化工原理课程设计-苯甲苯.doc

化工原理课程设计设计题目：分离苯甲苯混合液的浮阀精馏塔学生姓名：学号：班级：指导老师：写作时间：分离苯甲苯混合液的浮阀精馏塔1.设计任务及操作条件1.1工艺条件及数据（1）原料液为苯甲苯混合液，苯含量为45%（质量分率）。（2）塔顶苯含量不低于98%（质量分率）。（3）塔底苯含量不高于2%（质量分率）。（4）进料温度为35。（5）生产能力：年处理苯甲苯混合液3.5万吨（开工率330天/年）。（6）塔板类型：浮阀塔板。1.2操作条件（1）塔顶压力 4kPa（表压）。（2）间接蒸汽加热，加热蒸汽压力为2.5kgf/cm2（表压）。（3）冷却水进口温度30，出口温度50。（4）设备热损失为加热蒸汽供热量的5。1.3厂址厂址为济南。2.设计方案本设计任务为分离苯-甲苯混合液。对于二元混合物系的分离，应采用连续精馏流程。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后送至储罐。该物系属易分离物系，最小回流比小，合适的操作回流比为最小回流比的1.7至2倍之间。塔釜采用间接蒸气加热，塔底产品经冷却后送至储罐。 Error! Reference source not found.为精馏塔的工艺流程图。图 1 精馏塔工艺流程图3.1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为MA=78.11kg/kmol。甲苯的摩尔质量为 MB=92.13kg/kmol。原料液苯含量为45%，塔顶苯含量不低于98%，塔底苯含量不高于2%（均为质量分率）。转换成摩尔分率为xF=0.491xD=0.983xw=0.024（2）原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量MF=0.49178.11+（1-0.491）92.13=85.25kg/kmolMD=0.98378.11+（1-0.983）92.13=78.35kg/kmolMW=0.02478.11+（1-0.024）92.13=91.80kg/kmol（3）物料衡算年处理苯甲苯混合液3.5万吨（开工率330天/年）。计算得原料处理量 F=51.84kmol/h由总物料衡算 51.84=D+W轻组分苯的物料衡算51.840.491=0.983D+0.024W联立解得：D=25.24kmol/hW=26.60kmol/h列出物料衡算表。表1 物料衡算表进料出料项目摩尔分数流量（kmol/h）项目摩尔分数流量（kmol/h）进料F0.49151.84塔顶产品D0.98325.24塔底产品W0.02426.60合计51.84合计51.843.2求取精馏塔的理论塔板数苯甲苯体系为理想物系，故可以使用图解法计算理论塔板数，具体求解过程如下。表2给出常压（101.33kPa）下苯甲苯二元物系的汽液平衡组成。表2 苯甲苯二元物系的汽液平衡组成苯摩尔分数温度()苯摩尔分数温度()液相x气相y液相x气相y0.0000.000110.60.5920.78989.40.0880.212106.10.7000.85386.80.2000.370102.20.8030.91484.40.3000.50098.60.9030.95782.30.3970.61895.20.9500.97981.20.4890.71092.11.0001.00080.2查得苯-甲苯物系的气液平衡数据，绘出x-y图，见图 2。求解进料热状况参数q。由设计任务可知，进料温度为TF=35。由气液平衡数据可查得进料组成xF=0.491的苯甲苯溶液的泡点Ts=92.1。平均温度为t=63.55。表 3表 4为苯和甲苯的有关物性数据。表 3苯-甲苯的摩尔热容温度050100150苯(kJ/kmol/K)72.789.7104.8118.1甲苯(kJ/kmol/K)93.3113.3131146.6表 4苯-甲苯的汽化潜热温度20406080100120苯(kJ/kg) 431.1420407.7394.1379.3363.2甲苯(kJ/kg) 412.7402.1391379.4367.1354.2利用插值法，使用公式（M为所要求的物理量）求苯的摩尔热容CmA：得CmA=93.8kJ/(kmolK)同理可得甲苯的摩尔热容CmB=124.6kJ/(kmolK)苯的汽化潜热rA=392.8kJ/kg=392.878.11=30679kJ/kmol甲苯的汽化潜热rB=378.3kJ/kg=378.392.13=34852kJ/kmol加料液的平均摩尔热容Cm,p=CmAxA+CmBxB=99.30.301+124.6(1-0.301)=117.0kJ/(kmolK)加料液的平均摩尔汽化热r=rAxA+rBxB=306790.301+34852(1-0.301)=33596kJ/kmol由公式q=得进料热状况参数q=1.12求解最小回流比。利用表2气液平衡数据y-x，使用Excel软件对数据进行拟合，可得气液平衡方程y = -0.7363x2 + 1.6438x + 0.0741（R = 0.9994），拟合方程精确度很高。由q线方程公式将q=1.12，xF=0.301代入得q线方程为y=9.57x-2.58。q线方程与气液平衡方程联立，解得xq=0.325，yq=0.531利用公式得最小回流比=2.20取操作回流比由于求苯甲苯物系属易分离物系，最小回流比小，合适的操作回流比为最小回流比的1.7至2倍之间。取R=1.8Rmin，得 操作回流比R=1.82.20=3.96求精馏塔的气、液负荷L=RD=3.968.30=32.88kmol/hV=(R+1)D=(3.96+1)8.30=41.18kmol/hL=L+qF=32.88+1.1228.72=65.04kmol/hV=V+(q-1)F=41.18+(1.12-1)28.72=44.62kmol/h求操作线方程精馏段操作线方程=0.798x+0.198提馏段操作线方程=1.458x-0.011