化工原理課程設(shè)計(jì)_苯甲苯篩板精餾塔分離

1、化工原理課程設(shè)計(jì)苯-甲苯連續(xù)精偏篩板塔的設(shè)計(jì)目錄一序言2.二板式精儲(chǔ)塔設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)五2.三設(shè)計(jì)計(jì)算3.1.1 設(shè)計(jì)方案的選定及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的搜集3.1.2 精儲(chǔ)塔的物料衡算6.1.3 精儲(chǔ)塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算111.4 精儲(chǔ)塔的塔體工藝尺寸計(jì)算1.51.5 塔板主要工藝尺寸的計(jì)算1.71.6 篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算1.91.7 塔板負(fù)荷性能圖2.24 設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表2.85 板式塔得結(jié)構(gòu)與附屬設(shè)備2.95.1 附件的計(jì)算2.9.5.1.1 接管2.9.5.1.2 冷凝器3.1.5.1.3 再沸器3.15.2 板式塔結(jié)構(gòu)3.26 參考書(shū)目3.4.7 設(shè)計(jì)心得體會(huì)3.4.8 附錄3.6.2/36

2、序百化工原理課程設(shè)計(jì)是綜合運(yùn)用化工原理課程和有關(guān)先修課程（物理化學(xué)，化工制圖等）所學(xué)知識(shí)，完成一個(gè)單元設(shè)備設(shè)計(jì)為主的一次性實(shí)踐教學(xué)，是理論聯(lián)系實(shí)際的橋梁，在整個(gè)教學(xué)中起著培養(yǎng)學(xué)生能力的重要作用。通過(guò)課程設(shè)計(jì)，要求更加熟悉工程設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容，掌握化工單元操作設(shè)計(jì)的主要程序及方法，鍛煉和提高學(xué)生綜合運(yùn)用理論知識(shí)和技能的能力，問(wèn)題分析能力，思考問(wèn)題能力，計(jì)算能力等。精儲(chǔ)是分離液體混合物（含可液化的氣體混合物）最常用的一種單元操作，在化工，煉油，石油化工等工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。精儲(chǔ)過(guò)程在能M劑驅(qū)動(dòng)下（有時(shí)加質(zhì)M劑），使氣液兩相多次宜接接觸和分離，利用液相混合物中各組分的揮發(fā)度的不同，使易揮發(fā)組分由液相向

3、氣相轉(zhuǎn)移，難揮發(fā)組分由氣相向液相轉(zhuǎn)移，實(shí)現(xiàn)原料混合液中各組分的分離。根據(jù)生產(chǎn)上的不同要求，精儲(chǔ)操作可以是連續(xù)的或間歇的，有些特殊的物系還可采用衡沸精儲(chǔ)或萃取精儲(chǔ)等特殊方法進(jìn)行分離。本設(shè)計(jì)的題目是苯-甲苯連續(xù)精儲(chǔ)篩板塔的設(shè)計(jì)，即需設(shè)計(jì)一個(gè)精儲(chǔ)塔用來(lái)分離易揮發(fā)的苯和不易揮發(fā)的甲苯，采用連續(xù)操作方式，需設(shè)計(jì)一板式塔將其分離。二板式精傕塔設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)一、設(shè)計(jì)題目苯-甲苯連續(xù)精儲(chǔ)篩板塔的設(shè)計(jì)。二、設(shè)計(jì)任務(wù)（1） 原料液中苯含質(zhì)M分率=75%（質(zhì)M）,其余為甲苯。（2） 塔頂產(chǎn)品中苯含M不得低于98%（質(zhì)M）（3）殘液中苯含M不得高于8.5%（質(zhì)M）。（4）生產(chǎn)能力：90000t/y苯產(chǎn)品，年開(kāi)工310天。

4、三、操作條件（1）精儲(chǔ)塔頂壓強(qiáng)：4.0kPa（表壓）（2）進(jìn)料熱狀態(tài)：自選回流比：自選。(4)單板壓降壓：0.7kPa四、設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求(1)設(shè)計(jì)方案的確定及流程說(shuō)明(2)塔的工藝計(jì)算(3)塔和塔板主要工藝尺寸的設(shè)計(jì)塔高、塔徑以及塔板結(jié)構(gòu)尺寸的確定；塔板的流體力學(xué)驗(yàn)算；塔板的負(fù)荷性能圖(4)編制設(shè)計(jì)結(jié)果概要或設(shè)計(jì)一覽表(5)輔助設(shè)備選型與計(jì)算(6)繪制塔設(shè)備結(jié)構(gòu)圖：采用繪圖紙徒手繪制五、時(shí)間及地點(diǎn)安排時(shí)間：2011620?2011.7.3(第18周？第19周)2地點(diǎn)：明德樓A318(1)教室六、參考書(shū)目1譚天恩？化工原理(第二版)下冊(cè)？北京：化學(xué)工業(yè)出版社，19982何潮洪，馮霄？化工原理？北

