化工原理课程设计--苯—甲苯精馏塔的设计.docx

化工原理课程设计题目：萃一甲苯精馆塔的设计专业I应用化工技.班姓名：指导老师：2012年12月310前言3任务书4一理论依据4二.工艺计算过程1设计方案的确定72精慵塔的物料衡73 .塔板数的确定84 .精憎塔的工艺条件及有关物性数据的计算85 .精馆段气液负荷计算106、塔和塔的主要工艺尺寸计算117 .筛板的流体力学验算158 .塔板负荷性能图179 .精储塔的附属设备及接管尺寸21三.参考文献21化工原理课程设计是高等学校的一门专业必修课,通过本课程学习,有利于培育学生的独立工作、独立思索和运用所学学问解决实际工程技术问题的实力,是提高学生综合素养,使高校生向工程师转化的一个重要的教学环节。蒸慵单元操作自古以来就在工业生产中用于分别液体混合物。它是利用液体混合物中各组分的挥发度不同进行组份分别的，多用于分别各种有机混合液，蒸储有很多操作方式，按有没有液体回流，可分为有回流蒸慎与无回流蒸情，有回流的蒸馆称为精馆。本次设计的要求是要设计苯.甲苯精值塔，用以分别苯-甲苯的混合液。此次设计在*老师的指导下进行，运用学过的基础学问，熬炼自己设计生产设备的实力。此次设计加深了我们对精储操作的相识，熬炼了我们阅读化工原理文献并且搜集资料的实力，同时液培育了我们独立思索问题、分析问题、解决问题的实力，也培育了我们相互协作的实力，为今后实际工作的应用打好了基础。由于设计者的水平有限，所设计的方案之中难免有不妥之处，希望老师赐予指责指正。任务书在一连续操作的精馆塔中分别苯一甲苯溶液，混合液中含苯41%,饱和液体进料.已知原料液的处理量为5000kgh要求：情出液中苯的组成不低于0.94(摩尔分数)，釜液中苯的组成为0.06。单板压降不大于0.7kpa,操作压力：4kpa(塔顶常压)，回流比，R=2,进料热状态参数q=1.理论依据(1)苯和甲苯的物理性质：项目分子式分子量沸点C临界温度,C临界压强F,k苯ACM78.1180.1288.56833.4甲苯BCkH5-CH392.13110.6318.574107.7笨与甲苯的液相密度P1.t,C8090100I1.O120苯，kgmj815803.9792.5780.3768.9甲苯,kgm,810800.2790.3780.3770.0(3)液体表面张力。，t,C8090100I1.O120苯,mN/m21.2720.0618.8517.6616.49甲苯,mN/m21.6920.5919.9418.4117.31(4)液体粘度Mt,C8090100I1.O120木，mpas0.3080.2790.2550.2330.215甲苯,mpas0.3110.2860.2640.2540.2283(5)液体气化热yt/C8090100110120苯，kj/kg394.1386.9379.3371.5363.2甲苯，kj/kg379.9373.8367.6361.2354.6(6)饱和蒸汽压Pt苯、甲苯的饱和蒸汽压可用方程Antoine求算，IDgP=A与，式中：tt+C物系温度P；P饱和蒸汽压A、B、C一一AntOine常数,其值见附表:组分ABC苯6.0231206.35220.24甲苯6.0781343.94219.58(7)笨一甲紫溶液的气液平衡数据温度tC液相中苯的摩尔分数X气相中苯的摩尔分数y110.560.000109.911.(X)2.50108.793.007.11107.615.0011.2105.0510.0020.8102.7915.0029.4101.7520.0037.298.8425.0044.297.1330.0050.795.5835.0056.694.0940.0061.992.6945.0066.791.4050.0071.39().1155.0075.588.8060.0079.187.6365.0082.586.5270.0085.785.475.0088.584.4080.0091.283.3385.0()93.682.2590.0095.981.1195.0098.080.6697.0098.880.2199.0099.680.01100.00100工艺计算过程一.设计方案的确定本设计任务为分别苯甲苯混合物。对于二元混合物的分别，应采纳连续精怖流程.设计中采纳泡点进料,将原料液通过预热器加热至泡点后送人精馅塔内.塔顶上升蒸气采纳全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回潦至塔内，其余部分经产品冷却落冷却后送至储罐。该物系属易分别物系，最小回流比较小，故操作回潦比取最小回流比的2倍。塔釜采纳间接蒸汽加热,塔底产品经冷却后送至储程,二.精储塔的物料衡算(D原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率苯的摩尔旗量MJ78I1.kgJbno1.甲茉的摩尔质量MB=923kgfkmo1.