苯-甲苯精馏————————————————————————————————作者: ————————————————————————————————日期：成绩XXX大学XXX学院化工原理课程设计说明书设计名称：苯－甲苯溶液连续筛板精馏塔设计年级专业: XXX专业姓名:XXXXＸX指导老师: XＸＸ２０13年1月1５日目录概述 (1)一、设计目的ﻩ1二、设计任务ﻩ1三、生产流程简介及精馏意义简述 (1)第一部分全塔物料衡算ﻩ２２一、物料衡算ﻩ1.原料液及其塔顶、塔底产品的摩尔分率热量衡算ﻩ2２2.原料液及其塔顶与塔底产品的平均摩尔质量ﻩ二、热量衡算ﻩ2１、预热器的蒸汽用量的计算ﻩ22、塔釜蒸汽用量的计算 (3)3、冷凝器需水量的计算ﻩ３4、冷却器需水量的计算ﻩ４三、回流比的确定ﻩ4四、理论塔板数及灵敏板的确定ﻩ5１、理论板层数NＴ的求取 (5)⑴精馏塔的气、液相负荷ﻩ5⑵精馏段、提馏段操作线方程ﻩ5⑶图解法求理论塔板层数ﻩ52、理论板层数N T的求取6ﻩ第二部分塔板及其塔的主要尺寸的设计ﻩ６一、精馏塔的工艺条件及有关物性数据数据的计算 (6)1、操作压力的计算 (6)2、操作温度的计算ﻩ63、平均摩尔质量的计算 .................................................................................................. ７4、平均密度的计算 (7)5、平均表面张力的计算ﻩ８6、液相平均粘度的计算 .................................................................................................... ９ﻩ二、塔板间距的确定ﻩ910三、塔径的确定ﻩ四、塔板的设计ﻩ1０第三部分流体力学的计算及其有关水力性质的校核,作负荷性能 (12)一、校核计算 (12)１、板压降的校核 (12)132、液沫夹带量的校核ﻩ3、溢流液泛条件的校核ﻩ1３144．液体在降液管内停留时间的校核ﻩ5.漏液点的校核ﻩ1415二、负荷性能图ﻩ15１、漏液线ﻩ２、液沫夹带线ﻩ15１3、液相负荷下限线ﻩ6４、液相负荷上限线 ...................................................................................................... １６5、液泛线ﻩ１6第四部分设计数据汇总 (18)18一、精馏塔内的物料衡算ﻩ二、摩尔流率 .................................................................................................................... 1９三、热量衡算 (19)四、塔板的详细设计ﻩ1９20五、管路管径的选择ﻩ六.筛板塔设计计算结果ﻩ２1２2第五部分流程评价ﻩ第六部分认识及体会 (22)24参考文献ﻩ附录1 ................................................................................................................. ２５-２9附表ﻩ３0-33符号说明:英文字母A a－－－- 塔板的开孔区面积m２H2－---裙座高度ｍＡｆ---- 降液管的截面积m2 K----稳定系数Ao--－-筛孔区面积ｍ２ｌw-－-－堰长mＡT－-－-塔的截面积m2ﻩL h--－-液体体积流量m3/hＣ----负荷因子无因次ﻩＬs----液体体积流量m3/ｓC20---－表面张力为20mN/m的负荷因子n－---筛孔数目dｏ--－－筛孔直径ﻩＰ----操作压力ＫPaD－-－-塔径mﻩ△P----压力降ＫPａe v----液沫夹带量kｇ液/kg气ﻩ△P p-－-－气体通过每层筛的压降ＫPaE T－-－－总板效率ﻩT----理论板层数R----回流比u----空塔气速ｍ/sRｍin－-－-最小回流比ｕ０,min--－-漏夜点气速m/su'----液体通过降液管底隙的速度m/s M-－－-平均摩尔质量kg/kmolt m----平均温度℃Vｈ--－-气体体积流量m3/ｈg－--－重力加速度9．