苯-甲苯板式精馏塔的课程设计

化工原理课程设计说明书1目录板式精馏塔设计任务书.....................................3设计题目：............................................3二、设计任务及操作条件................................3三、设计内容：........................................3一．概述.................................................51.1精馏塔简介.......................................51.2苯-甲苯混合物简介................................51.3设计依据..........................................51.4技术来源..........................................61.5设计任务和要求....................................6二．设计方案选择.........................................62.1塔形的选择.......................................62.2操作条件的选择....................................62．2.1操作压力....................................62.2.2进料状态.....................................62.2.3加热方式的选择...............................7三．计算过程.............................................73.1相关工艺的计算....................................73.1.1原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率.............73.1.2物料衡算.....................................83.1.3最小回流比及操作回流比的确定.................83.1.4精馏塔的气、液相负荷和操作线方程..............93.1.5逐板法求理论塔板数...........................103.1.6全塔效率的估算..............................113.1.7实际板数的求取..............................133.2精馏塔的主题尺寸的计算...........................133.2.1精馏塔的物性计算............................133.2.2塔径的计算..................................153.2.3精馏塔高度的计算............................173.3塔板结构尺寸的计算...............................183.3.1溢流装置计算................................183.3.2塔板布置.....................................193.4筛板的流体力学验算...............................213.4.1塔板压降....................................21化工原理课程设计说明书23.4.2液面落差.....................................223.4.3液沫夹带.....................................223.4.4漏液........................................223.4.5液泛........................................233.5塔板负荷性能图..................................233.5.1漏夜线.......................................233.5.2液泛夹带线..................................243.5.3液相负荷下限线..............................253.5.4液相负荷上限线..............................253.5.5液泛线......................................263.6各接管尺寸的确定.................................293.6.1进料管......................................293.6.2釜残液出料管................................293.6.3回流液管....................................303.6.4塔顶上升蒸汽管...............................30四．符号说明............................................30五．