已知：流量F=5thXf=O.47Xw=O.08Xd=O.982)原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量M1-0.47X78.11+(1-0.17)×92.13=85.kgkmo1.M11=O.98X78.11+(10.98)×92.13=78.39kgktt1.M.-0.08×78.11+(IH).08)X92.13=91.01o(3)物料衡算叮料处理址：F=-=58.45(k11o1.h)85.54总物料衡算D+W=58.45苯的物料衡钵58.45×0.47-0.98D+0.08W联立解得D=25.33kmo1./hW=33.12kmo1./h三.塔板数的确定相平衡方程:X=ya-(a-1.)y=y2.45-1.45y常母段操作线方程y=(RRU)xz0(R+1.)=0.74x+0.25塔釜汽液回流比RR.=X""=°9"°68=i.43"y-Xm0.68-0.47求得K=2RBiJ2x1.43=2.86提留段操作线方程：1.=RXD=2.86x25.33=72.44(KnX%)已知q=1.jVVY=Y=V一1Kj1.=i.34X-0.03£=1.+qFWA"£_|V理论塔板数计兑：先交咨运用相平衡方程与精循段操作线方程计算如卜;y=o=0.98由相平衡方程x,=0.95精憎段悚作线方程:y.=0.95X0.89y=0.90y(=0.84X79,=0.68y,=075X0.55y=0.66所以第六快板为进利板.1.=0.的Xf=0.47以下交替用提留段操作线方程与相平衡方程计算如下:f1.=044y.=0.56X034y,=0.43Xk=S23y9=0.28Xv=O.14V=0.151.<1=006Xio=006MXW=O.08所以总理论板数为10,精储段理论板数为5。全塔效率七,：塔顶温度h=8O.44°C塔底温度1.=106.07塔内平均温度为93.26oC£r=0.17-0.6161.gUiii液相平均粘度M.v=0-47M»+<,-0-47）p»=0.47×0.286+0.53×0.279=0.274Er=017×0.616Ig0.27452%、实际塔板精饰段10层提留段8以四.精慵塔的工艺条件及有关物性数据的计算以精馅段为例进行计算.（1）操作压力计算塔顶操作压力D=101.3+4-105.3kPa每届塔板压降ZV-0.7kPa进料板压力R=105.3+0.7X10=112.3kPa精微段平均压力m=<105.3+112.3）/2=108.8kPa（2）操作温度计笄依据操作压力，由泡点方程通过试差法计鸵出泡点温度，其中苯、甲苯的饱和蒸气压计算结果如下：=0.(M4(4丫4丫0.0020Y806.5yIkXaJ=(o.75A1.o?J查图5-8得Q=O.072,依卜式校正到物系表面张力为20.4Nm时的&即:C=C31()m=0.072(20.420)ft2=0.072320Ui=取平安系数为072,则u=0.72Mniai=O.72×1.197=0.838m/s故D=匪I三亚=.0?mVmtV3.14×0.838按标准，塔径圆整为1.2m,则空塔气速为0.73ms.(二)溢流装置采纳单溢流、弓形降液管、平形受液盘及平形溢流堰，不设进口堰。各项计算如下。1 .溢流堰长4取堰长w=066D,即"O.66×1.0=0.66m2 .出口堰高w-4.“OWwD=0.66/1.0=0.66,yr=3602°=19.3m知E为1.05,依下式：22f.2.84J1.V2.84,八13600x0.0020卡nn,1IiowEH1.=X1.oW=0.014m100O(人J100O0.66)故=0.06-0.014=0.046m依式计算塔板上的筛孔数n,即f1.158×IO,Y1158x10'a-cj-p-1.=X0.532=2738扎0.907依式计算塔板上开孔区的开孔率团即%="2=10.1%（在5-15%范围内）3.0*每层塔板上的开孔面积An为：A0=Ad=0.101×0.532=0.0537n气体通过筛孔的气速uf=3=黑=14.0m/sA,0.0537（五）塔有效高度（精情段）Z=（IO-I）XO.4=3.6m（六）塔高计算Z=NHHt=（10+8）×0.4=7.2m七、箭板的流体力学验算（一）气体通过箭板压降相当的液柱高度p依式hp=hc+,+1 .干板压降相当的液柱高度力,依4=2=1.67,杳图8-13,CO=O.84,于是有3ht=0.闾图=005（斓廉3=0.0515，2 .气流穿过板上液层压降相当的液柱高度九=AA=C长=1.03ms,FU=Hdp=1.0X/193=1.76Ar-Af0.785-0.05/由图874查取板上液层充气系数备=0.62依式/"=etih1.=n(hw+w)=0.580.06=0.0348m3 .克服液体表面张力压降相当的液柱高度(M-P1_44×20.67×101侬，弋h=0.00209mptfidti806.5X9.81X0.005故%=0.0515+0.0348÷0.00209=0.088m单板压降：/)=%/),g=0.088×80