苯-甲苯連續(xù)精餾塔設(shè)計(jì)

1、1. 流程和工藝條件的確定和說明1.2. 操作條件和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)1.2.1. 操作條件1.2.2. 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)1.3. 精餾塔的物料衡算1.3.1. 原料液及塔頂、塔頂產(chǎn)品的摩爾分率23.2. 原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量23.3. 物料衡算2.4. 塔板數(shù)的確定3.4.1. 理論塔板層數(shù)Nt的求取 34.1.1. 繪 t-x-y 圖和 x-y 圖 3.4.1.2. 最小回流比及操作回流比的確定3.4.1.3. 精餾塔氣、液相負(fù)荷的確定4.4.1.4. 求操作線方程4.4.1.5. 圖解法求理論板層數(shù)4.4.2. 實(shí)際塔板數(shù)的求取錯(cuò)誤.!未定義書簽。5. 精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性的計(jì)算錯(cuò)誤

2、!未定義書簽。5.1. 操作壓力計(jì)算錯(cuò)誤.!未定義書簽。5.2. 操作溫度計(jì)算錯(cuò)誤.!未定義書簽。6. 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)評(píng)論1.1.7. 參考文獻(xiàn)1.2.8. 附圖（工藝流程簡圖、主體設(shè)備設(shè)計(jì)條件圖）1 2摘要精餾塔作為一種工業(yè)生產(chǎn)使用的塔設(shè)備，在化工、醫(yī)藥、食品等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。根據(jù)精餾原理可知，精餾塔實(shí)現(xiàn)精餾操作，必須同時(shí)擁有塔底再沸器和塔頂冷凝器，有時(shí)還有配原料液、預(yù)熱器、回流液泵等附屬設(shè)備。本次設(shè)計(jì)根據(jù)實(shí)際操作條件，設(shè)計(jì)苯-甲苯連續(xù)精餾塔，即需設(shè)計(jì)一個(gè)精餾塔用來分離易揮發(fā)的苯和不易揮發(fā)的甲苯，采用連續(xù)操作方式，需設(shè)計(jì)一個(gè)篩板式塔將其分離。綜合工藝操作方便、經(jīng)濟(jì)及安全等多方面考慮，本設(shè)計(jì)采用塔

3、板為碳鋼材料，按照逐板計(jì)算求得理論板數(shù)為11。塔頂使用全凝器，部分回流。精餾段實(shí)際板數(shù)為6，提餾段實(shí)際板數(shù)為9。 全塔塔徑為2.0m。 通過對(duì)塔內(nèi)物料物性數(shù)據(jù)的分析，按照工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)了塔的工藝尺寸，確定了操作點(diǎn)符合操作要求。最后，對(duì)塔的附屬設(shè)備進(jìn)行了設(shè)計(jì)，主要是接口管徑的設(shè)計(jì)計(jì)算，從而完成了此次設(shè)計(jì)任務(wù)。關(guān)鍵詞 ：苯 -甲苯分離；精餾塔；塔板1 . 流程和工藝條件的確定和說明本設(shè)計(jì)任務(wù)為分離苯甲苯混合物。對(duì)于二元混合物的分離，應(yīng)采用連續(xù)精餾流程。設(shè)計(jì)中采用泡點(diǎn)進(jìn)料，將原料液通過預(yù)熱器加熱至泡點(diǎn)后送入精餾塔內(nèi)。塔頂上升蒸氣采用全凝器冷凝，冷凝液在泡點(diǎn)下一部分回流至塔內(nèi)，其余部分經(jīng)產(chǎn)品冷凝冷

4、卻后送至儲(chǔ)罐。該物系屬易分離物系，最小回流比較小，故操作回流比取最小回流比的2.5倍。塔釜采用間接蒸汽加熱，塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送至儲(chǔ)罐。2 . 操作條件和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)2.1. 操作條件塔頂壓力 常壓4kPa （表壓）進(jìn)料熱狀態(tài)泡點(diǎn)進(jìn)料（ q 1 ）回流比 2.5倍2.2. 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)料中苯含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）50%塔頂苯含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）95%塔釜苯含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）2%生產(chǎn)能力（噸/日）100（ 20h/d）3 . 精餾塔的物料衡算苯的摩爾質(zhì)量M A 78.11kg / kmol甲苯的摩爾質(zhì)量M B 92.13kg / kmol3.1. 苯的各摩爾分率苯的摩爾質(zhì)量MA 78.11kg/kmol甲苯的摩爾質(zhì)

5、量 M B 92.13kg / kmol原料液含苯的摩爾分率0.5/78.11X 0.5/78.11 0.5/92.130.5410.95/78.11塔頂含苯的摩爾分率XD0.9570.95/78.11 0.05/92.13塔底含苯的摩爾分率0.02/78.11Xw0.02/78.11 0.98/92.13一 一22.35 103.2. 原料液及塔頂、底苯的平均摩爾質(zhì)量 原料液平均摩爾質(zhì)量MF 0.541 78.11 (1 0.541) 92.13 84.54kg/kmol塔頂液平均摩爾質(zhì)量MD 0.957 78.11 (1 0.957) 92.13 78.71kg/kmol塔底液平均摩爾質(zhì)量

