化工原理课程设计苯甲苯分离

课程设计化工原理课程设计——板式精馏塔的设计院系：化工学院班级：高材11202老师：石东坡序号：20姓名：刘洋课程设计序言化工原理课程设计是综合运用《化工原理》课程和有关先修课程（《物理化学》，《化工制图》等）所学知识，完成一个单元设备设计为主的一次性实践教学，是理论联系实际的桥梁，在整个教学中起着培养学生能力的重要作用。通过课程设计，要求更加熟悉工程设计的基本内容，掌握化工单元操作设计的主要程序及方法，锻炼和提高学生综合运用理论知识和技能的能力，问题分析能力，思考问题能力，计算能力等。精馏是分离液体混合物（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。精馏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，精馏操作可以是连续的或间歇的，按操作压力还可分为常压、加压和减压蒸馏，有些特殊的物系还可采用衡沸精馏或萃取精馏等特殊方法进行分离。本设计的题目是苯-甲苯连续精馏筛板塔的设计，即需设计一个精馏塔用来分离易挥发的苯和不易挥发的甲苯，采用连续操作方式，需设计一板式塔将其分离。课程设计目录一、板式精馏塔课程设计任务书…………………………………………………….4(一)、设计题目：........................................................................................................................4(二)、设计参数............................................................................................................................4(三)、设计内容............................................................................................................................4二、设计计算...............................................................................................................51、设计方案的选定及基础数据的搜集.....................................................................................52、精馏塔的物料衡算.................................................................................................................73、塔板数的确定........................................................................................................................84、精馏塔的工艺条件及相关物性数据的计算.........................................................................95、气液负荷计算......................................................................................................................136、精馏塔的塔体工艺尺寸计算(一)塔径的计算..............................................................137、筛板的流体力学验算...........................................................................................................188、塔板负荷性能图..................................................................................................................21三、设计结果汇总一览表.........................................................................................28四、精馏塔的附属设备与接管尺寸的计算（略）.................................................29五、设计心得体会.....................................................................................................29七、参考书目.............................................................................................................32八、附录.....................................................................................................................32【1】苯——甲苯连续精馏过程板式精馏塔示意图...............................................................32【2】苯——甲苯精馏控制工艺流程图...................................................................................32【3】苯——甲苯温度组成(T-X(Y))图.....................................................................................33课程设计一、板式精馏塔课程设计任务书(一)、设计题目：苯-甲苯连续精馏筛板塔的设计。(二)、设计参数年处理量：25000吨料液初温:35℃料液组成：45％苯，苯-甲苯常温混合溶液（质量分率，下同）塔顶产品组成苯≥98％塔底釜液组成苯≤2%年实际生产天数：330天精馏塔塔顶压力：4kpa（表压）冷却水进口温度：30℃饱和水蒸气压力：22.5/kgfcm（间接水蒸气加热）设备型式：筛板精馏塔厂址：长江大学地区(三)、设计内容1、设计方案的确定根据设计任务书所提供的条件和要求，通过对现有资料的分析对比，选定适宜的流程方案和设备类型，初步确定工艺流程。对选定的工艺流程，主要设备的形式进行简要的论述。2、精馏过程的工艺计算3、塔和塔板主要工艺结构尺寸计算4、塔内流体力学性能的计算与校核5、塔板结构简图和塔板性能图的绘制6、塔的工艺计算结果汇总一览表7、典型辅助设备选型与计算（略）8、带控制点的生产工艺流程图及精馏塔设计工艺条件图的绘制9、对本设计的评述或对有关问题的分析与讨论10、编制课程设计说明书11、参考文献课程设计二、设计计算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，应采用连续精馏流程。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馏塔内。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2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。其中由于蒸馏过程的原理是多次进行部分汽化和冷凝，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馏，筛板塔塔板上开有许多均布的筛孔，孔径一般为3～8mm，筛孔在塔板上作正三角形排列。筛板塔也是传质过程常用的塔设备，它的主要优点有：(１)结构比浮阀塔更简单，易于加工，造价约为泡罩塔的60％，为浮阀塔的80％左右。(２)处理能力大，比同塔径的泡罩塔可增加10～15％。(３)塔板效率高，比泡罩塔高15％左右。(４)压降较低，每板压力比泡罩塔约低30％左右。筛板塔的缺点是：(１)塔板安装的水平度要求较高，否则气液接触不匀。(２)操作弹性较小(约2～3)。(３)小孔筛板容易堵塞。下图是板式塔的简略图：课程设计表1.1苯和甲苯的物理性质([1]:P289)项目分子式分子量M沸点（℃）临界温度tC（℃）临界压强PC（kPa）苯A甲苯BC6H6C7H878.1192.1380.10110.63288.5318.576833.44107.7表1.2苯-甲苯的饱和蒸汽压([2]:P73表10-1)t/C080.184889296100104108110.60AP/kPa101.3114.1128.4144.1161.3180.0200.3222.4237.70BP/kPa39.044.550.857.865.674.283.694.0101.3表1.3常温下苯—甲苯气液平衡数据（[2]：P73表10-2）t/℃80.184889296100104108110.6x10.8160.6510.5040.3730.2560.1520.0570课程设计y10.9190.8250.7170.5940.4550.30.1250表1.4纯组分的表面张力([6]：378P附录图7)t/8090100110120σ/(mN/3m)苯21.22018.817.516.2甲苯21.820.619.618.417.3上表的数据关联成下式：苯：A=31.24-0.125t甲苯：B=30.74-0.112t表1.5组分的液相密度([6]：382P附录图8)t/℃8090100110120ρ/（kg/3m）苯817805793782770甲苯811801791780768上表的数据关联成下式：苯：A=910.4-1.17t甲苯：B=897.2-1.07t2、精馏塔的物料衡算(1)原料液及塔顶、塔底产品中苯的摩尔分率苯的摩尔质量甲苯的摩尔质量0.45/78.110.4910.45/78.110.55/92.13Fx0.9878.110.9830.9878.110.0292.13Dx0.0278.110.0240.0278.110.9292.13Wx（2）原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量0.4578.11(10.45)92.1385.82FMkgkmol0.98378.11(10.983)92.1378.35DMkgkmol课程设计0.02478.11(10.024)92.1391.80WMkgkmol（3）物料衡算原料处理量0250000003156.5733024Fkgh总物料衡算oooFDW苯物料衡算0.450.980.02oooFDW联立解得3156.57/3156.57/85.8236.78/1413.88/1413.88/78.