苯-甲苯连续筛板式精馏塔的设计

化工原理课程设计题目苯-甲苯连续筛板式精馏塔的设计教学院化工与材料工程学院专业班级化工1001学生姓名巩方飞学生学号10110111指导教师张振坤2012年12月06日吉林化工学院化工原理课程设计-2-目录第一章序言.......................................错误!未定义书签。第二章板式精馏塔设计任务书........................错误!未定义书签。第三章设计计算....................................错误!未定义书签。3.1设计方案的选定及基础数据的搜集..............错误!未定义书签。3.2精馏塔的物料衡算.............................错误!未定义书签。3.2.1原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率.......错误!未定义书签。3.2.2原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量...错误!未定义书签。3.2.3物料衡算...............................错误!未定义书签。3.3塔板数的确定................................错误!未定义书签。3.3.1理论塔板数的确定.......................错误!未定义书签。3.3.2全塔效率的计算.........................错误!未定义书签。3.3.3求实际板数.............................错误!未定义书签。3.4精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算........错误!未定义书签。3.4.1操作压力的计算.........................错误!未定义书签。3.4.2操作温度的计算.........................错误!未定义书签。3.4.3平均摩尔质量的计算.....................错误!未定义书签。3.4.4平均密度的计算.........................错误!未定义书签。3.4.5液体平均表面张力的计算.................错误!未定义书签。3.4.6液体平均黏度的计算.....................错误!未定义书签。3.5精馏塔的塔体工艺尺寸计算....................错误!未定义书签。吉林化工学院化工原理课程设计-3-3.5.1塔径的计算.............................错误!未定义书签。3.5.2有效塔高的计算.........................错误!未定义书签。3.6塔板主要工艺尺寸的计算......................错误!未定义书签。3.6.1溢流装置计算...........................错误!未定义书签。3.6.2塔板布置...............................错误!未定义书签。3.7筛板的流体力学验算..........................错误!未定义书签。3.7.1塔板阻力...............................错误!未定义书签。3.7.2漏液点.................................错误!未定义书签。3.7.3雾沫夹带...............................错误!未定义书签。3.7.4液面落差...............................错误!未定义书签。3.7.5液泛的校核.............................错误!未定义书签。3.8塔板负荷性能图..............................错误!未定义书签。第四章设计结果一览表..............................错误!未定义书签。第五章板式塔得结构与附属设备......................错误!未定义书签。5.1附件的计算...................................错误!未定义书签。5.1.1配管...................................错误!未定义书签。5.1.2冷凝器.................................错误!未定义书签。5.1.3再沸器.................................错误!未定义书签。5.2板式塔结构.................................错误!未定义书签。第六章参考文献....................................错误!未定义书签。第七章设计心得体会................................错误!未定义书签。吉林化工学院化工原理课程设计-4-第一章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，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。吉林化工学院化工原理课程设计-5-第二章化工原理课程设计任务书一设计题目：苯-甲苯连续筛板式精馏塔的设计二任务要求设计一连续筛板精馏塔以分离苯和甲苯，具体工艺参数如下：原料加料量F＝100kmol/h进料组成xF＝0.441馏出液组成xD＝0.911釜液组成xw＝0.011塔顶压力p＝100kpa单板压降≤0.7kPa2工艺操作条件：常压精馏，塔顶全凝器，塔底间接加热，泡点进料，泡点回流。三主要设计内容1、设计方案的选择及流程说明2、工艺计算3、主要设备工艺尺寸设计（1）塔径及精馏段塔板结构尺寸的确定（2）塔板的流体力学校核（3）塔板的负荷性能图（4）总塔高4、辅助设备选型与计算5、设计结果汇总6、工艺流程图及精馏塔设备条件图吉林化工学院化工原理课程设计-6-第三章设计计算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入精馏塔内。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1.91388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：吉林化工学院化工原理课程设计-7-图3-1板式塔的简略图表3-1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AC6H678.1180.1288.56833.4甲苯BC6H5—CH392.13110.6318.574107.7表3-2苯和甲苯的饱和蒸汽压温度C080.1859095100105110.60AP,kPa101.33116.9135.5155.7179.2204.2240.00BP，kPa40.046.054.063.374.386.0表3-3常温下苯—甲苯气液平衡数据温度C080.1859095100105液相中苯的摩尔分率1.0000.7800.5810.4120.2580.130汽相中苯的摩尔分率1.0000.9000.7770.6300.4560.262吉林化工学院化工原理课程设计-8-表3-4纯组分的表面张力温度8090100110120苯，mN/m甲苯，Mn/m21.221.72020.618.819.517.518.416.217.3表3-5组分的液相密度温度(℃)8090100110120苯,kg/3m814805791778763甲苯,kg/3m809801791780768表3-6液体粘度µL温度(℃)8090100110120苯（mPa.s）0.3080.2790.2550.2330.215甲苯（mPa.s）0.3110.2860.2640.2540.228表3-7常压下苯——甲苯的气液平衡数据温度t℃液相中苯的摩尔分率x气相中苯的摩尔分率y110.560.000.00109.911.002.50108.793.007.11107.615.0011.2105.0510.020.8102.7915.029.4100.7520.037.298.8425.044.297.1330.050.795.5835.056.694.0940.061.992.6945.066.791.4050.071.390.1155.075.580.8060.079.187.6365.082.586.5270.085.4475.088.584.4080.091.283.3385.093.682.2590.095.981.1195.098.080.6697.098.880.2199.099.6180.01100.0100.0吉林化工学院化工原理课程设计-9-3.2精馏塔的物料衡算3.2.1原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率物料衡算式:FWDFxWxDxFWD苯的摩尔质量甲苯的摩尔质量kmolkgMB/13.92441.0)2011(001.045.0Fx911.0)2011(001.092.0Dx011.0)2011(001.002.0Wx3.2.2原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量95.8513.92)911.01(11.78441.0FMmolkgMDk/36.7913.92911.0111.78911.0molkgMWk/98.9113.92011.0111.78011.03.2.3物料衡算原料处理量hkmolF/100总物料衡算100WD苯物料衡算WDF011.0911.0441.0联立解得hkmolWhkmolD/22.52/78.47式中F------原料液流量D------塔顶产品量W------塔底产品量3.3塔板数的确定3.3.1理论塔板数的确定吉林化工学院化工原理课程设计-10-(1)相对挥发度的计算苯的沸点:80.1℃甲苯的沸点:110