分离苯-甲苯精馏系统设计(另有全套CAD图纸)

第1页共47页化工课程设计说明书作者: 学号：学院(系): 专业: 题目: 分离苯-甲苯精馏系统设计塔设计指导者：评阅者：年月化工课程设计说明书第2页共47页2目录第一章概述 ……………………………………………….………… 1第二章主要基础数据 ……………………………………………….2第三章设计方案的确定以及流程说明 …………………………….4第四章塔的物料横算 ……………………………………………….5第五章塔板数的确定 ……………………………………………….6第六章塔的工艺条件及物性数据计算 …………………………… 10第七章汽液相负荷计算 …………………………………………..13第八章塔和塔板主要工艺尺寸计算 ……………………………..14第九章筛板流体力学验算 ………………………………………… 20第十章塔板负荷性能图 …………………………………………… 24第十一章筛板塔的工艺设计计算结果总表 ……………………… 31第十二章塔附件的设计 …………………………………………..33第十三章课程设计心得体会 ……………………………………..40参考文献 …………………………………………………………….42化工课程设计说明书第3页共47页3第一章概述高径比很大的设备称为塔器．塔设备是化工、炼油生产中最重要的设备之一．它可使气（或汽）液或液液两相之间进行紧密接触，达到相际传质及传热的目的．常见的、可在塔设备中完成的单元操作有：精馏、吸收、解吸和萃取等。此外，工业气体的冷却与回收，气体的湿法净制和干燥，以及兼有气液两相传质和传热的增湿、减湿等．根据设计任务书，此设计的塔型为筛板塔．筛板塔是很早出现的一种板式塔．五十年代起对筛板塔进行了大量工业规模的研究，逐步掌握了筛板塔的性能，并形成了较完善的设计方法．与泡罩塔相比，筛板塔具有下列优点：生产能力大２０－４０％，塔板效率高１０－１５％，压力降低３０－５０％，而且结构简单，塔盘造价减少４０％左右，安装、维修都较容易．从而一反长期的冷落状况，获得了广泛应用．近年来对筛板塔盘的研究还在发展，出现了大孔径筛板（孔径可达２０－２５mm），导向筛板等多种形式．筛板塔盘上分为筛孔区、无孔区、溢流堰及降液管等几部分．工业塔常用的筛孔孔径为３－８mm，按正三角形排列．空间距与孔径的比为２.５－５．近年来有大孔径（１０－２５mm）筛板的，它具有制造容易，不易堵塞等优点，只是漏夜点低，操作弹性小．筛板塔的特点如下：（１）结构简单、制造维修方便．（２）生产能力大，比浮阀塔还高．（３）塔板压力降较低，适宜于真空蒸馏．（４）塔板效率较高，但比浮阀塔稍低．（５）合理设计的筛板塔可是具有较高的操作弹性，仅稍低与泡罩塔．（６）小孔径筛板易堵塞，故不宜处理脏的、粘性大的和带有固体粒子的料液．化工课程设计说明书第4页共47页4第二章主要基础数据[1]2.1、苯和甲苯的物理性质表1苯和甲苯的物理性质项目分子式分子量M沸点，℃临界温度tc,℃临界压强PC,kPA苯AC6H678.1180.1289.24910甲苯BC6H5CH393.13110.8321.040502.2、饱和蒸汽压PO苯和甲苯的饱和蒸汽压可用Antoine方程求算，即 C T B A p o+-= ln 式中T—物系温度，℃，PO—饱和蒸汽压，kPaA、B、C—Antoine常数，其值见下表表2Antoine常数组分ABC苯6.0231206.35220.24甲苯6.0781343.94219.582.3、苯和甲苯的液相密度ρL表3苯和甲苯的液相密度温度℃8090100110120苯kg/m3815.0803.9792.5780.3768.9甲苯kg/m3810.0800.2790.3780.3770.02.4、液体表面张力σ表4液体表面张力温度t，℃6080100120140化工课程设计说明书第5页共47页5苯mN/m23.7421.2718.8516.4914.17甲苯mN/m23.9421.6919.9417.3415.322.5、液体粘度μL表5液体粘度温度t，℃6080100120140苯mPas0.3810.3080.2550.2150.184甲苯mPas0.3730.3110.2640.2280.2002.6、温度利用表中数据由拉格朗日插值法可求得tF,tD,tW 50 . 95 0 . 30 84 . 38 6 . 98 3 . 39 0 . 30 2 . 95 6 . 98 :=--=-- F F t t 19 . 81 95 6 . 96 2 . 81 0 . 95 0 . 100 2 . 81 2 . 80 :=--=-- D D t t 40 . 109 0 . 0 35 . 2 6 . 110 0 . 0 8 . 8 6 . 110 1 . 106 :=--=-- W W t t化工课程设计说明书第6页共47页6第三章设计方案的确定及流程说明苯和甲苯混合液经原料预热器加热至泡点后送入精馏塔。塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝后，一部分作为回流，其余为塔顶产品，经冷却器冷却后送至贮槽。流程图如下：化工课程设计说明书第7页共47页7第四章塔的物料衡算4.1、料液及塔顶、塔底产品含苯摩尔分率 3884 . 0 13 . 92 65 11 . 78 35 11 . 78 35=+= F x 966 . 0 13 . 92 4 11 . 78 96 11 . 78 96=+= D x 0235 . 0 13 . 92 98 11 . 78 2 11 . 