８1ｍ/s2V s－---气体体积流量m３/sF a－---筛孔气相动能因子kg1/2/（ｓ.m１/２) W c----边缘无效区宽度mhｄ--－-与干板压降相当的液柱高度mﻩWｄ--－－弓形降液管宽度mh p－-－－气体通过每层塔板的液注高度mﻩW s ----泡沫区宽度mｈf－－－－泡沫层高度mﻩh L－---板上清液层高度m希腊字母h l－--－与板上液层阻力相当的液注高度ｍ液管的底隙高度mﻩδ-－--筛板的厚度mhｏw----堰上液层高度mυ----粘度mPａ.shＷ----溢流堰高度ｍρ--－-密度kg/m3h c-－--与液体流过降液管的压降相当的液柱高度ｍﻩσ----表面张力N／ｍh---－与克服液体表面张力所产生的阻力相当φ----开孔率无因次σ的液注高度m α－---质量分率无因次H--－-板式塔高度m τ－---液体在降液管内停留时间s H B----塔底空间高度ｍHｄ－---降液管内清液层高度ｍ下标HＤ－－－-塔顶空间高度mH F----进料板处塔板间距m ｍax-－－－最大的H P----人孔处塔板间距m mｉn----最小的ＨT----塔板间距m Ｌ－---液相的Z----板式塔的有效高度 m Ｖ－--- 气相的H1---－封头高度ｍ苯－--甲苯溶液连续筛板精馏塔设计概述一、设计目的:1．培养学生运用化工原理课程及有关知识进行化工工艺设计的能力；2.在培养学生设计能力的同时,建立正确的设计思路和设计方法。
二、设计任务：1．处理量:6万吨/年2．料液组成（质量分数）：40%；3.塔顶产品组成(质量分数）：９6．0%4.塔底釜液组成：1．0%;５.年工作生产时间:33０天；6．全塔总效率:52%;7. 操作压力：４kＰa(塔顶表压）８．泡点进料，回流比自选。
三、生产流程简介及精馏意义简述:1．生产流程简介:本装置为泡点进料,原料在预热器中预热至泡点,从精馏塔进料位置加入,在进料位置与塔上部回流汇合后流入塔底的再沸器，回流液体在填料表面与上升气体相接触,进行热质传递过程。
操作连续的从再沸器中取出部分液体汽化产生上升蒸汽依次通过填料层，其余的为塔底产品。
塔顶蒸汽进入冷凝器冷凝后,部分泡点回流，其余被冷却器冷却到常温作为产品流出。
板式精馏塔流程图2.精馏意义：苯、甲苯作为常用溶剂广泛的应用于化工、药品行业,为了降低原料消耗和产品成本,通常设置苯回流装置,将使用过的的苯予以提纯回收,根据工业生产特点和工厂试验经验,设计苯-甲苯连续精馏装置。
第一部分、工艺计算一、物料衡算1、 原料液及其塔顶、塔底产品的摩尔分率苯的摩尔质量为：７８.1１kg ／km ｏl甲苯的摩尔质量为:９2.１3kg/ｋmolF x =(0.4０/78.11）/(0.40/78.１1+0.60/９2.13)=０.440D x =(0.９6／7８.1１)/(0.９6／７8．1１+0.04／92．13)=0.966 x W ＝（0.01/７8.１1)/(0．01/7８.11+0.9９/９2.１3)=0．012 ２、原料液及其塔顶与塔底产品的平均摩尔质量M ｆ=０.440×78.1１＋92.13×(１-0．44０)=85.96k ｇ/mol Ｍd ＝0.９66×7８.１１+9２.１3×(1－0.966)=78．59kg/m ｏｌ M w =０.01２×７８．11+9２.1３×（1-0.0１2）=91．96ｋg/mol 则可知：原料的处理量：Ｆ=6／(３30×24×85.96)=８8.１3ｋmol/h 总物料衡算：F= D+W苯物料衡算：F ×x ｆ = D ×ｘd +W ×x ｗ带入数据，容易得出: Ｗ=48.59２kmo ｌ/hＤ=39.５38km ｏｌ/h二、热量衡算１.预热器的蒸汽用量的计算：⑴设原料进入预热器的进口温度1t =20．