苯-甲苯混合液精馏塔设计

课程设计题目：年产3万吨苯-甲苯板式精馏塔工艺设计

一、设计任务书

（1）年处理含苯44%（质量分数，下同） （2）产品苯的含量不低于94% （3）残液中苯的含量不高于2% （4）操作条件：

精馏塔的塔顶压力 4Kpa （表压） 进料状态 泡点进料 回流比 1.87614

加热蒸汽压力 101.33Kpa （表压） 单板压降 0.7Kpa 全塔效率 52%

（5）设备型式 浮阀塔（F1） （6）产址 天津地区

（7）设备工作日 300天，24h 连续运行 （8）水温 17° （9）天津大气压 101Kpa 二、物料衡算

苯的摩尔质量 M A =12 X 6+6=78Kg/Kmol 甲苯的摩尔质量 M B =12X7+8=92Kg/Kmol

0.44/78

0.44/780.56/92

F x =+=0.481

0.94/78

0.9487

0.94/780.06/92

D x ==+

0.02/78

0.0235

0.02/780.98/92W x ==+ 原料液产品的平均摩尔质量：M F =(1)F A F B x M x M +-=85.266 塔顶产品的平均摩尔质量：M D =(1)D A D B x M x M +-=78.7182 塔釜产品的平均摩尔质量：M W =(1)W A W B x M x M +-=91.671

进料量F= 3X 4

10t/a = 43

310103002485.266

X X X X =48.8665Kmol/h

又有公式F=D+W (1) FX F =DX D +WX W (2) 联立(1)、(2)得 D=27.412Kmol/h

W=21.454 Kmol/h 三、塔板数的确定

0.0

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9

1.0

0.1 0.2 0.3

0.4

0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 X W

X F

X D

X D /(R+1)

理论板层数放大

1、操作回流比、最小回流比的计算 泡点进料 q=1 q 线方程为X= X F

q 线方程与相平衡线交点为(x q ,y q ) = (0.481,0.71) 最小回流比R min =

=

0.94870.71

0.710.481

--=1.0423

取操作回流比R=1.8R min =1.8x1.0423=1.87614 2、求精馏塔的气、液相负荷

L=RD=1.87614X27.412=51.4287kmol/h

V=(R+1)D=(1.87614+1)X27.412=78.8407 kmol/h

3、精馏段操作线方程

D x R x R R y 1

11+++=

=x n +

即y=0.6669x+0.3218 4.图解法求理论板层数

采用直角阶梯法求理论板层数，如图所示，在塔底或恒沸点附近作图时要将图局部放大，求解结果为：

理论板层数

N T =12（不包括再沸器） 进料板位置 N F =6 精馏段的板层数 N 精=5

提馏段的板层数 N 提=7（包括进料板）

5、实际板层数的求取 由题知：%52=T E ，则

精馏段实际板层数 N 精= 5/ 0.52=9.616≈10 提馏段实际板层数 N

提= 7 / 0.52=13.46≈13

总实际板层数 N P = N

精

+ N 提=23

四、精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 1、操作压力

塔顶操作压力 P D =P 当地+P 表 = 101.325+4 = 105.325 Kpa

每层塔板压降△P=0.7Kpa

进料板压降 P F=P D+精馏段板数X 0.7Kpa

=105.325+10x0.7=112.33Kpa

精馏段平均压降P m=(105.325+112.33)/2=108.83Kpa 2、操作温度

*Xa + P*Xb

根据安托尼方程：lgP*=A-B/(C+t) 和 P=P

lg P B*=6.079-1344.8/(219.428+tD)

P D= P A*0.9487+P B*0.0513

当t D=82.4℃时求得D p=105.178kpa

当t D=82.5℃时求得D p=105.512kpa

利用试代法求出t D=82.45℃

同理得出t F=96.2℃

精馏段平均温度t m =(82.45+96.2)/2=89.325℃

3、平均摩尔质量

1、塔顶平均摩尔质量的计算

X D=y1=0.9487查相平衡图得 x1=0.8841

M VDm=0.9487x78+0.0513x92=78.7182

M LDm=0.8841x78+0.1159x92=79.6226

2、进料平均摩尔质量计算

X F=0.481 y F=0.695

M VFm=0.695x78+0.305x92=82.27

M LFm=0.481x78+0.519x92=85.266

3、精馏段平均摩尔质量

M Vm =78.7182+82.27=80.4941

M Lm =79.6226+85.266=82.4443

4、平均密度

1、气相平均密度

ρVm

=

=

108.8380.4941

8.314(88.825273.15)

⨯⨯+=2.911kg/kmol

2、液相平均密度

苯和甲苯的液相密度L ρ

塔顶：由

D=82.45℃，查表中数据运用内插法求液相平均密度

ρA =812.28kg/m 3 ρB =807.60kg/m 3

ρLDm =

1

0.9487/812.280.0513/807.60

+=812.04 kg/m 3

进料：由

t F=97.63℃，查表中数据运用内插法求液相平均密度

ρA =796.832kg/m 3 ρB =794.062kg/m 3 ρLFm =

1

0.481/794.8320.519/794.062

+=795.39kg/m 3

精馏段平均密度ρLm =(812.04+795.39)/2=803.715 kg/m 3 5、液相表面张力

1、塔顶液相平均表面张力计算

利用“液体表面张力共线图”分别读苯和甲苯在t D=82.45℃下

的表面张力：

A σ=20.97x10-3

N/m B σ=21.42x10

-3

N/m

σ

LDm ==0.9487x20.97+0.0513x21.42=20.99(X10

-3

N/m )