化工原理课程设计-苯甲苯

1、 SHANIM)NCiIJNIVKRSrrY化工原理课程设计设计题目：分离苯一甲苯混合液的浮阀精馆塔学生姓名：学号：班级：指导老师：写作时间：分离苯一甲苯混合液的浮阀精馅塔1设计任务及操作条件1.1工艺条件及数据（1）原料液为苯一甲苯混合液，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35Co（5）生产能力：年处理苯一甲苯混合液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

2、度30C,出口温度50Co（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，应采用连续精镉流程。塔顶上升蒸气釆用全凝器冷凝，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。错误!未找到引用源。为精係塔的工艺流程图。图1精馆塔工艺流程图3.1精馆塔的物料衡算（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/kmolo甲苯的摩尔质量为MB=92.13kg

3、/kmolo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0.45/78.11Xf=0.4910.45/78.11+0.55/92.130.98/78.11XD_0.98/78.11+0.02/92.13，9830.02/78.11xw=0.0240.02/78.11+0.98/92.13（2）原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量Mf=0.491X78.11+(1-0.491)X92.13=85.25kg/kmolMd=0.983X7&11+(1-0.983)X92.13=78.35kg/kmolMw=0.024X7&11+(1-0.024

4、)X92.13=91.80kg/kmol(3)物料衡算年处理苯一甲苯混合液3.57J吨(开工率330天/年)。计算得原料处理量F=3.5x10-/85.25=51h330 x24由总物料衡算51.84=D+W轻组分苯的物料衡算51.84X0.491=0.983D+0.024W联立解得：D=25.24kmol/hW=26.60kmol/h列出物料衡算表。表1物料衡算表进料摩尔分数流量（kmoh）进料F0.49151.84合计51.84出料项目摩尔分数流量（kmol/h）塔顶产品D0.98325.24塔底产品w0.02426.60合计51.843.2求取精tS塔的理论塔板数苯一甲苯体系为理想物系，

5、故可以使用图解法计算理论塔板数，具体求解过程如下。错误!未找到引用源。给出常压(101.33kPa)下苯一甲苯二元物系的汽一液平衡组成。表2苯一甲苯二元物系的汽一液平衡组成苯摩尔分数-温度(C)苯摩尔分数-温度(C)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

6、气液平衡数据，绘出x-y图，见错误!未找到引用源。求解进料热状况参数q。由设计任务可知，进料温度为Tf=35Co由气液平衡数据可查得进料组成Xf=0.491的苯一甲苯溶液的泡点Ts=92.rC平均温度为t=+92J=63.55Co22错误!未找到引用源。错误!未找到引用源。为苯和甲苯的有关物性数据。表3苯-甲苯的摩尔热容温度C050100150苯(kJ/kmol/K)72.789.7104.811&1甲苯(kJ/kmol/K)93.3113.3131146.6表4苯甲苯的汽化潜热温度C20406080100120苯(kj/kg)431.1420407.7391.1379.3363.2甲苯(kj

7、/kg)412.7402.1391379.4367.1354.2利用插值法，使用公式人=d(M为所要求的物理量)M2-Mt2-t求苯的摩尔热容Sa：=一眇7=63.2-50104.8-89.7100-50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=392.8X78.11=30679kJ/kmol甲苯的汽化潜热rB=378.3kJ/kg=378.3X92.13=34852kJ/kmol加料液的平均摩尔热容Cm,p=CmAXA+CmBXB=99.3X0.301+124.6X(l-0.301)=117.0k

8、J/(kmolK)加料液的平均摩尔汽化热r=rAxA+rBXB=30679X0.301+34852X(l-0.301)=33596kJ/kmol由公式得进料热状况参数q17.0 x(98.5-65)+33596“233596求解最小回流比。利用错误味找到引用源。气一液平衡数据y-x,使用Excel软件对数据进行拟合,可得气一液平衡方程y=-0.7363x2+1.6438X+0.0741(R2=0.9994),拟合方程精确度很高。由q线方程公式y=丄亠q-1q_l将q=1.12,xf=0.301代入得q线方程为y=9.57x-2.58oq线方程与气一液平衡方程联立，解得Xq=0325,yq=0.

9、531利用公式隘=也二也儿一列最小回流比隘=0983-531=2.200.531-0325取操作回流比由于求苯一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=1.8X2.20=3.96求精係塔的气、液负荷L=RD=3.96X8.30=32.88kmol/hV=(R+1)D=(3.96+1)X8.30=41.18kmol/hL,=L+qF=32.88+1.12X28.72=65.04kmol/hV,=V+(q-l)F=41.18+(1.12-l)X28.72=44.62kmol/h求操作线方程精饰段操作线方程RxD3.960.983门cy=x+=x+=0.798x+0.198R+lR+13.96+13.96+1提饰段操作线方程y=-x-xw=色里x-巴翌x0.0