化工原理课程设计--乙苯-苯乙烯板式精馏塔工艺设计

错误!未指定书签。第1页共46页化工原理课程设计题目乙苯-苯乙烯板式精馏塔的工艺设计年级专业学号学生姓名2009年12月21日错误!未指定书签。第2页共46页目录第一节化工原理课程设计（精馏装置）………………………….41.1设计题目..................................................................................错误!未定义书签。1.2操作条件......................................................................................................................41.3设计内容......................................................................................................................41.4基础数据......................................................................................................................4第二节设计方案的确定及工艺流程的说明............................................52.1设计方案的确定及工艺流程的说明....................................................................52.2流程图...........................................................................................................................6未找到目录项。附图…………………………………………………………………………..46参考文献………………………………………………………………………..47第一节化工原理课程设计（精馏装置）的内容1.1设计题目课程设计题目——乙苯-苯乙烯板式精馏塔的工艺设计：设计一座乙苯-苯乙烯连续精馏塔，要求年处理原料液（40%乙苯）30000t/a，塔底馏出液中含乙苯不高于2%。塔顶馏出液中含乙苯为98%（以上均为质量%）。1.2操作条件1.塔顶压强4kPa（表压）；错误!未指定书签。第3页共46页2.进料热状况，自选；3.回流比，自选；4.塔釜加热蒸汽压力506kPa；5.单板压降不大于0.7kPa；6.年工作日300天，每天24小时连续运行。1.3设计内容1.设计方案的确定及工艺流程的说明；2.塔的工艺计算；3.塔和塔板主要工艺结构的设计计算；4.塔内流体力学性能的设计计算；5.塔板负荷性能图的绘制；6.塔的工艺计算结果汇总一览表；7.辅助设备的选型与计算；8.生产工艺流程图及精馏塔工艺条件图的绘制；9.对本设计的评述或对有关问题的分析与讨论。1.4基础数据1.安托因方程㏒P=A+B/（C+t）安托因方程常数ABC温度范围/℃乙苯6.082081424.255213.0631-187苯乙烯6.0821445.58209.4326-163表12.组分的液相粘度µ(mpa.s)温度/℃80100120140160乙苯0.3540.30.2590.2260.2苯乙烯0.3860.3210.2720.2340.204表23.组分的液相密度ρ（kg/m3）温度/℃100120140160ρ乙苯795.2776.2756.7736.4错误!未指定书签。第4页共46页ρ苯乙烯838820801781表34.组分的表面张力σ（mN/m）温度，（℃）100120140160乙苯20.8518.8116.8214.86苯乙烯22.7820.7618.7816.84表4双组分混合液体的表面张力mσ可按下式计算：ABBABAmxxσσσσσ（BAxx、为A、B组分的摩尔分率）第二节设计方案的确定及工艺流程的说明2.1设计方案的确定及工艺流程的说明原料液经卧式列管式预热器预热至泡点后送入连续板式精馏塔（筛板塔），塔顶上升蒸汽流采用强制循环式列管全凝器冷凝后一部分作为回流液，其余作为产品经冷却后送至贮罐；塔釜采用热虹吸立式再沸器提供汽相流，塔釜产品经卧式列管式冷却器冷至贮罐2.1流程图σ错误!未指定书签。第5页共46页第三节精馏塔（精馏段）计算3.1塔的工艺计算3.1.1全塔物料衡算（一）料液及塔顶底产品含苯的摩尔分率乙苯和苯乙烯的相对摩尔质量分别为106.168和104.152kg/kmol。0.4/106.168x0.3950.4/106.1680.6/104.152F0.98/106.168x0.97960.98/106.1680.02/104.152D0.02/106.168x0.01960.02/106.1680.98/104.152W（二）平均摩尔质量FM=0.395106.168+(1-0.395)104.152=104.79kg/kmolDM=0.9796106.168+(1-0.9796)104.152=104kg/kmolWM=0.0196106.168+(1-0.0196)104.152=104.0392kg/kmol错误!未指定书签。