化工原理课程设计--分离苯-甲苯的混合物.doc
《化工原理课程设计--分离苯-甲苯的混合物.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《化工原理课程设计--分离苯-甲苯的混合物.doc（25页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
化工原理课程设计说明书
系别：
专业：
学生姓名：
指导教师：
2013年月日
目录
1设计方案的确定 1
2精馏塔的物料衡算 1
2.1原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数 1
2.2原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 1
2.3物料衡算 1
3塔板数的确定 2
4精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 4
4.1操作压力计算 4
4.2操作温度计算 4
4.3平均摩尔质量计算 5
4.4平均密度计算 6
4.5液体平均表面张力计算 7
4.6液体平均粘度计算 7
5精馏塔的塔体工艺尺寸的计算 8
5.1塔径的计算 8
5.2精馏塔有效高度的计算 10
6塔板主要工艺尺寸的计算 11
6.1溢流装置计算 11
6.2踏板布置 12
7筛板的流体力学验算 14
7.1塔板压降 14
7.2液面落差 15
7.3液沫夹带 15
7.4漏液 15
7.5液泛 16
8塔板负荷性能图 16
8.1液漏线 16
8.2液沫夹带线 17
8.3液相负荷下限线 18
8.4液相负荷上限线 19
8.5液泛线 19
1设计方案的确定
本设计任务为分离苯-甲苯的混合物。
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。
塔顶上升蒸气采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内,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。
塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。
2精馏塔的物料衡算
2.1原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数
苯的摩尔质量
甲苯的摩尔质量
2.2原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量
2.3物料衡算
原料处理量
总物料衡算
苯物料衡算
联立解得
3塔板数的确定
计算最小回流比，因
当选取时，即
解得，因为，所以
相平衡方程或（a）
由式（a）得
精馏段操作线
（b）
提馏段操作线（因q=1）
式中
代入可得（c）
泡点进料q=1,
y
x
第1块板
0.966
0.
第2块板
0.
0.
第3块板
0.
0.
第4块板
0.
0.
第5块板
0.
0.
第6块板
0.
0.
表3-1塔板数解法（a）
因，第7块板上升的气相组成由提馏段操作方程（c）计算，
y
x
第7块板
0.
0.
第8块板
0.
0.
第9块板
0.
0.
第10块板
0.
0.
第11块板
0.
0.
第12块板
0.
0.
第13块板
0.
0.
表3-2塔板数解法（b）
同样，所需总理论板数为13块，第6块加料，精馏段需5块板。
实际板层数的求取
精馏段实际板层数
提馏段实际板层数
4精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算
4.1操作压力计算
塔顶操作压力
每层塔板压降∆p=0.7kPa
进料板压力
精馏段平均压力
塔釜压强
提馏段平均压力
4.2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、甲苯的饱和蒸气压由安托尼方程计算，计算过程略。
计算结果如下:
苯
甲苯
得
由表格得
塔顶温度
同理可得
进料板温度
精馏段平均温度
塔釜温度
提馏段平均温度
4.3平均摩尔质量计算
（1）塔顶平均摩尔质量计算
由,得
（2）进料板平均摩尔质量计算
,得
（3）精馏段平均摩尔质量计算
（4）塔釜平均摩尔质量计算
（5）提馏段平均摩尔质量计算
4.4平均密度计算
（1）气相平均密度计算
由理想气体状态方程计算，即
精馏段的计算
提馏段的计算
（2）液相平均密度计算
塔顶液相平均密度计算：
由查手册得
进料板液相平均密度计算：
由
进料板液相的质量分数为
精馏段液相平均密度为
塔釜液相平均密度为
查手册得
提馏段液相平均密度为
4.5液体平均表面张力计算
塔顶液相平均表面张力计算:
由
进料板液相平均表面张力计算:
由，
精馏段液相平均表面张力为
塔釜液相平均表面张力为
由，查手册得，
提馏段平均表面张力为
4.6液体平均粘度计算
塔顶液相平均粘度的计算：
由
，解得
进料板液相平均粘度的计算：
由查手册得，
，解得
精馏段液相平均粘度为
塔釜液相平均粘度的计算：
由
，解得
提馏段液相平均粘度为
5精馏塔的塔体工艺尺寸的计算
5.1塔径的计算
（1）精馏段的气、液相体积流量为
（D表示的是馏出液的流率）
式中由计算，经查表得，图的横坐标为
取板间距板上液层高度，则
查图得
取安全系数为，则空塔气速为
