文档介绍：化工原理课程设计任务书
设计题目:分离苯-甲苯混合液的筛板精馏塔
在一常压操作的连续精馏塔内分离苯-甲苯混合液。已知原料液的处理量为4000kg/h,(苯的质量分率),,。
设计条件如下:
表3-18
操作压力
进料热状态
回流比
单板压降
全塔效率
建厂地址
4kPa(塔顶常压)
自选
自选
≤
ET=52%
天津地区
试根据上述工艺条件作出筛板塔的设计计算。
设计计算
1 设计方案的确定
本设计任务为分离苯一甲苯混合物。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人精馏塔内。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
(1) 原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率
苯的摩尔质量
甲苯的摩尔质量
(2)原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量
(3)物料衡算
原料处理量
总物料衡算 =D+W
苯物料衡算 ×=+ W
联立解得 D= kmol/h
W=
3 塔板数的确定
(1)理论板层数NT的求取
苯一甲苯属理想物系,可采用图解法求理论板层数。
①由手册查得苯一甲苯物系的气液平衡数据,绘出x~y图,见图3-22。
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3-19中对角线上,自点e(,)作垂线ef即为进料线(q线),该线与平衡线的交点坐标为
yq= xq=
故最小回流比为
取操作回流比为
③求精馏塔的气、液相负荷
图3-22 图解法求理论板层数
④求操作线方程
精馏段操作线方程为
提馏段操作线方程为
⑤图解法求理论板层数
采用图解法求理论板层数,如图3-22所示。求解结果为
总理论板层数
NT=(包括再沸器)
进料板位置NF=6
(2)实际板层数的求取
精馏段实际板层数5/=≈10,
=≈13
4 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=+4= kPa
每层塔板压降△P= kPa
进料板压力 PF =+×10=
精馏段平均压力 P m =(+)/2= kPa
(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:
塔顶温度 tD=℃
进料板温度 tF=℃
精馏段平均温度 tm=(+)/2 = ℃
(3)平均摩尔质量计算
塔顶平均摩尔质量计算
由xD=y1=,查平衡曲线(见图3-22),得x1=
进料板平均摩尔质量计算
由图解理论板(见图3-22,得yF=
查平衡曲线(见图3-22),得
xF=
精馏段平均摩尔质量
(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
②液相平均密度计算
液相平均密度依下式计算,即
塔顶液相平均密度的计算
由tD=℃,查手册得
进料板液相平均密度的计算
由tF=℃,查手册得
进料板液相的质量分率
精馏段液相平均密度为
ρLm=(+)/2= kg/m3
(5) 液体平均表面张力计算
液相平均表面张力依下式计算,即
塔顶液相平均表面张力的计算
由 tD=℃,查手册得
σA= m N/m σB= m N/m
σLDm=×+(1-)×= mN/m
进料板液相平均表面张力的计算
由tF=℃,查手册得
σA= m N/m σB= m N/m
σLFm=×+(1-)×= mN/m
精馏段液相平均表面张力为
σLm=(+)/2= mN/m
(6) 液体平均粘度计算
液相平均粘度依下式计算,即
lgμLm=Σxilgμi
塔顶液相平均粘度的计算