是部分水蒸汽随管道排进下水道。同样,冷却水分为三路,分别进入冷凝器、苯产品的冷却器和塔釜的冷却器,充分换热均匀之后,全部排入下水道。在流程设计伤,釜出液为100℃左右的高温水,热值高,将其送回热水循环管路用于高炉产蒸汽,具有节能的特点。塔顶采用分段冷凝泡点回流,也是出于节能考虑。在流量控制上采用自动控制,有利于节约劳动力,并使过程控制精确,并可实现计算机控制,有利于连续生产。在检修方面充分考虑到泵的日常维护,因此运用双泵设计便于实际生产中的不停车检修。分离甲苯-苯的混合物三、工艺计算及主体设备设计1、工艺条件正如前面设计任务书,本次设计工艺条件如下:进料温度:25ºC处理量:4吨/小时进料浓度:40%甲苯(质量)处理要求:塔顶苯浓度95.5%(质量)塔底苯浓度3.5%(质量)塔顶压强:4kPa(表压)进料状态:泡点进料回流比:1.8Rmin冷却水温:28ºC加热蒸汽:0.2MPa设备形式:筛板塔塔顶冷凝采用全凝器塔底再沸器为间壁加热年工作时:7200小时年工作日:300天(连续操作)2、汽液平衡数据及相图数据来源:苯tpA24.220531.061.63.1206023.6lg甲苯tpB58.21994.1343078.6lg液相中苯的摩尔分数:x=(p总-Bp)/(Ap-Bp)气相中苯的摩尔分数:y=Ap*x/p总分离甲苯-苯的混合物2.1苯和甲苯的汽液平衡数据如下:温度t℃液相中苯的摩尔分数汽相中苯的摩尔分数111.77001090.0613729960.1331998011060.131957190.2650133971020.2348734740.4243916091000.2905430330.497465961980.3493128550.5663612970.379934460.599293392960.4114274710.631246176940.4771526870.69228375920.5467807930.74963491910.5831556680.776976011900.6206237820.803451414880.6990383830.853888994870.7400755330.877885609850.8260574950.923521296840.8711152880.945197315830.917632260.966136925820.9656665420.98635546781.11112.2作t-x-y和x-y图用excel作图,并将图象附于下:分离甲苯-苯的混合物8085909510010511011500.51x,y温度液相中苯的摩尔分数汽相中苯的摩尔分数图一:苯-甲苯混合液的t-x-y图00.10.20.30.40.50.60.70.80.9100.20.40.60.81xy图二:苯-甲苯混合液的x-y图分离甲苯-苯的混合物3、全塔物料衡算3.1料液及塔顶、塔底产品组分质量(摩尔)分率苯:MA=78.11kg/kmol甲苯:MB=92.13kg/kmol进料液中轻组分质量分数为60%的摩尔分率XF=0.60/0.60/78.110.6390.60/(10.60)/0.60/78.110.40/92.13AABMMM塔顶轻组分质量分数为95.5%的摩尔分率XD=0.955/0.955/78.110.9610.955/(10.955)/0.955/78.110.045/92.13AABMMM塔底轻组分质量分数为3.5%的摩尔分率XW=0.035/0.035/78.110.0410.035/(10.035)/0.035/78.110.965/92.13AABMMM将以上计算结果列为下表:物料位置进料口Fx塔顶Dx塔釜Wx摩尔分数0.6390.9610.041质量分数0.600.9550.045表3-1:进料、塔顶、塔釡物料摩尔分数3.2平均分子量原料液:FFAFBMxM1xM0.678.11(10.6)92.1383.72/kgkmol塔顶:FFAFBMxM1xM0.95578.11(10.955)92.1378.74/kgkmol塔底:FFAFBMxM1xM0.03578.11(10.035)92.1391.64/kgkmol分离甲苯-苯的混合物3.3物料衡算原料液处理量F=4000400047.78/83..72FkmolhM总物料衡算F=D+W47.78=D+W轻组分物料衡算FxF=DxD+Wxw47.78×0.639=0.961D+0.041W∴D=31.06kmol/hW=16.72kmol/h4、塔板数的确定所谓理论板就是离开某块塔板的气液两相互成平衡,且塔板上的液相组成也是均匀的。精馏塔的理论板数可通过“逐板计算法”或“图解法”求得。本例采用图解法。