总结和设计评述......................................31化工原理课程设计说明书3板式精馏塔设计任务书设计题目：苯―甲苯精馏分离板式塔设计二、设计任务及操作条件1、设计任务：生产能力（进料量）5万吨／年操作周期7200小时／年进料组成50％（质量分率，下同）塔顶产品组成99％塔底产品组成2%2、操作条件操作压力常压进料热状态泡点进料冷却水20℃加热蒸汽0.2MPa3、设备型式筛板塔4、厂址安徽省合肥市三、设计内容：1、概述2、设计方案的选择及流程说明3、塔板数的计算(板式塔)(1)物料衡算;(2)平衡数据和物料数据的计算或查阅;(3)回流比的选择;(4)理论板数和实际板数的计算;4、主要设备工艺尺寸设计化工原理课程设计说明书4(1)塔内气液负荷的计算;(2)塔径的计算;(3)塔板结构图设计和计算；(4)流体力学校核；(5)塔板负荷性能计算；(6)塔接管尺寸计算；(7)总塔高、总压降及接管尺寸的确定。5、辅助设备选型与计算6、设计结果汇总7、工艺流程图及精馏塔装配图8、设计评述化工原理课程设计说明书5一．概述1.1精馏塔简介精馏塔是一圆形筒体，塔内装有多层塔板或填料，塔中部适宜位置设有进料板。两相在塔板上相互接触时，液相被加热，液相中易挥发组分向气相中转移；气相被部分冷凝，气相中难挥发组分向液相中转移，从而使混合物中的组分得到高程度的分离。简单精馏中，只有一股进料，进料位置将塔分为精馏段和提馏段，而在塔顶和塔底分别引出一股产品。精馏塔内，气、液两相的温度和压力自上而下逐渐增加，塔顶最低，塔底最高。1.2苯-甲苯混合物简介化工生产中所处理的原料，中间产物，粗产品几乎都是由若干组分组成的混合物，而且其中大部分都是均相物质。生产中为了满足储存，运输，加工和使用的需求，时常需要将这些混合物分离为较纯净或几乎纯态的物质.芳香族化合物是化工生产中的重要的原材料，而苯和甲苯是各有其重要作用。苯是化工工业和医药工业的重要基本原料，可用来制备染料，树脂，农药，合成药物，合成橡胶，合成纤维和洗涤剂等等；甲苯不仅是有机化工合成的优良溶剂，而且可以合成异氰酸酯，甲酚等化工产品，同时也可以用来制造三硝基甲苯，苯甲酸，对苯二甲酸，防腐剂，染料，泡沫塑料，合成纤维等。1.3设计依据本设计依据《化工原理课程设计》的设计实例，对所提出的题目进行分析并做出理论计算。化工原理课程设计说明书61.4技术来源目前，精馏塔的设计方法以严格的计算为主，也有一些简化的模型，但是严格的计算对于连续精馏塔时最常采用的。1.5设计任务和要求原料：苯～甲苯溶液，年产量时5万吨，苯含量：50%（质量分数），原料液的温度：泡点温度设计要求：塔顶产品组成99%（质量分数），塔底产品组成2%（质量分数）二．设计方案选择2.1塔形的选择根据生产任务，若按年工作日300天，每天工作24小时，产品的流量是5555.56kg/h，因为苯～甲苯物系的黏度较小，流量较大，所以选用筛板塔，筛板塔结构简单，造价低，气体压降低，生产能力大。2.2操作条件的选择2．2.1操作压力由于苯～甲苯物系对温度的依赖性不强，常压下是液态，为降低塔的操作费用，操作压力选为常压。其中塔顶的压力为101.33kpa。塔底的压力为101.33+N×0.7kpa2.2.2进料状态蒸馏虽有五种进料状态，但是饱和进料是进料温度不受季节，气温变化和化工原理课程设计说明书7前段工序波动的影响，塔的操作比较容易控制；此外，饱和液体进料时的精馏段和提馏段的塔径相同，无论是设计计算还是实际加工制造，都比较容易，所以本次设计中采取饱和液体进料，将原料液通过预热液加热到泡点后送入到精馏塔。2.2.3加热方式的选择塔顶上升蒸汽采用全凝气冷凝，冷凝液在泡点的下一部分回流至塔内，塔釜采用间接加热，保证塔内足够的热量供应，塔底的产品冷却后送至储罐。所以，设计方案确定：对于苯～甲苯二元混合物的分离，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到泡点后送入精馏塔内。塔顶上升蒸汽采用全凝气冷凝，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送至储罐。该物系属于易分离物系，最小回流比较小，故操作回流比取最小回流比的2倍。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储备。三．计算过程3.1相关工艺的计算3.1.1原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率苯的摩尔质量AM=78.11kg/kmol甲苯的摩尔质量BM=92.13kg/kmolFx=13.92/5.011.78/5.011.78/5.0=0.541(公式3.1-1)Dx=13.92/01.011.78/99.011.78/99.0=0.992wx=13.92/98.011.78/02.011.78/02.0=0.024原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量FM=0.54178.11+（1-0.541）92.13=84.55kg/kmol(公式3.1-2)DM=0.99278.11+(1-0.992)92.13=78.22kg/kmol化工原理课程设计说明书8WM=0.02478.11+(1-0.024)92.13=91.79kg/kmol由此可查得原料夜，塔顶和塔底混合物的沸点，以上计算结果见表3-1表3－1名称原料液F溜出液D釜残液Wx（摩尔分数）0.5410.9920.024平均摩尔质量Kg/kmol84.5578.2291.79沸点.C9480.8108.33.1.2物料衡算已年工作日为300天，每天工作24小时计，进料为：原物料处理量：F=55.847200/1057=82.13kmol/h(公式3.1-3)总物料衡算：82.13=D+W(公式3.1-4)苯的物料衡算：82.130.541=D0.992+W0.024联立解得：D=43.86kmol/hW=38.27kmol/h3.1.3最小回流比及操作回流比的确定由手册查得苯——甲苯物系的汽液平衡资料，绘出x—y图（《化工原理》第三版，王志魁）苯—甲苯系在总压101.3kpa下的t-x(y)关系表3-2沸点t/℃苯摩尔数沸点t/℃苯摩尔数气相液相气相液相80.11.0001.0001000.2560.4534840.8220.9211040.1550.305880.6590.8301080.5080.127920