5、京：科學(xué)出版社，20013柴誠(chéng)敬，劉國(guó)維？化工原理課程設(shè)計(jì)？天津：天津科學(xué)技術(shù)出版社，19944賈紹義，柴敬誠(chéng)？化工原理課程設(shè)計(jì)？天津：天津大學(xué)出版社，2002三設(shè)計(jì)計(jì)算1.1 設(shè)計(jì)方案的選定及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的搜集本設(shè)計(jì)任務(wù)為分離苯一甲苯混合物。由于對(duì)物料沒(méi)有特殊的要求，可以在常壓下操作。對(duì)于二元混合物的分離，應(yīng)采用連續(xù)精儲(chǔ)流程。設(shè)計(jì)中采用泡點(diǎn)進(jìn)料，將原料液通過(guò)預(yù)熱器加熱至泡點(diǎn)后送人精儲(chǔ)塔內(nèi)。塔頂上升蒸氣采用全凝器冷凝，冷凝液在泡點(diǎn)下一部分回流至塔內(nèi)，其余部分經(jīng)產(chǎn)品冷卻器冷卻后送至儲(chǔ)罐。該物系屬易分離物系，最小回流比較小，故操作回流比取最小回流比的1.8倍。塔底設(shè)置再沸器采用間接蒸汽加熱，塔底產(chǎn)品經(jīng)

6、冷卻后送至儲(chǔ)罐。其中由于蒸儲(chǔ)過(guò)程的原理是多次進(jìn)3/36行部分汽化和冷凝，熱效率比較低，但塔頂冷凝器放出的熱M很多，但其能M品位較低,不能宜接用于塔釜的熱源，在本次設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)把其熱M作為低溫?zé)嵩串a(chǎn)生低壓蒸汽作為原料預(yù)熱器的熱源之一，充分利用了能塔板的類(lèi)型為篩板塔精儲(chǔ)，篩板塔塔板上開(kāi)有許多均布的篩孔，孔徑一般為3?8mm篩孔在塔板上作正三角形排列。篩板塔也是傳質(zhì)過(guò)程常用的塔設(shè)備，它的主要優(yōu)點(diǎn)有：(1)結(jié)構(gòu)比浮閥塔更簡(jiǎn)單，易于加工，造價(jià)約為泡罩塔的60%為浮閥塔的80%左右。(2)處理能力大，比同塔徑的泡罩塔可增加10?15%(3)塔板效率圖，比泡罩塔島15溢右。(4)壓降較低，每板壓力比泡罩塔約低

7、30溢右。篩板塔的缺點(diǎn)是：(1)塔板安裝的水平度要求較圖，否則氣液接觸不勻。(2)操作彈性較小(約2?3)。(3)小孔篩板容易堵塞。下圖是板式塔的簡(jiǎn)略圖：4/36T墻頂產(chǎn)品或冷譙（為憎出液進(jìn)料Vnvn.再沸器L?71k加熱水蒸汽板式樗謂塔表1苯和甲苯的物理性質(zhì)項(xiàng)目分子式分子量M沸點(diǎn)（C）臨界溫度tc（C）臨界壓強(qiáng)Pc（kPa）苯AC6Ho78.1180.1288.56833.4甲苯BC6HCH92.13110.6318.574107.7表2苯和甲苯的飽和蒸汽壓溫度C80.1859095100105110.6PA,kPa101.33116.9135.5155.7179.2204.2240.0PB

8、,kPa40.046.054.063.374.386.0表3常溫下苯一甲苯氣液平衡數(shù)據(jù)（2:P8例11附表2）溫度0c80.1859095100105液相中苯的摩爾分率1.0000.7800.5810.4120.2580.130汽相中苯的摩爾分率1.0000.9000.7770.6300.4560.262表4純組分的表面張力（1:R78附錄圖7）溫度8090100110120苯，mN/m21.22018.817.516.2甲苯，Mn/m21.720.619.518.417.35/36表5組分的液相密度（1：P382附錄圖8）溫度（C）8090100110120苯,kg/m38148057917

9、78763甲苯,kg/m3809801791780768表6液體粘度H(1：P365)溫度（C）8090100110120苯(mPa.s)0.3080.2790.2550.2330.215甲苯（mP.s）0.3110.2860.2640.2540.228表7常壓下苯一一甲苯的氣液平衡數(shù)據(jù)溫度tC液相中苯的摩爾分率x氣相中苯的摩爾分率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.

10、056.694.0940.061.992.6945.066.791.4050.071.390.1155.075.580.8060.079.187.6365.082.586.5270.085.785.4475.088.584.4080.091.283.3385.093.682.2590.095.981.1195.098.080.6697.098.880.2199.099.6180.01100.0100.01.2 精儲(chǔ)塔的物料衡算（1）原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分率苯的摩爾質(zhì)M耳-/6/36甲苯的摩爾質(zhì)MMb92.13kg/kmol0.75/78.11Xf0.780Xd0.75/78.110.2

11、5/92.130.98/78.110.9830.98/78.110.02/92.130.0990.085/78.110.085/78.110.915/92.13(2)原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)MMf0.780Md0.98378.1178.11Mw0.09978.11(3物料衡算料處理M90000000F81.2031024總物料衡算DW(10.780)92.1381.20(kg/kmol)(10.983)92.1378.40(kg/kmol)(10.099)92.1390.73(kg/kmol)21.4910(kmol/h)1.49102苯物料衡算0.780F聯(lián)立解疑3D0.099W2

