精馏塔的物料衡算

甲苯-四氯化碳混合液的浮阀精馏

塔设计

系部：化学工程系

专业班级：普08应用化工（1）班

姓名：

指导老师：

时间：2010年5月8日

新疆轻工职业技术学院

目录

摘要 (2)

关键词 (2)

前言 (2)

1精馏 (2)

2工艺条件 (3)

3精馏塔的物料衡算 (4)

4板数的确定 (5)

5精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (7)

6精馏塔的塔体工艺尺寸计 (9)

7塔板主要工艺尺寸的计算 (10)

8筛板的流体力学验算 (11)

9塔板负荷性能图 (13)

小结 (16)

参考文献 (18)

致谢 (19)

摘要：精馏在化工生产过程中起着非常重要的作用。精馏是研究化工及其它相关过程中物质的分离和提纯方法的一门技术。在许多重要化工工业中，例如化工、石油化工、炼油、等，必须对物料和产物进行分离和提纯，才能使加工过程进行，并得到符合使用要求的产品。本设计将通过给定的生产操作工艺条件自行设计苯-四氯化碳物系的分离和精馏。

关键词：甲苯四氯化碳塔板数精馏提馏

前言

化工生产中所处理的原料，中间产物，粗产品几乎都是由若干组分组成的混合物，而且其中大部分都是均相物质。生产中为了满足储存，运输，加工和使用的需求，时常需要将这些混合物分离为较纯净或几乎纯态的物质。

精馏是分离液体混合物最常用的一种单元操作，在化工，炼油，石油化工等工业得到广泛应用。精馏过程在能量计的驱动下，使气，液两相多次直接接触和分离，利用液相混合物中各相分挥发度的不同，使挥发组分由液相向气相转移，难挥发组分由气相向液相转移。实现原料混合物中各组成分离该过程是同时进行传质传热的过程。本次设计任务为设计一定处理量的甲苯和四氯化碳混合物精馏塔。

化工原理课程设计是培养学生化工设计能力的重要教学环节，通过课程设计使我们初步掌握化工设计的基础知识、设计原则及方法；学会各种手册的使用方法及物理性质、化学性质的查找方法和技巧；本课程设计的主要内容是精馏过程的物料衡算，工艺计算，结构设计和校核。

1 精馏

1.1 精馏的原理

利用混合物中各组分挥发能力的差异，通过液相和气相的回流，使气、液两相逆向多级接触，在热能驱动和相平衡关系的约束下，使得易挥发组分（轻组分）不断从液相往气相中转移，而难挥发组分却由气相向液相中迁移，使混合物得到不断分离，称该过程为精馏。该过程中，传热、传质过程同时进行，属传质控制。

1.2 精馏塔设备

精馏塔是提供混合物气、液两相接触条件、实现传质过程的设备。该设备可分为两类，一类是板式精馏塔，第二类是填料精馏塔。

1.3 精馏装置流程

典型的精馏设备是连续精馏装置，包括精馏塔、冷凝器、再沸器等。用于精馏的塔设备有两种，即板式塔和填料塔，但常采用的是板式塔。

图1.1 筛板精馏塔图

2 工艺条件

生产能力：4000Kg/h（料液）

年工作日：自定

原料组成：45%的甲苯和55%的四氯化碳（质量分率，下同）

产品组成：馏出液 96%的甲苯，釜液4%的四氯化碳

操作压力：塔顶压强4kpa(塔顶表压）

单板压降： 0.7kPa

全塔效率：E

=52%

T

进料热状况：60℃

进料状况：泡点进料 回流比： 自选

设 计 计 算

甲苯和四氯化碳的物理性质

精馏流程的确定

甲苯和四氯化碳的混合液体经过预热到一定的温度时送入到精馏塔，塔顶上升蒸气采用全凝器冷若冰霜凝后，一部分作为回流，其余的为塔顶产品经冷却后送到贮中，塔釜采用间接蒸气再沸器供热，塔底产品经冷却后送入贮槽。流程图如上图所示。

3 精馏塔的物料衡算 3.1原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数 四氯化碳的摩尔质量 M A =154kg/kmol 甲苯的摩尔质量 M B =92kg/kmol

x F =

92

/55.0154/45.0154

/54.0+=0.328

x d =92

/04.0154/96.0154

/96.0+=0.935 X w =92

/99.0154/01.0154

/01.0+=0.935 3.2原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量

M F =0.328×154+(1-0.328)×92=112.34kg/kmol M D =0.935×154+(1-0.935)×92=149.97kg/kmol M W =0.006×154+(1-0.006)×92=92.37kg/kmol 3.3物料衡算原料处理量

F=

34

.1124000

=40.06kmol/h 3.4总物料衡算 46.06=D+W

甲苯物料衡算 40.06×0.328=0.935×D+0.006×W 联立得 D=13.88kmol/h W=26.18kmol/h 4 板数的确定 4.1理论板层数的确定

甲苯——四氯化碳属理想物系，可由手册查得甲苯——四氯化碳物系不同温度下的的气液平衡数据（即下表），求出挥发度α及最小回流比R min 。

表4.1四氯化碳（A ）和甲苯（B ）的饱和蒸汽压与温度关系数据

表4.2

由以上数据可求出挥发度αm

αm=

6

2.26

2.422.642.88

3.193.61+++++=2.83

由此可见，α随温度变化，但变化不大，所以式中α可由αm 代替 故最小回流比为：

R min =1/(α-1)×[x D /x F -α(1-x D)/(1-x F )] =

83.11[328

.01)

935.01(83.2328.0935.0---

=1.41 取操作回流比为：

R=2R min =2×1.41=2.82 求精馏塔的气、液相负荷

L=R ×D=2.82×13.88=39.14kmol/h V=(R+1)D=(2.82+1)×13.88=53.02kmol/h L`=L+F=39.14+40.06=79.2kmol/h V`=V=53.02kmol/h 求操作线方程