6、MW 0.0235 78.11 (1 0.0235) 92.13 91.80kg/kmol3.3. 物料衡算 生產(chǎn)能力：100t/d=5000kg/h進(jìn)料流量：F 5000 59.14kmol/h 84.54總物料衡算：F D W苯物料衡算：XfF XdD XwW聯(lián)立解得:D 32.73kmol / hW 26.41kmol/h4 .塔板數(shù)的確定4.1. 理論塔板層數(shù)Nt的求取苯一甲苯屬理想物系，可采用圖解法求理論板層數(shù)。4.1.1. 繪苯一甲苯溶液的y-x圖沸點(diǎn)110.6105.7110298.2595.292.489.8287.328582.6181.280.81氣相組成020.837.2

7、50.761.971.379.185.791.295.998100液相組成010203040506070809095100苯一一甲苯體系相平衡曲線圖X（苯）（圖一）4.1.2. 最小回流比及操作回流比的確定平均相對(duì)揮發(fā)度，回流比與最小回流比之比為 2.5Rmin1 旦 (1 XD)1 021 XF1 XF操作回流比R 1.02 2.5 2.554.1.3. 精微塔氣、液相負(fù)荷的確定L RD 2.55 32.73 83.46kmol/hV (R 1)D (2.55 1) 32.73 116.19kmol/h4.1.4. 求操作線方程平衡線方程x 5x y 1 (1)x 2 3x精微段操作方程yn

8、 xn1 工 0.72xn1 0.27R 1 R 1塔釜?dú)庀嗷亓鞅萊 (R 1)xW (q 1)W 4.42 xD xFxD xF提微段操作方程R 1 xWyn1xn 誓 1.23xn 0.005R R4.1.5. 求理論板層數(shù)1）采用圖解法求理論板層數(shù)，如圖二所示0.5-0.8m 塔板間距：0.3-0.35m（圖二）求解結(jié)果為總理論塔板數(shù)Nt=11 （包括再沸器）進(jìn)料板位置NF=5精儲(chǔ)段的理論板數(shù)為4提儲(chǔ)段的理論板數(shù)為6第11塊板為再沸器4.1.6. 實(shí)際塔板數(shù)的求取塔板效率：0.7精儲(chǔ)段實(shí)際板層數(shù)Nj 4/0.7 6提儲(chǔ)段實(shí)際板層數(shù)Nt 6/0.7 9實(shí)際板數(shù)（不含再沸器）N 6 9 15

9、5 .精儲(chǔ)塔的塔體工藝尺寸計(jì)算選取塔徑：0.6m 塔板間距：0.32m5.1. 精餾塔有效高度的計(jì)算塔頂：0.81.5m 塔釜：2-2.5m塔頂： 1.0m 塔釜： 2.2m精餾段有效高度為Z青(N青1)HT6 10.32 1.6m提餾段有效高度為Z是(電1)HT9 10.32 2.56m精餾塔總高度Z Z精Z提 1.0 2.2 7.36m6 精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算6.1. 操作壓力的計(jì)算塔頂操作壓力PD 101.30 4 105.30kpa每層塔板的壓降P 0.70kpa進(jìn)料板壓力PF 105.30 0.40 6 107.70kpa塔底壓強(qiáng)PW 105.30 0.40 15 1

10、11.30kpa精餾段平均壓強(qiáng)Pm (105.30 107.70)/2 106.50kpa提餾段平均壓強(qiáng)Pm (107.30 111.30)/ 2 109.50kpa6.2. 操作溫度的計(jì)算塔頂溫度tD 80o C塔底溫度tW 100oC進(jìn)料板溫度tF 97.46oC精餾段平均溫度tm(80 97.46) / 2 88.73oC提餾段平均溫度tm(100 97.46) / 2 98.73oC6.3. 平均摩爾質(zhì)量計(jì)算( 1)塔頂平均摩爾質(zhì)量由 xDy10.957，查圖得x1 0.90塔頂氣相平均分子量MVDm 0.957 78.11 (1 0.957) 92.13 78.71kg / kmol

11、塔頂液相平均分子量M LDm 0.90 78.11 (1 0.90) 92.13 79.51kg / kmol( 2)進(jìn)料板平均摩爾質(zhì)量計(jì)算由圖解理論板，得yF 0.658, xF0.451進(jìn)料板氣相平均分子量MVm0.658 78.11 (1 0.658) 92.13 82.90kg/ kmol進(jìn)料板液相平均分子量M Lm 0.451 78.11 (1 0.451) 92.13 85.81kg / kmol(3)塔釜平均摩爾質(zhì)量計(jì)算塔釜組成yW0.0235, xw 0.0264塔釜?dú)庀嗥骄肿恿縈Vwm 0.0235 78.11 (1 0.0235) 92.13 91.80kg / kmol