12、D1.1910kmol/h2W0.3010kmol/h式中F原料液流MD塔頂產(chǎn)品MW-塔底產(chǎn)品M3塔板數(shù)的確定(1)理論板層數(shù)NT的求取苯一甲苯屬理想物系，可采逐板計(jì)算求理論板層數(shù)求最小回流比及操作回流比。采用恩特伍德方程求最小回流比。Rm1qai(xD,i)maiai(XF,i)ai解得，最小回流比&0.737/36取操作回流比為R1.8Rm1.31求精儲(chǔ)塔的氣、液相負(fù)荷LR1.3119155.89(kmol/h)D1V(R1)D(1131)119274.89(kmol/h)1V(R1)D(1q)F2.31119274.89(kmol/h)(泡點(diǎn)進(jìn)料：q=1)1RL.DqF1.311

13、191149304.89(kmol/h)求操作線(xiàn)方程精偏段操作線(xiàn)方程為Rxyn1Xn-0.567xn0.426R1R1提偏段操作線(xiàn)方程為Iyn1LTXn1.109Xn0.011(2)逐板法求理論板又根據(jù)RminQFd1di可解得=2.47一、X2解得5x相平衡萬(wàn)程y1(1)X解得11.475X2.47xy11.47x變形得用精微段操作線(xiàn)和相平衡方程進(jìn)行逐板計(jì)算x2.471.47yyXd=0.983%±=0.9591y1(1y1)y12.475(1yj8/36X2y20.567xi0.4260.9702.471.47y0.959y30.567X20.4260.953X32.471.47

14、0.891y3y40.567X30.4260.931X4y2.41.47y470.845y50.567X40.4260.905X52.471.47牡0.795X60.567X50.4260.877y2.41.47y670.742因?yàn)?X60.742xf0.780故精儲(chǔ)段理論板n=5,用提留段操作線(xiàn)和相平衡方程繼續(xù)逐板計(jì)算y70.567X60.426X7y80.567X70.4260.567X80.426y100.567X0.4260.8110.6930.5190.326X8X9X102.471.47y70.6352.471.47y8y2.471.47y9y2.41.47y1709/360.47

15、80.3040.164X11-0.077yii0.567xi00.4260.1712.471.47y11因?yàn)?，xn0.077xw0.099所以提留段理論板n=5(不包括塔釜)【提留段的操作線(xiàn)方程錯(cuò)誤】(3)全塔效率的計(jì)算查溫度組成圖得到，塔頂溫度TD=80.94C,塔釜溫度TW=10&,全塔平均溫度Tm=92.97°C。分別查得苯、甲苯在平均溫度下的粘度a0.272(mPas)b0.279(mPas)平均粘度由公式，得0.7800.2720.220.2790.274(mPas)0.170.616lgm0.170.616lg0.2740.516Et全塔效率Et(4)求實(shí)際板數(shù)精

16、儲(chǔ)段實(shí)際板層數(shù)5N精9.6910(塊)0.516提偏段實(shí)際板層數(shù)9.6910（塊）0.51610/36進(jìn)料板在第11塊板。1.3精儲(chǔ)塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算(1)操作壓力計(jì)算塔頂操作壓力P=4+101.3kPa每層塔板壓降P=0.7kPa進(jìn)料板壓力Ff=105.3+0.7X10=112.2kPa塔底操作壓力Pw=119.3kPa精儲(chǔ)段平均壓力Pm1=(105.3+112.3)/2=108.8kPa提儲(chǔ)段平均壓力Pm2=(112.3+119.3)/2=115.8kPa甲苯的飽和蒸(2)操作溫度計(jì)算依據(jù)操作壓力，由泡點(diǎn)方程通過(guò)試差法計(jì)算出泡點(diǎn)溫度,其中苯、氣壓由安托尼方程計(jì)算，計(jì)算過(guò)程略。

17、計(jì)算結(jié)果如下：塔頂溫度七。80.90c進(jìn)料板溫度作=85.53C塔底溫度tw=105.0c精儲(chǔ)段平均溫度tm=(80.9.+85.53)/2=83.24c提儲(chǔ)段平均溫度tm=(85.53+105.0)/2=95.27c(3)平均摩爾質(zhì)M計(jì)算塔頂平均摩爾質(zhì)M計(jì)算由xD=y1=0.957,代入相平衡方程得x1=0.959ML,Dm0.95978.11(10.959)92.1378.69(kg/kmol)MV,Dm0.98378.11(10.983)92.1378.35(kg/kmol)11/36進(jìn)料板平均摩爾質(zhì)M計(jì)算由上面理論板的算法，得yF=0.877,Mvf0.877V,FmMLf18.1(10.877)92.130.7478.1(10.742)92.13由xw=0.077,由相平衡方程，得yw=0.171MV,Wm0.17178.11(10.171)92.13ML,Wm0.07778.11(10.077)92.13xf=0.74279.83(kg/kmol