化工原理课程设计 苯-甲苯板式分离

13生物工程专业版式精馏塔设计任务书

1309030202

苯含量 36%(质量)

产品苯含量不低于96% 釜液中苯含量不高于4% 每小时处理5.5吨 塔顶压强4.5kpa 进料热状态30℃

加热蒸汽600kpa（表压） 回流比自选

单板压降>0.7kpa

湘潭年平均水温20℃

第一部分概述

一、设计题目：苯-甲苯连续精馏塔设计

二、设计任务：

试设计分离苯-甲苯混合物的筛板精馏塔。已知原料液的处理量为5500kg/h，组成为0.36（苯的质量分数），要求塔顶馏出液的组成为0.96，塔底釜液的组成为0.04。

三、设计条件

操作压力 4.5kPa（塔顶表压） 进料热状况 自选 回流比 自选 单板压降 ?0.7kPa 试根据上述工艺条件作出筛板的设计计算。 四、工艺流程图

原料液由高位槽经过预热器预热后进入精馏塔内。操作时连续的从再沸器中取出部分液体作为塔底产品（釜残液）再沸器中原料液部分汽化，产生上升蒸汽，依次通过各层塔板。塔顶蒸汽进入冷凝器中全部冷凝或部分冷凝，然后进入贮槽再经过冷却器冷却。并将冷凝液借助重力作用送回塔顶作为回流液体，其余部分经过冷凝器后被送出作为塔顶产品。为了使精馏塔连续的稳定的进行，流程中还要考虑设置原料槽。产品槽和相应的泵,有时还要设置高位槽。且在适当位置设置必要的仪表（流量计、温度计和压力表）。以测量物流的各项参数。

第二部分工艺设计计算

一、 设计方案的确定

本设计任务书为分离苯-甲苯混合物。对于二元混合物的分离，应采用连续精馏流程。设计中采用泡点进料，将原料液通过预热器加热至泡点后送入精馏塔内，其余部分经产品冷却器冷却后送至储罐。该物系属易分离物系，最小回流比较小，故操作回流比取最小回流比的2倍。

二、精馏塔的物料衡算

1.原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数 苯的摩尔质量MA=78.11Kg/mol 甲苯的摩尔质量MB=92.14Kg/mol

0.36/78.11=0.3915

0.36/78.11?0.66/92.140.96/78.11XD==0.9662

0.96/78.11?0.04/92.140.04/78.11XW==0.0469

0.04/78.11?0.96/92.142.原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量

XF=

MF=0.3915?78.11+(1-0.3915)?92.14=86.647Kg/mol

MD=0.9662?78.11+(1-0.9662)?92.14=78.584Kg/mol

MW=0.0469?78.11+(1-0.0469)?92.14=91.481Kg/mol

3.物料衡算原料处理量

5500=63.476Kmol/h F=

86.647 总物料衡算63.476=D+W

苯物料衡算63.476?0.3915=0.9662?D+0.0338?W

联立解得 D=24.351Kg/mol，W=39.125Kg/mol

三、塔板数的确定

1.理论板层数NT的求取

苯-甲苯属理论物系，可采用图解法求理论板层数。

①由手册查得苯-甲苯物系的气液平衡数据，绘出x-y图 x y 0 0 0.058 0.155 0.256 0.376 0.508 0.659 0.83 0.128 0.304 0.453 0.596 0.72 1 0.83 0.943 1

y

1.0 1 3 4 5 f 6 7

q线

8 e(0.42,0.42)

9

10 1.0 0 x

②求最小回流比及操作回流比

采用作图法求最小回流比。在图中对角线上，自点e（0.42，0.42）做垂线，ef即为 进料线（q线），该线与平衡线的交点坐标为：

yq=0.642 xq=0.420

故最小回流比为：Rmin=

xd?yq0.9662?0.642??1.294

yq?xq0.642?0.3915 取操作回流比为：R?2Rmin?2?1.294?2.588

③求精馏塔的气、液相负荷

L?R?D?2.58?24.35?62.823Kmol/h

V?(R?1)?D?(2.58?1)?24.35?87.17Kmol/h

L'?L?F?62.8?63.48?126.28Kmol/h

V'?V?87.1Kmol/h

④求操作线方程 精馏段操作线方程 y?LD62.824.35x?x0?x??0.9662?0.72x?0.279 VV87.187.1L''W126.2'39.125x??0.0469?1.448x'?0.449 提馏段操作线方程y?'x?'xw?87.187.1VV'⑤图解法求理论板层数

采用图解法求理论板层数，求解结果为：

总理论板层数NT?13包括再沸器，进料板位置NF?6 2.实际板层数的求取

??5?9.6?10 0.527?13.5?14 提馏段实际板层数：N提?0.52 精馏段实际板层数：N精?四、精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算

以精馏段为例进行计算。 1.操作压力计算

塔顶操作压力 pD?101.3?4.5?105.8kPa 每层塔板压降 ?p?0.7kPa

进料板压力 pF?105.8?0.7?10?112.8kPa 提馏段平均压力 pm?(105.8?112.8)/2?109.3kPa

2.操作温度计算

依据操作压力，由泡点方程通过试差法计算出泡点温度，其中苯、甲苯的饱和蒸汽压由安托尼方程计算，计算过程略。计算结果如下:

塔顶温度TD?82.1?C 进料板温度TF?99.5?C 3.平均摩尔质量计算

⑴塔顶摩尔质量计算：由xD?y1?0.966,查平均曲线，得x1?0.926

MVDm?0.966?78.11?(1?0.966)?92.13?78.49kg/kmol

'MLD)?92.13?79.15kg/kmol m?0.926?78.11?(1?0.926 ⑵进料板平均摩尔质量计算 由图解理论板，得 yF?0.612 查平衡曲线，得 xF?0.395

MVFm?0.612?78.11?（1?0.612）?92.13?83.55kg/kmol MLFm?0.395?78.11?(1?0.395)?92.13?86.59kg/kmol

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