12、塔釜液相平均分子量Lwm0.0264 78.11 (1 0.0264) 92.13 91.76kg/kmol精微段氣相平均分子量MVm78.71 82.90 /2 80.81kg/kmol精儲(chǔ)段液相平均分子量MLm 79.51 85.81 /2 82.66kg/kmol提儲(chǔ)段氣相平均分子量MVm (82.90 91.80)/2 87.35kg / kmol提儲(chǔ)段液相平均分子量MLm (85.81 91.76)/2 88.79kg/kmol6.4. 平均密度計(jì)算6.4.1. .氣相組分密度計(jì)算由理想氣體狀態(tài)方程計(jì)算精微段氣相平均密度VmPmMVm106.50 80.81RTm8.314 88.7

13、3 273.1532.86kg /m有tD 80oC,得提儲(chǔ)段氣相平均密度VmPmMVm109.50 87.35RTm8.31498.73 273.1533.09kg / m6.4.2. 液相平均密度計(jì)算 液相平均密度依下式計(jì)算，即1/ Lm i/ i(1)塔頂液相平均密度的計(jì)算A 815kg/m3, B 810kg / m3LDm 0.957/815 0.043/810_3814.78kg/m3(2)進(jìn)料板液相平均密度的計(jì)算有 tF97.46oC,得A=792kg /m3 B 790kg / m3進(jìn)料板液相的質(zhì)量分率0.451 78.11A0.410.451 78.11 0.549 92.1

14、313LFm 790.82kg /m30.41/ 792 0.59 790(3)塔釜液相平均密度的計(jì)算有 tw 100oC,得33A=792.5kg/m B 790.3kg/m0.0264 78.11A0.0264 78.11 0.9736 92.1310.02LWm0.02 /792.50.98 790.3790.34kg/m3精儲(chǔ)段液相平均密度為Lm (814.78 790.82) / 2802.8kg/m3提儲(chǔ)段液相平均密度為Lm (790.34 790.82)/2790.58kg/m37 .主要工藝接管尺寸的計(jì)算和選取7.1. 塔頂蒸汽出口管的直徑dv操作壓力為常壓時(shí)，蒸汽導(dǎo)管中常用流

15、速12-20m/s,蒸汽管的直徑為dv= JVs- 其中dv是塔頂蒸氣量m2/s,取Uv 15.00m/s,則 Uvdv 二4 4.25 =0.6m3.14 15故選取接管外徑厚度630 20mm7.2. 回流管的直徑dm塔頂冷凝器械安裝在塔頂平臺(tái)時(shí)，回流液靠重力自流入塔內(nèi)，流速Ur可取 0.2-0.5m/s取Ur 0.3m/s,則dR江二 U 0.011 uv-3.14 0.3=0.02m故選取接管外徑厚度25 2mm7.3. 進(jìn)料管的直徑dF采用高位梢送料入塔，料液速度可取為uF 0.4 0.8m/s,取料液速度 uF 0.5m/s貝U dF=4 0.014仆 =0.19m3.14 0.5

16、故選取接管外徑 厚度219 14mm7.4. 塔底出料管的直徑dw一般可選取塔底出料管的料液流速為uw 0.5 1.5m/s,循環(huán)式再沸器取 1.0 1.5m/s本設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)取塔底出料管的料液流速為=；黑8=02m故選取接管外徑 厚度133 5.5mm塔頂蒸汽出口管的直徑dv回流管的直徑dm進(jìn)料管的直徑dF塔底出料管的直徑dw630 20mm25 2mm219 14mm133 5.5mm8 .設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)評(píng)論苯是由煤干儲(chǔ)、石油催化裂解、催化重整得到，常含有芳香族同 系物、嚷吩及飽和炫等，常采取精微的方法分離提純苯。苯為無色透 明液體，有芳香族特有的氣味，難用于水。苯的危險(xiǎn)特性屬第3.2類中閃點(diǎn)易燃液體。苯的蒸氣對(duì)人有強(qiáng)烈的毒性，急性中毒時(shí)出現(xiàn)酒醉 狀態(tài)、暈眩、瞳孔放大、網(wǎng)膜出血、皮膚蒼白、體溫和血壓下降、脈 搏微弱，終因呼吸麻痹、痙攣而死亡。工業(yè)上常用作合成燃料、醫(yī)藥、 農(nóng)藥、照相膠片以及石油化工制品的原料，清漆、硝基纖維的稀釋劑、 脫漆劑、樹脂、人造革等溶劑。本設(shè)計(jì)進(jìn)行苯和甲苯的分離，采用直徑為 2m的精儲(chǔ)塔，選取效 率較高、塔板結(jié)構(gòu)簡單、加工方便的單溢流方式，并采用了弓形降液 盤。該設(shè)