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化工原理课程设计 分离苯—甲苯混合液的筛板精馏塔.doc

发布:2018-02-28约1.28万字共42页下载文档
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设计题目:分离苯—甲苯混合液的筛板精馏塔 生产能力:年处理苯—甲苯混合液30000t(开工率300天/a); 原料:组成为45%(苯的质量分数)的苯—甲苯混合液; 分离要求:塔顶流出液的组成为0.92,塔底釜液的组成为0.02。 设计条件: 1、处理量: 30000 (吨/年)。 2、进料组成:甲苯、乙苯的混合溶液,含甲苯的质量分数为30%。 3、进料状态: 泡点进料 4、料液初温 : 35℃ 5、冷却水的温度: 25℃ 6、饱和蒸汽压强:5Kgf/cm2(1Kgf/cm2=98.066)KPa 7、精馏塔塔顶压强: 4 KPa(表压) 8、单板压降不大于 0.7 kPa 9、总塔效率为 0.52 10、分离要求:塔顶的甲苯含量不小于92%(质量分数),塔底的 甲苯含量不大于2%(质量分数)。 11、设备热损失为加热蒸汽供热量的5% 12、年开工时间: 300(天) 13、完成日期: 2011 年 12 月 25 日 14、厂 址:湖北荆门地区(大气压为760mmHg) 一、精馏塔的物料衡算 原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 苯的摩尔质量 MA=78.11kg/kmol 甲苯的摩尔质量 MB=92.13 kg/kmol xF== 0.491 xD== 0.931 xw==0.024 (2)原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 MF=0.491*78.11+(1-0.491)*92.13=85.24 kg/kmol MD=0.931*78.11+(1-0.931)*92.13=79.08 kg/kmol MW=0.024*78.11+(1-0.024)*92.13=91.80 kg/kmol (3)物料衡算 原料处理量 F=3*10^7/(300*24)/85.24=48.88kmol/h 总物料衡算 F=D+W 苯物料衡算 48.88*0.491=0.931*D+0.024*W D=25.17kmol/h W=23.71kmol/h 二、塔板数的确定 (1)理论板层数NT的求取 苯-甲苯物系在某些温度下的α值 t/℃ 80.1 84 88 92 96 100 104 108 110.6 α 2.60 2.56 2.53 2.49 2.46 2.43 2.40 2.37 2.35 取α=2.48 ①二元物系的相平衡方程: y= 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(0.491, 0.491)坐垂线ef即为q线,该线与平衡线的交点坐标为: yq=0.705 xq=0.491 最小回流比为:Rmin=(xD-yq)/(yq-xq)= = 1.06 取操作回流比为:R=2* Rmin=2*1.06=2.12 ③求精馏塔的气、液相负荷。 L=R*D=2.12*25.17=53.36(kmol/h) V=(R+1)*D=3.12*25.17=78.53(kmol/h) L’=L+qF=53.36+48.88=102.24(kmol/h) V’=V=78.53(kmol/h) ④求操作线方程 精馏段操作线方程为 提留段操作线方程为 ym+1=1.302xm-0.007 ⑤图解法求理论板层数。 采用图解法求理论板层数,如图所示。 由图可知: 总理论板层数NT=11(包括再沸器) 进料板位置NF=5 实际板层数的求取 精馏段实际板层数N精=4/0.52=7.69≈8 提留段实际板层数N提=6/0.52=11.54≈12 三、精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (一)、操作压力计算 塔顶操作压力 pD = 101.3 + 4 = 105.3 Kpa 每层塔板压降 ΔP = 0.52 KPa 进料板压力 PF = 105.3 + 0.52×8= 109.5 KPa 精馏段平均压力 Pm1 = = 107.4 KPa 塔底操作压力 PW = 109.5 + 0.52× 12 = 115.7 KPa 提馏段平均压力 Pm2 = = 112.6 KPa (二)、操作温度计算 依据操作压力,由泡点方程和露点方程和安托万方程绘出苯、甲苯的温度-组成图 (图1、2、3分别为总压P=105.3KPa、 P=109.5KPa、P=115.7KPa的温度-组成相图) 其中苯、甲苯的饱和蒸汽压由安托尼方程lnP0=A-计算。查数据得: 苯: A = 6.9419 B = 2
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