第6页共46页（三）料液及塔顶底产品的摩尔流率依题给条件：一年以300天，一天以24小时计，有：'30000t/a4166.67kg/hF，全塔物料衡算：0.3950.97960.0196FDWFDW4166.67kg/h1629.34kg/h2537.33kg/hFDW4166.67/104.7939.76kmol/h1629.34/10415.67kmol/h2537.33/104.039224.388kmol/hFDW3.1.2塔板数的确定（一）理论塔板数TN的求取乙苯-苯乙烯物系属于理想物系，可采用梯级图解法（M·T法）求取TN，步骤如下：1.根据安托因方程㏒P=A+B/（C+t）求取想平衡数据，利用泡点和露点方程求取yx~乙苯-苯乙烯相平衡数据温度/℃P°乙苯KpaP°苯乙烯xy136.32101.288279.6163311137103.15281.135130.9160.933138105.941783.410250.7940.83139108.790485.735550.6750.725140111.698988.11180.5590.617141114.668190.539790.4460.505142117.698893.020290.3360.39143120.791995.554090.2280.271144123.948398.141990.1220.15145127.1688100.78480.020.025145.19127.7881101.2932002.确定操作的回流比R将上表中数据作图得yx~曲线及yxt~曲线。在yx~图上，因1q，查得0.453ey，而0.394eFxx，0.9796Dx。故有：错误!未指定书签。第7页共46页0.97960.4538.9250.4530.394DemeexyRyx由于R=（1.2～2）mR，取实际操作的回流比为最小回流比的2倍，即：228.92517.85mRR3.求理论塔板数精馏段操作线：0.9470.05211DxRyxxRR提馏段操作线为过0.0196,0.00196和0.394,0.0425两点的直线乙苯-苯乙烯物系精馏分离理论塔板数的图解错误!未指定书签。第8页共46页13513613713813914014114214314414514600.10.20.30.40.50.60.70.80.91t-xt-y乙苯-苯乙烯物系的温度组成图图解得44.2143.2TN块（不含釜）。其中，精馏段123.4TN块，提馏段243.223.419.8TN块，第24块为加料板位置。（二）实际塔板数pN1.全塔效率TETE=0.62.实际塔板数pN（近似取两段效率相同）精馏段：123.4/0.639pN块，取139pN块提馏段：219.8/0.633pN块，取233pN块总塔板数1272pppNNN块。3.1.3操作工艺条件及相关物性数据计算（一）平均压强mp取每层塔板压降为0.7kPa计算。塔顶：kPa3.10543.101Dp加料板：105.30.739132.6kPaFp错误!未指定书签。第9页共46页平均压强105.3132.6/2118.95kPamp（二）平均温度mt查温度组成图得：塔顶为136.32℃，加料板为141.5℃。136.32141.5/2138.91mt℃（三）平均分子量mM塔顶：10.9796Dyx，10.974x（查相平衡图）,0.9796106.16810.9796104.152106.13kg/kmolVDmM,0.974106.16810.974104.152106.12kg/kmolLDmM加料板：0.394Fx，0.453Fy（查相平衡图）,0.453106.16810.453104.152105.065kg/kmolVFmM,0.395106.16810.395104.152104.95kg/kmolLFmM精馏段：,106.13105.065/2105.60kg/kmolVmM,106.12104.95/2105.535kg/kmolLmM（四）平均密度mρ1.液相平均密度mLρ,由基础数据表3知：塔顶：3,760.3kg/mLDA3,804.5kg/mLDB（136.32℃）3,,,,10.980.02761.14kg/m760.3804.5ABLDmLDmLDALDBaa进料板：3,755.2kg/mLFA3,799.5kg/mLFB（141.5℃）3,,,,10.40.6781.2kg/m755.2799.5ABLFmLFmLFALFBaa精馏段：3,761.14781.2/2771.17kg/mLm2.汽相平均密度mVρ,错误!未指定书签。第10页共46页,3,119.65105.63.689kg/m8.314273138.91mVmVmmpMRT（五）液体的平均表面张力mσ塔顶：,17.19mN/mDA；,19.16mN/mDB（136.32℃）,17.1919.1617.23mN/m17.190.020419.160.9796ABDmABBADxx进料板：,16.67mN/mFA；,18.63mN/mFB（141.5℃）,16.6718.6317.80mN/m16.670.60518.630.395ABFmABBAFxx精馏段：17.2317.80/217.52mN/mm（六）液体的平均粘度mLμ,塔顶：查化工原理附录11，在136.32℃下有：,0.2320.97960.2410.02040.232mPasLDmAABBDDxx加料板：,0.2240.3950.2320.6050.229mPasLFm精馏段：,0.2320.229/20.23mPasLm3.1.4汽液负荷计算汽相摩尔流率118.8515.672