化工原理课程设计-苯甲苯.doc

1、化工原理课程设计设计题目：分离苯甲苯混合液的浮阀精馏塔学生姓名：学号：班级：指导老师：写作时间：分离苯甲苯混合液的浮阀精馏塔1.设计任务及操作条件1.1 工艺条件及数据（1）原料液为苯甲苯混合液，苯含量为 45%（质量分率） 。（2）塔顶苯含量不低于 98%（质量分率） 。（3）塔底苯含量不高于 2%（质量分率） 。（4）进料温度为 35。（5）生产能力：年处理苯甲苯混合液 3.5 万吨（开工率 330 天/年） 。（6）塔板类型：浮阀塔板。1.2 操作条件（1）塔顶压力 4kPa（表压） 。（2）间接蒸汽加热，加热蒸汽压力为 2.5kgf/cm2（表压） 。（3）冷却水进口温度 30，出口温

2、度 50。（4）设备热损失为加热蒸汽供热量的 5。1.3 厂址厂址为济南。2.设计方案本设计任务为分离苯-甲苯混合液。对于二元混合物系的分离，应采用连续精馏流程。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后送至储罐。该物系属易分离物系，最小回流比小，合适的操作回流比为最小回流比的 1.7 至 2 倍之间。塔釜采用间接蒸气加热，塔底产品经冷却后送至储罐。Error! Reference source not found.为精馏塔的工艺流程图。图 1 精馏塔工艺流程图3.1 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为 MA=78.11

3、kg/kmol。甲苯的摩尔质量为 MB=92.13kg/kmol。原料液苯含量为 45%，塔顶苯含量不低于 98%，塔底苯含量不高于 2%（均为质量分率） 。转换成摩尔分率为xF= =0.4910.45/78.1.92.3xD= =0.9839/./xw= =0.024.0.27810.1（2）原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量MF=0.49178.11+（1-0.491）92.13=85.25kg/kmolMD=0.98378.11+（1-0.983）92.13=78.35kg/kmolMW=0.02478.11+（1-0.024 ）92.13=91.80kg/kmol（3）物料衡算年处理

4、苯甲苯混合液 3.5 万吨（开工率 330 天/ 年） 。计算得原料处理量 F= =51.84kmol/h73.510/8.24由总物料衡算 51.84=D+W轻组分苯的物料衡算 51.840.491=0.983D+0.024W联立解得：D=25.24kmol/hW=26.60kmol/h列出物料衡算表。表 1 物料衡算表进料 出料项目 摩尔分数 流量（kmol/h） 项目 摩尔分数 流量（kmol/h）进料 F 0.491 51.84 塔顶产品 D 0.983 25.24塔底产品 W 0.024 26.60合计 51.84 合计 51.843.2 求取精馏塔的理论塔板数苯甲苯体系为理想物系，

5、故可以使用图解法计算理论塔板数，具体求解过程如下。表 2 给出常压（101.33kPa）下苯甲苯二元物系的汽液平衡组成。表 2 苯甲苯二元物系的汽液平衡组成苯摩尔分数 苯摩尔分数液相 x 气相 y 温度() 液相 x 气相 y 温度()0.000 0.000 110.6 0.592 0.789 89.40.088 0.212 106.1 0.700 0.853 86.80.200 0.370 102.2 0.803 0.914 84.40.300 0.500 98.6 0.903 0.957 82.30.397 0.618 95.2 0.950 0.979 81.20.489 0.710 92

6、.1 1.000 1.000 80.2查得苯-甲苯物系的气液平衡数据，绘出 x-y 图，见 图 2。求解进料热状况参数 q。由设计任务可知，进料温度为 TF=35。由气液平衡数据可查得进料组成 xF=0.491 的苯甲苯溶液的泡点 Ts=92.1。平均温度为 t= = =63.55。2SFT359.1表 3 表 4 为苯和甲苯的有关物性数据。表 3 苯-甲苯的摩尔热容温度 0 50 100 150苯(kJ/kmol/K) 72.7 89.7 104.8 118.1甲苯(kJ/kmol/K) 93.3 113.3 131 146.6表 4 苯-甲苯的汽化潜热温度 20 40 60 80 100

7、120苯(kJ/kg) 431.1 420 407.7 394.1 379.3 363.2甲苯(kJ/kg) 412.7 402.1 391 379.4 367.1 354.2利用插值法，使用公式 （M 为所要求的物理量）1122t求苯的摩尔热容 CmA： 89.763.5004MA得 CmA=93.8kJ/(kmolK)同理可得甲苯的摩尔热容 CmB=124.6kJ/(kmolK)苯的汽化潜热 rA=392.8kJ/kg=392.878.11=30679kJ/kmol甲苯的汽化潜热 rB=378.3kJ/kg=378.392.13=34852kJ/kmol加料液的平均摩尔热容Cm,p=CmA

8、xA+CmBxB=99.30.301+124.6(1-0.301)=117.0kJ/(kmolK)加料液的平均摩尔汽化热r=rAxA+rBxB=306790.301+34852(1-0.301)=33596kJ/kmol由公式 q= ,()mpSFTr得进料热状况参数 q= =1.1217.0(98.56)39求解最小回流比。利用 表 2 气液平衡数据 y-x，使用 Excel 软件对数据进行拟合，可得气液平衡方程 y = -0.7363x2 + 1.6438x + 0.0741（R = 0.9994） ，拟合方程精确度很高。由 q 线方程公式 1Fxq将 q=1.12，x F=0.301 代

9、入得q 线方程为 y=9.57x-2.58。q 线方程与气液平衡方程联立，解得xq=0.325，y q=0.531利用公式 得minDqxyR最小回流比 =2.20in0.983.512取操作回流比由于求苯甲苯物系属易分离物系，最小回流比小，合适的操作回流比为最小回流比的 1.7 至 2 倍之间。取 R=1.8Rmin，得操作回流比 R=1.82.20=3.96求精馏塔的气、液负荷L=RD=3.968.30=32.88kmol/hV=(R+1)D=(3.96+1)8.30=41.18kmol/hL=L+qF=32.88+1.1228.72=65.04kmol/hV=V+(q-1)F=41.18+(1.12-1)28.72=44.62kmol/h求操作线方程精馏段操作线方程= =0.798x+0.1981DxRy3.960.831x提馏段操作线方程= =1.458x-0.011WLxV5.42.46图解法求理论塔板数由以上数据，用图解法可以求出理论塔板数。图 2 为图解法计算理论塔板数的示意图。从图中可以得到进料板位置和总理论板的层数。得进料板位置 NF=8。总理论板层数 NT=12（不包括再沸器） 。图 2 图解法求理论塔板数示意图