化工原理课程设计苯-甲苯板式分离

13生物工程专业版式精馏塔设计任务书

1309030202

苯含量36%(质量)

产品苯含量不低于96%

釜液中苯含量不高于4%

每小时处理5.5吨

塔顶压强4.5kpa

进料热状态30℃

加热蒸汽600kpa（表压）

回流比自选

单板压降>0.7kpa

湘潭年平均水温20℃

第一部分概述

一、设计题目：苯-甲苯连续精馏塔设计

二、设计任务：

试设计分离苯-甲苯混合物的筛板精馏塔。已知原料液的处理量为5500kg/h，组成为0.36（苯的质量分数），要求塔顶馏出液的组成为0.96，塔底釜液的组成为0.04。

三、设计条件

四、工艺流程图

原料液由高位槽经过预热器预热后进入精馏塔内。操作时连续的从再沸器中取出部分液体作为塔底产品（釜残液）再沸器中原料液部分汽化，产生上升蒸汽，依次通过各层塔板。塔顶蒸汽进入冷凝器中全部冷凝或部分冷凝，然后进入贮槽再经过冷却器冷却。并将冷凝液借助重力作用送回塔顶作为回流液体，其余部分经过冷凝器后被送出作为塔顶产品。为了使精馏塔连续的稳定的进行，流程中还要考虑设置原料槽。产品槽和相应的泵,有时还要设置高位槽。且在适当位置设置必要的仪表（流量计、温度计和压力表）。以测量物流的各项参数。

操作压力进料热状况回流比单板压降

4.5kPa（塔顶表压）自选自选 0.7kPa

第二部分 工艺设计计算

一、 设计方案的确定

本设计任务书为分离苯-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入精馏塔内，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。

二、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 A M =78.11Kg/mol 甲苯的摩尔质量 B M =9

2.14Kg/mol

F X =14

.92/66.011.78/63.011

.78/63.0+=0.3915

D X =14

.92/40.011.78/69.011

.78/69.0+=0.9662

W X =

14

.92/69.011.78/40.011

.78/40.0+=0.0469 2.原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量

F M =0.3915⨯78.11+(1-0.3915)⨯92.14=86.647Kg/mol

D M =0.9662⨯78.11+(1-0.9662)⨯92.14=78.584Kg/mol W M =0.0469⨯78.11+(1-0.0469)⨯92.14=91.481Kg/mol 3.物料衡算原料处理量

F =.647

865500

=63.476Kmol/h

总物料衡算 63.476=D+W

苯物料衡算 63.476⨯0.3915=0.9662⨯D+0.0338⨯W

联立解得 D=24.351Kg/mol ，W=39.125Kg/mol

三、塔板数的确定 1.理论板层数T N 的求取

苯-甲苯属理论物系，可采用图解法求理论板层数。

y

1.0 1 3 4 5 f 6 7

q 线

8 e(0.42,0.42)

9

10 1.0 0 x

②求最小回流比及操作回流比

采用作图法求最小回流比。在图中对角线上，自点e （0.42，0.42）做垂线，ef 即为 进料线（q 线），该线与平衡线的交点坐标为： q y =0.642 q x =0.420 故最小回流比为：min R =

.29413915

.0642.0642

.06629.0=--=--q q q d x y y x

取操作回流比为： 2.5881.29422min =⨯==R R

③求精馏塔的气、液相负荷 62.82324.352.58=⨯=⨯=D R L

Kmol/h

87.1724.35)12.58()1(=⨯+=⨯+=D R V Kmol/h 126.2863.4862.8'=+=+=F L L Kmol/h 87.1'==V V Kmol/h ④求操作线方程 精馏段操作线方程 0.2790.726629.087.1

24.3587.162.80+=⨯+=+=

x x x V D x V L y

提馏段操作线方程0.4491.4484690.087.139.125

87.1126.2'''''''

-=⨯-=

-=x x x V

W x V L y w ⑤图解法求理论板层数

采用图解法求理论板层数，求解结果为：

总理论板层数()

包括再沸器13N T =，进料板位置6N F = 2.实际板层数的求取

精馏段实际板层数：10.692.505

≈==

精N 提馏段实际板层数：14.5132

.507

≈==提N

四、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 8.105.543.101=+=D p kPa 每层塔板压降 7.0=∆p kPa

进料板压力 8.112107.08.105=⨯+=F p kPa 提馏段平均压力 9.3102/)8.1128.105(=+=m p 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、甲苯的饱和蒸汽压由安托尼方程计算，计算过程略。计算结果如下:

塔顶温度C D ︒=1.82T 进料板温度C F ︒=5.99T 3.平均摩尔质量计算

⑴塔顶摩尔质量计算：由查平均曲线，得,669.01==y x D 926.01=x kmol kg M VDm /78.4913.92)669.01(11.78669.0=⨯-+⨯=

kmol kg M LDm /15.7913.92)926.01(11.78926.0'

=⨯-+⨯=

⑵进料板平均摩尔质量计算 由图解理论板，得 612.0=F y 查平衡曲线，得 395.0=F x

km ol /kg 5.5833.19212.60111.78612.0=⨯-+

⨯=）（VFm M km ol /kg 59.8613.92)395.01(11.78395.0=⨯-+⨯=LFm M