0℃，查附录苯－甲苯物性曲线图得 20℃时，苯的比热容为： )/(716.11K kg kJ c A •=甲苯的比热容为： )/(681.11K kg kJ c B •=所以入口混合液体比热容为：)/(695.1681.1)40.01(716.140.0)1(11111K kg kJ c w c w c B A •=⨯-+⨯=-+= ⑵由于泡点进料,所以原料出预热器的进口温度1.992==F t t ℃, 查附录苯－甲苯物性曲线图得99．１℃时，苯的比热容为： )/(968.12K kg kJ c A •=甲苯的比热容为: )/(989.12K kg kJ c B •=所以出口混合液体比热容为：)/(981.1989.1)40.01(968.140.0)1(21212K kg kJ c w c w c B A •=⨯-+⨯=-+= 所以其平均比热容为:())/(838.12/)981.1695.1(2/21K kg kJ c c c •=+=+=⑶常压蒸馏，操作压力为１０1.325ｋPa查饱和蒸汽压表得１01.32５ ＫP ａ时,水的汽化热kg kJ r w /974.1376= 由于饱和蒸汽冷凝放出的热量和原料液吸收热量相等所以 )(121t t c M F r W F w -⋅⋅⋅=⋅带入数据，可得：h kg W /77.799974.1376/)0.201.99(838.195.8513.881=-⨯⨯⨯=２.塔釜蒸汽用量的计算因原料液采用泡点进料,1=q ,V '（提馏段的蒸汽量)＝V又 V =(R +1)×Ｄ=3.６96×39．5８3=146.２9９ k ｍol/h 2.117=W t ℃时，查附录苯-甲苯物性曲线图得苯的汽化热 kg kJ r A /072.365=甲苯的汽化热 kg kJ r B /972.355=则塔釜汽化所吸收的热量：kg kJ w r w r r B B A A /882.356)1.01(972.3551.0072.365=-⨯+⨯=+=塔釜釜液汽化所吸收的热量与加热蒸汽冷凝放出的热量相等，即 Vr M r W W w =2带入数据,可得：h kg W /90.3486974.1376/882.356299.14696.912=⨯⨯=3.冷凝器需水量的计算由塔顶的温度0.82=D t ℃，查附录苯-甲苯物性曲线图得苯的汽化热 kg kJ r A /138.390=甲苯的汽化热 kg kJ r B /659.376=设冷凝水0.201=t ℃ 0.502=t ℃平均温度 352/)0.500.20(2/)(21=+=+=t t t ℃ 此时,水的比热容为:)/(174.4K kg kJ c w •=苯—甲苯蒸气冷凝放出的热量与水吸收的热量相等，即V M w r w r t t c W D B B A A w )()(123+=-带入数据，可得)]0.200.50(174.4/[299.14659.78)04.0659.37696.0138.390(3-⨯⨯⨯⨯+⨯=W h kg /77.35772=４.冷却器需水量的计算假设产品经冷却器的出口温度为２0.0℃，且产品进入冷却器的温度82.0℃ 则其平均温度为:512/)0.820.20(=+=t ℃ 苯的比热容为: )/(790.1K kg kJ c A •= 甲苯的比热容为： )/(806.1K kg kJ c B •= 其平均比热容为:)/(791.104.0806.196.0790.1K kg kJ w c w c c B B A A •=⨯+⨯=+=设冷凝水0.201=t ℃ 0.502=t ℃平均温度 352/)0.500.20(2/)(21=+=+=t t t ℃ 此时,水的比热容为：)/(174.4K kg kJ c w •= 冷却水吸收的热量与产品放出的热量相等，即产品)()(12124t t c DM t t c W D w w -=- 带入数据，可得)]0.200.50(174.4/[)0.200.82(791.159.78538.394-⨯-⨯⨯⨯=Wh kg /47.2755=三、回流比的确定因为苯与甲苯属于理想物系,可采用图解法求解(见相平衡图) 采用作图法求最小回流比，因为是泡点进料，所以q =1，x q = ｘf 。