苯-乙苯連續(xù)精餾塔的設計
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課程設計說明書 學 院： 生態(tài)與資源工程學院 專業(yè)班級： 2012級化學工程與工藝(1)班 課程名稱： 化工原理課程設計 題 目： 苯-乙苯連續(xù)精餾塔的設計 學生姓名：蔡 學號： 20124121036 指導老師： 楊自濤 2015年6 目錄 一、設計說明書 3 2.1塔設備在化工生產(chǎn)中的作用和地位 4 2.2篩板塔的結構特點及應用場合 4 2.3主要物性數(shù)據(jù) 4 三、精餾塔的物料衡算 5 3.1進料組成 5 3.2全塔的物料衡算 5 3.3相對揮發(fā)度和回流比的確定 5 3.4塔板數(shù)的計算 7 3.4.1理論塔板數(shù)的計算 7 3.4.2實際塔板數(shù)的計算 8 四、精餾塔的工藝條件及有關物性數(shù)據(jù)的計算 8 4.1平均壓力PM 8 4.2平均溫度tm 9 4.3平均分子量 9 4.4平均密度 10 4.5液體的平均表面張力 10 4.6液體平均粘度 11 五、汽液負荷計算 11 六、精餾塔的塔體工藝尺寸計算 11 6.1塔徑 11 6.2溢流裝置 13 6.3弓形降液管寬度Wd和截面Af 14 6.4降液管底隙高度 15 6.5塔高 15 七、塔板的流體力學驗 16 7.1降液管液泛 16 7.2降液管內(nèi)停留時間 17 7.3液沫夾帶 17 7.4漏液 17 八、塔板負荷性能圖 18 8.1液沫夾帶線 18 8.2液泛線（氣相負荷上限線） 18 8.3液相負荷上限線 19 8.4漏液線（氣相負荷下限線） 19 8.5液相負荷下限線 20 8.6操作線與操作彈性 20 九、設計評述 21 十、參考文獻 21 一、設計說明書 （一）、設計題目 苯-乙苯連續(xù)精餾塔的設計 （二）、設計要求 進精餾塔的料液含乙苯40%（質(zhì)量分數(shù)，下同），其余為苯；塔頂?shù)囊冶胶坎坏酶哂?%；殘液中乙苯含量不得低于98%。 生產(chǎn)能力為年產(chǎn)4.6萬噸、98%的乙苯產(chǎn)品。 （三）操作條件 1.塔頂壓力：4kPa（表壓） 2.進料熱狀態(tài)：自選 3.回流比：自選 4.加熱蒸氣壓：0.5MPa（表壓） 5.單板壓降 ≤0.7kPa。 （四）塔板類型 ： 篩板塔 （五）工作日 每年工作日為300天，每天24小時連續(xù)運行。 （六）、設計內(nèi)容 1、設計說明書的內(nèi)容 1) 精餾塔的物料衡算； 2) 塔板數(shù)的確定； 3) 精餾塔的工藝條件及有關物性數(shù)據(jù)的計算； 4) 精餾塔的塔體工藝尺寸計算； 5) 塔板主要工藝尺寸的計算； 6) 塔板的流體力學驗算； 7) 塔板負荷性能圖； 8) 精餾塔接管尺寸計算； 9) 對設計過程的評述和有關問題的討論。 2、設計圖紙要求： 1) 繪制生產(chǎn)工藝流程圖； 2) 繪制精餾塔裝配圖。 二、前言 2.1塔設備在化工生產(chǎn)中的作用和地位 塔設備是化工、石油化工、精細化工、醫(yī)藥。食品和環(huán)保等行業(yè)普遍使用的氣液傳質(zhì)設備，主要應用與蒸餾、吸收、解吸、萃取、洗滌、閃蒸、增濕、減濕、干燥等單元操作。 2.2篩板塔的結構特點及應用場合 篩板塔其塔板上開有許多均勻的小孔。根據(jù)孔徑的大小，分為小孔徑篩板（孔徑為3-8mm）和大孔徑篩板（孔徑為10-25mm）兩類。工業(yè)應用以小孔徑篩板為主，大孔徑篩板多用于某些特殊的場合（如分離粘度大、易結焦的物系）。 篩板的優(yōu)點是結構簡單，易于加工，造價低，約為泡罩塔的60%，浮閥塔的80%；板上液面落差小，氣體壓降低，生產(chǎn)能力較大，比同直徑泡罩塔增加20%-40%；氣體分散均勻，傳質(zhì)效率較高；安裝容易清理檢修方便。其缺點是篩板易堵塞，不宜處理易結焦、粘度大的物料，且篩板塔的設計和操作不當，易產(chǎn)生漏液，使操作彈性減小，傳質(zhì)效率下降 2.3主要物性數(shù)據(jù) 1.苯、乙苯的物理性質(zhì) 項目 分子式 分子量 沸點℃ 臨界溫度℃ 臨界壓力Pa 苯A C6H6 78.11 80.1 288.5 6833.4 乙苯B C8H10 106.16 136.2 348.57 4307.7 2.苯、乙苯在某些溫度下的表面張力 t/℃ 20 40 60 80 100 120 140 σ苯（mN/m） 28.8 26.25 23.74 21.27 18.85 16.49 14.17 σ乙苯（mN/m） 29.3 27.14 25.01 22.92 20.85 18.81 16.81 3.