78 2=+= W x 4.2、平均分子量MF==0.3884*78.11+(1-0.3884)*92.13=86.68kg/kmolMD=0.966×78.11+(1-0.966)×92.13=78.59kg/kmolMW=0.0235×78.11+(1-0.0235)×92.13=91.80kg/kmol4.3、物料衡算总物料衡算F=1000/86.68=11.54kmol/hD+W=F（1）易挥发组分物料衡算0.966×D+0.0235×W=0.3884×F（2）联立（1）、（2）解得：D=4.638kmol/hW=6.898kmol/h4.4、物料衡算表表6物料衡算表进料量F，kg/h塔顶出料量D，kg/h塔底出料量W，kg/h11.544.6386.898合计11.5411.54化工课程设计说明书第8页共47页8第五章塔板数的确定[2]5.1、理论塔板数NT的求取苯-甲苯属理想物系，可采用M-T图解法求NT。5.1.1、根据苯、甲苯的饱和蒸汽压，利用泡点方程 A OA A OB OA OB A x P P y P P P P x=--= , 计算出苯-甲苯的气液平衡数据如下表：表7苯-甲苯的气液平衡数据表温度℃xAyA80.21181.20.9500.97982.30.9030.95784.40.8030.91486.80.7000.85.389.40.5920.78992.10.4890.71095.20.3970.61898.60.3000.500102.20.2000.370106.10.0880.212110.600根据计算结果作t-x-y图及x-y图.化工课程设计说明书第9页共47页9图2t-x-y图00.10.20.30.40.50.60.70.80.9180.685.690.695.6100.6105.6110.6T浓度液相气相图3X-Y图00.10.20.30.40.50.60.70.80.9100.10.20.30.40.50.60.70.80.91XY苯—甲苯平衡线化工课程设计说明书第10页共47页105.1.2、求最小回流比Rmin操作回流比R因饱和蒸汽进料，在x-y图对角线上自点e(0.3884,0.3884)作平行于Y轴的线即为q线，该线与平衡线的交点坐标为,xq=0.3884，yq=0.6096。此即最小回流比时操作线与平衡线的交点坐标，故 611 . 1 3884 . 0 6096 . 0 6096 . 0 966 . 0 min=--=--= q q q D x y y x R 取操作回流比R=2Rmin=2×1.611=3.2225.1.3、求理论板数NT精馏段操作线方程为 1 1+++= R x R R y xD 229 . 0 7632 . 0 1 222 . 3 966 . 0 1 222 . 3 222 . 3+=+++= x x 按M-T图解法在x-y图上作梯级得：化工课程设计说明书第11页共47页11NT=12层（包括塔底再沸器）。其中精馏段理论板数为5层，提馏段为7层，第6层为加料板。5.1.4、全塔效率ET根据m m T E lg 616 . 0 17 . 0-=[6]根据塔顶、塔底液相组成查t-x-y图，求得塔平均温度为95.4℃，该温度下进料液相平均粘度为：mmmm B L F m i i x ) 3884 . 0 1 ( 3884 . 0 A-+==å=0.3884×0.2672+(1-0.728)×0.2748=0.2719mPas % 8 . 51 518 . 0 2719 . 0 lg 616 . 0 17 . 0==-= ET 5.2、实际板层数Np精馏段N精=5/0.518=9.64取10层提馏段N提=7/0.518=13.50取14层化工课程设计说明书第12页共47页12第六章塔的工艺条件及物性数据计算6.1、操作压强Pm塔顶压强PD=101.33kPa ∆ ，取每层塔板压降P=0.7kPa，则进料板压强PF=101.33+0.7×10=108.33kPa，塔底压强为PW=108.33+0.7×14=118.13kPa，则精馏段平均操作压强为 kPa P m 83 . 104 2 33 . 108 33 . 101=+=提馏段平均操作压强为 kPa P m 23 . 113 2 13 . 118 33 . 108=+=6.2、温度tm根据操作压强，依下式两式试差计算操作温度： x x B OB A OA P P P+=和 C T B A P O+-= ln 试差结果，塔顶tD=81.2℃，进料板tF=95.5℃，塔底tW=109.4℃。则精馏段平均温度tm，精= 4 . 88 2 5 . 95 81.2=+℃提馏段平均温度tm，提= 5 . 102 2 5 . 95 4 . 109=+℃6.3、平均摩尔质量用插值法算出：精馏段平均液相组成X1=0.636精馏段平均气相组成Y1=0.815提留段平均液相组成X2=0.193提留段平均气相组成Y2=0.360精馏段液相平均摩尔质量ML1=83.22kg/kmol精馏段气相平均摩尔质量MV1=80.71kg/kmol提留段液相平均摩尔质量ML2=89.43kg/kmol提留段气相平均摩尔质量MV2=87.08kg/kmol精馏段α1=2.523提留段α2=2.3536.4、平均密度ρm化工课程设计说明书第13页共47页136.4.1、液相密度ρLm依式1/ρLm=aA/ρLA+aB/ρLB（a为质量分率）塔顶t=81.2℃，用插值法算出在此温度下苯和甲苯的密度r苯=814kg/m3，r甲苯=809kg/m3 809 04 . 0 814 96 . 0 1+=r LmD ρLmD=813.8kg/m3进料板，tF=95.5℃,用插值法算出在此温度下苯和甲苯的密度r苯=797kg/m3，r甲苯=794kg/m3由加料板液相组成= aA 0.35 794 35 . 0 1 797 35 . 0 1-+=r LmF ρLmF=795kg/m3塔底,tW=109.4℃，用插值法算出在此温度下苯和甲苯的密度r苯=781kg/m3，r甲苯=781kg/m3 781 99 . 0 781 01 . 0 1+=r LmW ρLmW=781kg/m3故精馏段平均液相组成：ρLm（精）=（813.8+795）/2=804.4kg/m3提馏段平均液相组成：ρLm（提）=（795+78