分离笨-甲苯混合液的筛板精馏塔.doc

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1、化工原理课程设计任务书一、设计题目分离 笨-甲苯 混合液的 筛板 精馏塔。二、设计数据及条件生产能力：年处理 笨-甲苯 混合液 8.2 吨（年开工300天）原料：轻组分含量 48 （质量百分率，下同）的常温液体分离要求：塔顶轻组分含量不得低于 95 塔低轻组分含量不得低于 1.5 建厂地区：沈阳市三、设计要求：1、编制一份精馏塔设计说明书，主要内容要求;1前言2流程确定和说明3生产条件确定和说明4精馏塔的设计计算5主要附属设备及附件的选型计算6设计结果列表7设计结果的自我总评价与说明8注明参考和使用的设计资料2、编制一份精馏塔工艺条件单，绘制一份带控制点的工艺流程图。前言精馏是分离液体混合物（

2、含可液化的气体混合物）最常用的一种单元操作，精馏过程在能量剂的驱动下（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。 筛板是在塔板上钻有均布的筛孔，呈正三角形排列。上升气流经筛孔分散、鼓泡通过板上液层，形成气液密切接触的泡沫层（或喷射的液滴群）。筛板塔是1932年提出的，当时主要用于酿造，其优点是结构简单，制造维修方便，造价低，气体压降小，板上液面落差较小，相同条件下生产能力高于浮阀塔，塔板效率接近浮阀塔。其缺点是稳定操作范围窄，小孔径筛板易堵塞，不适宜处理粘性大的、脏

3、的和带固体粒子的料液。但设计良好的筛板塔仍具有足够的操作弹性，对易引起堵塞的物系可采用大孔径筛板，故近年我国对筛板的应用日益增多，所以在本设计中设计该种塔型。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该过程是同时进行传质传热的过程。 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

4、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。 在设计过程中应考虑到设计的业精馏塔具有较大的生产能力满足工艺要求，另外还要有一定的潜能。节省能源，综合利用余热。经济合理，冷却水进出口温度的高低，一方面影响到冷却水用量。另一方面影响到所需传热面积的大小。即对操作费用和设备费用均有影响，因此设计是否合理的利用热能R等直接关系到生产过程的经济问题。 本课程设计的主要内容是过程的物料衡算，工艺计算

5、，结构计算和校核。第一章 流程及生产条件确定和说明1.1加料方式 蒸馏操作通常可在常压、加压和减压下进行。确定操作压力时，必须根据所处理物料的性质，兼顾技术上的可行性和经济上的合理性进行考虑。例如，采用减压操作有利于分离相对挥发度较大组分及热敏性的物料，但压力降低将导致塔径增加，同时还需要使用抽真空的设备。对于沸点低、在常压下为气态的物料，则应在加压下进行蒸馏。当物性无特殊要求时，一般是在稍高于大气压下操作。但在塔径相同的情况下，适当地提高操作压力可以提高塔的处理能力。有时应用加压蒸馏的原因，则在于提高平衡温度后，便于利用蒸汽冷凝时的热量，或可用较低品位的冷却剂使蒸汽冷凝，从而减少蒸馏的能量消

6、耗。1.2进料状况 进料状态与塔板数、塔径、回流量及塔的热负荷都有密切的联系。在实际的生产中进料状态有多种，但一般都将料液预热到泡点或接近泡点才送入塔中，这主要是由于此时塔的操作比较容易控制，不致受季节气温的影响。此外，在泡点进料时，精馏段与提馏段的塔径相同，为设计和制造上提供了方便。1.3加热方式蒸馏釜的加热方式通常采用间接蒸汽加热，设置再沸器。有时也可采用直接蒸汽加热。然而，直接蒸汽加热，由于蒸汽的不断通入，对塔底溶液起了稀释作用，在塔底易挥发物损失量相同的情况下，塔底残液中易挥发组分的浓度应较低，因而塔板数稍有增加。采用直接蒸汽加热时，加热蒸汽的压力要高于釜中的压力，以便克服蒸汽喷出小孔

7、的阻力及釜中液柱静压力。对于苯-甲苯溶液，一般采用1.12.0KPa（表压）1.4塔顶冷凝方式 1.5再沸器 1.6回流方式 第二章 精馏塔设计计算2.1精馏塔的物料衡算 2.1.1料液及塔顶、塔底产品含甲苯摩尔分数 苯的摩尔质量 =78.11kgkmol甲苯的摩尔质量 =92.13kgkmol2.1.2原料液及塔顶塔底产品的平均摩尔质量 =0.336278.11+(1-0.3362)92.13=87.4165kgkmol=0.948578.11+(1-0.9485)92.13=78.8320kgkmol= 0.017678+(1-0.0176)92.13=91.8832kgkmol2.1.3