苯、乙苯在某些溫度下的液相密度 t/℃ 20 40 60 80 100 120 140 ρ苯（㎏/m） 877.4 857.3 837.6 815.0 792.5 768.9 744.1 ρ乙苯（㎏/m） 867.7 849.8 931.8 913.6 795.2 776.2 756.7 4.苯、乙苯在某些溫度下的粘度 t/℃ 0 20 40 60 80 100 120 140 μ苯（mPas） 0.742 0.638 0.485 0.381 0.308 0.255 0.215 0.184 μ乙苯（mPas） 0.874 0.666 0.525 0.426 0.354 0.300 0.259 0.226 5.不同塔徑的板間距 塔徑D/m 0.3-0.5 0.5-0.8 0.8-1.6 1.6-2.4 2.4-4.0 板間距HT/㎜ 200-300 250-350 300-450 350-600 400-600 三、精餾塔的物料衡算 原料液流率為F，塔頂產(chǎn)品流率為D,塔底產(chǎn)品流率為W，對精餾塔做全塔物料衡算。有：F=D+W FxF=DxD+Wxw 苯的摩爾質(zhì)量：MA=78.11Kg/Kmol,乙苯的摩爾質(zhì)量：MB=106.16Kg/Kmol。原料液及塔頂，塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量 MF=（1-40%）78.11+40%106.16=89.33Kg/Kmol MD=(1-2%)78.11+2%106.16=78.67Kg/Kmol MW(1-98%)78,11+98%106.16=105.6Kg/Kmol 3.1進料組成 原料、塔頂、產(chǎn)品中的苯的摩爾分數(shù) xF=(0.6/78.11)/ [ (0.6/78.11)+(0.4/106.16) ]=0.671 xD=(0.98/78.11)/ [(0.98/78.11)+(0.02/106.16) ]=0.985 xw=(0.02/78.11)/ [(0.02/78.11)+(0.96/106.16) ]=0.027 3.2全塔的物料衡算 產(chǎn)物的產(chǎn)量：W=(4.610^7)/(30024105.6)=60.50Kmol/h 求得F=60.50(0.985-0.027)/(0.985-0.671)=184.58 Kmol/h D=F-W=184.58-60.50=124.08 Kmol/h 3.3相對揮發(fā)度和回流比的確定 飽和液體（泡點）進料，q=1，Xe=XF=0.671 T/℃ 80 88 96 104 112 120 128 136 x 1.000 0.743 0.542 0.385 0.259 0.157 0.072 0.000 y 1.000 0.940 0.865 0.762 0.631 0.465 0.257 0.000 塔頂?shù)臏囟龋海ㄊ静罘ǎ? =(0.940-0.985)/(0.985-1) 解得：T=82℃ 進料板溫度： =(0.542-0.671)/(0.671-0.743) ℃ 解得：T=90.87℃ 塔釜的溫度： =(0-0.027)/(0.027-0.072) 解得：T=133℃ 由t-x-y曲線可知： tD=83℃、tW=129.5℃、tF=90.5℃ 全塔的平均溫度t=( tD+tw+tF)/3=（83+129.5+90.5）/3=101℃ 有由上表數(shù)據(jù)作圖得x-y曲線及t-x(y)曲線，在x-y圖上，因q=1，查得ye=0.910,而xe=xF=0.671，xD=0.985,故有 Rm==(0.985-0.910)/(0.910-0.671)=0.31 因為二元物系平衡方程為y=,已知該方程過（0.671，0.910） 解得α=5.0 考慮到精餾段操作線離平衡線較近，理論最小回流比較小，故取操作回流比為最小回流比的2倍，即R=2Rm=20.31=0.62 3.4塔板數(shù)的計算 3.4.1理論塔板數(shù)的計算 精餾段操作線為y= +=0.38x+0.61 提餾段操作線為過（0.671 ，0.865）和（0.027,0.027）兩點的直線。 提餾段操作線為y=1.3x-0.0081 平衡曲線為y= 采用逐板計算法理論塔板數(shù)，步驟如下： 精餾段 y1=xD=0.985 x1===0.929 y2=0.38x+0.61=0.380.929+0.62=0.973 x2=0.878 y3=0.944 x3=0.771 y4=0.903 x4=0.651
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- 乙苯 連續(xù) 精餾塔 設計
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