4.1进料热状态参数q值的确定由于泡点进料,所以q=14.2回流比的确定q线方程x=0.639由斜率和截距在x-y图中做出q线方程,与平衡线交于点(0.639,0.818)最小回流比:min0.9610.8180.80.8180.639DqqqxyRyx因为R=(1.1~2.0)Rmin取回流比R=1.8Rmin=1.444.3精馏段操作线方程精馏段操作线方程:n110.590.3911nDnRyxxxRR4.4图解得理论板数(见附图二)①在x-y图上画出平衡线和对角线;②在x-y图中找出a(O.961,0.961),e(0.639,0.639),w(0.041,0.041)三点;分离甲苯-苯的混合物③精馏段操作线截距=0.9610.3911.441DxR.在y轴上定出b点即得精馏段操作线方程,与q线方程相交于d点;④连接d,w点即得到提馏段操作线方程;⑤从a点开始画梯级(在平衡线与提馏段操作线之间画梯级,直到跨过点w)为止。由上图可知理论板共11.8块,不包括塔釜则是10.8块,其中精馏段4.7块,提馏段为6.1块,进料板位置是第4.7块。4.5全塔效率由t-x-y图可查得tD=83.1℃,tW=110.2℃全塔平均温度83.1110.296.722DWttt℃全塔平均温度t=96.7℃下苯、甲苯黏度如下表3-2:组分苯(A)甲苯(B)黏度\cP0.2610.312表3-2:苯-甲苯的黏度μm=xFμ苯+(1-xF)μ甲苯=0.6390.261+(1-0.639)0.312=0.279cP全塔效率:ET=0.17-0.616lgμm=0.17-0.616lg0.279=51.2%4.6实际板数精馏段实际板数4.790.512TTNNE精块提馏段实际板数6.1120.512TTNNE提块实际板数10.8210.512TTNNE块分离甲苯-苯的混合物5、精馏段汽液负荷计算L=RD=1.44×31.06=44.73kmol/hV=(R+1)D=2.44×31.06=75.79kmol/h6、工艺条件及物性数据计算6.1操作压强操作压强4101.3105.3DPkPa进料板压强0.7105.390.7111.6FDPPNkPa精塔釜压强降0.7111.6120.7120wFPPNkPa提精馏段平均操作压强2DFmPPP精=105.3111.62=108.45kPa提馏段平均操作压强2FWmPPP提=111.61202=115.8kPa6.2温度精馏段平均温度tm精=25.901.832FDtt=86.8℃提馏段平均温度tm提=25.902.1102WFtt=100.35℃6.3平均分子量由xF=0.639,查t-x-y图知:yF=0.819进料板气相平均摩尔分子量MVmF=yFMA+(1-yF)MB=0.819×78.11+(1-0.819)×92.13=80.65Kg/Kmol进料板液相平均摩尔分子量MLmF=xFMA+(1-xF)MB=0.639×78.11+(1-0.639)×92.13=83.17Kg/Kmol由xW=0.041,查t-x-y图得yW=0.109塔底气相平均摩尔分子量MVmW=ywMA+(1-yw)MB=0.109×78.11+(1-0.109)×92.13=90.62Kg/Kmol分离甲苯-苯的混合物塔底液相平均摩尔分子量MLmW=xwMA+(1-xw)MB=0.041×78.11+(1-0.041)×92.13=91.56Kg/Kmol由xD=0.961查t-x-y图得yD=0.990塔顶气相平均摩尔分子量MVmD=yDMA+(1-yD)MB=0.990×78.11+(1-0.990)×92.13=78.25Kg/Kmol塔顶液相平均摩尔分子量MLmD=xDMA+(1-xD)MB=0.961×78.11+(1-0.961)×92.13=78.59Kg/Kmol精馏段气相平均摩尔分子量265.8025.782VmFVmDVmMMM精79.45Kg/Kmol提馏段气相平均摩尔分子量265.8056.912VmFVmWVmMMM提84.91Kg/Kmol精馏段液相平均摩尔分子量217.8359.782LmFLmDLmMMM精80.88Kg/Kmol提馏段液相平均摩尔分子量37.87217.8356.912LmFLmWLmMMM提Kg/Kmol6.4平均密度由塔顶温度tD=83.1℃时,查苯-甲苯密度于表3-3表3-3:塔顶苯-甲苯密度组分苯(A)甲苯(B)密度ρ\Kg/m3813.3808.5分离甲苯-苯的混合物由塔底温度tW=110.2℃时,查苯-甲苯密度于表3-4表3-4:塔底苯-甲苯密度组分苯(A)甲苯(B)密度ρ\Kg/m3775.3768.8由进料温度tF=89℃时,查苯-甲苯密度于表3-5表3-5:进料苯-甲苯密度组分苯(A)甲苯(B)密度ρ\Kg/m3794.2793.2
本文标题:分离甲苯-苯的混合液
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