8、物料衡算 原料液处理量： =177.9476kmolh 总物料衡算笨物料衡算： 联立解得：kmolh kmolh2.2塔板数的确认 2.2.1理论塔板数的求取 采用图解法求,根据笨-甲苯的气液平衡数 据作图1（y-x图）求最小回流比及操作回流比采用做线法求最小回流比，在图1中对角线上自点（0.3362,0.3362）作垂线，即为进料线，该线与平衡线的交点坐标为：0.5475 0.3362故最小回流=1.8978取操作作回流比R=2=3.7956求精馏塔的气液相负荷=231.1615kmolh=292.0640kmolh409.1091kmolhkmolh图解法求理论板数 .采用图解法求理论板数

9、如图1所示，求解结果是；总理论板数：N=11进料板位置：N=52.2.2实际板层数的求取 由得：物质ABC苯6.068321236.034-48.99甲苯6.050431327.62-55.525苯 甲苯 全塔效率：=1.10.490.27952.4674=0.5902实际板数的求取由可得：精馏段的实际板数： 提馏段的实际板数 总实际板层数N=N+=7+12=192.3精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算2.3.1操作压力计算塔顶操作压力101.3 kPa每层塔板压降 P0.7 kPa进料板压力101.3+0.77106.2000kPa塔底操作压力=101.3+0.719=114.6000 k

10、Pa精馏段平均压力提馏段平均压力2.3.2操作温度计算有内插法可得，计算结果如下： 塔顶温度 进料板温度 塔底温度 精馏段平均温度 提馏段平均温度 2.3.3平均摩尔质量计算塔顶气-液混合物平均摩尔质量：由,查图1平衡曲线得kg/molkg/mol进料板平均摩尔质量计算 由上面理论板的算法，由,查图1平衡曲线得塔底平均摩尔质量计算由,查图1平衡曲线得精馏段平均摩尔质量 提馏段平均摩尔质量2.3.4平均密度的计算气相平均密度计算 由理想气体状态方程计算，精馏段的平均气相密度即 液相平均密度计算 液相平均密度依下式计算，即 塔顶液相平均密度的计算 由，由内插法得 塔顶液相的质量分率 进料板液相平均

11、密度的计算 由，由内插法得 进料板液相的质量分率 塔底液相平均密度的计算 由，由内插法得 进料板液相的质量分率 精馏段液相平均密度为 提馏段液相平均密度为 2.3.5液体平均表面张力的计算液相平均表面张力依下式计算，即 塔顶液相平均表面张力的计算 由，用内插法得 N/mN/m N/m进料板液相平均表面张力的计算 由，用内插法得 N/mN/mN/m精馏段液相平均表面张力为 N/m2.3.6液体平均粘度的计算液相平均粘度依下式计算，即 塔顶液相平均粘度的计算 由，用内插法得 进料板液相平均粘度的计算 由，用内插法得 塔底液相平均粘度的计算 由，用内插法得 精馏段液相平均粘度为 提馏段液相平均粘度为

12、 全塔平均粘度：精馏段的气液相体积流率为：初选板间距，取板上液层高度，故；查史密斯关联图依式校正物系表面张力时最大空塔气速：可取安全系数为0.6，则（安全系数0.60.8），故 塔径按标准,塔径圆整为1.6m精馏面积为：实际空塔气速为：2.4精馏塔塔体尺寸计算2.4.1塔径的计算2.4.2塔板布置2.5塔板主要工艺尺寸的计算2.5.1溢流装置计算2.5.2塔板布置2.6筛板的流体力学验算2.6.1塔板压降2.6.2液沫夹带量2.6.3漏液2.6.4液泛2.7塔板符合性能图2.7.1漏液线2.7.2液沫夹带线2.7.3液泛线2.7.4液相负荷下限线2.7.5液相负荷上限线2.8筛板塔的工艺设计计算结果总表第三章 附属设备的选型计算3.1接管的设计3.1.1进料管3.1.2回流管3.1.3塔釜出料管3.1.4塔顶蒸汽出料管3.1.5塔釜进气管3.1.6法兰3.2筒体与封头3.2.1筒体3.2.2封头3.3裙座3.4人孔3.5塔高第四章 附属设备计算4.1冷凝器4.2再沸器