（表示的是塔径）
按标准塔径圆整后为
塔截面积为
实际空塔气速为
（2）提馏段的气、液相体积流量为
式中由计算，经查表得，图的横坐为
取板间距板上液层高度，则
查图得
取安全系数为，则空塔气速为
（表示的是塔径）
按标准塔径圆整后为
塔截面积为
实际空塔气速为
5.2精馏塔有效高度的计算
精馏段有效高度为
提馏段有效高度为
在进料板上方开一人孔，其高度为
6塔板主要工艺尺寸的计算
6.1溢流装置计算
因为塔径，可选用单溢流弓形降液管，采用凹形受液盘。
各项计算如下。
（1）堰长
取
（2）溢流堰高度
选用平直堰，堰上液层高度由
近似取E=1，则
取板上清液高度，则
（3）弓形降液管宽度和截面积
由弓形降液管的参数图
得
故
依式
则
，故降液管设计合理。
（4）降液管底隙高度
，满足
取，则
，
，
故降液管底隙高度设计合理。
选用凹形受液盘，深度。
6.2踏板布置
（1）塔板的分块
因，故塔板采用分块式。
查表得，塔板分为3块。
塔径/mm
800~1200
1400~1600
1800~200
塔板分块数
3
4
5
表6-1单溢流型塔板分块数
（2）边缘区宽度确定
取。
（3）开孔区面积计算
开孔区面积按
其中
故
（4）筛孔计算及其排列
本例处理的物系无腐蚀性，可选用的碳钢板，取筛孔直径。
筛孔按正三角形排列，取孔中心距为
筛孔数目为
开孔率为
气孔通过阀孔的气速为
7筛板的流体力学验算
7.1塔板压降
（1）干板阻力计算
干板阻力由式
由查图得，故
液柱
液柱
（2）气体通过液层的阻力好计算
气体通过液层的阻力由式，由计算
查图得
液柱
液柱
（3）液体表面张力的阻力计算
液体表面张力所产生的阻力由式计算
液柱
液柱
气体通过每层塔板的液柱可按下式计算，即
液柱
液柱
气体通过每层塔板的压降为
（设计允许值）
（设计允许值）
7.2液面落差
对于筛板塔，液面落差很小，切本例的塔径和液面量均不大，故忽略液面落差的影响。
7.3液沫夹带
液沫夹带量由式计算，一般取，即
故在本设计中液沫夹带量在允许范围内。
7.4漏液
对筛板塔，漏液点气速可由式计算，即
实际孔速
稳定系数为
，
故在本设计中无明显漏液。
7.5液泛
为防止塔内发生液泛，降液管内液层高应服从式关系，苯-甲苯物系属一般物系，取则
而
板上不设进口堰，由式计算，即
液柱
液柱
液柱
因
故在本设计中不会发生液泛现象。
8塔板负荷性能图
8.1液漏线
由
得
整理得
整理得
0.0006
0.0015
0.0030
0.0045
0.0060
0.307
0.317
0.329
0.339
0.347
0.290
0.299
0.310
0.320
0.328
表8-1计算结果
由上表数据可作出液漏线1.
8.2液沫夹带线
以，关系如下：
整理得
整理得
0.0006
0.0015
0.0030
0.0045
0.0060
1.809
1.723
1.614
1.522
1.440
1.792
1.708
1.601
1.511
1.430
表8-2计算结果
由上表数据可作出液沫夹带线2.
8.3液相负荷下限线
对于平直堰，取堰上液层高度作为最小液体负荷标准。
由式得
取,则
据此可作出与气体流量无关的垂直液相负荷下线线3.
8.4液相负荷上限线
以作为液体在降液管中停留时间的下限，由式得
故
据此可作出与气体流量无关的垂直液相负荷上限线4.
8.5液泛线
令
联立得
忽略，将的关系代入上式，并整理得
，式中
将有关数据代入，得
，
故
0.0006
0.0015
0.0030
0.0045
0.0060
1.081
1.042
0.978
0.905
0.817
1.026
0.990
0.934
0.873
0.801
表8-3计算结果
由上表数据可作出液泛线5.
根据以上各线方程，可作出筛板塔的负荷性能图，如下图所示。
图8.1精馏段筛板塔负荷性能图
图8.2提馏段筛板塔负荷性能图
在负荷性能图上，作出操作线，有图可以看出，该筛塔的操作上限为液泛控制，下限为漏液控制。
由图可得
故操作弹性为
过操作弹性为
所设计筛板塔的主要结果汇总如下表：
表8-4筛板塔设计计算结果
序号
项目
数值
1
平均温度、
89.7、104.6
2
平均压力、
108.8、114.4
3
气相流量、
0.589、0.583
4
液相流量、
0.0016、0.0018
5
实际塔板数
26
6
有效段高度
10.4
7
塔径、
1.0、1.0
8
板间距、
0.40、0.40
9
溢流形式
单溢流
10
降液管形式
弓形
11
堰长、
0.66、0.66
12
堰高、
0.048、0.047
13
板上液层高度、
0.06、0.06
14
堰上液层高度、
0.012、0.013
15
降液管底隙高度、
0.024、0.027
16
安定区宽度、
0.065、0.065
17
边缘区宽度
0.035
18
开孔区面积、
0.5223
19
筛孔直径
0.005
20
筛孔数目
2731
21
孔中心距
0.015
22
开孔率
10.1
23
空塔气速、
0.827、0.771
24
筛孔气速
10.97、10.86
25
稳定系数、
1.85、1.89
26
每层塔板压降、
592.9、600.5
27
负荷上限
液泛控制
28
负荷下限
漏液控制
29
液沫夹带线
0.012
30
气相负荷上限
1.065、0.924
31
气相负荷下限
0.332、0.326
32
操作弹性
3.208、2.834
23
升级会员 